اهمیت تحقیقات فیلوژنتیک چیست؟ روشهای تحقیق فیلوژنتیک
روش های تحقیق فیلوژنتیک به طور ارگانیک با روش های مطالعه حقایق تکامل مرتبط است. تاکنون، روش مورفولوژیکی را باید روش اصلی تحقیق فیلوژنتیک در نظر گرفت، زیرا تبدیلات به شکل یک ارگانیسم بدیهی ترین واقعیت باقی مانده است و به ما امکان می دهد پدیده های تبدیل گونه ها را با درجه موفقیت زیادی ردیابی کنیم.
البته از این نتیجه نمی‌شود که روشهای دیگر برای مطالعات فیلوژنتیکی - فیزیولوژیکی، اکولوژیکی، ژنتیکی و غیره قابل استفاده نیستند. هر موجودی تحت تأثیر عوامل محیطی خاص تشکیل می شود، با آن تعامل دارد، در پیوندهای خاصی با موجودات دیگر است. با این حال، شکل یک موجود زنده، ساختار آن همیشه یک شاخص حساس از همه این ارتباطات باقی می ماند و به عنوان یک رشته راهنما برای محقق مسائل فیلوژنتیک عمل می کند. روش تحقیق مورفولوژیکی جایگاه پیشرو در مطالعه فیلوژنی را اشغال می کند و نتیجه گیری آن به طور کلی هنگام آزمایش با روش های دیگر تأیید شده است. مزیت بزرگ روش مورفولوژیکی در دسترس بودن ترکیب آن با روش تحقیق مقایسه ای است که بدون آن تشخیص واقعیت تغییر سیستم های زنده غیرممکن است. اعتبار روش مورفولوژیکی با این واقعیت افزایش می یابد که اساساً عمیقاً خود انتقادی است، زیرا می تواند در جهات مختلف اعمال شود.
اگر مواد دیرینه شناسی بزرگی داشته باشیم (مثلاً تکامل اسب)، می توانیم روش ریخت شناسی مقایسه ای را برای سری های متوالی اجداد و فرزندان اعمال کنیم و بنابراین جهت ها و روش های تکامل یک گروه معین را شناسایی کنیم. شکل ایده ای از ماهیت روش مورفولوژیکی مقایسه ای را ارائه می دهد که در مورد اجداد اسب اعمال می شود. کاهش متوالی انگشتان جانبی و رشد انگشت میانی (III) جهت رشد تکاملی "ردیف اسب" را نشان می دهد.
مقایسه اندام جربوآها با کاهش تعداد انگشتان دست و افزایش تخصص. 1 - jerboa کوچک Allactaga elator، 2 - Salpingotas Koslovi، 3 - Dipus sagitta با پاهای بوته ای. I-V - انگشتان از اول تا پنجم (طبق گفته وینوگرادوف)
علاوه بر این، داده های دیرینه شناسی با مطالعات تشریحی مقایسه ای اشکال مدرن هماهنگ هستند. شکل، اندام های سه فرم را با تعداد انگشتان رو به کاهش مقایسه می کند. اگرچه این یک سری فیلوژنتیک نیست، اما این تصور را ایجاد می کند که هر سه اندام نتیجه تجلی فرآیندهای مشابهی هستند که به مراحل مختلف رشد رسیده اند. بنابراین، روش مورفولوژی تطبیقی، در رابطه با فرم های مدرن، صرف نظر از دیرینه شناسی، این احتمال را ایجاد می کند که برای مثال، پای تک انگشتی باید از یک پا چند انگشتی ایجاد شده باشد. وقتی این نتیجه‌گیری‌ها به حقایق جنین‌شناسی تطبیقی اضافه می‌شوند و نشان می‌دهند که مثلاً در جنین اسب، انگشت‌های جانبی پا تشکیل می‌شوند و سپس به تدریج کاهش می‌یابند، آن‌گاه نتیجه‌گیری ما در مورد منشأ اسب یک انگشتی از بسیاری از موارد است. اجداد انگشت پا حتی محتمل تر می شود.
