Разнообразие вьюрковых птиц есть результат. Зачетные работы. Непереводимая игра слов
Считаются классическим примером быстрого видообразования в условиях островной изоляции. В конце XIX – начале XX века на острове Флореана обитало три вида древесных вьюрков: малый, средний и большой. Новое исследование биологов из Австралии, Швеции и США показало, что к настоящему времени большой древесный вьюрок полностью вымер на острове, а средний интенсивно гибридизуется с малым, что в итоге может привести к полному слиянию двух видов. Причиной вымирания и межвидовой гибридизации, скорее всего, является занесенная на остров в 1960-е годы паразитическая муха Philornis downsi , личинки которой поселяются в гнездах вьюрков и убивают птенцов. Крупные птицы страдают от паразита сильнее, чем мелкие, а межвидовые гибриды отличаются повышенной устойчивостью. В настоящее время крупные самки стараются выбирать себе мелких мужей (что и приводит к межвидовой гибридизации), а крупные самцы часто остаются бездетными. Гибридизация слабеет в сухие годы и усиливается в дождливые, что совпадает с колебаниями численности паразитической мухи.
Во второй половине XIX века ученые зарегистрировали на острове Флореана три вида древесных вьюрков : малый (Camarhynchus parvulus ), средний (C. pauper ) и большой (C. psittacula ). Средний вьюрок является эндемиком Флореаны (встречается только на этом острове), малый и большой живут также на других островах. В 1947 году орнитолог Дэвид Лэк, детально изучивший собранные в 1852–1906 годах музейные коллекции, пришел к выводу, что вид C. pauper (средний вьюрок) произошел от больших вьюрков C. psittacula , прилетевших на Флореану с острова Исабела и впоследствии измельчавших (рис. 1). Большие вьюрки с Флореаны - это мало изменившиеся потомки другой группы C. psittacula , попавшей сюда позднее с острова Санта-Крус (D. Lack, 1947. Darwin’s Finches). Самым массовым видом на Флореане был (и остается) малый вьюрок C. parvulus , второй по численности - средний, самым редким является большой вьюрок.
Но постепенно стали появляться сомнения. Знаменитые Питер и Розмари Грант (Peter and Rosemary Grant), изучающие дарвиновых вьюрков с 1973 года, пять раз посещали Флореану и ни разу не видели, а главное, не слышали большого вьюрка. Галапагосские вьюрки различаются по песням. Песня большого вьюрка была зарегистрирована на Флореане в 1962 году, но с тех пор таких данных не было. Поэтому Кляйндорфер и ее коллеги, вторично проводившие мониторинг древесных вьюрков на Флореане в 2010 году, решили более тщательно разобраться в ситуации. Результаты проведенного анализа опубликованы в мартовском номере журнала The American Naturalist .
Авторы сопоставили морфологические и генетические данные, собранные ими в 2005 и 2010 годах, с «историческими» данными - теми самыми музейными коллекциями, которые собирались с 1852 по 1906 год и были проанализированы Лэком в 1947 году. При помощи нескольких статистических методов и программ (см., например: mclust) они показали, что «исторические» данные действительно позволяют подразделить флореанских вьюрков на три четко обособленных кластера, которые соответствуют трем видам: малому, среднему и большому древесному вьюрку.
Морфологические данные по птицам, пойманным и окольцованным в 2005 и 2010 годах, тоже делятся на три кластера, хотя и менее четко. Но это уже другие кластеры! Птиц, сопоставимых по массе тела, размеру клюва и другим признакам с настоящими большими вьюрками C. psittacula , в материалах 2005 и 2010 годов в действительности не оказалось. Например, у «исторических» больших вьюрков с Флореаны среднее расстояние от ноздри до кончика клюва (один из главных признаков, по которым различаются виды дарвиновых вьюрков) составляло 9,9 мм, у средних - 9,0 мм, у малых - 7,4 мм. У птиц, пойманных в 2000-е годы, которых Кляйндорфер с соавторами поначалу приняли за больших вьюрков, средняя длина клюва составляет лишь 9,0 мм, у определенных как «средние» - 8,3 мм, у малых - 7,3 мм. Аналогичная картина получилась и по другим признакам.
У всех окольцованных в 2005 и 2010 годах вьюрков были взяты пробы крови для анализа ДНК. Генетические данные подтвердили вывод, который уже напрашивался на основе результатов морфологического анализа. Те птицы, которых авторы сначала определили как больших вьюрков C. psittacula , на самом деле оказались средними вьюрками C. pauper . Больших вьюрков в выборках 2000-х годов вообще не оказалось. Птицы, поначалу принятые за средних вьюрков C. pauper , оказались гибридами средних и малых вьюрков, и только малые вьюрки (C. parvulus ) действительно оказались теми, за кого их приняли.
Таким образом, за столетие, прошедшее со времен «исторических» сборов, один из трех видов флореанских древесных вьюрков вымер, а два оставшихся начали сливаться путем интенсивной межвидовой гибридизации. Судьба большого вьюрка, который был самым малочисленным из трех видов, пока неясна: либо он исчез, вовсе не оставив потомков, либо слился со средним. Зато авторам удалось обнаружить важные факты, проливающие свет на причины и характер гибридизации средних и малых вьюрков.
Анализ возрастного состава гибридных вьюрков показал, что гибридизация, по-видимому, усиливается в дождливые годы и слабеет в засушливые. В сухом 2005 году среди гибридов преобладали особи четырех- и пятилетнего возраста, родившиеся во время предыдущего Эль-Ниньо. В дождливом 2010 году преобладали молодые гибридные птицы.
