Эволюция органического мира. Развитие биологии в додарвиновский период К. Линней. Ж. Б. Ламарк. Эволюционное учение Дарвина. Борьба за существование. Изменчивость

Цель урока:

· Обуч. Изучить особенности сложных процессов эволюции органического мира, а так же особенности эволюционного учения Дарвина.

· Развив. Сформировать у школьников умение объяснять причины и следствия сложных процессов.

· Воспит. Воспитывать всестороннее понимание материала, понимание сущности протекающих в организмах (растений и животных) процессов.

Методы активизации мыслительной деятельности 3-5 мин.

Орг. момент. План урока.

Методы контроля знаний (опрос) 5-7 мин.

1. Раздражимость, рефлекс. (1 в)

2. Бесполое размножение. (2 в)

3. Половое размножение. (3 в)

4. Партеногенез. (1 в)

5. Половое размножение растений. (2 в)

6. Онтогенез. Стадии развития зародыша. (3 в)

Основная часть.

Понятие эволюции, ее направления.

Существует несколько определений эволюции:

1. Необратимый процесс исторического развития живых организмов.

2. Постепенный, более или менее направленный процесс совершенствования биологических систем.

3. Медленный процесс изменения живых организмов от простых (примитивных) форм к более сложным (совершенным).

4. Совершенствование живых объектов в течение длительного времени (рис. 46).

Можно сформулировать и другие определения. Главное - уяснить: процесс эволюционного развития нельзя уподобить плавному движению эскалатора, где все ступени движутся вверх одна за другой с одинаковой скоростью. Процесс эволюции сложный и разноплановый. Вам известно, что жизнь на планете не всегда была такой, как теперь. О ранних этапах ее зарождения вы уже имеете представление. Вы знаете о существовании в прошлом мамонтов и динозавров, пещерных медведей и саблезубых тигров. Многие хорошо знакомые существа появились сравнительно недавно. Так, собаки, кошки или воробьи исторически во много раз моложе варанов, морских звезд или акул. Нужно понять, что эволюция как исторический процесс идет не всегда одинаково. Во-первых, скорость эволюционных преобразований в разных систематических группах организмов существенно отличается. На каком-то отрезке времени одна из групп может эволюционировать быстрее других, а на другом - она же полностью затормаживается в своем историческом развитии.

На развитие, становление и совершенствование той или иной систематической группы живых организмов оказывают влияние сотни факторов. От этого зависит выживание и дальнейшее совершенствование — эволюционирование.

На основе эволюционного успеха принято выделять два понятия: биологический прогресс и биологический регресс.

Под биологическим прогрессом понимают увеличение численности особей, систематическое разнообразие (увеличение численности более мелких систематических групп) и расширение ареала. Так, в мезозойскую эпоху господствовали динозавры. Это было время их «биологического прогресса», т. е. было много особей, много систематических групп (разнообразные летающие, хищные, морские и травоядные динозавры). Этими видами была заселена практически вся планета.

Регресс - противоположен прогрессу, это эволюционная неудача.

Биологический регресс — это уменьшение численности особей и их систематических групп и сужение ареала. При биологическом регрессе остается еще достаточно представителей для восстановления численности и возможного перехода к прогрессу. Группы живых организмов в разные отрезки времени могут переживать как биологический прогресс, так и биологический регресс. Так пресмыкающиеся господствовали в мезозое, затем уступили место млекопитающим, птицам и насекомым. Пути достижения прогресса могут быть различными. Одни организмы совершенствуются и становятся более сложными. Таким образом биологического прогресса достигли птицы и млекопитающие. Другие организмы, наоборот, упрощаются, теряют ряд важных органов. Это может происходить, когда виды становятся паразитами. Такой путь прошли некоторые черви (эхинококки, аскариды и др.) и насекомые (вши, постельные клопы).