همزمانی این داده ها نشان می دهد که حقایق دیرینه شناسی، آناتومی مقایسه ای اشکال بالغ و جنین شناسی مقایسه ای متقابلاً یکدیگر را کنترل و تکمیل می کنند و در مجموع یک روش مصنوعی سه گانه تحقیقات فیلوژنتیک را تشکیل می دهند که توسط Haeckel (1899) پیشنهاد شده است و هنوز خود را از دست نداده است. اهمیت امروز پذیرفته شده است که همزمانی داده های دیرینه شناسی، آناتومی مقایسه ای و جنین شناسی، تا حدی، به عنوان اثبات درستی ساختارهای فیلوژنتیکی عمل می کند.
اینها کلی ترین اصول تحقیقات فیلوژنتیک هستند.
اجازه دهید اکنون عناصر توصیف شده مختصری از یک روش یکپارچه تحقیقات فیلوژنتیک را در نظر بگیریم.
داده های دیرینه شناسی قانع کننده ترین هستند. با این حال، آنها یک نقص عمده دارند، یعنی دیرینه شناس فقط با ویژگی های مورفولوژیکی و علاوه بر آن موارد ناقص سروکار دارد. ارگانیسم به عنوان یک کل فراتر از محدوده تحقیقات دیرینه شناسی است. با توجه به این موضوع، برای دیرینه شناس اهمیت ویژه ای دارد که تمام نشانه های موجود از حیواناتی را که با بقایای آنها سروکار دارد، در نظر بگیرد. در غیر این صورت، نتایج فیلوژنتیک او ممکن است اشتباه باشد.
اجازه دهید فرض کنیم که اشکال A، B، C، D، E، E جایگزین یکدیگر در افق های زمین شناسی متوالی می شوند، و دیرینه شناس این فرصت را دارد که مجموع مشخصی از ویژگی های آنها را مشاهده کند - a، b، c، و غیره. همچنین فرض کنید که شکل A دارای ویژگی های a 1, b 1, c 1 است و در اشکال B, C, D, ... این ویژگی ها تغییر می کنند (به ترتیب a 2, b 2, c 2 .. a 3, b 3، ج 3 ...، و غیره .). سپس به مرور زمان سری داده های زیر را بدست می آوریم
به عنوان مثال، این لوح مربوط به یک "ردیف" از اجداد اسب است، جایی که از Eopippus گرفته تا اسب ما در توسعه تعدادی از ویژگی ها متوالی هستیم. جدول توسعه پی در پی همه ویژگی های پیشرو را نشان می دهد. هر علامت بعدی (مثلاً 4) از هر علامت قبلی (مثلاً 3) مشتق شده است. در چنین مواردی احتمال تشکیل سری A، B، C، D، E، E می شود سری فیلوژنتیک، یعنی تعدادی از اجداد و اولاد آنها. این سریال از eohippus تا اسب و برخی دیگر است.
حال فرض کنید با داده های زیر سروکار داریم
یعنی تعدادی فرم را بیان می کنیم که در زمان متوالی جایگزین یکدیگر می شوند و با توجه به یکی از علائم (ب) تصویری از توسعه متوالی از b 1 تا b 5 به دست می آید. با این وجود، سریال ما یک سریال فیلوژنتیک نیست، زیرا به عنوان مثال، در مورد شخصیت های a و b، ما تخصص ثابتی را رعایت نمی کنیم. به عنوان مثال، گونه A دارای فرمول A (a 1، b 1، b 1) است، اما گونه B واضح است که نسل مستقیم آن نیست، زیرا دارای فرمول B (a 4، b 2، b 2) و غیره است. بدیهی است که در اینجا ما با "قطعات" متوالی یک درخت فیلوژنتیک سروکار داریم که شاخه های زیادی از آن پیدا نشده است. بنابراین سری A، B، C، D، D، E در واقع برابر با A، B 1، C 2، D 3، D 1 است. این سریال پله ای نام دارد. برای توضیح تفاوت بین آن و سری فیلوژنتیک، از تصویری استفاده می کنیم که تکامل اسب را نشان می دهد. در اینجا سری های زیر فیلوژنتیک خواهند بود: eohippus، orohippus، mesohippus، parahippus، merigippus، pliohippus، plesippus، اسب. به عنوان مثال، مجموعه‌ای از اشکال زیر پله‌ای می‌شوند: هیراکوتریوم، اپی هیپوس، میوهیپوس، آنکیتریوم، هیپاریون، هیپیدیوم، اسب. همه اینها اجداد و فرزندان نیستند، بلکه شاخه های جانبی متوالی اما پراکنده درخت فیلوژنتیک هستند.
