На чтение: ≈ 23 мин.Оборудование:
Таблицы: “Развитие органического мира”, “Филогенетический ряд развития лошади”, “Геохронологическая таблица”, “Представители отряда непарнокопытных или грызунов”, “Ароморфоз”, “Идиоадаптация у животных”.
Рисунки: реликтовые формы – латимерия, гаттерия, гинкго, опоссум; белый и бурый медведь, крот, цокор, ласка, хищник и жертва (волк, лиса и заяц), акула, гигантская черепаха, сорное растение, колорадский жук; вымершие животные – стеллерова корова, зебра квагга, археоптерикс, птеродактиль.
Портреты ученых Ч.Дарвина, Н.А.Северцева, В.И.Вернадского.
Цели: обобщение материала и углубление знаний учащихся о действии естественного отбора, о путях биологического прогресса, о закономерностях эволюционного процесса; развитие навыков самостоятельного поиска информации, совместного решения проблем, выступления перед аудиторией, анализа выступления.
Ход урока
Учитель: На предыдущих уроках мы изучали теорию эволюции Чарльза Дарвина, механизмы эволюционного процесса. И пришли к выводу, что развитие органического мира подчиняется определенным закономерностям.
Есть законы, действие которых распространяется на различные процессы, явления, но мы с вами на этом уроке попробуем выйти на определенные правила эволюции, некоторые из них могут претендовать и на звание закона. Цель этого урока – раскрыть и сформировать правила эволюции.
Природа!.. Она создает
Вечно новые образы; то, что есть, – того
Не было, что было – уже не повторится,
Все ново, хоть все и старо.
И.В.Гете
Вдумайтесь в эти слова, в них скрыта тайна, попробуем эту тайну разгадать.
Обратимся к уже знакомому рисунку учебника (рис.63, стр. 179). Этот рисунок показывает, что пути эволюции органического мира либо сочетаются друг с другом, либо сменяют друг друга. Глядя на этот рисунок, можно сформулировать правило эволюции.
1-й ученик:
Знать о причинах, которые скрыты,
Тайные ведать пути.
Л.Мартынов
При рассмотрении путей биологического прогресса мы раскрыли эти направления или пути: ароморфоз, идиоадаптацию и дегенерацию. В процессе эволюции происходит чередование относительно кратких периодов ароморфозов и последующих длительных периодов идиоадаптации или общей дегенерации. Ароморфозы определяют этапы в развитии органического мира, поднимая организацию какой-либо группы на более высокую ступень эволюции и открывая перед ней новые возможности для освоения внешней среды. Вода и суша – крупнейшие ступени, через которые прошла эволюция жизни. Вслушайтесь в эти слова:
Сухой вдыхая воздух, водный житель
Найдет на суше новую обитель.
Э.Дарвин
Две среды обитания, разные условия жизни. Различно приспосабливаются к жизни на суше бактерии, растения, беспозвоночные, позвоночные животные. Далее развитие идет по пути идиоадаптаций, обеспечивающих более высокоорганизованной группе освоение доступного разнообразия обитания.
При переходе организмов в простые условия формирование частных приспособлений сопровождается упрощением строения. Общая дегенерация всегда вторична по отношению к прогрессивному развитию, так как всякое упрощение предполагает некоторый уровень исходной сложности. Тем не менее ароморфные изменения организации диалектически связаны с ее упрощением. Направление эволюции по пути ароморфоза сопряжено с упрощением тех признаков, которые утрачивают свое значение в новых условиях или препятствуют дальнейшему совершенствованию организации. Возникновение перьевого и волосяного покрова у птиц и млекопитающих сделало излишним покров из чешуи, имеющийся у их предков – пресмыкающихся (табл. “Ароморфоз”, “Представители отряда непарнокопытных или грызунов”, “Идиоадаптация”).
