Біологічний прогрес і регрес. Шляхи досягнення біологічного прогресу

Вивчаючи історичний розвиток тварин, О.М.Сєверцов у 20-х роках XX сторіччя розробив гіпотезу про біологічний прогрес і шляхи його досягнення та біологічний регрес.

Біологічний прогрес проявляється у збільшенні чисельності популяцій, розширенні ареалу та утворенні нових підвидів і видів у межах певної групи. Наприклад, нині у стані біологічного прогресу перебувають покритонасінні, комахи, молюски, птахи, ссавці. Біологічний прогрес є наслідком еволюційного успіху певної групи.

Біологічний регрес – це наслідок неспроможності певної групи організмів пристосуватись до змін довкілля. Він проявляється у зменшенні чисельності популяцій, звуженні ареалів та може призвести до вимирання певної групи. Наприклад, із колись процвітаючого ряду хоботних у наш час лишилось тільки два види - африканський та індійський слони, які перебувають під загрозою повного вимирання.

Оскільки реально існують лише види, поняття про прогрес чи регрес стосується кожного з них окремо. За даними палеонтологічних знахідок, багато груп організмів безслідно зникли з лиця Землі, однак насправді це свідчить лише про вимирання конкретних споріднених видів. З іншого боку, в кожній із «процвітаючих» груп багато видів зникають, їм на зміну з'являються нові, які займають подібні екологічні ніші, однак вони зовсім не обов'язково є родичами зниклих. Наприклад, після вимирання динозаврів відповідне їм місце в наземних екосистемах зайняли ссавці. Цікаво, що динозаври - це лише два ряди плазунів, тоді як протягом сучасної (кайнозойської) ери повністю вимерло 14-16 рядів ссавців. «Високоорганізованих» голонасінних у наш час налічують не більше 600 видів, а «примітивних» папоротей - 10 000! Усе це свідчить про те, що поняття біологічний прогрес і регрес не мають реального відображення в природі, а є узагальнюючими термінами, які показують ступінь видової різноманітності певної групи в певний геологічний час.

Уявлення про зміни будови організмів для досягнення біологічного прогресу мають узагальнюючий характер. До них належать поняття про ароморфоз, ідіоадаптацію та загальну дегенерацію.

Ароморфоз (від грец. айро - піднімаю та морфозіс - форма, зразок), або морфофізіологічний прогрес - еволюційне перетворення, яке підвищує рівень організації організму в цілому і відкриває нові можливості для пристосування до різноманітних умов існування. Наприклад, виникнення щелеп у хребетних дало їм можливість живитись великою здобиччю; утворення квітки у покритонасінних привело до способів запилення і формування плодів.

Загальна дегенерація (від лат. дегенеро - вироджуюсь), або морфофізіологічний регрес - явище спрощення організмів у процесі еволюції. Воно здебільшого характерне для паразитів і малорухомих організмів. Так, деякі вчені вважають віруси нащадками прокаріот, які внаслідок пристосування до паразитизму втратили навіть клітинну будову. Відомо, що у паразитичних тварин зникають органи чуттів, а також цілі системи органів (наприклад, травна - у стьожкових червів). Деякі паразитичні види рослин втрачають хлорофіл і відповідно – здатність до фотосинтезу (наприклад, рослин-паразит на коренях дерев - Петрів хрест). Малорухомість і пасивний (фільтруючий) спосіб життя також ведуть до дегенерації – наприклад, у двостулкових молюсків, вусоногих рачків. Інколи дегенерації зазнає лише певна фаза життєвого циклу (наприклад, гаметофіт у насінних рослин). Результатом як ароморфозу, так і дегенерації є розширення адаптаційних можливостей, яке реалізується завдяки ідіоадаптаціям; тобто, хоча відбувається адаптаційна радіація, однак рівень організації виниклих видів залишається на рівні предкового.

Ідіоадаптація (від грец. ідіос - особливий, своєрідний та лат. адаптаціо — пристосування) - зміна будови організму, яка має характер пристосування до певних умов і не змінює рівень його організації. Приклади ідіоадаптацій — це різноманітна будова квіток покритонасінних, різноманітні ротові органи комах, різна форма дзьоба у птахів, пристосована для добування різної їжі. Ідіоадаптації забезпечують адаптивну радіацію, однак організація всіх видів залишається на рівні предкової.