همانطور که می بینید ، سری پله ای از اهمیت کاری بالایی برخوردار است ، زیرا بر اساس آن می توان نتیجه گرفت که اسب از یک اجداد چند داکتیل است.
در نهایت، ممکن است مواجه شوید محدوده تطبیقی، توسعه هر گونه سازگاری را نشان می دهد. چنین سریالی ممکن است بخشی از یک سری فیلوژنتیک باشد، به عنوان مثال، انطباق پای اسب با دویدن، اما اغلب اینطور نیست و می توان یک سریال تطبیقی را حتی به قیمت اشکال مدرنی که شکل نمی گیرند، ساخت. یک سری فیلوژنتیک اصلا همانطور که می بینیم، یک دیرینه شناس باید با مشکلات بزرگی روبرو شود. مطالب او پراکنده و ناقص است.
با این حال، برخی از جبران ناقص بودن داده های دیرینه شناسی، امکان گسترش داده های محیطی به دیرینه شناسی است. شکل خاصی از یک اندام (ساختار پا، ساختار دستگاه دندان و غیره) به فرد اجازه می دهد تا در مورد سبک زندگی و حتی ترکیب غذای حیوانات منقرض شده نتیجه گیری کند. این امر امکان بازسازی روابط اکولوژیکی آنها را فراهم می کند. حوزه مربوط به دانش، که در آثار V. O. Kovalevsky ایجاد شد، paleobiology نامیده شد (Abel, 1912). این باعث تقسیم ایده‌های دیرینه‌شناس درباره حیوانات منقرض شده می‌شود. با توجه به اشکال عاری از اسکلت، دیرینه شناسی فقط مطالب ناچیزی در مورد فیلوژنتیک ارائه می دهد و در این موارد مورفولوژی مقایسه ای با روش مطالعه تطبیقی ساختارهای همولوگ اشکال بالغ و جنینی مدرنیته زمین شناسی حرف اول را می زند. فقدان داده های دیرینه شناسی، استنتاج فیلوژنتیک را بسیار دشوارتر می کند. بنابراین، ساختارهای فیلوژنتیک ما در رابطه با آن اشکالی که مواد دیرینه شناسی برای آنها شناخته شده است، قابل اعتمادترین هستند.
با این وجود، حتی در غیاب داده های دیرینه شناسی، محقق بدون سلاح باقی نمی ماند. در این مورد از روش دیگری یعنی بررسی مراحل رشد انتوژنتیک استفاده می کند.
اگر خطایی پیدا کردید، لطفاً قسمتی از متن را برجسته کرده و کلیک کنید Ctrl+Enter.
1. چه حقایقی ممکن است نشان دهنده ارتباط بین گیاهان و حیوانات منقرض شده و مدرن باشد؟
پاسخ. بر اساس تئوری ترکیبی تکامل، فرآیند تکاملی که در طبیعت رخ می دهد به دو مرحله تقسیم می شود: تکامل خرد و تکامل کلان.
تکامل کلان شامل فرآیندهایی است که منجر به ظهور واحدهای سیستماتیک بزرگتر از یک گونه می شود. علم طبیعی مدرن با مطالعه تکامل کلان، تعدادی از حقایق علمی را که تکامل جهان ارگانیک را اثبات می کند، جمع آوری کرده است. هر حقیقت علمی که حداقل یکی از موارد زیر را ثابت کند، می تواند دلیل تکامل تلقی شود.
وحدت مبدأ حیات (وجود ویژگی های مشترک در همه موجودات زنده).
روابط بین موجودات مدرن و منقرض شده یا بین موجودات موجود در یک گروه سیستماتیک بزرگ (وجود ویژگی های مشترک در موجودات مدرن و منقرض شده یا در همه موجودات در یک گروه سیستماتیک).
عمل نیروهای محرکه تکامل (حقایق تایید کننده عمل انتخاب طبیعی).
شواهد تکامل به دست آمده و انباشته شده در چارچوب یک علم خاص یک گروه از شواهد را تشکیل می دهد و به نام این علم نامیده می شود.
