Возникновение новых видов сопровождается формированием более крупных таксонов. Образование новых родов, семейств и классов подчиняется общим биологическим закономерностям, а также имеет специфические черты.
Макроэволюция
Природные механизмы, лежащие в основе микро- и макроэволюционных процессов, похожи. Появляются новые признаки, действует естественный отбор. Возникает репродуктивная изоляция — невозможность скрещивания особей нового вида с представителями исходного. Приспособительные изменения к внешним условиям закрепляются в поколениях благодаря механизмам естественного отбора (рис. 1).
Особи нового вида, приспособленные к изменившимся условиям существования, расселяются на новой территории. В возникшей популяции начинают действовать мутагенез, популяционные волны, репродуктивная изоляция и естественный отбор.
Происходящие изменения означают новый виток эволюционного процесса:
- Внутри новой популяции начинается микроэволюция (вернее, она не прерывается). Появляются новые подвиды, имеющие признаки сходства с исходным видом.
- Действует генетическая изоляция.
- Формируются новые виды.
- Возникает новый род — группа родственных видов, для которой характерны общность происхождения, сходство, но не тождественность, морфологии, физиологии, этологии. Несколько родов образуют семейство, последние входят в состав отряда и т. д.
Макроэволюция — явления и процессы, приводящие к появлению надвидовых таксонов. Возникновение родов, семейств, отрядов, порядков, классов происходит как закономерный итог микроэволюционных изменений, происходивших в течение длительного периода. Большие временные отрезки позволяют проявиться основным направлениям и закономерностям, не заметным на низшем уровне эволюции.
Возможно, специфических механизмов макроэволюции не существует. Возникновение более высоких, по сравнению с видом, таксонов может происходить исключительно посредством микроэволюции. Отражение в биологической науке сложной иерархии органического мира носит условный характер, постоянно подвергается редактированию. Открытия проливают свет на степень родства между группами организмов, темпы эволюции.
В 1712 году было открыто растение, имеющее жилки с дихотомическим ветвлением. Такая морфологическая особенность была характерна для семенных папоротников, распространенных еще в палеозойскую и мезозойскую эры, и давно вымерших. Для гинкго двулопастного время как бы остановилось. Реликтовое растение «законсервировалось» на десятки миллионов лет и до сих пор встречается на Земле (рис. 2).
За тот же период времени другие группы растений, например, родственные гинкговым голосеменные, значительно изменились. Исчезли с лица Земли динозавры, гигантские семенные папоротники, распространенные в лесах мезозоя.
Направления и пути эволюции (А. Н. Северцов, И. И. Шмальгаузен)
Анализ истории органического мира доказывает, что на одних отрезках времени наблюдается расцвет отдельных групп организмов на Земле (преобладание над другими). Это состояние не длится вечно. Наблюдается упадок, а затем исчезновение некогда господствовавших организмов.
Российский ученый А.Н. Северцов изучал отражение закономерностей эволюции в морфологии живых организмов. Исследователь охарактеризовал эволюционные пути развития по их направлению. Северцов предложил различать биологический прогресс и его противоположность — морфофизиологический регресс, объяснил их причины и проявления.
Биологический прогресс — состояние, при котором та или иная группа организмов, преобладает по численности, достигает большого видового разнообразия, распространена на обширной территории. Процесс характеризуется появлением более сложных, качественно новых форм жизни одновременно с уже устоявшимися группами. Многоклеточные возникли в мире, населенном одноклеточными. Млекопитающие и птицы появились в то время, когда на Земле были распространены пресмыкающиеся.
По мнению А.Н. Северцева, прогрессивные изменения осуществляются как ароморфозы, идиоадаптации и дегенерация. Ароморфозы выводят группу организмов на качественно новый уровень, способствуют появлению родов, семейств и более крупных таксономических групп (рис. 3).
Идиоадаптации носят не принципиальный, а частный характер. Такие признаки позволяют организмам преуспеть, лучше освоиться в среде обитания. Дегенерация или упрощение строения возникает при переходе к более простому образу жизни.
Ученик Северцова И.И. Шмальгаузен дополнил и развил взгляды учителя. Последователь уточнил в трудах «Факторы эволюции», «Пути и закономерности эволюционного процесса» протекание биологического прогресса, регресса и стабилизирующего отбора .
Биологический регресс противоположен морфофизиологическому прогрессу. Крайним случаем этого процесса считается вымирание — исчезновение группы организмов с лица Земли. Стабилизирующий отбор — сохранение благоприятных в данных условиях признаков.
По Шмальгаузену, появление таких «пауз» не означает прекращение эволюции. Наоборот, происходит согласование изменений организма и среды обитания. Признано, что фаза биологической стабилизации наступила в эволюции гинкго двулопастного и другого реликтового организма — кистеперой рыбы латимерии.
Северцов и Шмальгаузен ввели правило смены фаз. Исследователи выявили следующую закономерность: ароморфозы происходят редко, но они поднимают группу организмов на новый уровень организации. Дальнейшее историческое развитие происходит как идиоадаптация либо дегенерация. Такие изменения позволяют организмам приспособиться к конкретным условиям жизни.