Мы не знаем, как будет выглядеть органический мир через 5-6 млн. лет, и сохранится ли он вообще. Закономерности эволюционных процессов очень сложны и до сих пор до конца не изучены. Но сегодня нам точно известно, почему происходит эволюция. Основная заслуга в создании эволюционного учения принадлежит Ч. Дарвину. Его величайшему открытию предшествовали труды многих ученых.

Развитие биологии в додарвиновский период. Важным предшественником эволюционистов можно считать Карла Линнея (1707-1778), шведского естествоиспытателя. Этому ученому удалось, наконец, систематизировать живые организмы. Работа «Система природы» (1735) принесла К. Линнею всемирную славу. В ней даны основные принципы классификации растений и животных и их деление на соподчиненные систематические категории: классы, отряды, роды и виды. Позднее он выпустил посвященную этим же проблемам «Философию ботаники». Именно К. Линней ввел бинарную номенклатуру - двойные названия организмов. Одно слово, существительное, — обозначает род, другое, прилагательное, - вид. Так, виды подорожник большой и подорожник ланцетовидный относятся к одному роду. Это позволило ученым всего мира легко понимать друг друга.

Заслугой К. Линнея можно считать и то, что он четко сформулировал понятие «вид» и разработал его определение на основе морфологического критерия, т. е. сходства во внешнем и внутреннем строении. Хотя К. Линней и отнес человека к человекообразным обезьянам (руководствуясь сходством в строении), он и не предполагал возможности эволюции. Сам К. Линней говорил, что «близость в системе не говорит о кровном родстве». Представления о живой природе появились ещё до 17 в.

АРИСТОТЕЛЬ (384-322 г.г. до н. э.) «отец зоологии» изучал разнообразие видов животных, внешний облик, повадки, и внутреннее строение. Стр. 65.

«Лестница существ»

человек

|

млекопитающее

«живородящие»

|

«черепокожие»

брюхоногие и двустворчатые моллюски

ГАЛЕН (130-200) стр. 66 (вены, артерии).

В эпоху упадка Римской империи естественно научные исследования прекратились. Расцвет наступил в эпоху возрождения.

ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ (1452-1519) - точные изображения мускулов, костей, суставов, кровеносных сосудов. Стр. 67.

Дальнейшее развитие связано с именем

АНДРЕАСА ВЕЗАЛИЯ (1514-1567) 7 книг. «О строении человеческого тела» (клапаны на стенках вен, в 23 года докторская степень и кафедра, профессор хирургии).

УИЛЬЯМ ГАРВЕЙ (1578-1657). Книга «Исследования о движении сердца и крови у животных». Стр. 68.

РОБЕРТ ГУК (1635-1703) применение микроскопа.

АНТОНИ ВАН ЛЕВЕНГУК (1632-1723) Усовершенствовал микроскоп. В 18 в. систематизировал биологические знания.

КАРЛ ЛИННЕЙ (1707-1778) 24 класса растений, первые 13 классов отличались количеством тычинок стр. 69-70.

ЖАН БАТИСТ ЛАМАРК (1744-1829). Крупнейший ботаник Франции.

Жан-Батист Ламарк (1744-1829)

Основанная только на внешнем сходстве система Линнея содержала массу ошибок, но она была лучшей в то время и позволила К. Линнею войти в историю науки как отцу систематики.

Эволюционная теория Ж. Б. Ламарка. В XVII в. в биологии появилось направление, называемое трансформизмом. Трансформисты верили в изменяемость живого, в его трансформацию. Самым выдающимся из трансформистов считается Жан-Батист Ламарк. Он создал первую целостную эволюционную теорию. Его работа «Философия зоологии» (1809) стала важнейшей ступенью на пути к господству эволюционных представлений в биологии.