دیرینه شناسی علم بقایای فسیلی موجودات منقرض شده است. بنیانگذار دیرینه شناسی تکاملی دانشمند روسی V. O. Kovalevsky در نظر گرفته می شود. شواهد تکامل شامل فرم های انتقالی فسیلی و سری های فیلوژنتیک گونه های مدرن است.
اشکال انتقالی فسیلی موجودات منقرض شده‌ای هستند که ویژگی‌های گروه‌های قدیمی‌تر و از نظر تکاملی جوان‌تر را ترکیب می‌کنند. آنها شناسایی پیوندهای خانوادگی را که توسعه تاریخی زندگی را اثبات می کند ممکن می سازند. چنین اشکالی هم در بین حیوانات و هم در بین گیاهان ایجاد می شود. شکل انتقالی از ماهی لوب باله به دوزیستان باستانی - stegocephalians - Ichthyostega است. ارتباط تکاملی بین خزندگان و پرندگان را می توان توسط اولین پرنده (Archaeopteryx) ایجاد کرد. رابط بین خزندگان و پستانداران، مارمولک از گروه درمان است. در بین گیاهان، شکل انتقالی از جلبک به هاگ های بالاتر، پسیلوفیت ها (نخستین گیاهان خشکی) هستند. منشا ژیمنوسپرم ها از پتریدوفیت ها توسط سرخس های بذری و منشأ آنژیوسپرم ها از ژیمنوسپرم ها توسط سیکادها ثابت می شود.
فیلوژنتیک (از سری یونانی phylon - جنس، قبیله، پیدایش - منشاء) - دنباله ای از اشکال فسیلی، که منعکس کننده توسعه تاریخی گونه های مدرن (فیلوژنی) است. در حال حاضر، چنین سری هایی نه تنها برای مهره داران، بلکه برای برخی از گروه های حیوانات بی مهرگان نیز شناخته شده است. دیرینه شناس روسی V. O. Kovalevsky سری فیلوژنتیک اسب مدرن را بازسازی کرد.
2. چه نوع گیاهان و جانوران باستانی را می شناسید؟
پاسخ. دقیقاً 75 سال پیش، در سواحل جنوب آفریقا، قدیمی ترین ماهی جهان کشف شد - coelacanth که صدها میلیون سال پیش روی زمین وجود داشت. به افتخار این رویداد، از شما دعوت می کنیم تا با او و سایر حیوانات و گیاهان باستانی که امروزه در سیاره ما زندگی می کنند آشنا شوید.
قبلاً اعتقاد بر این بود که این ماهی ها در اواخر کرتاسه (100.5 - 66 میلیون سال پیش) منقرض شدند، اما در دسامبر 1938، متصدی موزه شرق لندن (آفریقای جنوبی) مارجوری کورتنی-لاتیمر ماهی با فلس های سخت و باله های غیر معمول را کشف کرد. در صید ماهیگیران محلی . بعدها مشخص شد که این ماهی صدها میلیون سال پیش زندگی می کرده است و یک فسیل زنده است.
از آنجایی که این کولاکانت در رودخانه Chalumna کشف شد، Latimeria chalumnae نام گرفت. و در سپتامبر 1997، در آب های نزدیک شهر Manado، واقع در ساحل شمالی جزیره سولاوسی، دانشمندان متوجه گونه دوم این ماهی شدند - Latimeria menadoensis. طبق مطالعات ژنتیکی، این گونه ها 30 تا 40 میلیون سال پیش از هم جدا شدند، اما تفاوت بین آنها ناچیز است.
2. جینکو بیلوبا.
در طبیعت، این گیاه فقط در شرق چین رشد می کند. با این حال، 200 میلیون سال پیش در سراسر سیاره، به ویژه در نیمکره شمالی، در مناطقی با آب و هوای معتدل و رطوبت بالا توزیع شده است. در سیبری دوره ژوراسیک و کرتاسه اولیه، گیاهان بسیار زیادی از طبقه جینکو وجود داشت که بقایای آنها در بیشتر ذخایر آن دوره ها یافت می شود. به گفته محققان، در پاییز آن زمان زمین به معنای واقعی کلمه مانند یک فرش با برگ های جینکو پوشیده شده بود.
