Cos'è l'evoluzionismo? Processi evolutivi

Nell'articolo considereremo in dettaglio i tipi di evoluzione e parleremo anche di questo processo in generale, cercando di comprendere l'argomento in modo completo. Impareremo come è nata la dottrina dell'evoluzione, da quali idee è rappresentata e quale ruolo gioca la specie in essa.

Introduzione all'argomento

L'evoluzione del mondo organico è un processo piuttosto complesso e lungo che avviene simultaneamente a diversi livelli di organizzazione della materia vivente. Allo stesso tempo, tocca sempre molte aree. È successo così che lo sviluppo della natura vivente avvenga dalle forme inferiori a quelle superiori. Tutto ciò che è semplice diventa nel tempo più complicato e assume una forma più interessante. IN gruppi separati Tutti gli organismi sviluppano capacità adattative che consentono agli esseri viventi di esistere meglio nelle loro condizioni specifiche. Ad esempio, alcuni animali acquatici hanno sviluppato membrane tra le dita dei piedi.

Tre direzioni

Prima di parlare dei tipi di evoluzione, consideriamo le tre direzioni principali evidenziate dagli influenti scienziati russi I. Shmalhausen e A. Severtsov. Secondo loro, c'è aromorfosi, idioadattamento e degenerazione.

Aromorfosi

L'aromorfosi, o arogenesi, è una cosa seria cambiamenti evolutivi, che generalmente portano a una complicazione della struttura e delle funzioni di alcuni organismi. Questo processo consente di modificare radicalmente alcuni aspetti della vita, ad esempio gli habitat. Inoltre, l'aromorfosi aiuta ad aumentare la competitività di organismi specifici in cui sopravvivere ambiente. Il punto principale l'aromorfosi consiste nella conquista di nuove zone di adattamento. Questo è il motivo per cui tali processi si verificano piuttosto raramente, ma se si verificano, sono di natura fondamentale e influenzano ogni ulteriore sviluppo.

In questo caso, è necessario comprendere un concetto come il livello di adattamento. Questa è una zona di habitat specifica con condizioni climatiche e ambientali caratteristiche caratteristiche di un determinato gruppo di organismi. Ad esempio, per gli uccelli, la zona adattiva è lo spazio aereo, che li protegge dai predatori e consente loro di apprendere nuovi modi di caccia. Inoltre, il movimento nell'aria consente di superare grandi ostacoli ed effettuare migrazioni a lunga distanza. Ecco perché il volo è giustamente considerato un'importante aromorfosi evolutiva.

Le aromorfosi più sorprendenti in natura sono la multicellularità e il metodo di riproduzione sessuale. Grazie alla multicellularità, iniziò il processo di complicazione dell'anatomia e della morfologia di quasi tutti gli organismi. Grazie alla riproduzione sessuale, le capacità adattive si sono notevolmente ampliate.

Negli animali, tali processi hanno contribuito alla creazione di modi più efficienti di mangiare e al miglioramento del metabolismo. Allo stesso tempo, l'aromorfosi più significativa nel mondo animale è considerata a sangue caldo, grazie alla quale la sopravvivenza è notevolmente aumentata in diverse condizioni.

Nelle piante, processi simili si manifestano nell'emergere di un sistema generale e conduttivo che collega tutte le loro parti in un unico insieme. Ciò aumenta l’efficienza dell’impollinazione.

Per i batteri, l'aromorfosi è una modalità di nutrizione autotrofa, grazie alla quale sono stati in grado di conquistare una nuova zona di adattamento, che può essere privata di fonti di cibo organico, ma i batteri continueranno a sopravvivere lì.

Adattamento idiomatico

Senza questo processo è impossibile immaginare l'evoluzione delle specie biologiche. Implica adattamenti specifici a specifiche condizioni ambientali. Per capire meglio in cosa consiste questo processo, pensiamo un po '. L'idioadattamento lo è modifiche minori, che migliorano significativamente la vita degli organismi, ma non li portano a nuovo livello organizzazioni. Consideriamo questa informazione usando l'esempio degli uccelli. L'ala è una conseguenza del processo di aromorfosi, ma la forma delle ali e le modalità di volo sono già idioadattamenti che non modificano la struttura anatomica degli uccelli, ma sono allo stesso tempo responsabili della loro sopravvivenza in un determinato ambiente. Tali processi includono anche la colorazione degli animali. Poiché colpiscono in modo significativo solo un gruppo di organismi, sono considerati caratteristiche di specie e sottospecie.

Degenerazione o catagenesi

Macro e microevoluzione

Passiamo ora direttamente all'argomento del nostro articolo. Quali tipi di questo processo esistono? Questa è micro e macro evoluzione. Parliamo di loro in modo più dettagliato. La macroevoluzione è il processo di formazione delle più grandi unità sistematiche: specie, nuove famiglie e così via. Le principali forze trainanti della macroevoluzione risiedono nella microevoluzione.

In primo luogo, vi è l’ereditarietà, la selezione naturale, la variabilità e l’isolamento riproduttivo. Il carattere divergente è caratteristico della micro e macroevoluzione. Allo stesso tempo, questi concetti di cui stiamo parlando ora hanno ricevuto molte interpretazioni diverse, ma la comprensione finale non è stata ancora raggiunta. Uno dei più popolari è che la macroevoluzione è un cambiamento di natura sistemica che non richiede molto tempo.

Tuttavia, quando si tratta di apprendere questo processo, ci vuole molto tempo. Inoltre, la macroevoluzione lo è carattere globale, quindi è molto difficile padroneggiare tutta la sua diversità. Un metodo importante per studiare quest'area è la modellazione computerizzata, che ha iniziato a svilupparsi particolarmente attivamente negli anni '80.

Tipi di prove dell'evoluzione

Ora parliamo delle prove che esistono a sostegno della macroevoluzione. In primo luogo, questo è un sistema di deduzioni anatomici comparativi, basato sul fatto che tutti gli animali hanno un unico tipo di struttura. Questo è ciò che indica che tutti abbiamo origine comune. Qui viene prestata molta attenzione agli organi omologhi e agli atavismi. Gli atavismi umani sono l'aspetto di una coda, capezzoli multipli e capelli continui. Una prova importante della macroevoluzione è la presenza di organi rudimentali che non sono più necessari all'uomo e gradualmente scompaiono. I rudimenti sono l'appendice, l'attaccatura dei capelli e i resti della terza palpebra.