Ж. Б. Ламарк, как и К. Линией, тоже занимался систематикой и значительно усовершенствовал линнеевскую систему. Так, он впервые разделил всех животных на позвоночных и беспозвоночных, а беспозвоночных — на 10 классов, а также выделил классы земноводных и пресмыкающихся. До Ж. Б. Ламарка считалось, что все беспозвоночные под разделяются на насекомых и червей, а лягушки с тритонами и змеи с черепахами относятся к одному классу. За основу своей классификации Ж. Б. Ламарк берет строение нервной и кровеносной системы. Это позволяет избежать ошибок К. Линнея. Выстроив таким образом виды, он увидел, что живые организмы находятся как бы на ступенях лестницы, становясь все более сложными и совершенными. Так появилось понятие градация, т. е. постепенное повышение уровня организации живых организмов. Следовательно, мир живой природы изменяется, он совершенствуется. Ж. Б. Ламарк делает верное предположение, что все живое изменяется под влиянием окружающей среды.

Но и в концепции Ж. Б. Ламарка также есть серьезные ошибки. Одна из них — попытка объяснить причины естественной эволюции с позиций идеализма. Ж. Б. Ламарк был глубоко верующим человеком. По его мнению, создав однажды примитивные формы жизни, Бог вложил в душу каждого живого существа стремление к совершенству. И каждый организм прилежно выполняет это божественное предназначение и передает результаты своих усилий потомству. Так, например, цапля, вынужденная ходить по болоту, чтобы не намокнуть, постоянно вытягивает ноги. От ежедневных упражнений ноги самых прилежных цапель становятся несколько длиннее. И если две прилежные цапли образуют пару и дают потомство, то ноги их детей будут изначально длиннее, чем у детей не тренировавшихся птиц этого вида. Если органы долго не упражняются, они могут уменьшиться в размерах или исчезнуть вовсе, например, глаза у кротов или конечности у змей. Сейчас подобные предположения кажутся абсурдными.

Не стоит забывать, что во времена Ж. Б. Ламарка его теория была поистине революционной. Она вызвала острые споры среди широкой научной общественности. Несмотря на явную идеалистичность, идеи Ж. Б. Ламарка казались богохульными. В целом его научная деятельность внесла большой вклад в развитие биологии. Он более точно и полно систематизировал животных. Показал принцип усложнения органов и систем (градация). Верно предположил зависимость приспособлений организмов от условий окружающей среды, но причины эволюции он трактовал неверно.

Следующая эволюционная теория принадлежит Ч. Дарвину.

Чарльз Дарвин

(1809-1882)

Материализм — направление в философии, утверждающее, что первична материя, бытие, объективная действительность. Сознание и мышление рассматриваются как свойства высокоорганизованной материи, природы, бытия.

Идеализм — направление в философии, противоположное материализму, исходящее из первичности духа, идеи, сознания и вторичности материи.

Метафизика — идеалистическое философское учение о неизменных первоначалах мира, якобы лежащих в основе физических явлений.

Эволюционное учение Ч. Дарвина. Движущие силы эволюции.

Чарльз Дарвин ответил на вопрос, почему происходит эволюция и сформулировал верную эволюционную теорию. С момента ее появления в биологии господствует эволюционный принцип, т.е. все последующие открытия рассматриваются с эволюционных позиций. Открытие Ч. Дарвина предопределило весь дальнейший ход развития биологической науки. Проведение основы эволюционной концепции связано с именем гениального английского ученого Ч. Дарвина (1809-1882).

Под влиянием отца поступил на медицинский факультет, но потом перешел на богословский факультет Кембриджского университета. Воспитываясь в среде деда (врач, натуралист) молодой Дарвин рос в среде, где присутствовали идеи бога и идеи эволюции.

Путешествуя на корабле, он сравнивал геологическое строение, флору, фауну. Огромное количество коллекций. На Галапагосских островах новые виды животных.

После возвращения из путешествия Дарвин в течении 20 лет работал над созданием эволюционного учения, собирал факты о выведении пород животных и новых сортов растений.

За это время было написано несколько книг:

· «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствующих пород в борьбе за жизнь»;

· «Изменение домашних животных и культурных растений»;

· «Происхождение человека и половой отбор».