3. گوزن کوچک، یا کانچیل، نه تنها کوچکترین (ارتفاع آن در قسمت پژمرده بیش از 25 سانتیمتر و حداکثر وزن آن حدود 2.5 کیلوگرم است)، بلکه قدیمی ترین گونه آرتیوداکتیل روی زمین است. این جانوران 50 میلیون سال پیش وجود داشتند، درست زمانی که دسته‌های ونگل‌های باستانی شروع به شکل‌گیری کردند. از آن زمان، کانچیلا تقریباً بدون تغییر باقی مانده است و بیش از سایر گونه ها به اجداد باستانی خود شباهت دارد.
4. صدف می سی سی پی.
صدف می سی سی پی، ماهی تمساح مانند، یکی از قدیمی ترین ماهی هایی است که امروزه روی زمین زندگی می کند. در دوران مزوزوئیک، اجداد آن در بسیاری از مناطق آبی ساکن بودند. امروزه صدف می سی سی پی در دره پایین رود می سی سی پی و همچنین در برخی دریاچه های آب شیرین در ایالات متحده زندگی می کند.
این سخت پوستان کوچک آب شیرین باستانی ترین موجوداتی هستند که امروزه روی زمین زندگی می کنند. نمایندگان این گونه از دوره تریاس به سختی تغییر کرده اند. در آن زمان دایناسورها تازه ظاهر شده بودند. امروزه این حیوانات تقریباً در همه قاره ها به جز قطب جنوب زندگی می کنند. با این حال، گونه Triops cancriformis در اوراسیا رایج است.
6. Metasequoia glyptostroboides.
این مخروطیان در سراسر نیمکره شمالی از کرتاسه تا نئوژن گسترده بودند. با این حال، امروزه متاسکویا فقط در طبیعت در مرکز چین، در استان های هوبی و سیچوان دیده می شود.
7. کوسه گوبلین.
جنس Mitsukurina که این گونه کوسه به آن تعلق دارد، برای اولین بار از طریق فسیل هایی که قدمت آنها به ائوسن میانه (حدود 49 تا 37 میلیون سال پیش) می رسد، شناخته شد. تنها گونه زنده از این جنس، کوسه گابلین که در اقیانوس اطلس و اقیانوس هند زندگی می کند، برخی از ویژگی های اولیه خویشاوندان باستانی خود را حفظ کرده است و امروزه یک فسیل زنده است.
سوالات بعد از § 61
1. تکامل کلان چیست؟ تکامل کلان و خرد چه مشترکاتی دارند؟
پاسخ. تکامل ماکرو تکامل فوق گونه ای است، برخلاف ریز تکامل که در یک گونه، در جمعیت آن رخ می دهد. با این حال، هیچ تفاوت اساسی بین این فرآیندها وجود ندارد، زیرا فرآیندهای کلان تکاملی مبتنی بر فرآیندهای خرد است. در تکامل کلان، همان عوامل عمل می کنند - مبارزه برای هستی، انتخاب طبیعی و انقراض مرتبط. تکامل کلان، مانند تکامل خرد، ماهیت متفاوتی دارد.
تکامل کلان در دوره‌های تاریخی وسیعی رخ می‌دهد، بنابراین مطالعه مستقیم غیرممکن است. با وجود این، علم شواهد زیادی دارد که نشان دهنده واقعیت فرآیندهای کلان تکاملی است.
2. داده های دیرینه شناسی چه شواهدی از تکامل کلان به ما می دهند؟ نمونه هایی از فرم های انتقالی را ذکر کنید.
پاسخ. دیرینه شناسی بقایای فسیلی موجودات منقرض شده را مطالعه می کند و شباهت ها و تفاوت های آنها را با موجودات مدرن مشخص می کند. داده های دیرینه شناسی به ما امکان می دهد در مورد گیاهان و جانوران گذشته بیاموزیم، ظاهر موجودات منقرض شده را بازسازی کنیم، و ارتباطات بین نمایندگان باستانی و مدرن گیاهان و جانوران را کشف کنیم.
شواهد قانع کننده ای از تغییرات جهان ارگانیک در طول زمان با مقایسه بقایای فسیلی از لایه های زمین در دوره های مختلف زمین شناسی ارائه شده است. این به ما اجازه می دهد تا توالی پیدایش و توسعه گروه های مختلف موجودات را تعیین کنیم. به عنوان مثال، در قدیمی ترین طبقات، بقایای نمایندگان انواع حیوانات بی مهرگان و در طبقات بعدی، بقایای آکوردها یافت می شود. حتی لایه‌های زمین‌شناسی جوان‌تر نیز حاوی بقایای جانوران و گیاهان متعلق به گونه‌های مشابه امروزی هستند.