Consideriamo ora l'evidenza embriologica che tutti i vertebrati hanno embrioni simili nelle prime fasi dello sviluppo. Naturalmente, nel tempo, questa somiglianza diventa sempre meno evidente, come tratti caratteriali per un certo tipo.

La prova paleontologica del processo di evoluzione delle specie sta nel fatto che i resti di alcuni organismi possono essere utilizzati per studiare le forme transitorie di altre creature estinte. Grazie ai resti fossili, gli scienziati possono apprendere che esistevano forme transitorie. Ad esempio, una tale forma di vita esisteva tra rettili e uccelli. Inoltre, grazie alla paleontologia, gli scienziati sono stati in grado di costruire serie filogenetiche in cui è possibile tracciare chiaramente la sequenza delle specie successive che si sviluppano nel processo di evoluzione.

Le prove biochimiche si basano sul fatto che tutti gli organismi viventi sulla terra hanno un'uniforme Composizione chimica E codice genetico, che va anche notato. Inoltre, siamo tutti simili nel metabolismo energetico e plastico, nonché nella natura enzimatica di alcuni processi.

Le prove biogeografiche si basano sul fatto che il processo di evoluzione si riflette perfettamente nella natura della distribuzione di animali e piante sulla superficie della Terra. Pertanto, gli scienziati hanno diviso condizionatamente il massiccio del pianeta in 6 zone geografiche. Non li considereremo qui in dettaglio, ma noteremo che esiste una connessione molto stretta tra i continenti e le specie affini di organismi viventi.

Attraverso la macroevoluzione, possiamo capire che tutte le specie si sono evolute da organismi precedentemente viventi. Ciò rivela l'essenza del processo di sviluppo stesso.

Trasformazioni a livello intraspecifico

La microevoluzione si riferisce a piccoli cambiamenti negli alleli in una popolazione nel corso delle generazioni. Possiamo anche dire che queste trasformazioni avvengono a livello intraspecifico. Le ragioni risiedono nei processi di mutazione, nella deriva artificiale e naturale e nel trasferimento genico. Tutti questi cambiamenti portano alla speciazione.

Abbiamo esaminato i principali tipi di evoluzione, ma non sappiamo ancora che la microevoluzione si divide in alcuni rami. Innanzitutto si tratta della genetica delle popolazioni, grazie alla quale vengono effettuati i calcoli matematici necessari per studiare molti processi. In secondo luogo, questa è la genetica ambientale, che ci consente di osservare i processi di sviluppo nella realtà. Questi 2 tipi di evoluzione (micro e macro) sono di grande importanza e danno un certo contributo ai processi di sviluppo nel loro insieme. Vale la pena notare che sono spesso in contrasto tra loro.

Evoluzione delle specie moderne

Innanzitutto, notiamo che questo è un processo in corso. In altre parole, non si ferma mai. Tutti gli organismi viventi si evolvono da a velocità diverse. Tuttavia, il problema è che alcuni animali vivono molto a lungo, quindi è molto difficile notare eventuali cambiamenti. Devono passare centinaia o addirittura migliaia di anni prima che si possa rintracciarli.

IN mondo moderno Gli elefanti africani si stanno evolvendo attivamente. È vero, con l'assistenza umana. Pertanto, la lunghezza della zanna in questi animali diminuisce rapidamente. Il fatto è che i cacciatori hanno sempre cacciato gli elefanti, che avevano zanne enormi. Allo stesso tempo, erano molto meno interessati agli altri individui. In questo modo aumentavano le loro possibilità di sopravvivenza e anche di trasmettere i propri geni ad altre generazioni. Ecco perché nel corso di diversi decenni si è osservata una graduale diminuzione della lunghezza delle zanne.

È molto importante capire che l'assenza di segni esterni non significa la fine del processo evolutivo. Ad esempio, molto spesso diversi ricercatori si sbagliano sul celacanto di pesce con pinne lobate. C'è un'opinione secondo cui non si è evoluto per milioni di anni, ma questo non è vero. Aggiungiamo che oggi il celacanto è l'unico rappresentante vivente dell'ordine dei celacanto. Se confronti i primi rappresentanti di questa specie e gli individui moderni, puoi trovare molte differenze significative. L'unica somiglianza è nei segni esterni. Ecco perché è molto importante considerare l'evoluzione in modo globale e non giudicarla esclusivamente in base ai segni esterni. È interessante notare che il celacanto moderno ha più somiglianze con l'aringa che con il suo antenato, il celacanto.

Fattori

Come sappiamo, le specie sono nate attraverso l'evoluzione, ma quali fattori hanno contribuito a ciò? In primo luogo, la variabilità ereditaria. Il fatto è che varie mutazioni e nuove combinazioni di geni creano la base per la diversità ereditaria. Nota: quanto più attivo è il processo di mutazione, tanto più efficace sarà la selezione naturale.

Il secondo fattore è la conservazione casuale delle caratteristiche. Per comprendere l'essenza di questo fenomeno, comprendiamo concetti come la deriva genetica e le onde della popolazione. Queste ultime sono fluttuazioni che si verificano nei periodi e influenzano la dimensione della popolazione. Ad esempio, ogni quattro anni ci sono molte lepri e subito dopo il loro numero diminuisce drasticamente. Ma cos’è la deriva genetica? Ciò significa la conservazione o la scomparsa di eventuali segni in ordine casuale. Cioè, se a seguito di alcuni eventi la popolazione diminuisce notevolmente, alcune caratteristiche verranno preservate in tutto o in parte in modo caotico.