Что касается самок малого древесного вьюрка, то их избирательность была одинакова в 2005 и 2010 году: они неизменно предпочитали чуть более мелких самцов. В семьях гибридов наблюдалось полное равенство: гибридные самки выбирали себе мужей такого же размера, как они сами.
Морфологические и генетические данные позволяют предположить, что гибридные птицы в дальнейшем скрещиваются преимущественно с малыми вьюрками. Таким образом, гены более редкого вида C. pauper (среднего вьюрка) постепенно вливаются в генофонд более многочисленного C. parvulus (малого вьюрка). Фактически, редкий вид постепенно «растворяется» в массовом. По мнению супругов Грант, изучавших аналогичные процессы у других видов вьюрков на других островах архипелага (эти данные рассматриваются в их только что вышедшей книге 40 Years of Evolution: Darwin"s Finches on Daphne Major Island), это может привести к полному слиянию двух видов уже через несколько десятилетий. И тогда на Флореане останется только один вид древесных вьюрков - C. parvulus , с генофондом, обогащенным примесью генов исчезнувшего среднего вьюрка.
Источники:
1) Sonia Kleindorfer, Jody A. O’Connor, Rachael Y. Dudaniec, Steven A. Myers, Jeremy Robertson, and Frank J. Sulloway. Species Collapse via Hybridization in Darwin’s Tree Finches // The American Naturalist
. 2014. V. 183. P. 325–341.
2) Peter R. Grant and B. Rosemary Grant. Speciation undone // Nature
. 2014. V. 507. P. 178–179.
Результаты полногеномного секвенирования 120 вьюрков, населяющих Галапагосские острова, позволили выяснить, за счет чего форма клюва этих птиц адаптировалась к разным видам пищи.
У всех ученых-биологов есть любимые модельные системы: к примеру, молекулярные биологи исследуют активность генов с помощью люциферазы светлячка, потому что по ее свечению сразу видно, в каких клетках работает интересующий ученых генетический элемент. Нейробиологи изучают свойства крупных нервных клеток моллюсков, потому что с ними удобно работать, а генетики исследуют наследственность на мушках-дрозофилах, у которых удобно контролировать скрещивание и быстро сменяются поколения. Биологи, которые исследуют эволюцию, тоже обладают любимыми модельными системами, хотя их «рабочие установки» несколько более масштабны. Самая известная «лаборатория» исследователей эволюции - Галапагосские острова , населяемые несколькими видами вьюрков . Эти птицы очень похожи между собой во всем, кроме формы клюва. Еще Дарвин предположил, что эти виды произошли от одного предка, который когда-то заселил острова, а затем виды разделились, поскольку птицы приспосабливались к разным видам пищи - к семенам, насекомым или нектару (рис. 1). Дарвина поразило, что эти птицы, так похожие на обитателей американского континента, все же представляют собой отдельные виды, специфические именно для Галапагосских островов, и к тому же, по-видимому, адаптировавшиеся к разным нишам в новой среде обитания. Эти наблюдения развили в нем интерес к идее об изменении видов. Надо сказать, что Дарвину повезло с возможность попасть на острова, поскольку, как мы сейчас знаем, специализация в таких изолированных сообществах происходит быстрее, и Дарвину посчастливилось увидеть действительно выразительный пример, когда птицы разных видов были явно похожи, но их клювы «заточились» под определенный вид пищи.
Рисунок 1. Форма клюва Галапагосских вьюрков приспособлена к питанию определенной пищей.
С XIX века возможности исследователей эволюции существенно расширились - теперь они не ограниченны анализом внешних признаков. К изучению классической системы Галапагосских островов теперь можно подойти со всем арсеналом новых методов. В частности, можно определить генотипы большого количества вьюрков, и посмотреть, что отличает их на уровне ДНК. Сравнивая количество отличий в ДНК у представителей разных видов птиц, можно построить схему расхождения их видов и выяснить, соответсвует ли она нашим представлениям об приспособлении птиц к разным экологическим нишам островов.
Ранее такие деревья расхождения видов вьюрков уже строились, но тогда ученые ограничивались лишь скромным сравнением их митохондриальной ДНК или отдельных ядерных маркеров. Митохондриальная ДНК, во-первых, представляет собой лишь незначительную часть всей ДНК клетки, а во-вторых, не содержит в себе информации об изменениях, которые непосредственно повлияли на форму клюва. ДНК митохондрий содержит лишь часть информации о белках этих клеточных органелл, а все гены, которые отвечают за внешние признаки организма, находятся в ядре клетки. Если ДНК митохондрий пары видов на данный момент отличается сильнее, чем ДНК митохондрий другой пары видов, можно думать, что первая пара видов произошла от общего предка раньше, чем вторая, поскольку различия в ДНК видов, которые перестали скрещиваться, со временем накапливаются. Однако, конечно, хочется знать и конкретные гены, которые привели к разделению видов, а не просто случайные мутации, которые накопились в ДНК со временем. Поэтому на этот раз ученые проанализировали полные последовательности ДНК 120 птиц, представляющих все виды вьюрков Галапагосских островов . Они нашли все различия в ДНК, характерные для разных видов птиц, и среди отличающихся фрагментов нашли гены, которые могут влиять и на форму клюва. Так наконец мы подошли к самому механизму, который позволил потомкам одного вида птиц приспособиться к разным экологическим нишам островов и создать настоящее разнообразие.