داده های دیرینه شناسی مطالب زیادی را در مورد ارتباطات متوالی بین گروه های مختلف سیستماتیک ارائه می دهند. در برخی موارد، امکان ایجاد اشکال انتقالی بین گروه‌های موجودات باستانی و مدرن وجود داشت، در برخی دیگر، امکان بازسازی سری‌های فیلوژنتیکی، یعنی سری‌هایی از گونه‌ها که به‌طور متوالی جایگزین یکدیگر می‌شوند، وجود داشت.
گروهی از خزندگان دندان وحشی در سواحل دوینا شمالی پیدا شدند. آنها ویژگی های پستانداران و خزندگان را با هم ترکیب کردند. خزندگان دندان‌دار از نظر ساختار جمجمه، ستون فقرات و اندام‌ها و همچنین در تقسیم دندان‌ها به دندان نیش، ثنایا و مولر شبیه به پستانداران هستند.
کشف آرکئوپتریکس از دیدگاه تکاملی بسیار جالب است. این حیوان به اندازه یک کبوتر خصوصیات پرنده را داشت، اما ویژگی های خزندگان را نیز حفظ کرد. علائم پرندگان: اندام های عقبی با تارس، وجود پر، ظاهر کلی. علائم خزندگان: یک ردیف طولانی از مهره های دمی، دنده های شکمی و وجود دندان. آرکئوپتریکس نمی تواند پرواز خوبی باشد، زیرا جناغ سینه آن (بدون کیل)، عضلات سینه ای و عضلات بال ضعیف است. ستون فقرات و دنده ها سیستم اسکلتی سفت و سختی نبودند که مانند پرندگان امروزی در طول پرواز پایدار باشد. آرکئوپتریکس را می توان یک شکل انتقالی بین خزندگان و پرندگان در نظر گرفت. اشکال انتقالی به طور همزمان ویژگی های هر دو گروه باستانی و از نظر تکاملی جوان تر را ترکیب می کنند. مثال دیگر ichthyostegas است، شکلی انتقالی بین ماهی‌های باله‌دار آب شیرین و دوزیستان.
3. اهمیت بازسازی سری های فیلوژنتیک چیست؟
پاسخ. سری فیلوژنتیک برای تعدادی از گروه‌های جانوران و گیاهان، دیرینه‌شناسان توانستند مجموعه‌ای از اشکال پیوسته از باستان تا مدرن را بازسازی کنند که منعکس‌کننده تغییرات تکاملی آنهاست. جانورشناس روسی V. O. Kovalevsky (1842-1883) سری فیلوژنتیک اسب ها را بازسازی کرد. در اسب‌ها، با گذر به دویدن سریع و طولانی، تعداد انگشتان پا کاهش یافت و در عین حال اندازه حیوان افزایش یافت. این تغییرات نتیجه تغییرات در سبک زندگی اسب بود که به تغذیه انحصاری از پوشش گیاهی روی آورد که در جستجوی آن باید مسافت های طولانی را طی کرد. اعتقاد بر این است که تمام این تحولات تکاملی 60 تا 70 میلیون سال طول کشیده است.
مطالعه سری های فیلوژنتیک ساخته شده بر اساس داده های دیرینه شناسی، آناتومی مقایسه ای و جنین شناسی برای توسعه بیشتر نظریه کلی تکامل، ساختن یک سیستم طبیعی از موجودات، و بازسازی تصویر تکامل مهم است. یک گروه سیستماتیک خاص از موجودات. در حال حاضر، برای ساخت سری های فیلوژنتیک، دانشمندان به طور فزاینده ای از داده های علومی مانند ژنتیک، بیوشیمی، زیست شناسی مولکولی، جغرافیای زیستی، رفتارشناسی و غیره استفاده می کنند.
