Методичка по биологии 3

УДК 572.1/4 О 28

Рецензенты:

Заведующий кафедрой нормальной анатомии Волгоградского государственного медицинского университета,

д.м.н., профессор А.И. Краюшкин Заведующий кафедрой нормальной физиологии Волгоградского государствен-

ного медицинского университета, д.м.н., профессор С.В. Клаучек

Печатается по решению УМК Медико-биологического факультета ВолгГМУ.

О 28 «Основы биологии» часть 3 «Эволюция органического мира.

Антропогенез» (модуль 5): Учебно-методическое пособие для студентов ВУЗов, обучающихся по специальности: 201000 «Биотехнические системы и технологии»/ М.В. Букатин, О.Ю. Кузнецова, Д.А. Кавалерова, О.Д. Чулков – Волгоград: КЦ «Эстапм», 2013. – 59 с.

В учебном пособии представлены основные вопросы Модуля 5: «Эволюция органического мира. Антропогенез» - Учение о микроэволюции и видообразование. Происхождение человека. Эволюция систем органов защиты, интеграции, жизнеобеспечения и воспроизведения.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов ВУЗов, обучающихся по специальности: 201000 «Биотехнические системы и технологии».

© М.В. Букатин, О.Ю. Кузнецова, Д.А. Кавалерова, О.Д. Чулков, 2013

2

3

ВВЕДЕНИЕ.

ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ В РАМКАХ ИЗУЧАЕМОГО МОДУЛЯ.

МОДУЛЬ 5. Эволюция органического мира. Антропогенез.

Теория эволюции.

Представления об эволюции до Ч.Дарвина. Эволюционные представления в античном мире. Метафизические концепции эпохи Возрождения. Доктрина абиогенеза и ее опровержение. Работы Ф.Реди и Л.Пастера. Развитие идеи о последовательности и трансформации природных тел. Теория эволюции Ж.Ламарка.

Ч.Дарвин и его теория эволюции. Движущие силы эволюции. Механизм естественного отбора. Значение дарвинизма для развития биологии.

Современные представления о происхождении жизни. Креационистские концепции. Концепции естественного происхождение жизни на Земле. Космическое происхождение. Гипотеза панспермии. Земное происхождение. Теория А.И.Опарина. Модель пребиотической эволюции.

Ход, главные направления и доказательства эволюции. Основные этапы развития жизни на Земле. Направления макроэволюции. Биологический прогресс: ароморфоз, идиоадаптация, общая дегенерация. Биологический регресс и вымирание. Доказательства эволюции: сравнительно-анатомические, эмбриологические, палеонтологические, биогеографические.

Учение о микроэволюции и видообразование. Популяция, как элемен-

тарная единица эволюции. Закон Харди-Вайнберга. Работы С.Четверикова. Факторы эволюции: изменчивость, миграция, популяционные волны, изоляция, борьба за существование, естественный отбор, дрейф генов.

Критерии вида. Механизмы видообразования. Аллопатрическое и симпатрическое видообразование. Мгновенное видообразование. Устойчивость видов.

Гипотеза нейтральности молекулярной эволюции. Селективно нейтральные мутации. Роль дрейфа генов в изменении частоты нейтральных мутаций. Эволюция ДНК и белков на молекулярном уровне.

Антидарвиновские концепции эволюции. Неоламаркизм: психоламаркизм и механола-маркизм. Теологическая концепция эволюции. Теория номогенеза Л.С.Берга. Социал-дарвинизм. Евгеника.

Происхождение человека.

Взгляды на антропогенез в прошлом. Античные представления. Гипотеза анропогенеза Ж.Ламарка. Научная теория антропогенеза Ч.Дарвина.

4

Концепция животного происхождения человека. Место человека в системе животного мира. Сходство и отличие человека и животных.

Этапы антропогенеза. Прародина человека. Факторы антропогенеза. Биосоциальный отбор, как главная движущая сила антропогенеза.

Расы и их происхождение. Расизм. Экологическое разнообразие современного человека. Культурное развитие человека.

Эволюция систем органов.

Системы защиты: Покровы тела. Скелет. Выделительная система. Системы жизнеобеспечения и воспроизведения: Пищеварительная систе-

ма. Дыхательная система. Репродуктивная система.

Системы интеграции: Кровеносная и лимфатическая системы. Нервная система. Эндокринная система.

5

Занятие №12 (Практическое).

Тема: Учение о микроэволюции и видообразование.

Цель занятия: Знать основные концепции микроэволюционного учения. Сформировать представление о механизмах видообразования, факторах эволюции, критериях вида.

