- •Тема 1: Становление эволюционных концепций
- •I. Креационизм
- •II. Телеология
- •III. Трансформизм
- •Тема 2: Многообразие эволюционных теорий
- •1. Многообразие и классификация эволюционных теорий
- •2. Теория эволюции как теоретический фундамент современной биологии
- •2. Формирование основных эволюционных понятий
- •Тема 3: Основные положения эволюционной теории ч. Дарвина
- •1. Логическая структура дарвинизма
- •Тема 4. Доказательства эволюции органического мира
- •Тема 5: Микроэволюция. Элементарные эволюционные факторы
- •3. Эффект основателя
- •2. Формы борьбы за существование
- •Тема 6: Естественный отбор
- •1. Концепция естественного отбора
- •2. Концепция генетического нейтрализма и «недарвиновские» теории эволюции
- •3. Основные формы естественного отбора
- •4. Высшие формы естественного отбора
- •Тема 7. Адаптации и их классификация
- •1. По уровню проявления
- •2. По влиянию генотипа особи на формирование адаптаций
- •3. По взаимодействию групп организмов
- •4. По влиянию половозрастных особенностей
- •7. По объему таксонов
- •8. По проявлению на разных стадиях онтогенеза
- •Тема 8: Биологический вид. Видообразование
- •1. Биологический вид
- •1. Классификация видов по площади видового ареала
- •2. Классификация видов по экологической валентности
- •3. Классификация видов по подвижности особей
- •4. Монотипические и политипические виды
- •2. Видообразование
- •3. Проблемы вида и видообразования в современной биологии
- •Тема 9: Основные закономерности макроэволюции
- •1. Макроэволюция. Связь макроэволюции с микроэволюцией
- •2. Общие закономерности эволюции
- •Тема 10: Главные направления эволюции
- •1. Биологический прогресс. Неограниченный прогресс. Биологическая стабилизация и биологический регресс
- •2. Арогенез и ароморфозы
- •3. Аллогенез и его формы
- •4. Катагенез и его формы
- •5. Правило смены фаз
- •Тема 11: Эволюция онтогенеза, органов и функций
- •1. Сущность онтогенеза и филогенеза. Биогенетический закон
- •2. Эмбриональные адаптации. Модусы филэмбриогенеза.
- •3. Филогенетические преобразования органов и функций
- •Тема 12: Механизмы макроэволюции
- •1. Кладогенез. Дивергентная эволюция
- •2. Анагенез и стасигенез. Конвергенция. Параллелизм
- •3. Синтезогенез
- •Тема 13: Развитие органического мира Земли
- •1. Происхождение жизни на Земле
- •2. Основные этапы развития органического мира Земли
- •Тема 14: Эволюционная теория ж.Б. Ламарка
- •1. Эволюционная теория ж. Б. Ламарка
- •Тема 15. Происхождение человека и общества (антропосоциогенез)
- •Тема 16. Современные проблемы и дискуссии по вопросам эволюции
2. Эмбриональные адаптации. Модусы филэмбриогенеза.
Автономизация и эмбрионизация онтогенеза
Эмбриональные (эмбрионально-личиночные) адаптации
Эмбриональным развитием называются ранние стадии онтогенеза, которые протекают под защитой яйцевых оболочек, зародышевых оболочек или материнского организма. Например, у животных существуют следующие типы эмбрионального развития:
1. Первично-личиночный: личинка способна к самостоятельному существованию, например, паренхимула (губки), планула (кишечнополостные), трохофора (полихеты), амфибии...). Первично-личиночный тип развития связан с многоэтапностью онтогенеза.
2. Неличиночный яйцекладный – прохождение ранних этапов гисто- и морфогенеза под защитой яйцевых оболочек (насекомые с прямым развитием, яйцекладущие амниоты).
3. Вторично-личиночный. Характеризуется разнообразием вторичных типов личинок, например, личинки насекомых с полным превращением возникают в связи половозрастной дифференциацией экологических ниш. Отдельно выделяются личинки-паразиты.
4. Внутриутробное развитие и живорождение: яйцеживорождение (многие нематоды, скорпионы, рыбы, пресмыкающиеся) и истинное живорождение (млекопитающие).
Независимо от типа эмбрионального развития, зародыши и личинки должны иметь определенные приспособления (адаптации), обеспечивающие возможность его развития.