Il terzo fattore che prenderemo in considerazione è la lotta per l’esistenza. La sua ragione sta nel fatto che nascono molti organismi, ma solo alcuni di essi sono in grado di sopravvivere. Inoltre, non ci saranno abbastanza cibo e territorio per tutti. In generale, il concetto di lotta per l'esistenza può essere descritto come il rapporto speciale di un organismo con l'ambiente e gli altri individui. Esistono diverse forme di lotta. Può essere intraspecifico, ovvero tra individui della stessa specie. La seconda forma è interspecifica, quando rappresentanti di specie diverse combattono per la sopravvivenza. La terza forma è la lotta contro le condizioni ambientali, quando gli animali devono adattarsi ad esse o muoiono. Allo stesso tempo, la lotta all'interno delle specie è giustamente considerata la più brutale.

Ora sappiamo che il ruolo delle specie nell’evoluzione è enorme. È da un rappresentante che può iniziare la mutazione o la degenerazione. Tuttavia, il processo evolutivo è regolato da solo, poiché opera la legge della selezione naturale. Quindi, se i nuovi segni sono inefficaci, gli individui che li presentano prima o poi moriranno.

Consideriamo un altro concetto importante che è caratteristico di tutti i tipi di evoluzione trainante. Questo è l'isolamento. Questo termine implica l'accumulo di alcune differenze tra rappresentanti della stessa popolazione, che per molto tempo erano isolati gli uni dagli altri. Di conseguenza, ciò può portare al fatto che gli individui semplicemente non possono incrociarsi tra loro, creando così due specie completamente diverse.

Antropogenesi

Ora parliamo di tipi di persone. L'evoluzione è un processo caratteristico di tutti gli organismi viventi. La parte dell’evoluzione biologica che ha portato alla comparsa dell’uomo è chiamata antropogenesi. Grazie a ciò la specie umana si è separata da grandi scimmie, mammiferi e ominidi. Che tipi di persone conosciamo? La teoria evoluzionistica li divide in Australopitechi, Neanderthal, ecc. Le caratteristiche di ciascuna di queste specie ci sono familiari fin dalla scuola.

Quindi abbiamo conosciuto i principali tipi di evoluzione. La biologia a volte può dire molto sul passato e sul presente. Ecco perché vale la pena ascoltarla. Nota: alcuni scienziati ritengono che si debbano distinguere 3 tipi di evoluzione: macro, micro ed evoluzione umana. Tuttavia, tali opinioni sono isolate e soggettive. IN questo materiale Abbiamo presentato al lettore 2 principali tipi di evoluzione, grazie ai quali si sviluppano tutti gli esseri viventi.

Per riassumere l'articolo, diciamo che il processo evolutivo è un vero miracolo della natura, che essa stessa regola e coordina la vita. Nell'articolo abbiamo esaminato i concetti teorici di base, ma in pratica tutto è molto più interessante. Ogni specie biologicheè un sistema unico capace di autoregolazione, adattamento ed evoluzione. Questa è la bellezza della natura, che si è presa cura non solo delle specie create, ma anche di quelle in cui possono mutare.

A seconda del livello dei cambiamenti evolutivi, si distinguono tre tipi di processi evolutivi: microevoluzione, speciazione e macroevoluzione. Questi processi hanno le seguenti caratteristiche in comune: a) il fattore trainante dei cambiamenti evolutivi è selezione naturale; 6) il materiale per i cambiamenti evolutivi è mutazioni" c) tutti i cambiamenti evolutivi iniziano nel popolazioni; d) il risultato di processi evolutivi è l’emergere di nuovi gruppi sistematici.

Caratteristiche comparative di microevoluzione, speciazione e macroevoluzione

Microevoluzione - un processo evolutivo che avviene all'interno di una specie, all'interno di una popolazione sulla base della selezione naturale e termina con la formazione dell'idoneità degli organismi e la formazione di nuove popolazioni e sottospecie. Secondo la teoria sintetica dell'evoluzione, la selezione naturale dirige vari cambiamenti elementari nei fenotipi risultanti da mutazioni verso la formazione di adattamenti degli organismi ai cambiamenti delle condizioni ambientali. L'evoluzione delle popolazioni, delle sottospecie e delle specie si realizza attraverso l'evoluzione dei loro adattamenti.

Dispositivi, o adattamenti,- adattamento nel processo di evoluzione della struttura, delle funzioni, del comportamento degli organismi a determinate condizioni di esistenza. Appare nel modulo preadattamenti basato sul neutro mutazioni O modifiche. Il risultato è l’adattamento selezione naturale in specifiche condizioni di esistenza. I nuovi dispositivi non appaiono immediatamente già pronti, ma a lungo si formano nel processo di evoluzione. Dopo aver superato i limiti pre-adattativi, la selezione garantisce il miglioramento del nuovo adattamento. Qualsiasi insieme di adattamento aiuta gli organismi a sopravvivere solo nelle condizioni in cui si è formato sotto l'influenza di fattori evolutivi. Ma anche allora è relativo. Prova natura relativa l'idoneità può essere i seguenti fatti:

■ dispositivi di protezione alcuni nemici sono inefficaci contro altri (ad esempio, serpenti velenosi mangiare manguste)

■ la manifestazione degli istinti negli animali potrebbe non essere appropriata (ad esempio, le falene rispondono al fuoco)

■ utile in alcune condizioni, un organo diventa inutile e addirittura dannoso in un altro ambiente (ad esempio, i piedi palmati delle oche di montagna).

La microevoluzione garantisce la formazione del maggior numero di adattamenti, che possono essere suddivisi in:

adattamenti morfologici - una serie di adattamenti nella struttura esterna e nella forma del corpo:

■ mimica - somiglianza tra specie non protette e protette (farfalle e vespe, mosche e bombi, ortiche e ortiche) il termine fu introdotto per la prima volta in zoologia da G. Bates per designare casi di estrema somiglianza esterna tra diverse specie di animali;

■ mimetico - somiglianza con gli oggetti circostanti (la farfalla Kalima con le foglie, il cavalluccio marino con le alghe, gli insetti stecco e il bruco della falena di betulla con i ramoscelli, ecc.);

■ verniciatura protettiva aiuta a nascondersi nell'ambiente (colore bianco nella lepre, pernice artica, verde - nelle cavallette, cambiamento di colore - nella passera, nei camaleonti)

■ colorazione di avvertimento indica la pericolosità della specie (sole, salamandra dei Carpazi)

■ colorazione minacciosa - per spaventare i nemici (polpo).