سوال 1. تفاوت بین تکامل کلان و خرد چیست؟
تکامل خرد- تکامل در یک گونه؛ بر اساس تنوع جهشی تحت کنترل انتخاب طبیعی رخ می دهد. بنابراین، ریز تکامل همان مرحله ابتدایی فرآیند تکامل است، می تواند در دوره های زمانی نسبتاً کوتاهی رخ دهد و می توان مستقیماً مشاهده و مطالعه کرد. در نتیجه تنوع ارثی (جهش) تغییرات تصادفی در ژنوتیپ رخ می دهد. جهش ها اغلب مغلوب هستند و علاوه بر این، به ندرت برای گونه مفید هستند. با این حال، اگر در نتیجه یک جهش، تغییراتی که برای هر فردی مفید است رخ دهد، مزایایی نسبت به سایر افراد جامعه دریافت می کند: غذای بیشتری دریافت می کند یا در برابر تأثیر باکتری ها و ویروس های بیماری زا مقاوم تر می شود و غیره. به عنوان مثال، توسعه یک گردن بلند به اجداد زرافه اجازه داد از برگ های درختان بلند تغذیه کنند، که غذای بیشتری را نسبت به افراد جمعیت با گردن کوتاه فراهم می کرد.
تکامل کلان- تکامل در سطح فوق خاص؛ منجر به تشکیل گونه های بزرگ (از جنس تا فیلا و پادشاهی طبیعت) می شود. تکامل کلان جهان ارگانیک فرآیند تشکیل واحدهای سیستماتیک بزرگ است: از گونه ها - جنس های جدید، از جنس ها - خانواده های جدید و غیره. فرآیندهای تکامل کلان مستلزم دوره های زمانی بسیار زیادی است، بنابراین مطالعه مستقیم آن غیرممکن است. با این حال، تکامل کلان توسط همان نیروهای محرکه تکامل خرد هدایت می شود: تنوع ژنتیکی، انتخاب طبیعی، و گسست تولید مثل. درست مانند تکامل خرد، تکامل کلان نیز دارای ویژگی های واگرا است.
سوال 2. چه فرآیندهایی نیروهای محرکه تکامل کلان هستند؟ نمونه هایی از تغییرات کلان تکاملی را ذکر کنید.
تکامل کلان بر اساس همان نیروهای محرکه تکامل خرد است: تنوع ارثی، انتخاب طبیعی، و گسست تولید مثل. درست مانند تکامل خرد، تکامل کلان نیز دارای ویژگی های واگرا است.
نتیجه فرآیندهای کلان تکاملی تغییرات قابل توجهی در ساختار خارجی و فیزیولوژی موجودات است - مانند، برای مثال، تشکیل یک سیستم گردش خون بسته در حیوانات یا ظهور روزنه ها و سلول های اپیتلیال در گیاهان. دستاوردهای تکاملی اساسی از این نوع شامل تشکیل گل آذین یا تبدیل اندام جلویی خزندگان به بال و تعدادی دیگر است.
سوال 3. چه حقایقی زیربنای مطالعه و شواهد تکامل کلان است؟
متقاعد کننده ترین شواهد در مورد فرآیندهای کلان تکاملی از داده های دیرینه شناسی به دست می آید. چنین شواهدی شامل بقایای یافت شده از اشکال انتقالی منقرض شده است که ردیابی مسیر از یک گروه از موجودات زنده به گروه دیگر را ممکن می کند. به عنوان مثال، کشف اجداد سه انگشتی و پنج انگشتی اسب امروزی که یک انگشت دارند، ثابت می کند که اجداد اسب در هر اندام پنج انگشت داشتند. کشف بقایای فسیلی Archeopteryx به ما این امکان را داد که به این نتیجه برسیم که اشکال انتقالی بین خزندگان و پرندگان وجود دارد. یافتن بقایای سرخس های گلدار منقرض شده حل مسئله تکامل آنژیوسپرم های مدرن و غیره را ممکن می سازد. متأسفانه، مطالعه اشکال فسیلی تصویر ناقصی از تکامل گیاهان و جانوران به ما می دهد. بیشتر بقایای بدن از قسمت های سخت موجودات تشکیل شده است: استخوان ها، پوسته ها و بافت های حمایت کننده خارجی گیاهان. فسیل‌هایی که آثاری از گودال‌ها و گذرگاه‌های حیوانات باستانی، آثار اندام‌ها یا کل ارگانیسم‌های باقی‌مانده بر روی رسوبات نرم را حفظ می‌کنند، بسیار جالب هستند.