Основы своей теории Ч. Дарвин изложил в работе «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859). До сих пор этот труд не утратил актуальности. Генетические открытия, сделанные в XX в., подтвердили, дополнили и развили теорию Ч. Дарвина. Основной заслугой ученого является то, что он четко указал 3 главные причины (движущие силы) эволюции:

1) естественный отбор;

2) наследственная изменчивость;

3) борьба за существование.

Работа в парах.

Каковы предпосылки возникновения учения Ч. Дарвина?

Избыточная численность — это общее свойство живых организмов производить потомства больше, чем способно выжить в данных конкретных условиях. Примеров неограниченности размножения существует множество.

В одной головке мака содержится 3 000 семян. Если все они прорастут и дадут урожай, то на следующий год мы получим 3 000 х 3 000 = 9 000 000 семян. На третий год количество семян составит 9 000 000 х 3 000 = 27 000 000 000. Таким образом, если исключить гибель потомков только одного растения мака, через 5 лет на планете не осталось бы уголка суши, где росло бы хоть одно другое растение. Всю территорию займут выжившие потомки одного мака. Для oдуванчика, у которого 100-200 семян, этот финал наступил бы через 9 лет.

Аналогичный пример можно привести и с комнатной мухой. При благоприятных условиях она откладывает примерно 120 яиц каждые 20 дней. По статистике, из половины яиц должны появляться самки. Способность откладывать яйца у этих самок тоже появляется через 20 дней. Произведя несложные расчеты, можно убедиться, что при условии полного, 100%-ного выживания всех поколений потомков одной мухи, их число за 5,5 месяца (с апреля по сентябрь) составит 335 923 200 000 000. Если учесть, что длина тела одной мухи равна 5 мм, то, расположив это количество насекомых одно за другим, мы получим расстояние в 2 500 млн. км. Это чуть ли не в 20 раз превышает расстояние от Земли до Солнца.

Явление избыточной численности ведет к конкуренции между особями. А конкуренция оформляется в борьбу за существование, где кто-то обязательно победит, т. е. выживет, а кто- то проиграет и погибнет. Часто говорят: «В борьбе за существование выживает сильнейший». Это не совсем верно. Например, белый медведь физически значительно сильнее тушканчика. Но если он попадет в пустыню, то вряд ли «победит» тушканчика и выживет. Более верна такая формулировка: «В борьбе за существование выживает тот, кто лучше приспособлен к условиям окружающей среды». Борьба за существование приводит к естественному отбору. Дарвин считал отбор главным эволюционным фактором, т. е. главной причиной эволюции. Даже саму эволюционную теорию Дарвина, или дарвинизм, называют теорией естественного отбора. Благодаря отбору не только выживают самые приспособленные особи, но в историческое время сохраняются наиболее приспособленные виды и классы животных и растений.

Естественный отбор является результатом борьбы за существование. Он не ограничен данным местом и временем. Это не конкретные конкурентные взаимоотношения двух особей в данный момент. Дарвин писал: «Отбор действует ежесекундно и повсеместно». Он оказывает свое влияние на каждый организм в отдельности и на все живое вместе.

Физминутка.

Представим себе, что жизнь, зародившись в виде бактерий, подверглась бы действию только борьбы за существование и естественного отбора. Лучшие из лучших бактерии выжили бы. И именно они, самые приспособленные из приспособленных, оставили бы потомство. От этого потомства осталось бы точно такое же потомство. Эволюция на этом закончилась бы, а жизнь осталась в виде самых лучших и наиболее приспособленных бактерий.

Предположим, что вы выступаете в роли естественного отбора. Из мешка фасоли вы выбрали самые лучшие, крупные и здоровые семена. Посадили их и получили таких же безупречных потомков, являющихся точной копией родителей. А других видов фасоли у вас больше нет. Ведь те, кто погиб в ходе отбора, не оставив потомства, потеряны для эволюции навсегда и не могут больше участвовать в размножении. Внуки ваших отборных семян были такими же отборными, как и их предки. И так все поколения до бесконечности. Так благодаря отбору удалось создать лучшую фасоль. Но вы никогда не создадите что-то другое, например, фасоль другого цвета, формы или размера.