Биологический прогресс и регресс, ароморфоз, идиоадаптация, дегенерация
Весь ход макроэволюции — это протекание двух взаимно противоположных процессов. Биологический прогресс сопровождается возникновением новых видов, увеличением численности популяций. Обычно, такие изменения происходят при наличии достаточной кормовой базы, отсутствии стихийных бедствий, значительного истребления хищников.
Биологический прогресс означает эволюционный успех группы организмов, ее процветание, что согласуется с закономерным развитием природы от простого к сложному. К признакам биологического прогресса относятся рост численности особей конкретной группы и расширение ареала.
Группы низшего ранга преобразуются в более высокие. Внутри вида появляются подвиды, новые виды → Происходит преобразование в род → Несколько новых родов образуют новое семейство и т. д.
В настоящее время этот путь проходят насекомые и покрытосеменные растения.
Пути осуществления процесса по Северцову — арогенез, аллогенез и катагенез. Арогенез или значительное расширение ареала группы организмов происходит путем ароморфоза. Возникает значительное эволюционное преобразование, такое изменение строения и функций, которое повышает уровень организации живых организмов. Появляются возможности завоевания новой среды обитания, лучшего приспособления к ней.
Аллогенез не сопровождается расширением ареала. Внутри старого наблюдается появление различных частных приспособлений к среде обитания — идиоадаптаций. Значительные преимущества организмам могут дать сравнительно мелкие внешние или внутренние изменения, которые нужны для лучшего приспособления.
Примеры аллогенеза:
- появление колючек, чешуек, мясистых стеблей и листьев у суккулентных растений;
- приспособления цветков к опылению определенным видом насекомых;
- изменения формы и повышение прочности клюва у хищных птиц;
- отличие строения зубов и травоядных и хищных млекопитающих;
- преобразование передних конечностей у позвоночных в крылья;
- изменение передних конечностей в роющий аппарат (рис. 4);
- появление ласт у плавающих позвоночных.
Идиоадаптации расширяют возможности освоения живыми организмами разных климатических и природных зон. Покровительственная окраска и мимикрия помогают избежать нападения хищников (рис. 5). При этом, возникшие изменения не означают более высокую ступень эволюции, как при ароморфозе.
Дегенерация — упрощение организмов, потеря каких-либо органов, функций в ходе эволюции. Парадоксальность явления заключается в том, что оно может вести к биологическому прогрессу. Такой путь получил собственное название «катагенез». Северцов рассматривал дегенерацию как упрощение организации, которое позволяет сэкономить ресурсы для приобретения других качеств, полезных изменений уже имеющихся свойств.
Примеры катагенеза:
- Отсутствие хлорофилла у растений-паразитов петрового креста из семейства Заразиховые, повилики. Питание органическими веществами фотосинтезирующих растений.
- Редукция пищеварительной системы у червей-паразитов, приобретение способности всасывать питательные вещества из кишечника организма-хозяина всей поверхностью тела.
- Утрата головы двустворчатыми моллюсками, ведущими прикрепленный образ жизни.
Дегенерация более характерна для паразитических организмов, животных, ведущих прикрепленный образ жизни. Например, асцидии утратили не только органы чувств, но и хорду (рис. 6).
Биологический регресс — «антипод» прогресса. Происходит эволюционный упадок группы организмов по разным причинам: из-за хозяйственной деятельности, вмешательства человека в природную среду, стихийных бедствий, изменения климатических условий. Снижается численность популяции, сужается ареал, виды исчезают, их количество в составе семейств уменьшается.
Биологический регресс в истории Земли нередко приводил к вымиранию групп организмов. На этом пути в настоящее время находятся некоторые папоротники, плауны, хвощи, ряд видов земноводных и пресмыкающихся.
Причины биологического прогресса и регресса
Одни группы организмов прогрессируют благодаря широкому диапазону наследственной изменчивости. Появляется достаточное количество комбинаций, служащих материалом для естественного отбора. Такая группа организмов получает преимущества.
Резерв наследственной изменчивости по каким-либо причинам может отсутствовать. В этом случае группа организмов обречена на вымирание. Нередко, так происходит у узкоспециализированных растений и животных. Они не имеют возможности приспособиться к новым условиям среды при ее резком изменении, к новому виду пищи, при исчезновении привычного корма.
Яркий пример этого процесса — внезапное вымирание динозавров (рис. 7). Причиной ученые называют падение на Землю гигантского небесного тела около 65 млн лет назад. Наступившие после изменения сравнивают с ядерной зимой. Снизилась прозрачность атмосферы из-за туч пепла и дыма, температура резко снизилась. Растения на больших территориях погибли, а динозавры лишились пищи.
Небольшие по размерам предки современных млекопитающих были теплокровными, возможно, всеядными. Они смогли пережить изменение условий и со временем заняли господствующее положение на планете.
Смотри также:
Как вы считаете, материал был полезен?