■ colori attraenti assicura l'incontro di individui di sesso diverso o la riunione in stormi;

adattamenti fisiologici è un complesso di reazioni fisiologiche(cambiamenti della circolazione sanguigna con sbalzi di temperatura, depositi di grasso)

adattamenti etologiciè un complesso di reazioni comportamentali(pose minacciose di vari serpenti).

Specie e speciazione

Visualizzazione- un insieme di individui caratterizzati da somiglianza ereditaria di caratteristiche, si incrociano liberamente e producono prole fertile, adattati a determinate condizioni di vita e occupano un determinato territorio nella natura - habitat. L'indipendenza dalla specie di un determinato gruppo di individui viene stabilita secondo diversi criteri specie.

1. Morfologico - somiglianza degli individui nella struttura. Non è assoluto, poiché esistono specie sorelle morfologicamente non identificate, gli individui di una specie possono differire (dimorfismo sessuale, larve e adulti, ecc.);

2. Genetico - Si tratta di un insieme di cromosomi caratteristici di ciascuna specie per numero, forma e dimensione. Non è assoluto, poiché esistono specie sorelle che differiscono nel numero di cromosomi (due specie di ratti neri: uno ha 38 cromosomi, l'altro 48, ci sarebbero specie sorelle nelle zanzare della malaria) il numero e la morfologia dei cromosomi può cambiamento negli individui della specie a seguito di mutazioni.

3. Fisiologico - Queste sono somiglianze e differenze nei processi vitali di individui della stessa specie. Non è assoluto, poiché gli individui che non si incrociano in condizioni naturali possono incrociarsi in condizioni artificiali e produrre prole sterile (limo) o fertile (diverse specie di pioppo, salice).

4. Biochimico - queste sono caratteristiche della struttura e della composizione delle macromolecole e del corso di alcune reazioni biochimiche, caratteristiche degli individui di una determinata specie. Non è assoluto, poiché le proteine e gli acidi nucleici possono variare all'interno di una specie.

5. Geografico - è l'areale di una specie che differisce da quello delle specie strettamente imparentate. Non è assoluto, perché ci sono dei tipi cosmopoliti, diffusi ovunque ( ratto grigio, lenticchia d'acqua).

6. Ecologico - ogni specie ha la propria nicchia ecologica, un insieme di fattori ambientali in cui esiste la specie. Non è assoluto, perché in uno nicchia ecologica Potrebbero esserci specie diverse (specie sorelle con areali sovrapposti).

Pertanto, l'identità della specie degli organismi è determinata da una serie di criteri che si confermano a vicenda.

La speciazione è un processo evolutivo di trasformazioni adattative dirette dalla selezione naturale, che porta alla formazione di sistemi di specie geneticamente chiusi da sistemi intraspecifici geneticamente aperti. La speciazione inizia a livello di popolazione. A differenza della microevoluzione, lo sviluppo delle specie ha natura irreversibile. La formazione delle specie può avvenire in tre modi: 1) trasformazione graduale della specie originaria (evoluzione filetica) 2) fusione di due specie esistenti(evoluzione ibridogenica) 3) differenziazione delle specie originali in diverse specie nuove (evoluzione divergente). Le nuove specie molto spesso derivano da un gruppo ancestrale di organismi strettamente imparentati (il principio monofiln). Una condizione necessaria la speciazione è isolamento. A seconda del tipo di isolamento si distingue la speciazione geografica ed ecologica.

I. Speciazione geografica (alopatrica). - Questa è la formazione di nuovi gruppi alla fine dell'intervallo con isolamento geografico. Potrebbe assomigliare a:

1) per frammentazione - rottura di un habitat continuo in parti (formazione vari tipi fringuelli su diverse isole dell'arcipelago delle Galapagos)

2) attraverso la migrazione- ampliamento dell'areale e selezione in nuove condizioni (formazione della specie larice dahuriano dal larice siberiano)

II. Speciazione ecologica (simpatrica). - Questa è la formazione di nuovi gruppi all'interno di un areale esistente durante l'isolamento ecologico. Eseguito con le seguenti modalità:

1) isolamento stagionale - come risultato dell'azione delle nuove condizioni stagionali (formazione delle specie del grande sonaglio primaverile e del grande sonaglio estivo)

2) ibridazione interspecifica - come risultato dell'incrocio tra individui specie affini(menta piperita = menta verde + menta acquatica)

3) poliploidia - a causa di mutazioni (la specie di grano duro ha 4n = 28 e quella di grano tenero - 6n = 42).

Macroevoluzione- un processo evolutivo che porta all'emergere di taxa sottospecifici. A differenza della microevoluzione, che avviene storicamente poco tempo ed è accessibile allo studio diretto, la macroevoluzione occupa enormi periodi di tempo e non è accessibile all'osservazione diretta.

forme di macroevoluzione

Vengono considerate le principali forme di macroevoluzione dei gruppi filetico , divergente , convergente Quello parallelo Evoluzione.

Evoluzione filetica- trasformazioni adattative dei rappresentanti di un taxon, che cambia nel tempo in una certa direzione nel suo insieme senza divergenze.

Evoluzione divergente- lo sviluppo di segni di differenza negli individui della stessa specie dovuti all'adattamento a diverse condizioni ambientali. Viene chiamata la differenza nelle caratteristiche che risulta da questo fenomeno omologia , omologo . La ragione della divergenza è la presenza di variabilità ereditaria, competizione intraspecifica e selezione naturale dirompente (dirompente). Un esempio di evoluzione divergente è la comparsa di tutte le serie di mammiferi placentari da un antenato comune.

Evoluzione convergente- sviluppo indipendente di caratteri simili in organismi filogeneticamente distanti dovuto al loro adattamento a condizioni ambientali simili. analogie , e gli organi dello sviluppo - simile . Un esempio di evoluzione convergente è la comparsa di arti e forme corporee simili negli squali, negli ittiosauri e nei delfini.