О.М. Сєверов сформулював положення про співвідношення між собою основних шляхів досягнення біологічного прогресу (зміна фаз еволюційного процесу, або «закон Сєверцова»): як правило, у межах природної (тобто монофілетичної) групи організмів за періодом ароморфозів чи загальної дегенерації настає час ідіоадаптацій. Отже, під час історичного розвитку певної систематичної групи ароморфози чи загальна дегенерація відбуваються значно рідше, аніж ідіоадаптації.

Самостійна робота № 8

Тема: Гіпотези виникнення життя на Землі. Еволюція одноклітинних та багатоклітинних організмів. Періодизація еволюційних явищ

Розвиток життя в архейську еру. Перші залишки живих організмів належать до архейської ери (почалась приблизно 4,5 млрд, а закінчилась - 2,5 млрд років тому). Їх знайдено в австралійських і південноафриканських осадових породах, вік яких приблизно 3,5 млрд. років (осадові породи утворюються на дні водойм, у даному випадку - мілководдях архейських морів). Це були лише прокаріоти, представлені рештками оболонок колоній ціанобактерій з вуглекислого кальцію та клітинними стінками бактерій різної форми (кулясті, паличкоподібні та ниткоподібні).

На відміну від еукаріот, еволюція яких відбувалась у відносно стабільних геохімічних умовах, первинні бактеріальні екосистеми докорінно змінили ці умови впродовж архейської ери та самі пристосувались до них, у свою чергу змінившись. Перші осадові породи віком близько 3,8 млрд років значною мірою є результатом життєдіяльності залізобактерій (поклади залізної руди), зелених і пурпурових бактерій (поклади сірки, можливо, нафти та природного газу).

Унаслідок фотосинтезуючої діяльності ціанобактерій у кінці архейської ери в атмосфері накопичилась значна кількість кисню та утворився озоновий шар. Це спричинило появу більш енергетично вигідного аеробного розщеплення поживних речовин живими організмами та захист поверхні Землі за допомогою озонового екрану від космічного та сонячного ультрафіолетового опромінень.

Розвиток життя в протерозойську еру. За першу половину протерозойської ери (почалась 2,5 млрд, закінчилась – близько 0,6 млрд років тому) прокаріотні екосистеми опанували весь Світовий океан. Близько 2 млрд років тому з’явилися первісні одноклітинні еукаріоти, які швидко дивергували на рослини, здатні здійснювати фотосинтез (водорості), та тварини і гриби, що належать до гетеротрофів. Як спосіб досягнення біологічного прогресу для еукаріотів характерне ускладнення організації в процесі історичного розвитку. Навіть в одноклітинних еукаріотів (багато видів водоростей, інфузорії, споровики) клітини побудовані дуже складно. Більшість учених вважає, що багатоклітинні організми походять від колоній одноклітинних унаслідок диференціації їхніх клітин. Є кілька гіпотез походження еукаріот, з яких у наш час найпопулярніша симбіотична. Прихильники цієї гіпотези вважають, що принаймні деякі двомембранні органели, що мають свій геном і здатні до розмноження поділом (пластиди та мітохондрії), - нащадки симбіотичних прокаріотів, які втратили здатність до існування поза клітиною хазяїна. Співжиття кількох видів прокаріотів сприяло, врешті-решт, до утворення еукаріотичних клітин. Такі органели, як ядро, апарат Гольджі та багато інших, могли виникнути шляхом вгинів плазматичної мембрани всередину клітини.

Вендський період протерозойської ери. Цей останній період протерозойської ери тривав близько 80 млн років. За нього на мілководдях морів сформувались біогеоценози, основними продуцентами в яких були ціанобактерії та синьо-зелені водорості. Найпоширенішими тваринами були різноманітні кишковопорожнинні: поліпи та медузи. Деякі з них досягали метра в діаметрі. У середині періоду з’явилися повзучі та плаваючі двобічносиметричні тварини. Серед них були несегментовані та сегментовані організми, у деяких з них на кожному сегменті тіла розташовувалась пара кінцівок. Наприкінці періоду внаслідок біосферної кризи, спричиненої зледенінням, вендські екосистеми зруйнувались і більшість їхніх видів вимерло.