Тем, кто хоть раз занимался разведением растений или животных, ясно, что в реальной жизни потомки никогда не будут точной копией родительских форм. Ведь существуют такие общие свойства всех живых организмов, как наследственность и изменчивость.

Наследственность - это свойство организмов походить на своих предков и передавать некоторые признаки потомству. В основе наследственности лежит передача генов и хромосом через половые клетки при половом размножении или соматические клетки при бесполом.

Изменчивость - это общее свойство всех живых организмов отличаться от своих предков. При половом размножении изменчивость объясняется тем, что потомок является результатом слияния гамет, содержащих гены и хромосомы двух разных организмов: отцовского и материнского. Соответственно, потомок не может быть точной копией кого-то одного из родителей, а будет сочетать их признаки. Вы, наверное, замечали, что эти сочетания каждый раз неповторимы. Так, даже в самых многодетных семьях нет и не может быть двух абсолютно одинаковых братьев и сестер (исключая однояйцовых близнецов). При бесполом размножении механизм изменчивости несколько сложнее.

Одна из причин - мутации, т.е. случайные изменения последовательности нуклеидов в ДНК, например «ошибок» при репликации.

Если особь получила какие-либо полезные изменения, она получает преимущества в борьбе за существование, сохраняется при естественном отборе и дает более многочисленное и жизнеспособное потомство, чем другие особи того же вида. А если особь в ходе изменчивости приобрела вредные в данных условиях качества (наследственные изменения), она с большой долей вероятности либо погибнет, либо не будет участвовать в размножении. В конечном итоге эволюционный успех - это успех в размножении. Для эволюции как для исторического процесса не важно, сколько проживет та или иная особь. Важно, сколь многочисленное потомство она оставит, какому количеству потомков будут переданы ее гены и признаки.

Если Вы читали сказку М. Е. Салтыкова-Щедрина «Премудрый пескарь», то помните, что ее герой всего боялся, всю жизнь осторожничал, прожил долго, но потомства не оставил. Это яркая иллюстрация эволюционной неудачи, проигрыша в борьбе за существование.

Таким образом, конкуренция между особями приводит к борьбе за существование. В ходе этой борьбы выживают и оставляют потомство особи и виды, лучше приспособленные к условиям окружающей среды. Результатом борьбы за существование является естественный отбор. Совокупность всех видов и форм борьбы за существование на протяжении всего исторического времени составляет основу естественного отбора. Параллельно происходят наследственные изменения (мутации или сочетания новых признаков). Появляющиеся на свет организмы отличаются от своих предков. Отбор сохраняет тех, чьи наследственные изменения более благоприятны в данных условиях. Кто обладает худшими качествами — погибает и (или) не оставляет потомства. Полезные наследственные изменения постепенно накапливаются у определенной группы живых организмов. Такое накопление изменений в ряде поколений может привести к появлению новой жизненной формы, систематической группы (вид, семейство, класс и т. д.).

Борьба за существование, ее причины и виды Ч. Дарвин считал, что борьба за существование является следствием двух взаимоисключающих причин:

1) неограниченной способности живых организмов к размножению;

2) ограниченности природных ресурсов.

Под «борьбой» подразумевается не прямое столкновение особей, приводящее к вытеснению одних из них. Это весь комплекс сложных взаимоотношений живых организмов, включающий и взаимопомощь, и пассивную конкуренцию, и весь спектр симбиотических отношений. Традиционно борьбу за существование подразделяют на три вида: внутривидовую борьбу, межвидовую борьбу и борьбу с абиотическими факторами.

Внутривидовая борьба протекает между особями одного вида. Примером такой борьбы могут служить брачные турниры оленей или других животных конкуренция растений одного вида за свет в сосновом или еловом лесу. Считается, что это самая острая форма, в ходе которой погибает больше всего особей. Этот вид борьбы у многих млекопитающих начинается еще до рождения. У многоплодных зверей (мыши, собаки) детенышей в одном помете обычно несколько, они неодинаковы по массе и размерам.