Evoluzione parallela - sviluppo indipendente di caratteri simili in gruppi sistematici di organismi correlati. Viene chiamata la somiglianza delle caratteristiche che risulta da questo fenomeno omiologia, e organi che si sviluppano - omologo (somiglianza degli incisivi nei roditori e nei lagomorfi).

direzioni della macroevoluzione

Studiando i modelli di sviluppo storico degli animali, 0 M. Severtsov negli anni '20 del XX secolo sviluppò il concetto di "progresso biologico" e "regressione biologica". Progresso biologico- la direzione dell'evoluzione in cui il tasso di natalità di una popolazione prevale sul tasso di mortalità. Segni di progresso biologico sono un aumento del numero di individui; espansione dell'area di esistenza; tassi crescenti di variabilità intraspecifica; istruzione e un gran numero di gruppi sistematici subordinati; elevato potenziale di sopravvivenza. Oggi angiosperme, cefalopodi, insetti, uccelli e mammiferi sono in uno stato di progresso biologico. Regressione biologica- la direzione dell'evoluzione in cui la mortalità in una popolazione prevale sulla natalità. Segni di regressione biologica sono una diminuzione del numero di individui; restringere l'area di esistenza; riduzione del tasso di variabilità intraspecifica; diminuzione della diversità del gruppo; basso potenziale di sopravvivenza. Oggi le specie elencate nel Libro rosso si trovano in uno stato di regressione biologica.

Il concetto di progresso biologico e regressione biologica sono solo termini generali che mostrano il grado di diversità delle specie di un determinato gruppo nel corrispondente periodo geologico dello sviluppo del nostro pianeta.

percorsi di macroevoluzione

Anche l'idea delle modalità morfologiche per ottenere il progresso biologico è di natura generale.

Aromorfosi (progresso morfofisiologico) - cambiamenti evolutivi che aumentano il livello di organizzazione dell'organismo nel suo insieme e aprono nuove opportunità di adattamento alle diverse condizioni di vita. Esempi di cambiamenti evolutivi aromorfi: emergenza sistema circolatorio a Kilchakiv, l'aspetto del cuore nei molluschi, l'aspetto delle mascelle nei pesci, l'aspetto dei semi nelle felci da seme, la formazione di fiori e frutti nelle angiosperme, ecc.

Adattamenti idiomatici- cambiamenti evolutivi che hanno la natura di adattamento a determinate condizioni e non modificano il livello di organizzazione degli organismi. Esempi di cambiamenti idioadattativi: la varia struttura dei fiori e degli arti delle angiosperme nei mammiferi.

Nella storia dello sviluppo del mondo organico, diversi percorsi di evoluzione sono interconnessi. Le aromorfosi determinano le fasi dello sviluppo del mondo organico, elevando a qualcosa di più l'organizzazione del gruppo alto livello evoluzione e aprendogli nuove opportunità per dominare l’ambiente. Ulteriori sviluppi segue il percorso degli idioadattamenti che garantiscono lo sviluppo di una varietà accessibile di condizioni. Quando gli organismi passano a qualcosa di più condizioni semplici la formazione dei dispositivi è accompagnata da una semplificazione della struttura.

I percorsi di evoluzione del mondo organico, alternandosi e connettendosi, portano alla complicazione, una direzione progressiva nello sviluppo della natura vivente, all'emergere dell'opportunità degli organismi.

L'evoluzione dei gruppi nel loro insieme è progressiva e avviene in due direzioni: allogenesi (cladogenesi) e arogenesi (anagenesi). Durante l'allogenesi, lo sviluppo di un gruppo avviene all'interno di una zona adattativa secondo il principio degli idioadattamenti, quando i cambiamenti morfofisiologici nel corpo non portano né a una complicazione significativa né a una semplificazione della sua organizzazione. L'arogenesi è accompagnata dalla transizione di un gruppo in un'altra zona adattativa attraverso lo sviluppo dell'aromorfosi.

L'evoluzione è un processo di sviluppo costituito da cambiamenti graduali, senza balzi improvvisi (al contrario della rivoluzione). Molto spesso, quando si parla di evoluzione, si intende l'evoluzione biologica.

L'evoluzione biologica è lo sviluppo storico irreversibile e direzionale della natura vivente, accompagnato da cambiamenti nella composizione genetica delle popolazioni, dalla formazione di adattamenti, dalla formazione ed estinzione delle specie, dalla trasformazione degli ecosistemi e della biosfera nel suo insieme. L'evoluzione biologica è lo studio della biologia evoluzionistica.

Esistono diverse teorie evoluzionistiche, che hanno in comune l'affermazione che le forme di vita viventi discendono da altre forme di vita esistenti in precedenza. Le teorie evoluzionistiche differiscono nella loro spiegazione dei meccanismi dell'evoluzione. IN questo momento il più comune è il cosiddetto. teoria sintetica dell'evoluzione, che è uno sviluppo della teoria di Darwin.

I geni che vengono trasmessi alla prole, in seguito all'espressione, costituiscono la somma delle caratteristiche di un organismo (fenotipo). Quando gli organismi si riproducono, i loro discendenti sviluppano caratteristiche nuove o modificate che derivano dalla mutazione o dal trasferimento di geni tra popolazioni o addirittura specie. Nelle specie che si riproducono sessualmente, nuove combinazioni di geni nascono attraverso la ricombinazione genetica. L’evoluzione avviene quando le differenze ereditarie diventano più comuni o rare in una popolazione.

La biologia evoluzionistica studia i processi evolutivi e propone teorie per spiegarne le cause. Lo studio dei fossili e della diversità delle specie aveva convinto la maggior parte degli scienziati entro la metà del XIX secolo che le specie cambiano nel tempo. Tuttavia, il meccanismo di questi cambiamenti rimase poco chiaro fino alla pubblicazione nel 1859 del libro Sull'origine delle specie dello scienziato inglese Charles Darwin sulla selezione naturale come forza trainante dell'evoluzione. La teoria di Darwin e Wallace fu infine accettata dalla comunità scientifica. Negli anni '30 l'idea della selezione naturale darwiniana fu combinata con le leggi di Mendel, che costituirono la base della teoria sintetica dell'evoluzione (STE). La STE ha permesso di spiegare la connessione tra il substrato dell'evoluzione (geni) e il meccanismo dell'evoluzione (selezione naturale).