Направления эволюции органического мира, сочетаясь и сменяя друг друга, в целом приводят к усложнению, прогрессивной направленности развития живой природы, к возникновению целесообразности организмов – их соответствия условиям обитания и способности меняться по мере изменения этих условий. Значит, эволюция представляет собой непрерывный процесс возникновения и развития новых адаптаций, протекающий в течение длительного времени – сотен и тысяч поколений. Одни из вновь возникающих приспособлений оказываются очень частными, и их значение не выходит за пределы узких условий (корни с особыми выростами у лепидодендронов для жизни в сырых и болотистых лесах каменноугольного периода). Другие дают возможность выхода группы в новую приспособительную зону и непременно ведут к быстрому эволюционному развитию групп в новом направлении, к более высокому уровню организации (пятипалая конечность древних земноводных). Выводим правило эволюции.
ПРАВИЛО: “Чередование главных направлений эволюции”.
Правило может быть сформулировано как закон Н.А.Северцева о чередовании главных направлений эволюции.
Задания: 1. Укажите эволюционные преимущества цветковых растений. 2. Когда и вследствие каких ароморфозов возникли млекопитающие?
2-й ученик:
ПРАВИЛО: “Происхождение от неспециализированных предков”.
Сформулировано Э.Копом (1904). Правило показывает, что обычно новые группы берут начало не от высших представителей предковых групп, а от сравнительно неспециализированных организмов (табл. “Идиоадаптация у животных. Адаптивная радиация органов движения”). Причина происхождения новых групп от неспециализированных предков в том, что отсутствие специализации определяет возможность возникновения новых приспособлений принципиально иного характера. В историческом плане жесткие требования среды и приводят потомков неспециализированных групп на путь ароморфоза, вызывая к жизни приспособления, которые оказываются перспективными для нового широкого действия идиоадаптаций.
Задание: Укажите примеры жизненных форм разных млекопитающих в зависимости от способа передвижения.
3-й ученик: Приспособленность организмов к условиям среды создается естественным отбором через мутации и комбинации в полезные и необходимые приспособления. Чарльз Дарвин указывал, что вид, изменяющийся в известном направлении, будет изменяться в этом же направлении и дальше. Направленность создается естественным отбором, это можно увидеть на примере филогенетических рядов. При рассмотрении эволюции лошади мы видим направленность становления однопалости (рис. 51, табл. “Филогенетический ряд развития лошади”), укрупнения тела, специализации зубной системы. Эта направленность определяется тем, что предки лошади перешли от лесного образа жизни к степному, то есть происходил процесс приспособления к открытым степным просторам. Выводим правило.
ПРАВИЛО: “Направленность эволюции”.
Задания: 1. Почему рудименты и атавизмы служат доказательствами эволюции? 2. Что такое “грифельные” косточки у лошади?
4-й ученик: Мы можем видеть на примере эволюции лошади ее приспособленность к определенным средам обитания. Результат этой эволюции – современный вид лошади (Equus), то есть можем сформулировать следующее правило эволюции.
ПРАВИЛО: “Прогрессирующая специализация”.
Это правило макроэволюции было сформулировано Ш.Депере (1876 г.). Оно гласит, что группа, вступившая на путь специализации, в дальнейшем развитии будет идти по пути все более и более глубокой специализации. Если в процессе эволюции один вид из группы рептилии приобрел приспособление к полету, то на последующем этапе эволюции это направление сохранялось и усиливалось (например, птеродактили в свое время все более приспосабливались к жизни в воздухе). Это становится понятным, т.к. организм определенного строения не может жить в любой среде, в выборе определенной среды группа ограничена особенностями строения. Если эти особенности несут черты специализации, то организм обычно “выбирает”, точнее, в результате борьбы за существование попадает, во все более частную среду, где его специализированные приспособления могут обеспечить успешное выживание и оставление потомства.
Примеры:
1. Увеличение размеров тела приводит к более экономному обмену веществ (белый и бурый медведь).
2. Хищник имеет преимущество в нападении, а жертвы – в защите (волк и заяц, лиса и заяц).
3. При переходе к подземному образу жизни происходит уменьшение размеров тела как у грызунов, так и хищников (крот, цокор, ласка). И здесь мы тоже видим действие естественного отбора.
Задания: 1. В чем выражается прогрессирующая специализация у морских млекопитающих? 2. Мышь и землеройка принадлежат к разным отрядам класса млекопитающих – грызунов и насекомоядных, но очень похожи по величине и форме тела. Как объяснить это сходство?