Все адаптивные признаки эмбрионов и личинок Э. Геккель разделил на две группы: ценогенезы и палингенезы. Ценогенезы – это приспособления к эмбрионально-личиночным стадиям (адаптивные признаки зародышей), которых не было у предковых форм, например, зародышевые оболочки ленточных червей, насекомых и амниот. Иначе говоря, ценогенезы – это эмбриональные адаптации, т.е. признаки, имеющие адаптивное значение на ранних этапах онтогенеза. Палингенезы – это признаки взрослых предков, которые проявляются в эмбриогенезе потомков, например, формирование зародышевых листков, жаберных дуг, однокамерного сердца. Онтогенез – целостный процесс, поэтому эволюционная ценность ценогенезов и палингенезов определяется конечным результатом – возможностью достижения репродуктивного возраста.
Эмбриональное развитие завершается полным или неполным метаморфозом. Метаморфоз – наиболее критический этап онтогенеза: эмбриональные адаптации исчезают, а дефинитивные (завершающие, конечные) адаптации еще не сложились. Поэтому при сложном жизненном цикле на каждом этапе онтогенеза формируются собственные эмбриональные адаптации. Например, у насекомых с полным метаморфозом стадия собственно эмбрионального развития характеризуется наличием серозной и амниотической оболочек, стадия личинки – определенными морфофизиологическими и поведенческими адаптациями (покровительственная или предостерегающая окраска, определенная поза), стадия куколки – другими морфофизиологическими адаптациями (плотные хитиновые покровы, паутинные коконы, покровительственная окраска).
На эмбрионально-личиночных стадиях адаптивное значение могут иметь не только ценогенеза, но и палингенезы, например, внутренние жабры и двухкамерное сердце у головастиков.
Филэмбриогенезы
Филэмбриогенезы – это эволюционные преобразования процессов онтогенеза, связанные с адаптациями взрослых (половозрелых) организмов.
Наиболее универсальными способами эволюционных изменений органов можно считать гетерохронии, гетеротопии и выпадение стадий онтогенеза (термины «гетеротопия» и «гетерохрония» ввел Э. Геккель).
Гетерохрония – это смещение времени закладки органа. Примеры гетерохронии: головной мозг позвоночных развивается быстрее, чем пищеварительная система; срастание тазовых костей у человека происходит позже, чем формирование головного мозга.
Гетеротопия – это смещение места закладки органа. Примеры гетеротопии: половые железы у трехслойных животных закладываются в мезодерме (у Кишечнополостных – в эктодерме или в энтодерме); целом у первичноротых закладывается телобластическим путем, а у вторичноротых – энтероцельным.
Выпадение стадий онтогенеза связано с утратой личиночных стадий, стадии взрослого организма, промежуточных стадий онтогенеза. Примеры выпадения стадий онтогенеза: утрата стадии планулы и стадии медузы у пресноводной гидры, утрата стадии трохофоры у олигохет и пиявок. При выпадении стадий онтогенеза биогенетический закон не выполняется, например, при утрате личиночных стадий и при педоморфозах.
В работе «Модусы филэмбриогенеза» (1935) А.Н. Северцов выделил 12 модусов (способов) филэмбриогенеза. К основным модусам филэмбриогенеза он отнес архаллаксисы, девиации и анаболии.
Архаллаксисы – это изменения на ранних стадий онтогенеза.
Основные механизмы архаллаксисов:
а) изменение начальной массы зачатков органов;
б) изменение начальных процессов дифференцировки зачатков органов;
в) гетеротопии – сдвиги места закладки органов;
г) гетерохронии – сдвиги времени закладки органов.
Путем архаллаксисов могут возникать ароморфозы (зародышевые листки, хорда, нервная трубка и головной мозг у позвоночных, шерстный покров у млекопитающих), идиоадаптации (изменение числа зубов, числа позвонков), рудименты (отрицательные архаллаксисы).
Девиации – изменения органов на средних этапах онтогенеза. Девиации встречаются чаще, чем архаллаксисы. Путем девиации также могут возникать и ароморфозы, и идиоадаптации, и редуцированные органы.
Примеры девиаций:
ü Возникновение среднего уха за счет преобразования рудиментарной жаберной щели (брызгальца).
ü Возникновение сложных зубов млекопитающих.
ü Видоизменение побегов у растений (клубни и луковицы)
ü Редукция спинной мускулатуры у черепах.
ü Преобразования уплотненного слоя эпидермиса в роговые щитки у рептилий и перья у птиц:
– костная чешуя у рыб
– костные пластинки и роговые щитки у крокодилов
– роговые щитки у большинства рептилий
– перья у птиц.