В целом получившаяся таксономия оказалась сходной с ранее построенными, хотя по данным полных геномов оказалось, что один из видов, выделявшихся ранее, на самом деле нужно разделить на три (рис. 2). Полученные данные позволили восстановить некоторые подробности эволюционной истории вьюрков Галапагосских островов. По данным полных геномов птиц, первое разделение видов произошло 900 тыс. лет назад. Разделение на земляные и древесные виды началось 100–300 тыс. лет назад и было довольно быстрым. Между некоторыми видами обнаружился поток генов, то есть, скрещивания могли иногда происходить и после разделения видов. После разделения по средам обитания (земляные и древесные виды) поток генов между видами одной среды обитания был ожидаемым образом сильнее, чем между видами разных сред обитания.
Рисунок 2. Таксономия Галапагосских вьюрков на основании данных о полных последовательностях геномов.
Но самым интересным было найти конкретные гены, которые сделали птиц на островах более разнообразными. Для этого ученые сгруппировали полученные последовательности ДНК по формам клюва их носителей и нашли, какие области ДНК характерны для обладателей клювов разной формы. Всего было найдено 15 областей генома, последовательности которых были более сходными у птиц с одинаковой формой клюва, и различались сильнее у птиц с разными клювами. Из них 6 регионов содержало гены, имеющие отношение к развитию лицевого отдела черепа и/или клюва у млекопитающих или птиц. Все эти гены потенциально могли быть ответственными за адаптацию формы клюва птиц к типу употребляемой пищи. Сильнее всего соответствовал форме клюва достаточно протяженный регион ДНК птиц, содержавший, в том числе, ген транскрипционного фактора ALX1 . Этот белок играет ключевую роль в миграции нервных клеток нервного гребня в ходе развития головы зародыша птицы. Ген ALX1 - отличный кандидат на главную роль в изменении формы клюва вьюрков. Но с формой клюва у птиц была связана не только последовательность этого гена, но и последовательности участков ДНК в протяженной области вокруг него (целых 240 тысяч нуклеотидов). Такую последовательность расположенных рядом и, как правило, наследуемых вместе элементов хромосомы называют гаплотипом . Особи с определенной формой клюва, как правило, обладали двумя копиями определенного гаплотипа этого участка. Гаплотипы, соответствовавшие тупой и заостренной форме клюва, возникли вскоре после первого разделения вьюрков на виды, и с тех пор накопили целых 335 различий. Некоторые из них изменяют места связывания транскрипционных факторов, некоторые изменяют аминокислотную последовательность белка ALX1, а некоторые, по-видимому, никак не проявляют себя. Интересно, что варианты гаплотипа могли варьировать и в пределах одного вида - так, у Geospiza fortis , у представителей которого форма клюва может отличаться, нуклеотидные замены в гене ALX1 были многочисленными и также ассоциировались с формой клюва.
Интересно, что вьюрки менялись в последний миллион лет и продолжают меняться и буквально на наших глазах. В 1986 году на островах была засуха, которая повлияла на количества и виды доступной пищи. В результате заостренные клювы стали более «выгодными» и более распространенными, в том числе, благодаря межвидовой гибридизации птиц. Оказалось, что близкие по генетических признакам виды вьюрков могут скрещиваться между собой, а получившиеся гибриды могут давать плодовитое потомство от представителей любого из родительских видов. Исследователи изучили генотипы вида Geospiza fortis с большим разнообразием клювов и генотипы гибридов этого вида с другими видами (Geospiza scandens и Geospiza andfuliginosa ), обладающими заостренными клювами. У гибридов G. fortis с G. scandens и G. andfuliginosa доля гаплотипов ALX1 , соответствовавших заостренному клюву, была выше. Это подтверждает, что найденный биоинформатическими методами участок генома действительно имеет отношение к определению формы клюва у разных видов птиц. По-видимому, «заимствование» более выгодного гаплотипа у других видов сыграло значительную роль в распространении заостренных клювов, которое помогало птицам приспособиться к меняющимся условиям жизни в последние десятилетия. В общем, эволюция продолжается.
Непереводимая игра слов.
Литература
- Как прочитать эволюцию по генам? ;
- Lamichhaney S., Berglund J., Almén M.S., Maqbool K., Grabherr M., Martinez-Barrio A., Andersson L. (2015). Evolution of Darwin’s finches and their beaks revealed by genome sequencing . Nature doi: 10.1038/nature14181..
Место занятия в системе уроков: согласно календарно-тематическому планированию – это второй урок по разделу «Развитие эволюционных идей. Доказательства эволюции».
Тип учебного занятия: изучение новой темы.
Цель: познакомить обучающихся с различными группами доказательств эволюционного процесса.
Задачи:
- Раскрыть научное значение обнаружения в развитии зародышей следов далекой истории систематических групп.
- Дать оценку биогенетического закона Ф. Мюллера и Э. Геккеля как эмбриологического доказательства.
- Выяснить значение ископаемых переходных форм для науки как палеонтологические доказательства, изучить сравнительно-анатомические доказательства эволюции.
Оборудование: рельефная таблица “Сравнение зародышей хордовых животных”, раздаточный материал “Ископаемые остатки и отпечатки растений и животных”, таблицы, рисунки, презентация, карта зоогеографических зон.
План урока:
I. Проверка знаний учащихся (письменный опрос –
тест, фронтальный опрос).