Eredità

Ereditarietà, la proprietà intrinseca di tutti gli organismi di ripetere gli stessi segni e caratteristiche di sviluppo per un certo numero di generazioni; è causato dal trasferimento durante il processo di riproduzione da una generazione all'altra delle strutture materiali della cellula, contenenti da esse programmi per lo sviluppo di nuovi individui. Pertanto, l'ereditarietà garantisce la continuità dell'organizzazione morfologica, fisiologica e biochimica degli esseri viventi, il loro carattere sviluppo individuale o ontogenesi. Come fenomeno biologico generale, l'ereditarietà è la condizione più importante per l'esistenza di forme di vita differenziate, che sono impossibili senza la relativa costanza delle caratteristiche degli organismi, sebbene sia violata dalla variabilità: l'emergere di differenze tra organismi. Colpendo un'ampia varietà di tratti in tutte le fasi dell'ontogenesi degli organismi, l'ereditarietà si manifesta nei modelli di ereditarietà dei tratti, cioè nella loro trasmissione dai genitori ai discendenti.

Talvolta con il termine “Eredità” ci si riferisce alla trasmissione da una generazione all'altra di principi infettivi (la cosiddetta eredità infettiva) o di capacità di apprendimento, educazione, tradizioni (la cosiddetta eredità sociale o di segnalazione). Una tale espansione del concetto di ereditarietà oltre la sua essenza biologica ed evolutiva è controversa. Solo nei casi in cui gli agenti infettivi sono in grado di interagire con le cellule ospiti fino al punto di essere incluse nel loro apparato genetico, è difficile separare l'ereditarietà infettiva da quella normale. I riflessi condizionati non sono ereditari, ma vengono sviluppati di nuovo da ogni generazione, ma il ruolo dell'ereditarietà nella velocità del consolidamento riflessi condizionati e le caratteristiche comportamentali sono indiscutibili. Pertanto, l'eredità del segnale include una componente dell'eredità biologica.

Variabilità

La variabilità è la varietà di caratteri e proprietà negli individui e nei gruppi di individui di qualsiasi grado di parentela. Inerente a tutti gli organismi viventi. La variazione si distingue tra ereditaria e non ereditaria, individuale e di gruppo, qualitativa e quantitativa, diretta e non diretta. La variabilità ereditaria è causata dal verificarsi di mutazioni, mentre la variabilità non ereditaria è causata dall'influenza di fattori ambientali. I fenomeni di ereditarietà e variabilità sono alla base dell’evoluzione.

Mutazione

La mutazione è un cambiamento casuale e persistente nel genotipo che colpisce interi cromosomi, loro parti o singoli geni. Le mutazioni possono essere grandi e chiaramente visibili, ad esempio mancanza di pigmento (albinismo), mancanza di piumaggio nei polli, dita corte, ecc. Tuttavia, molto spesso i cambiamenti mutazionali sono piccole deviazioni appena percettibili dalla norma.

Le mutazioni sono un evento abbastanza raro. La frequenza con cui si verificano le mutazioni spontanee individuali è espressa dal numero di gameti di una generazione portatori di una determinata mutazione, rispetto a numero totale gameti.

Le mutazioni si verificano principalmente per due ragioni: errori spontanei nella replicazione di una sequenza nucleotidica e l'azione di vari fattori mutageni che causano errori di replicazione.

Mutazioni causate dall'azione di agenti mutageni (irradiazione, sostanze chimiche, temperatura, ecc.) sono chiamate indotte, in contrasto con le mutazioni spontanee che si verificano come risultato di errori casuali nell'azione degli enzimi che assicurano la replicazione e/o come risultato di vibrazioni termiche degli atomi nei nucleotidi.

Tipi di mutazioni. In base alla natura dei cambiamenti nell'apparato genetico, le mutazioni sono suddivise in genomiche, cromosomiche e geniche o puntiformi. Le mutazioni genomiche comportano la modifica del numero di cromosomi nelle cellule del corpo. Questi includono: poliploidia - un aumento del numero di serie di cromosomi, quando invece dei soliti 2 set di cromosomi per gli organismi diploidi possono essercene 3, 4, ecc.; aploidia: invece di 2 set di cromosomi ce n'è solo uno; aneuploidia - una o più coppie di cromosomi omologhi sono assenti (nullisomia) o sono rappresentate non da una coppia, ma da un solo cromosoma (monosomia) o, al contrario, da 3 o più partner omologhi (trisomia, tetrasomia, ecc.). Le mutazioni cromosomiche, o riarrangiamenti cromosomici, comprendono: inversioni - una sezione di un cromosoma viene ruotata di 180°, in modo che i geni in esso contenuti siano disposti in ordine inverso rispetto al normale; traslocazioni - scambio di sezioni di due o più cromosomi non omologhi; delezioni: perdita di una porzione significativa di un cromosoma; carenze (piccole delezioni) - perdita di una piccola sezione di un cromosoma; duplicazione: raddoppio di una sezione cromosomica; frammentazione: rottura di un cromosoma in 2 o più parti. Le mutazioni genetiche sono cambiamenti permanenti struttura chimica singoli geni e, di regola, non si riflettono nella morfologia dei cromosomi osservati al microscopio. Sono note anche mutazioni di geni localizzati non solo nei cromosomi, ma anche in alcuni organelli autoriproduttivi del citoplasma (ad esempio mitocondri, plastidi).

Cause delle mutazioni e loro induzione artificiale. La poliploidia si verifica più spesso quando i cromosomi si separano all'inizio della divisione cellulare - mitosi, ma per qualche motivo la divisione cellulare non avviene. La poliploidia può essere indotta artificialmente influenzando una cellula entrata nella mitosi con sostanze che interrompono la citotomia. Meno comunemente, la poliploidia si verifica a seguito della fusione di 2 cellule somatiche o della partecipazione di 2 spermatozoi alla fecondazione di un ovulo. L'aploidia è principalmente una conseguenza dello sviluppo dell'embrione senza fecondazione. È causato artificialmente dall'impollinazione di piante con polline morto o polline di un'altra specie (distante). La causa principale dell'aneuploidia è la non-giunzione casuale di una coppia di cromosomi omologhi durante la meiosi, a seguito della quale entrambi i cromosomi di questa coppia finiscono in una cellula germinale o nessuno di essi vi finisce. Meno comunemente, gli aneuploidi derivano dalle poche cellule germinali vitali formate da poliploidi sbilanciati.