Это свидетельствует о том, что уже на эмбриональном уровне родные братья и сестры конкурируют за питательные вещества, поступающие из организма матери через плаценту. Тот из детенышей, которому достается больше питательных веществ и чье развитие идет быстрее, имеет больше шансов родиться более здоровым и сильным.

После рождения процесс конкуренции обостряется. Например, птенцы в одном гнезде конкурируют за пищу, принесенную родителями. Чем больше у одной пары животных потомков в один сезон, тем острее протекает между ними внутривидовая борьба за существование. Так, было замечено, что процент смертности в пометах морских свинок зависит от количества родившихся детенышей. Наибольшее количество погибших детенышей наблюдается в пометах с максимальным числом особей. Такой механизм препятствует перенаселению.

Подобное положение существует не только у животных, но и у растений, следовательно, существует жесткая внутривидовая конкуренция. Чем больше особей одного вида на данной территории, тем острее борьба и выше смертность.

1 группа

Когда говорят о внутривидовой борьбе, то называют три основных направления: за пищу, за полового партнера, за территорию.

У растений борьба за полового партнера носит условный характер, особенно у самоопыляемых видов.

2 группа

Межвидовая борьба существует между особями разных видов. Классическим примером служат взаимоотношения хищник—жертва (волк - заяц, кот - мышь). Это самые разнообразные и многоплановые взаимодействия. Сюда относятся и отношения паразитов с хозяином, конкуренция близкородственных видов, которые нуждаются в сходных условиях, например, разных видов антилоп в саванне. У растений такой вид конкуренции ярко выражен у систематически далеких групп. Так, в лесу конкурируют лиственные и хвойные растения (сосна и береза), а на лугу - однодольные и двудольные (клевер и пырей ползучий). Принято считать, что борьба за существование острее протекает между близкородственными видами или видами, нуждающимися в сходных условиях. Ведь они конкурируют не только за пищевые ресурсы, но и за территорию.

Внутривидовую и межвидовую борьбу можно разделить на прямую и косвенную. При прямой борьбе происходит открытое столкновение особей. Например, самцы многих видов (петухи, жуки, собаки, кошки, моржи) устраивают турниры. Многие животные сражаются за территорию (медведи, львы). В результате бескормицы (щуки) или в силу других причин (смена вожака в прайде львов) взрослые особи уничтожают молодняк своего же вида.

Косвенная борьба происходит без открытых столкновений. Так конкурируют виды птиц, самцы которых призывают самку пением. При заселении мест гнездования у перелетных птиц может и не возникать открытых столкновений. Самым «быстрым», раньше вернувшимся с зимовки, достанутся лучшие участки. Еще больше примеров внутривидовой косвенной борьбы у растений. Так, ветроопыляемые виды продуцируют больше легкой пыльцы и вытесняют своих сородичей, У которых пыльцы оказалось недостаточно. А при опылении насекомыми преимущество получают самые привлекательные для насекомых-опылителей цветы.

3 группа

Борьба с абиотическими факторами.

Следует отметить, что в борьбе за существование всегда присутствует элемент случайности. Возможны несчастные случаи. Например, животные, оказавшиеся в эпицентре лесного пожара, непременно гибнут, хотя они могут быть гораздо лучше приспособлены, чем те, что оказались на достаточном расстоянии от эпицентра и спаслись. Таким образом, иногда хорошо приспособленные особи могут погибнуть, а хуже приспособленные — выжить и оставить потомство.

Текущий контроль, закрепление материала 5-7 мин.

Выделить основные положения учения и записать в тетрадь.

Основную сущность теории Ч. Дарвина можно представить целостной, логической структурой. Схема на стр. 76.

Итоговый контроль, анализ урока.

1. Что является движущими силами эволюции (борьба за существование и естественный отбор)?

2. Какое влияние оказало учение Дарвина на развитие биологической науки?

Д/3 П. 24-26. Принести по 5 лавровых листа для лабораторной работы. Знать основные положения учения Дарвина.