II. Изучение нового материала в виде
представленных презентаций по
заданиям-проектам:
1) Эмбриологические доказательства эволюции
(рассказ, презентация)
2) Сравнительно-анатомические доказательства
(рассказ, слайды презентации, введение новых
терминов, запись в тетради)
3) Палеонтологические доказательства (рассказ,
презентация)
4) Биогеографические доказательства (рассказ с
использованием карты зоогеографических зон)
5) доказательства единства происхождения
органического мира.
III. Закрепление
IV. Д/з: конспект, термины наизусть, § 43.
ХОД УРОКА
I. Фронтальный опрос по д/з (8 мин):
Жизнь и деятельность Ч. Дарвина.
1. Кто сыграл большую роль в формировании
научного мировоззрения молодого Ч.
Дарвина? (Английский геолог Чарльз Лайель
«Принципы геологии»).
2. Что стало решающим поворотом в судьбе
Дарвина? (Кругосветное путешествие на
корабле «Бигль» (1832-1837))
.
3. Что произвело самое сильное впечатление в ходе
путешествия? (Открытие гигантских
ископаемых животных, которые были покрыты
панцирем, сходным с панцирем современных
броненосцев; то обстоятельство, что по мере
продвижения по материку Южной Америки
близкородственные виды животных замещают одни
других; тот факт, что близкородственные виды
различных островов Галапагосского архипелага
незначительно отличаются друг от друга.)
4. Какой самый важный вопрос пытается решить
Дарвин после путешествия? (Поразительную
приспособленность растений и животных к
условиям их обитания).
5. К какому выводу приходит Дарвин после
исследований в 1838 году? (Идея о происхождении
видов путем естественного отбора).
6. Как называется основной труд Дарвина и в каком
году он был опубликован? (1859 год,
«Происхождение видов путем естественного
отбора»).
7. Кто в России переводил книгу Дарвина? (Русский
палеонтолог В.О.Ковалевский).
Основные принципы эволюционной теории.
8. В чем причина многообразия живых
организмов? (Индивидуальная наследственная
изменчивость в ходе исторического развития).
9. Какой способностью обладают все живые
организмы? (К быстрому увеличению численности).
10. Что является главными движущими силами
эволюции? (Борьба за существование и
естественный отбор).
11. Что является результатом действия борьбы за
существование и естественного отбора? (Приспособленность
организмов к условиям окружающей среды).
12. Какие признаки могут наследоваться? Какие
признаки сохраняет естественный отбор? (Могут
наследоваться как благоприятные, так и
неблагоприятные признаки. Сохраняются полезные
к данным условиям среды.
)
13. К чему в конечном итоге приводит естественный
отбор? (К видообразованию).
14. Что является результатом действия
искусственного отбора? (Многообразие пород
животных, сортов растений)
.
15. В чем заключается главный механизм
эволюции? (Постепенный естественный отбор
случайных ненаправленных наследственных
изменений).
Задание: Решите тест: (ответы: 1 б; 2 б, в, г, д; 3 в, 4-разными видами пищи)
1. Причиной образования новы видов, по Дарвину, является:
а) борьба за существование
б) постепенное расхождение в признаках у особей одного, вида
в) неограниченное размножение
2. Выберите.правильные утверждения:
а) Между современными и ископаемыми видами не существует родственных связей.
б) Между островными и, континентальными формами.можно обнаружить определенное сходство, свидетельствующее об их родстве
в) Причиной действия естественного отбора является борьба за, существование
г) Новые виды возникают в результате расхождения признаков у особей одного вида.
д) Естественному отбору подвергаются фенотипически проявившиеся мутации.
ж) По наследству передаются мутационные и модификационные изменения.
3. Естественным отбором называется:
а) борьба за существование.
б) выживание и размножение сильнейших особей.
в) выживание и размножение наиболее приспособленных особей.
4. На Галапагосских островах живет несколько видов вьюрков, отличающихся формой.клюва. Чем могут быть вызваны такие отличия у этих птиц?
2. Изучение новой темы
Используемая технология: проектное обучение (практико-ориентированный проект)
Проблема: «Какими фактами обладает современная наука доказывающая эволюционное происхождение органического мира?»
Методы: проблемно-поисковый.
Форма организации учебной деятельности: работа в группах, представление проектов, ученикиделают записи по выступлению всех групп, обсуждают проблемные вопросы, отвечают на поставленные вопросы, заполняют таблицу(на доске и в тетрадях), делают выводы.
Гипотеза: современная наука обладает многими фактами, доказывающими существования эволюционного процесса.
1 группа
: Эмбриологические доказательства
(рассказ, Презентация 1
).
2 группа
: Доказательства единства
происхождения органического мира (рассказ, Презентация 1
)
3 группа
: Палеонтологические доказательства
(рассказ, Презентация 2
)
4 группа
: Сравнительно-анатомические
(морфологические) (рассказ, Презентация
3
)
5 группа
: Биогеографические (рассказ, Презентация 4
)
1. Эмбриологические доказательства эволюции
Цель:
Сформировать умения
использовать данные эмбриологии для
доказательства эволюции.
Эмбриология – это наука о зародышевом развитии
организма.
Фундамент эволюционной сравнительной
эмбриологии был заложен А.О.Ковалевским и
И.И.Мечниковым.
Эмбриологические доказательства доказывают
степень родства на основе зародышевого развития
организма. К данным эмбриологии, являющимися
доказательствами эволюции, относят: Закон
зародышевого сходства Карла Бэра(1828 г),
Биогенетический закон Геккеля-Мюллера, (Приложение 1
)
2. Доказательства единства происхождения органического мира.