5-й ученик: Теория естественного отбора показывает, что органическая эволюция не может прекратиться или остановиться. Она будет продолжаться, пока существует Земля и ее биосфера. Объясняется это тем, что в мире организмов недостижима абсолютная приспособленность. Лик Земли непрерывно меняется, и не только под влиянием космических и физико-химических факторов, но и под влиянием органического мира, который уже самим фактом своего существования изменяет среду своего обитания (“Геохронологическая таблица”, табл. “Развитие органического мира”). Более подробно мы с вами будем изучать развитие органического мира на последующих уроках.
В борьбе стихий, в развитье
постепенном
Все существа, все формы
создались
И жизнею могучею зажглись!
Э.Дарвин
Посмотрите на таблицу “Развитие органического мира”, она поможет сформулировать следующее правило эволюции.
ПРАВИЛО: “Неограниченность эволюции”.
Жизнь, говорит В.И.Вернадский, постоянно нарушает химическое равновесие поверхности нашей планеты. Однако, изменяя среду обитания, организм обусловливает изменение степени своей приспособленности к среде. В этих условиях организм неизбежно всегда находится в противоречии с условиями среды и всегда лишь относительно соответствует ей. Относительность приспособления, будучи нормальным явлением, делает неизбежной формой бытия борьбу за существование. С другой стороны, с той же неизбежностью в населении любого вида возникают новые наследственные изменения, новые комбинативные формы. Таким образом, в силу указанных причин создается динамичность, изменяемость среды и в то же время постоянно поддерживается биологическое неравенство особей – внутренняя противоречивость вида. В условиях изменяющейся среды новое неизбежно возникает и столь же неизбежно вытесняет старое. Любой вид находится на пути к недостижимой гармонии со средой, естественно, что он всегда развивается. Действительно, из палеонтологии известно, что на протяжении грандиозных геологических эпох органический мир всегда менялся. В число факторов изменений в последнее время включился человек, и действие факторов делает невозможной остановку эволюции. Она и есть биологическая необходимость. Более подробно знакомиться с развитием органического мира мы будем на последующих уроках.
Задание: Как объяснить одновременное существование на Земле организмов разной степени сложности?
6-й ученик: Ч.Дарвин отмечал также различия в темпах эволюции разных групп организмов. “Живые ископаемые” существуют на Земле почти без изменений сотни миллионов лет (гаттерия, кистеперая рыба латимерия, двулопастное гинкго и др.), т.к. среда обитания у них почти не изменилась, эволюция для них как бы приостановилась. Эти строчки про них.
А нам они стремятся объяснить
Ушедших дней непознанную
тайну,
Вия времен оборванную нить.
Л.Мартынов
Но есть животные и растения, которые изменяются очень быстро. Часто темп эволюции определяется не астрономическим временем (годы, тысячелетия), а биологическим (по числу поколений, необходимых для возникновения нового вида, приспособления). Темпы эволюции низки у организмов, живущих в постоянных условиях (глубины океанов, пещерные воды), при слабой интенсивности отбора (например, на островах, где нет хищников). Наоборот, у организмов, живущих в меняющихся условиях, при сильной интенсивности отбора темпы эволюции высокие. Это хорошо можно увидеть на распространении устойчивых к действию ядохимикатов насекомых-вредителей или устойчивых к гербицидам сорных растений. Выводим следующее правило.
ПРАВИЛО: “Неравномерность эволюции”.
Задание: Действию какого отбора – естественного или искусственного подвергаются сорные растения и насекомые-вредители?
7-й ученик: Эволюция жизни на Земле характеризуется тенденцией к постоянному ускорению: от возникновения первых живых существ (около 4 млрд.лет назад) до первого массового развития многоклеточных прошло более 2,5 млрд. лет. Для достижения огромного разнообразия животных и растений было необходимо около 400 млн. лет, для развития млекопитающих и птиц – 100 млн.лет, приматов – около 60 млн.лет, для рода Человек – 6 млн.лет, для Homo sapiens – 60 тыс. лет. Древний каменный век (палеолит) продолжался столько же, сколько и последующие неолит, бронзовый и железный века вместе взятые. Весь ход истории свидетельствует об ускорении развития живой природы (“Геохронологическая таблица”). И мы можем сформулировать следующее правило.