Основные вопросы, выносимые на обсуждение семинара.

1.Учение о микроэволюции и видообразовании.

2.Популяция, как элементарная единица эволюции.

3.Закон Харди-Вайнберга.

4.Факторы эволюции: изменчивость, миграция, изоляция, дрейф генов.

5.Факторы эволюции: популяционные волны, борьба за существование, естественный отбор.

6.Критерии вида.

7.Механизмы видообразования. Аллопатрическое и симпатрическое видообразование.

8.Механизмы видообразования. Мгновенное видообразование.

9.Устойчивость видов.

6

ЗАНЯТИЕ № 13 (Лабораторное).

Тема: Филогения системы защиты: Покровы тела. Скелет. Выделительная сис-

тема.

Цель: Сформировать у студентов представление о поэтапном появление не только типов, классов и отрядов, животных, но и о процессе развития систем органов животных и их усложнении в процессе филогенеза.

Перечень практических навыков

1.Знать особенности строения покровов у различных типов животного мира, пути эволюции кожных покровов

2.Уметь обосновать возможности формирования пороков кожных покровов человека

3.Знать строение опорно-двигательного аппарата у различных типов животных, пути эволюции скелета позвоночных.

4.Знать основные этапы развития выделительной системы у различных типов животного мира.

Основные вопросы, предлагаемые для обсуждения.

1.Особенности строения покровов у различных типов животного мира, пути эволюции кожных покровов

2.Строение опорно-двигательного аппарата у различных типов животных, пути эволюции скелета позвоночных

3.Основные этапы развития выделительной системы у различных типов животного мира.

Краткое содержание темы.

Филогенез (от греч. «phylon» — род, племя и genesis — происхождение), историческое развитие организмов, в отличие от онтогенеза— индивидуального развития организмов. Термин предложен немецким эволюционистом Э. Геккелем в 1866 году. Позднее термин «филогенез» получил более широкую трактовку — за ним закрепилось значение истории эволюционного процесса. Цель филогенетических исследований — реконструкция происхождения и последовательных эволюционных преобразований изучаемых структур и таксонов.

Филогенез покровов тела.

Покровы тела выполняют роль защиты от вредных воздействий, функцию восприятия раздражений, а также принимают участие в обмене веществ, нередко являясь дополнительным органом дыхания и выделения. Они образованы

7

эпидермисом эктодермального происхождения и соединительной тканью, являющейся производным мезодермы.

Убеспозвоночных покровы тела образованны преимущественно эктодермой и ее производными. Эволюция шла от мерцательного эпителия (как у турбеллярии, у которых он выполняет функцию примитивных органов движения) к плоскому эпителию, лишенному мерцательных выростов (сосальщики, ленточные, круглые, кольчатые черви).

Унекоторых беспозвоночных поверхностный слой эпителия приобретает строение более или менее плотной кутикулы. У членистоногих тело покрыто толстым слоем хитинизированной кутикулы. Пропитывание хитина известью привело к образованию плотного панциря (ракообразные).

В эпидермисе обычно рассеяны железы (одно - и многоклеточные), которые при раздражении могут погружаться в подлежащую массу ткани, сохраняя

вэпидермисе суженный выводной канал.

Соединительно-тканный слой кожи у беспозвоночных не очень развит. Исключение составляют иглокожие.

Покровы любых животных всегда выполняют функцию восприятия внешних раздражении, а также защищают тело от вредных воздействий среды. Интенсификация первой функции покровов приводит в процессе эволюции многоклеточных животных к возникновению нервной системы и органов чувств. Интенсификация второй функции сопровождается дифференцировкой. Характерно также расширение функций, в результате чего кожа как орган защиты участвует также в газообмене, терморегуляции и выделении, выкармливании потомства. Это связано с усложнением строения слоев кожи, появлением и дальнейшие преобразованием многочисленных придатков и желез.

Увсех хордовых кожа имеет двойное — экто- и мезодермальное — происхождение. Из эктодермы развивается эпидермис, из мезодермы — дерма. Для бесчерепных характерна слабая степень дифференцированности обоих слоев кожи. Эпидермис однослойный цилиндрический, содержащий одноклеточные слизистые железы, дерма рыхлая, содержит небольшое количество соединительнотканных клеток.

В подтипе Позвоночные эпидермис становится многослойным, причем в нижнем слое клетки постоянно размножаются, а в верхних слоях — дифференцируются, гибнут и слущиваются. В дерме появляются соединительнотканные волокна, придающие покровам прочность. Кожа образует придатки, многообразные в зависимости от образа жизни и уровня организации, а также железы, выполняющие различные функции.