Цель: выявить сходства в строении и функционировании живых организмов как результат общности происхождения. Сформировать умения использовать данные молекулярной биологии для доказательства эволюции.
Задание: выслушать выступление– проект и дополнительную информацию. Выпишите доказательства данной группы в тетрадь.
Доказательств единства происхождения органического мира на Земле:
1) растения, животные, грибы и бактерии имеют
общий элементарный состав;
2) единство живого на молекулярном уровне,
выражающееся прежде всего в наличии у всех живых
существ белков и нуклеиновых кислот;
3) сходство способа функционирования
биологическихмолекул (генетическое кодирование,
транскрипция, трансляция, репликация ДНК,
гликолиз и др.);
4) всеобщность клеточного строения и сходства
строения клеток организмов разных царств
органического мира;
5) единство функционирования клеток,
проявляющееся в процессах митоза, мейоза,
оплодотворения и др.
Молекулярные доказательства эволюции.
К данной группе доказательств относятся следующие:
а) Биохимические – принципиальное сходство химического состава внутриклеточной среды у разных организмов.
б) Генетические (молекулярные) – сходство количества хромосом и их генного состава у родственных форм организмов.
Все организмы на молекулярном уровне имеют ДНК и РНК
Содержат белки, состоящие из 20 аминокислот.
Универсальным является генетический код и репликация ДНК.
Синтез белков по единой схеме: транскрипция – трансляция
В качестве молекул– аккумуляторов большинство используют АТФ.
в) Цитологические – сходство строения клеток и их функционирования у представителей родственных групп организмов.
3. Сравнительно-морфологические доказательства (Приложение 2 )
Цель: Сформировать умения использовать данные сравнительной анатомии для доказательства эволюции.
Задания: Приведите примеры сравнительно-морфологических доказательств.
1. Наличие в современной флоре и фауне
переходных форм – …
2. Наличие в пределах класса, типа гомологичных
органов – …
3. Наличие рудиментов – …
4. Наличие атавизмов – …
5. Примеры аналогичных органов – …
Работа с терминами.
Цель: Закрепить основные биологические понятия по теме. Определить уровень знаний по изученной теме.
Задание: 1. Выписать понятия: Эмбриология, Закон зародышевого сходства, Биогенетический закон, онтогенез, филогенез, гомологичные органы, аналогичные органы, рудименты, атавизмы.
Задание: 2. Распределите данные биологические объекты на 4 группы: аналоги, гомологи, атавизмы и рудименты.
1. Корень и корневище
2. Конечности крота и медведки
3. Крыло птицы и бабочки
4. Лапы тигра и крота
5. Усики гороха и винограда
6. Клешни речного рака и краба
7. Ловчие листья росянки и напестеса
8. Жабры рака и рыбы
9. Колючки боярышника и барбариса
10. Крылья летучей мыши и рука человека
11. Тазовые кости китов
12. Трехпалость лошадей
13. Волосатый человек
14. Недоразвитфе глаза крота
15. Отсутствие зубов у муравьеда
16. Хвост у человека
17. Аппендикс у человека
18. Многососковостьу человека
19. Крылья у не летающей киви
20. Тазовые кости у змей
4. Палеонтологические доказательства
Цель: Сформировать умения использовать данные палеонтологии для доказательства эволюции.
Палеонтология – это наука о животных и растениях прошлых геологических эпох, изучаемых по ископаемым остаткам. Термин был предложен в 1822 г. А.Бленвилем. Основы современной эволюционной палеонтологии заложил В.О.Ковалевский. Палеонтология представляет следующие данные в пользу эволюции:
Сведения об ископаемых переходных формах
,
которые не дожили до наших дней и присутствуют
только в виде ископаемых останков. Примерами
ископаемых переходных форм являются: древние
кистеперые рыбы, семенные папоротники,
псилофиты, зверозубый ящер, археоптерикс и др.
Существование переходных форм между различными
типами и классами показывает, что постепенный
характер исторического развития свойственен не
только низшим систематическим категориям
(видам, родам, семействам), но и высшим категориям
и что они также являются закономерным
результатом эволюционного развития. Переходные
формы
– это формы, сочетающие признаки древних
и более молодых групп высокого систематического
ранга.
Сведения о филогенетических рядах , которые не только показывают изменения в процессе эволюции, но и позволяют узнать причину эволюции отдельных групп организмов. Например: история развития лошадей в ходе приспособления к жизни в степной равниной местности. Филогенетические ряды убедительно показывают, что эволюция в целом носит приспособительный характер.
Ответьте на вопросы:
1) Как, по палеонтологическим данным, происходила смена форм животных и растений во времени?
2) Укажите переходные формы:
рыбы … земноводные
споровые папоротники … голосеменные
земноводные … пресмыкающие
пресмыкающие … млекопитающие
пресмыкающие … птицы
одноклеточные растения … одноклеточные животные
3) Как называется ряд живых организмов, последовательно сменяющих друг друга и свидетельствующий о существовании эволюционного процесса.
5. Биогеографические доказательства
Цель: Сформировать умения использовать данные биогеографии для доказательства эволюции.
Биогеография – наука о закономерностях распространения по земному шару живых организмов. К данным биогеографии, являющимися доказательствами эволюции, относятся следующие:
1. Особенности распространения животных и
растений по разным континентам.
2. Особенности фауны и флоры островов также
свидетельствуют в пользу эволюции.