Анаболии – изменения онтогенеза на поздних стадиях развития. Представляют собой надставки к уже имеющимся стадиям. Биогенетический закон выполняется в целом лишь при анаболиях.
Анаболии встречаются еще чаще, чем девиации. Путем анаболии также могут возникать и ароморфозы, и идиоадаптации, и редуцированные органы.
Примеры: формирование четырехкамерного сердца у теплокровных позвоночных, изменение формы листьев, редукция пальцев у копытных, редукция хвоста у головастиков.
Автономизация онтогенеза
Автономизация онтогенеза – это процесс повышения независимости онтогенеза от условий внешней среды: экзогенные факторы развития замещаются эндогенными. Например, у хвостатых амфибий метаморфоз определяется, в значительной мере, факторами внешней среды (метаморфоз можно задержать понижением температуры), а у бесхвостых – изменением концентрации тироксина (гормона щитовидной железы), которая повышается под воздействием тиреотропного гормона гипофиза.
Автономизация онтогенеза тесно связана с канализацией развития и совершенствованием механизмов гомеореза.
Автономизация онтогенеза базируется на системе корреляций и координаций. Учение о корреляциях и координациях разработал И.И. Шмальгаузен
Корреляции – это взаимозависимости между частями развивающегося организма, которые обеспечивают его устойчивое развитие.
Типы онтогенетических корреляций:
1. Геномные – обусловливают целостность генотипа.
Достигаются с помощью диплоидности, доминирования, плейотропного действия генов и наличия полигенных систем с участием генов-модификаторов. Известны гены, прямо отвечающие за гистогенез и морфогенез.
2. Морфогенетические – обусловлены эмбриональной индукцией и нейро-гуморальной регуляцией целостности организма.
3. Эргонтические – фенотипические корреляции, обусловленные модифицирующим влиянием среды.
В ходе эволюции происходит изменение корреляций таким образом, что формируются новые координации – согласованные изменения между частями организма с точки зрения филогенеза. Координации обеспечивают формирование адаптивных комплексов.
Типы филогенетических координаций:
1. Биологические координации – адаптивный ответ на изменения среды. Биологические координации устанавливаются через функциональную деятельность организма. Примеры: удлинение тела и редукция конечностей у змей, змееобразных ящериц и амфибий. Биологические координации ведут к прогрессирующей специализации, но они могут быть разорваны с приобретением принципиально нового признака. Например, появление плавательного пузыря разрывает координацию между формой тела, формой хвоста и удельным весом тела хрящевых рыб.
2. Динамические координации – координации между взаимосвязанными органами. Например, у млекопитающих хорошо развиты и орган обоняния, и обонятельные доли переднего мозга. Динамические координации повышают степень канализации онтогенеза и филогенеза и выражают функциональную обусловленность (коадаптацию) органов и систем органов.
3. Топографические координации – выражаются в закономерных изменениях пространственных соотношений между органами, не связанными непосредственной функциональной зависимостью. Пример крупной топографической координации: взаимное расположение нервной трубки, осевого скелета, пищеварительной трубки и сердца у хордовых. Топографические координации определяют общий план строения группы организмов.
Таким образом, автономизация онтогенеза тесно связана с повышением уровня организации группы организмов, а корреляции между органами в онтогенезе тесно связаны с координациями между органами в филогенезе.
Эмбрионизация онтогенеза
Процесс автономизации тесно связан с эмбрионизацией онтогенеза.
Эмбрионизация – возникновение в ходе эволюции способности проходить значительную часть зародышевого развития под защитой материнского организма или зародышевых оболочек.
Эмбрионизация онтогенеза у животных
У животных эмбрионизация онтогенеза выражается в переходе к яйцекладному и внутриутробному типам онтогенеза. Эволюционная смена типов эмбрионального развития повышает независимость гисто- и морфогенеза от внешней среды, способствует автономизации онтогенеза и возможности выхода в новую адаптивную зону.
Эмбрионизация онтогенеза у растений
У растений эмбрионизация онтогенеза выражается в следующих преобразованиях:
1. Редукция гаметофита: листостебельный у мхов → заросток папоротников → эндосперм голосеменных → зародышевый мешок покрытосеменных.
2. Формирование семени с семенной кожурой и запасом питательных веществ в виде эндосперма и/или специализированных семядолей.
3. Формирование плода (ароморфоз) и плодоподобных структур (идиоадаптации).