Le cause dei riarrangiamenti cromosomici e della categoria più importante di mutazioni, le mutazioni genetiche, sono rimaste sconosciute per molto tempo. Ciò ha dato origine a concetti autogenetici errati, secondo i quali in natura si verificano mutazioni genetiche spontanee, presumibilmente senza la partecipazione di influenze ambientali. Solo dopo lo sviluppo di metodi per la registrazione quantitativa delle mutazioni genetiche, è diventato chiaro che potevano essere causate da vari fattori fisici e fattori chimici— mutageni.

Ri combinazione

La ricombinazione è la ridistribuzione del materiale genetico dei genitori nella prole, che porta alla variabilità combinatoria ereditaria negli organismi viventi. Nel caso di geni non collegati (che si trovano su cromosomi diversi), questa ridistribuzione può essere effettuata combinando liberamente i cromosomi nella meiosi e, nel caso di geni collegati, di solito incrociando i cromosomi - crossover. La ricombinazione è un meccanismo biologico universale caratteristico di tutti i sistemi viventi, dai virus alle piante superiori, agli animali e agli esseri umani. Allo stesso tempo, a seconda del livello di organizzazione del sistema vivente, il processo di ricombinazione (genetico) presenta una serie di caratteristiche. La ricombinazione avviene nel modo più semplice nei virus: quando una cellula viene infettata congiuntamente da virus correlati che differiscono in una o più caratteristiche, dopo la lisi cellulare, vengono rilevate non solo le particelle virali originali, ma anche particelle ricombinanti con nuove combinazioni genetiche che compaiono ad una certa media frequenza. Nei batteri esistono diversi processi che terminano con la ricombinazione: la coniugazione, cioè l'unione di due cellule batteriche un ponte protoplasmatico e il trasferimento di un cromosoma da una cellula donatrice a una cellula ricevente, dopo di che singole sezioni del cromosoma ricevente vengono sostituite con corrispondenti frammenti del donatore; trasformazione: il trasferimento di caratteristiche da parte di molecole di DNA che penetrano dall'ambiente attraverso la membrana cellulare; trasduzione - trasferimento sostanza genetica dal batterio donatore al batterio ricevente, effettuato da un batteriofago. Negli organismi superiori la ricombinazione avviene nella meiosi durante la formazione dei gameti: i cromosomi omologhi si uniscono e si affiancano con grande precisione (la cosiddetta sinapsi), poi i cromosomi si rompono in punti strettamente omologhi e i frammenti si riuniscono trasversalmente ( attraversando). Il risultato della ricombinazione viene rilevato da nuove combinazioni di caratteristiche nella prole. La probabilità di incrocio tra due punti cromosomici è approssimativamente proporzionale alla distanza fisica tra questi punti. Ciò consente, sulla base di dati sperimentali sulla ricombinazione, di costruire mappe genetiche dei cromosomi, cioè di disporre graficamente i geni in un ordine lineare secondo la loro posizione sui cromosomi e, inoltre, su una certa scala. Il meccanismo molecolare della ricombinazione non è stato studiato in dettaglio, tuttavia è stato stabilito che a questo prendono parte anche i sistemi enzimatici che assicurano la ricombinazione il processo più importante come correggere i danni che si verificano in materiale genetico. Dopo la sinapsi entra in azione l'endonucleasi, un enzima che effettua le rotture primarie nei filamenti di DNA. Apparentemente, queste rotture in molti organismi si verificano in aree strutturalmente determinate: i ricombinatori. Successivamente, vengono scambiati filamenti doppi o singoli di DNA e, infine, speciali enzimi sintetici - la DNA polimerasi - riempiono gli spazi vuoti nei filamenti e l'enzima ligasi chiude gli ultimi legami covalenti. Questi enzimi sono stati isolati e studiati solo in alcuni batteri, il che ci ha permesso di avvicinarci alla creazione di un modello di ricombinazione in vitro (in vitro). Una delle conseguenze più importanti della ricombinazione è la formazione di prole reciproca (cioè, in presenza di due forme alleliche dei geni AB e aw, si dovrebbero ottenere due prodotti di ricombinazione: Ave e aB in quantità uguali). Il principio di reciprocità si osserva quando avviene la ricombinazione tra punti sufficientemente distanti del cromosoma. Durante la ricombinazione intragenica, questa regola viene spesso violata. Quest'ultimo fenomeno, studiato principalmente in funghi inferiori, si chiama conversione genetica. Il significato evolutivo della ricombinazione sta nel fatto che spesso non sono le singole mutazioni ad essere benefiche per l'organismo, ma le loro combinazioni. Tuttavia, è improbabile che si verifichi contemporaneamente una combinazione favorevole di due mutazioni in una cellula. Come risultato della ricombinazione, le mutazioni appartenenti a due organismi indipendenti si combinano, accelerando così il processo evolutivo.

Meccanismi di evoluzione

Selezione naturale

Esistono due principali meccanismi evolutivi. Il primo è la selezione naturale, cioè il processo attraverso il quale i tratti ereditari favorevoli alla sopravvivenza e alla riproduzione si diffondono in tutta la popolazione, mentre quelli sfavorevoli diventano più rari. Ciò si verifica perché gli individui con tratti favorevoli hanno maggiori probabilità di riprodursi, quindi più individui nella generazione successiva hanno gli stessi tratti. Gli adattamenti all'ambiente nascono come risultato dell'accumulo di cambiamenti successivi, piccoli e casuali e della selezione naturale della variante più adatta all'ambiente.

Deriva genetica

Il secondo meccanismo principale è la deriva genetica, un processo indipendente di variazione casuale nella frequenza dei tratti. La deriva genetica si verifica come risultato di processi probabilistici che causano cambiamenti casuali nella frequenza dei tratti in una popolazione. Sebbene i cambiamenti dovuti alla deriva e alla selezione all’interno di una singola generazione siano piuttosto piccoli, le differenze nelle frequenze si accumulano in ogni generazione successiva e portano nel tempo a cambiamenti significativi negli organismi viventi. Questo processo può culminare nella formazione di una nuova specie. Inoltre, l’unità biochimica della vita indica l’origine di tutte le specie conosciute da un antenato comune (o pool di geni) attraverso un processo di graduale divergenza.