ПРАВИЛО: “Ускорение эволюции”.
Задание: Объясните, почему для появления многоклеточности эволюции было необходимо так много времени?
8-й ученик: Вымирание как процесс есть одна из сторон органической эволюции, ее необходимый компонент. Чарльз Дарвин показал, что само появление новых форм приводит старые формы к вымиранию. Он различал две формы вымирания. Первая – внутривидовая приводит к вымиранию отдельных особей, т.к. они менее совершенны и попадают под естественный отбор. При этом повышается биологический потенциал вида. Вторая – вымирание вида в целом. Численность вида падает, т.к. смертность превышает рождаемость, ареал распадается. Она может произойти в случае изменения климатических факторов, изменения среды обитания, конкуренции, воздействия человека, например: крупные пресмыкающиеся, трилобиты, зебра квагга, стеллерова корова и множество других примеров. Вымирание хорошо согласуется с теорией естественного отбора. И приводит нас к следующему правилу.
ПРАВИЛО: “Вымирание”.
Задание: Обсуждая работу Ч.Дарвина в книге “Краткий очерк теории Дарвина”, К.А.Тимирязев писал: “Смерть, рано или поздно пресекающая все уродливое, бесполезное, все несогласное с окружающими условиями, и есть источник и причина красоты и гармонии органического мира”. Согласны ли вы с таким высказыванием? Перечислите аргументы “за” и “против”.
9-й ученик: Вымирание старых форм делает эволюцию необратимой. Это положение непосредственно вытекает из теории естественного отбора. Не случайно поэтому Ч.Дарвин впервые четко сформулировал следующий принцип необратимости эволюции: “Вид, раз исчезнувший с лица земли, никогда не может появиться вновь, если даже снова повторились совершенно тождественные условия среды”. Дарвин считал, что при полном вымирании вида нарушается непрерывность его развития. Так как условия существования неповторимы, то полностью неповторим и вымерший вид, хотя его потомки продолжают существовать (латимерия – целакант). Эволюция поэтому не может иметь обратного направления, доказательств этому нет. Но часто далекие по своему происхождению организмы могут оказаться в одинаковых условиях среды, что вызывает конвергентное сходство. Например: расположение ноздрей, глаз у лягушки, крокодила, бегемота. Однако невозможно возникновение всего комплекса признаков у разных видов. Но эта обратимость признаков не означает обратимости эволюции групп. Генофонд популяции постоянно обновляется, и поэтому нет точной копии генофонда предыдущих поколений. Эта обновленная популяция будет вступать в другие отношения с окружающей средой, и результаты естественного отбора будут иные. Формулируем правило.
ПРАВИЛО: “Необратимость эволюции”.
Правило может быть законом органической природы. Эволюционный процесс неповторим, он всегда нов, он всегда идет только вперед, он всегда глубоко оригинален.
Задание: Почему в море могут жить рептилии и млекопитающие? Покажите на примерах преимущества млекопитающих.
Учитель: Мы разобрали некоторые правила эволюции. Одни из них более доказательные, с другими мы сталкиваемся чаще, о третьих услышали впервые. Мы не можем сказать, какое из этих правил главнее, но последнее… Вернемся к строчкам великого немецкого поэта, прочитайте их еще раз и задумайтесь над тем, как велика ПРИРОДА!
Природа!.. Она создает
Вечно новые образы; то,
что есть, – того
Не было, что было – уже
не повторится,
Все ново, хоть все и старо.
И.В.Гете.
На уроке мы попытались разобрать некоторые закономерности эволюционного процесса, привели доказательства в пользу сформулированных правил.
Домашнее задание: нужно ответить на вопросы, которые были заданы к каждому правилу.
Елена БЕЛОУСОВА,
учитель биологии
средней школы N 75,
заместитель директора по УВР
Чусовой,
Пермская область
Выбор читателей
Комментарии