Ответьте на вопросы:
1) Какой ученый привел все сведения о
распространении животных и растений в систему и
выделил шесть биогеографических областей?
2) Назовите эти области.
3) Чем объясняется наличие многих общих черт или
напротив их незначительность у флоры и фауны
разных зон?
4) Какой можно сделать вывод о связи континентов и
родстве их живых организмов?
5) От чего зависят различия флоры и фауны
материковых островов и ближайшего континента?
6) Чем отличается органический мир океанических
островов?
Работа с терминами.
Цель: закрепить умения использовать и понимать биологические понятие по теме.
Задание: Выписать в тетрадь понятия: геном, транскрипция, трансляция, биогеография, палеонтология, филогенетические ряды, переходные формы. (Приложения 3 )
«Палеонтологические и биогеографические доказательства эволюции»
III. Закрепление
Цель: определить уровень знаний по изученной теме.
Решить тест:
1. Аналогичными органами у растений являются:
Корень и корневище (а);
Лист и чашелистик (б);
Тычинки и пестик (в).
2. К дивергенции признаков у организмов приводят:
Модификации (а);
Комбинации (б);
Мутации (в).
3. Разнообразие вьюрковых птиц есть результат:
Дегенерации (а);
Ароморфоза (б);
Дивергенции (в).
4. Переходной формой между земноводными и рептилиями были:
Стегоцефалы (а);
Динозавры (б);
Зверозубые рептилии (в).
5. Впервые семенами стали размножаться:
6. Переходной формой между рептилиями и птицами является:
Птеродактиль (а);
Иностранцевия (б);
Археоптерикс (в).
7. Кто обнаружил последовательные ряды ископаемых форм лошадиных?
В.О. Ковалевский (а);
А.О. Ковалевский (б);
Карл Бэр (в).
IV. Подведение итогов урока, домашнее задание
1. Оцените свою работу на уроке.
2. Выберите домашнее задание в зависимости от
того, как успешно вы работали на уроке: выполнить
творческое задание: сообщение «Вклад А.Н.
Северцова в развитие биогенетического закона».
3. Выучить записи в тетради и § 43 (1,2).
4. По выбору учителя часть учащихся сдают тетради
для проверки.
Никогда не являлись частью материка и возникли из недр земли, их флора и фауна уникальны. Большинство представителей являются эндемиками и более нигде на Земле не встречаются. К таковым относятся и разные виды галапагосских вьюрков. Впервые они были описаны Чарльзом Дарвином, открывшим их значение в теории эволюции.
Происхождение вида
Эндемичную группу небольших птиц некоторые ученые относят к семейству овсянковых, другие - к танагровым. Второе название - дарвиновы - они получили благодаря своему первооткрывателю. Молодой и амбициозный ученый был поражен природой островов. Он предположил, что абсолютно все вьюрки на Галапагосских островах имеют одного общего предка, попавшего сюда более 2 миллионов лет назад с ближайшего материка, то есть, вероятнее всего, из Южной Америки.
Все птицы имеют небольшие размеры, длина тела составляет в среднем 10-20 см. Основное отличие, которое подтолкнуло Ч. Дарвина к мысли о видообразовании - форма и размер клюва пернатых. Они сильно варьируются, и это позволяет каждому виду занимать свою отдельную Помимо того, существуют различия в окрасе оперения (черный и коричневый цвет преобладающие) и вокализации. Наблюдая за птицами, ученый предположил, что изначально на остров попал лишь один вид вьюрков. Именно он постепенно расселился по островам архипелага, приспосабливаясь к различным условиям среды обитания. Однако готовыми к жизни в суровых условиях оказались не все галапагосские вьюрки. Клювы - вот что стало главным критерием В борьбе за выживание преимущество было у тех видов, у которых они подходили для местной пищи. Одни особи получили разнообразие семян, другие - насекомых. В результате произошло расщепление исконного (предкового) вида на несколько других, причем каждый из них специализируется на конкретной кормовой базе.
В результате его исследований и открытий небольшой галапагосский вьюрок вошел в мировую историю биологии, а загадочные и далёкие острова стали лабораторией под открытым небом, которая идеально подходит для наблюдений за результатами эволюционных процессов.
Современный взгляд
Вдохновившие Ч. Дарвина на создание теории эволюции вьюрки активно помогли современной науке в ее подтверждении. По крайней мере, об этом говорят ученый из университета Принстона Питер Грант и его коллеги.
Своими исследованиями они подтверждают, что причина появления разных видов галапагосских вьюрков кроется в кормовой базе и борьбе за нее между различными популяциями. В своей работе они говорят о том, что за достаточно короткий срок с одной из разновидностей птиц произошли такие изменения. Размер клюва вьюрка поменялся в результате того, что на остров прибыли конкуренты, а пищи было ограниченное количество. На это ушло 22 года, что для эволюционных процессов практически равносильно мгновениям. У вьюрков клюв уменьшился в размерах, и они получили возможность уйти от конкуренции, перейдя на иную пищу.
Результаты более чем 33-летней работы были опубликованы в журнале Science. Они подтверждают важную роль конкуренции в процессе образования новых видов.
На островах гнездится большое количество вьюрков, и все они эндемики, но чаще всего встречаются три основных вида из группы земляных. Остановимся на них более подробно.
Большой кактусовый вьюрок
Небольшая певчая птица (фото выше) обитает на четырех островах архипелага и, как несложно догадаться из названия, ее жизнь тесно связана с кактусами. Этот галапагосский вьюрок используют их не только в качестве укрытия, но и в пищу (цветы и плоды). Клюв продолговатой формы, крепкий, он наилучшим образом приспособлен для добывания насекомых и семян. Окрас черный, с серыми пятнами у самок.