Progresso e regressione nell'evoluzione. Il processo evolutivo nel suo insieme si muove continuamente verso il massimo adattamento degli organismi viventi alle condizioni ambientali. Il cambiamento delle condizioni spesso porta alla sostituzione di alcuni dispositivi con altri. Tuttavia, lo stesso vale per gli adattamenti di ampia portata che conferiscono vantaggi agli organismi condizioni diverse ambiente. Questo è, ad esempio, il significato dei polmoni come organo universale di scambio gassoso nei vertebrati terrestri o del fiore come perfetto organo riproduttivo nei vertebrati terrestri. angiosperme. Pertanto, il progresso biologico può verificarsi come risultato di adattamenti sia privati che generali degli organismi. Il progresso biologico dovrebbe essere inteso come un aumento dell’adattabilità degli organismi all’ambiente, che porta ad un aumento del numero e ad una più ampia distribuzione delle specie.

I cambiamenti evolutivi che si verificano in alcune specie e in taxa più ampi (famiglie, ordini) non possono sempre essere riconosciuti come progressivi. In questi casi si parla di regressione biologica. La regressione biologica è una diminuzione del livello di adattabilità alle condizioni di vita, una diminuzione del numero di una specie e dell'area di distribuzione della specie.

Quali sono le vie per raggiungere il progresso biologico?

Aromorfosi. La questione dei possibili modi per raggiungere il progresso biologico è stata sviluppata da A. N. Severtsov, un importante scienziato evoluzionista. Uno dei principali percorsi di questo tipo, secondo Severtsov, è il progresso morfofisiologico, o aromorfosi, cioè l'emergere durante l'evoluzione di caratteristiche che aumentano significativamente il livello di organizzazione degli organismi viventi. Le aromorfosi offrono grandi vantaggi nella lotta per l'esistenza e aprono la possibilità di sviluppare un nuovo habitat precedentemente inaccessibile.

ALEXEY NIKOLAEVICH SEVERTSOV (1866-1936) - evoluzionista domestico. Autore di studi sull'anatomia comparata dei vertebrati. Ha creato la teoria del progresso e della regressione morfofisiologica e biologica.

Nell'evoluzione dei mammiferi si possono distinguere diverse aromorfosi importanti: la comparsa della pelliccia, la viviparità, l'alimentazione dei piccoli con il latte, l'acquisizione di una temperatura corporea costante, il progressivo sviluppo dei polmoni, del sistema circolatorio e del cervello. Alto livello generale L'organizzazione dei mammiferi, ottenuta grazie ai cambiamenti aromorfici elencati, ha permesso loro di dominare tutti gli habitat possibili e alla fine ha portato all'emergere di primati e umani superiori.

La formazione dell'aromorfosi è un lungo processo che avviene sulla base della variabilità ereditaria e della selezione naturale. Il progresso morfofisiologico è il percorso principale dell'evoluzione del mondo organico. Nello sviluppo di ciascun gruppo tassonomico principale si possono trovare aromorfosi, come imparerai nel materiale seguente.

Idioadattamento. Oltre a una trasformazione così importante come l'aromorfosi, durante l'evoluzione dei singoli gruppi un gran numero di piccoli dispositivi a determinate condizioni ambientali. A. N. Severtsov ha definito tali cambiamenti adattativi idioadattamenti.

Gli idioadattamenti sono adattamenti del mondo vivente all'ambiente, che aprono agli organismi la possibilità di uno sviluppo progressivo senza una ristrutturazione fondamentale della loro organizzazione biologica. Un esempio di idioadattamento è la diversità delle specie di fringuelli descritta da Charles Darwin (Fig. 65). Tipi diversi i fringuelli, avendo un livello di organizzazione simile, furono però in grado di acquisire proprietà che permettevano loro di occupare posti in natura completamente diversi. Alcune specie di fringuelli hanno imparato a nutrirsi di frutti di piante, altre di semi e altre ancora sono diventate insettivore.

Riso. 65. Diversità dei fringuelli nelle Isole Galapagos

Nonostante il fatto che la degenerazione generale porti a una significativa semplificazione dell'organizzazione, le specie che seguono questo percorso possono aumentare il loro numero e la loro portata, cioè muoversi lungo il percorso del progresso biologico.

Correlazione delle direzioni di evoluzione. I percorsi di evoluzione del mondo organico si combinano tra loro o si sostituiscono. Inoltre, le aromorfosi si verificano molto meno frequentemente degli idioadattamenti, ma sono le aromorfosi che determinano nuove fasi nello sviluppo del mondo organico. Essendo emersi attraverso l'aromorfosi, nuovi gruppi di organismi più organizzati occupano un habitat diverso. Inoltre, l'evoluzione segue il percorso dell'idioadattamento e talvolta della degenerazione, che fornisce agli organismi la capacità di stabilirsi in un nuovo habitat per loro (Fig. 67).

Riso. 67. Schema dei rapporti tra aromorfosi, adattamento ideologico e degenerazione

Quindi, elenchiamo caratteristiche comuni processo evolutivo. Prima di tutto, questa è l'emergere dell'adattabilità degli organismi, cioè la loro conformità alle condizioni di vita e la capacità di cambiare man mano che queste condizioni cambiano. Selezione naturale dei cambiamenti ereditari nelle popolazioni naturali - il motivo più importante fitness.

Un altro la caratteristica più importante Il processo evolutivo è la speciazione, cioè la costante comparsa di nuove specie. Nel corso dell’evoluzione ci sono state decine e forse centinaia di milioni di specie di organismi viventi sulla Terra.

E infine, la terza proprietà integrale del processo evolutivo è la costante complicazione della vita dalle forme precellulari primitive fino all'uomo.

Spiegare i termini: progresso biologico, regressione biologica, aromorfosi, idioadattamento.
I concetti “regressione biologica” e “degenerazione” possono essere considerati identici? Giustifica la tua risposta.
Qual è il significato evolutivo dell'aromorfosi e dell'idioadattamento?