Урыб в эпидермисе железы одноклеточные. Как и у ланцетника, они выделяют слизь, облегчающую движения в воде. Тело рыб покрыто чешуей,

8

имеющей разное строение в зависимости от их систематического положения. Чешую хрящевых рыб называют плакоидной. Она имеет форму шипа и состоит из дентина, покрытого снаружи эмалью. Дентин мезодермального происхождения, он образуется за счет функционирования соединительнотканных клеток, выпячивающихся снаружи в виде сосочка. Эмаль, представляющая собой более твердое, чем дентин, неклеточное вещество, формируется сосочком эпидермиса и покрывает плакоидную чешую снаружи.

Вся поверхность тела хрящевых рыб, а также ротовая полость, слизистая оболочка которой происходит из эктодермы, покрыты плакоидной чешуей. Естественно, что функции чешуи в ротовой полости связаны с захватом и удержанием пищи, поэтому они сильно увеличены и являются зубами. У костных рыб чешуя иного типа. Она имеет вид тонких круглых костных пластинок, покрытых тонким слоем эпидермиса. Костная чешуя развивается полностью за счет дермы, но по происхождению связана с примитивной плакоидной.

Кожа примитивных вымерших земноводных — стегоцефалов — соответствовала покровам рыб и тоже была покрыта чешуей. Современные амфибии имеют тонкую гладкую кожу без чешуи, принимающую участие в газообмене. Этому способствует наличие большого количества многоклеточных слизистых желез, секрет которых постоянно увлажняет покровы и обладает бактерицидными свойствами. Некоторые кожные железы ряда земноводных дифференцировались в органы-продуценты токсинов, защищающих их от врагов

Рис.1. Закладка плакоидной чешуи:

1— клетки-эмалеобразователи, 2— эпидермис, 3— эмаль, 4— склеробласты— дентинообразователи, 5— дентин, 6— сосочек дермы

Пресмыкающиеся, перешедшие полностью к наземному существованию, имеют сухую кожу, не участвующую в дыхании. Верхний слой эпидермиса ороговевает. Роговые чешуйки у некоторых рептилий тонки и эластичны, у других - сливаются вместе, образуя, как у черепах, мощный роговой панцирь. Большинство пресмыкающихся по мере роста линяют, сбрасывая периодически свой роговой покров. Современные пресмыкающиеся не имеют кожных желез.

9

Кожные покровы млекопитающих построены наиболее сложно в связи с выполнением ими многообразных функций. Характерны различные производные кожи: волосы, когти, рога, копыта, а также потовые, сальные и млечные железы. Более примитивные млекопитающие — насекомоядные, грызуны и некоторые другие — наряду с волосяным покровом сохранили также роговые чешуи на хвосте. Волосы у них растут в промежутках между чешуйками, группами по 3—7. У более прогрессивных млекопитающих, утративших чешуи, сохраняется такое же расположение волос покрывающих практически все тело, кроме некоторых участков, например подошв и ладоней у человека.

Волосы многих млекопитающих дифференцированы на типичные, служащие для терморегуляции, и большие, или вибриссы, основания которых связаны с чувствительными нервными окончаниями. У большинства млекопитающих вибриссы расположены в области рта и носа, у приматов они редуцированы в связи с усилением осязательной функции передних конечностей, у многих яйцекладущих и сумчатых — разбросаны по всему телу. Этот факт может свидетельствовать о том, что волосяной покров предков млекопитающих первично выполнял осязательные функции, а затем, по мере увеличения количества волос, стал принимать участие в терморегуляции. В онтогенезе человека закладывается большее количество волосяных зачатков, но к концу эмбриогенеза наступает редукция большинства из них.

Рис.2. Расположение волос у млекопитающих. А— на хвосте грызунов; Б— на других участках тела:

1— роговые чешуйки, 2— группы волос, расположенные в шахматном порядке

Потовые железы млекопитающих гомологичны кожным железам амфибий. Их секрет может быть слизистым, содержать белки и жир. Некоторые потовые железы дифференцировались у ранних млекопитающих в млечные железы. У яйцекладущих (утконос, ехидна) млечные железы сходны с потовыми по строению и развитию. По краям развивающегося соска молочной железы можно обнаружить последовательные переходы от типичных потовых к млечным железам. Количество млечных желез и сосков коррелирует с плодовитостью (от 25 до одной пары), но в эмбриогенезе всех млекопитающих на брюшной поверхности закладываются «млечные линии», тянущиеся от подмышечной впадины до паха. Впоследствии на этих линиях дифференцируются соски, большая

10