Средний земляной вьюрок
Остроклювый земляной вьюрок
У вида наблюдает самцы преимущественно черного оперения, а самки - серые с коричневыми пятнами.
Древесные вьюрки
Род состоит из шести видов, все они эндемики и обитают только на Галапагосских островах. Фауна и флора этого места крайне уязвимы и легко разрушаются, когда в них вмешиваются. Развивавшиеся изолированно от всего мира острова нуждаются в защите и охране. В частности, мангровый древесный вьюрок в настоящий момент находится под угрозой вымирания. Небольшие серые птицы с оливковой грудкой проживают только на одном острове - Исабела, численность популяции около 140 особей.
Интерес представляет то, как этот галапагосский вьюрок питается. Он предпочитает крупных личинок насекомых, достать которых из-под коры дерева порой бывает затруднительно, поэтому он использует специальный инструмент (палочки, веточки, травинки), которыми ловко копает внутри. Аналогично поступает еще одна птица из данного рода - дятловый древесный вьюрок (на фото), предпочитающий использовать в том числе колючки кактуса.
УЧЕНИЕ ОБ ЭВОЛЮЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА
1 . Эволюция — это: А — учение об изменении живых организмов Б — учение, объясняющее историческую смену форм живых организмов глобальными катастро-фами
В — необратимое и в известной мере направлен-ное историческое развитие живой природы
Г — раздел биологии, дающий описание всех существующих и вымерших организмов
2 . Движущей и направляющей силой эволюции яв-ляется:
А — дивергенция признаков Б — разнообразие условий среды
В — приспособленность к условиям среды Г — естественный отбор
3. Единицей эволюционного процесса является: А — особь Б — популяция В — мутация Г — вид
4 . Материалом для эволюционных процессов слу-жит:
А — генетическое разнообразие популяции Б — вид
В — благоприобретенные признаки Г — бесполезные или вредные признаки
5 . При стабилизирующем отборе признаки организ-мов не изменяются:
А — не меняются определяющие эти признаки гены
Б — не изменяются условия среды В — отбор сохраняет полезные и устраняет вредные в данных условиях признаки Г — сохраняются «живые ископаемые»
6. Приспособленность организмов носит относитель-ный характер, так как:
А — любая адаптация целесообразна только в определенных условиях
Б — ароморфозы далеко не сразу обеспечивают живым организмам победу в борьбе за сущест-вование В — борьба за существование может привести к изменению вида
Г — при резких изменениях условий группа вымирает
7. Примером ароморфоза может служить:
А — покровительственная окраска Б —половой процесс
В — уплощение тела придонных рыб Г — приспособление цветков к опылению
8 . Биологический прогресс характеризуется следующими чертами:
А — расширением ареала Б — уменьшением численности вида В — увеличением численности вида Г — образованием новых видов
9 . Результатом эволюции явились: А — искусственный и естественный отбор Г — наследственная изменчивость Б — приспособленность организмов к среде оби-тания В — многообразие видов
ОТВЕТЫ
Тест 1. Движущие силы эволюции Впишите необходимые термины.
1. Движущими силами эволюции являются: 1) наследственная изменчивость, 2) ...
3) ...
2. Избирательное выживание и преимущественное размножение наиболее приспособленных особей— ...
3. Исходным материалом для естественного отбора является...
4. Накопление благоприятных и уничтожение неблагоприятных изменений идет в результате...
…………………………………………………….
5. Результатом отбора является образование: а) ……………….…………………….. б) . ……………… ..………… .....................................
6. Форма естественного отбора, поддерживающая постоянство средней нормы — ...
7. Расхождение признаков в пределах вида, популяции в процессе естественного отбора — ...
8. Сближение признаков у разных групп организмов, обитающих в одинаковых условиях — ...
9. Относительно изолированная группа особей одного вида — ...
10. Повышение уровня организации организмов в ходе эволюции — ...
11. Возрастание приспособленности, увеличение численности, расширение ареала вида — ...
13. Снижение уровня приспособленности организмов к условиям обитания, уменьшение численности, сужение ареала — ...
17. Закон повторения в индивидуальном развитии краткого исторического развития зародышевых форм — ...
18. Образование нового вида путем освоения новых мест обитания в пределах одного ареала — ...
19. Органы, утратившие в ходе эволюции свое биологическое значение называют-ся...
21. Органы, возникающие в результате конвергенции, выполняющие одинаковые функции — ...
22. Частные приспособительные изменения, возникающие без изменения общего уров-ня организации — ...
23. Форма естественного отбора, поддерживающая крайние признаки популяции в из-
меняющихся условиях — ...
4. Снижение уровня приспособленности организмов к условиям обитания, уменьшение численности, сужение ареала — ...
5. Индивидуальное развитие организмов — ...
- Историческое развитие организмов — ...
7. Закон повторения в индивидуальном развитии краткого исторического развития зародышевых форм — ...
8. Образование нового вида путем освоения новых мест обитания в пределах одного ареала — ...
9. Органы, утратившие в ходе эволюции свое биологическое значение называют-ся...
20. «Явление возврата к признакам предков — ...
10. Органы, возникающие в результате конвергенции, выполняющие одинаковые функции — ...
11. Частные приспособительные изменения, возникающие без изменения общего уров-ня организации — ...
12. Относительная целесообразность строения и функций организмов называется...
13. Форма естественного отбора, поддерживающая крайние признаки популяции в из-меняющихся условиях — ...
14. Сохранение популяции или вида за счет гибели более слабых происходит в результате...
Тест 1. Движущие силы эволюцииЗавершите предложения, впишите необходимые термины.
- Движущими силами эволюции являются: ………
- Выживание и преимущественное размножение наиболее приспособ-ленных особей— ...
3. Сложные, многообразные взаимоотношения между особями и окружающей средой...
4. Форма естественного отбора, поддерживающая постоянство средней нормы — ...
5. Расхождение признаков в пределах вида, популяции в процессе естественного отбора — ...
6. Сближение признаков у разных групп организмов, обитающих в одинаковых условиях — ...
7. Относительно изолированная группа особей одного вида — ...
8. Повышение уровня организации организмов в ходе эволюции — ...
9. Возрастание приспособленности, увеличение численности, расширение ареала вида — ...
Тест 3.
1. Ароморфозом у позвоночных животных является:
а) форма тела; б) два круга кровообращения; в) две пары конечностей.
2. Аналогичными органами у растений являются:
а) корень и корневище; б) лист и чашелистик; в) тычинки и пестик.
3. К внутривидовой борьбе за существование относится:
4. К дивергенции признаков у организмов - приводят:а) модификации; б) комбинации; в) мутации.
5. Аналогичными органами являются конечности:
а) крота и медведки; б) крота и утки; в) крота и собаки.
6. Идиоадаптациёй у растений является:
а) приспособление к опылению; б) размножение семенами; в) появление цветков.
7. Гомологичными органами у животных являются: -
а) крыло птицы и бабочки; б) лапы тигра и крота в) конечности таракана и лягушки.
8. Исчезновение динозавров связано с:
а) общей дегенерацией; б) биологическим прогрессом; в) биологическим регрессом.
9. Основной причиной борьбы за существование являются:
а) возможность беспредельного размножения; б) наследственная изменчивость; в) ограниченность территории и пищи.
10. Приспособительная окраска, позволяющая незащищенному организму походить на защищенную особь, называется: а) мимикрией; б) маскировкой; в) предупреждающей
11. Изоляция является важным фактором видообразования, так как она способствует:
а) сохранению генофонда вида; б) изменению генофонда популяций; в) расселению популяций.
12. Форма и окраска тела палочника является: а)мимикрией; б)предупреждающей; в) маскировкой.
13. Предупреждающую окраску имеет: а) божья коровка; б) стрекоза; в) бабочка-белянка.
14 Разнообразие вьюрковых птиц есть результат: а) дегенерации; б) ароморфоза; в) дивергенции.
а) дегенерации; б) ароморфоза; в) идиоадаптации.
16. Форма естественного отбора, приводящая к раскалыванию вида на две различные популяции называется: а) движущей; б) стабилизирующей; в) дизруптивной.
17. Угнетение культурных растений сорными связано с:
а) внутривидовой борьбой б) межвидовой борьбой; в) борьбой с условиями среды.
18. Конвергенция признаков наблюдается у:
а) мыши и зайца; б) акулы и кита; в) волка и лисицы.
19. Ароморфозом у растений является
а) появление плодов; б) видоизменение листа в колючки в) видоизменение побега,
Тест 1. Движущие силы эволюции Впишите необходимые термины.
10. Движущими силами эволюции являются: 1) наследственная изменчивость, 2) ...
3) ...
11.Избирательное выживание и преимущественное размножение наиболее приспособленных особей— ...
12.Исходным материалом для естественного отбора является...
13.Накопление благоприятных и уничтожение неблагоприятных изменений идет в
результате...
14.Результатом отбора является образование: а) ……………………….. б) ...
15.Форма естественного отбора, поддерживающая постоянство средней нормы — ...
16. Расхождение признаков в пределах вида, популяции в процессе естественного отбора — ...
17.Сближение признаков у разных групп организмов, обитающих в одинаковых условиях — ...
18.Относительно изолированная группа особей одного вида — ...
14. Повышение уровня организации организмов в ходе эволюции — ...
15. Возрастание приспособленности, увеличение численности, расширение ареала
вида — ...
17. Снижение уровня приспособленности организмов к условиям обитания, уменьшение численности, сужение ареала — ...
15. Индивидуальное развитие организмов — ...
20. Историческое развитие организмов — ...
20. «Явление возврата к признакам предков — ...
26. Форма естественного отбора, поддерживающая крайние признаки популяции в из-
меняющихся условиях — ...
18. Снижение уровня приспособленности организмов к условиям обитания, уменьшение численности, сужение ареала — ...
19. Индивидуальное развитие организмов — ...
- Историческое развитие организмов — ...
21. Закон повторения в индивидуальном развитии краткого исторического развития зародышевых форм — ...
22. Образование нового вида путем освоения новых мест обитания в пределах одного ареала — ...
23. Органы, утратившие в ходе эволюции свое биологическое значение называют-ся...
20. «Явление возврата к признакам предков — ...
24. Органы, возникающие в результате конвергенции, выполняющие одинаковые функции — ...
25. Частные приспособительные изменения, возникающие без изменения общего уров-ня организации — ...
26. Относительная целесообразность строения и функций организмов называется...
27. Форма естественного отбора, поддерживающая крайние признаки популяции в из-меняющихся условиях — ...
28. Сохранение популяции или вида за счет гибели более слабых происходит в результате...