سوال 4. مطالعه سری های فیلوژنتیک چه اهمیتی دارد؟
بر اساس یافته‌های دیرینه‌آنتولوژی، سری‌های فیلوژنتیکی ساخته شدند، یعنی سری‌هایی از گونه‌هایی که به‌طور متوالی در فرآیند تکامل جایگزین یکدیگر می‌شوند. مطالعه سری های فیلوژنتیک ساخته شده بر اساس داده های دیرینه شناسی، آناتومی مقایسه ای و جنین شناسی برای توسعه بیشتر نظریه کلی تکامل، ساختن یک سیستم طبیعی از موجودات، و بازسازی تصویر تکامل مهم است. یک گروه سیستماتیک خاص از موجودات.
در حال حاضر، برای ساخت سری های فیلوژنتیک، دانشمندان به طور فزاینده ای از داده های علومی مانند ژنتیک، بیوشیمی، زیست شناسی مولکولی، جغرافیای زیستی، رفتارشناسی و غیره استفاده می کنند.
این تغییرات فیزیکی همزمان با تغییرات عمده در تراکم جمعیت و ساختار اجتماعی اتفاق افتاد. کارشناسان آنها را "نوآوری تکاملی، یک ویژگی جدید که در جمعیت اجدادی وجود نداشت و در طول تکامل در این مارمولک ها ایجاد شد" می نامند.
فیلوژنز (از یونانی "phylon" - جنس، قبیله و "پیدایش")، توسعه تاریخی موجودات، در مقابل آنتوژنز - رشد فردی ارگانیسم ها. فیلوژنی - تکامل در گذشته - را نمی توان به طور مستقیم مشاهده کرد، و بازسازی های فیلوژنتیکی را نمی توان به طور تجربی آزمایش کرد.
به عنوان مثال، در سال 1844، تعدادی دندان فسیل شده به نام کنودونت پیدا شد. آرواره ها بر خلاف همه پرندگان امروزی، دندان هایی شبیه خزندگان داشتند. مشکل دوم این است که از نظر فنی مطالعه کامل سازمان حتی یک موجود تک سلولی غیرممکن است. ابتدایی ترین چهارپایان و ریه ماهی دارای ریه و قلب سه حفره ای هستند که از دو دهلیز و یک بطن تشکیل شده است.
او همچنین "روش موازی سه گانه" - روش اصلی بازسازی های فیلوژنتیک را فرموله کرد که هنوز به شکل اصلاح شده و گسترش یافته استفاده می شود. در نتیجه، خون شریانی از ریه ها و خون وریدی از بقیه بدن با هم مخلوط می شوند، البته نه به اندازه دوزیستان.
موازی گرایی ها و اهمیت تکاملی آنها
این شاخه از تکامل مهره داران تحتانی در پایان دوره کامبرین بوجود آمد و از اواخر دوره دونین به شکل فسیلی شناخته نشده است. واقعیت این است که در حیوانات بی آرواره فسیلی حفره های آبشش، حفره مغز و دیواره های بسیاری از رگ های خونی بزرگ و سایر اندام های داخلی کلسیفیه شده بودند. در این مورد، فقط آناتومی مقایسه ای و تا حد بسیار ضروری جنین شناسی کار می کند. استفاده گسترده از فناوری رایانه چنین تحلیلی را تسهیل کرده است و کلادوگرام ها (از یونانی "klados" - شاخه) در بیشتر نشریات فیلوژنتیک ظاهر شدند.
مطالعه ساختار اسیدهای نوکلئیک و سایر ماکرومولکول ها اکنون به یکی از مهم ترین موارد اضافه شده به روش موازی سازی سه گانه تبدیل شده است. اگر در سال 1983 M.F. Ivakhnenko با استفاده از مواد دیرینه شناسی ثابت نمی کرد که لاک پشت ها مستقل از همه خزندگان دیگر از دوزیستان تکامل یافته اند، این می تواند به عنوان یک اشتباه تلقی شود.
شفاف سازی در این واقعیت بیان می شود که بازسازی ها بیشتر و دقیق تر می شوند. اگر چیزی ناشناخته در جهان پیرامون ما وجود دارد، وظیفه علم مطالعه و تبیین این مجهول است، صرف نظر از اهمیت نظری و عملی موضوع مطالعه. علاوه بر این، بازسازی های فیلوژنتیکی مبنایی هستند که الگوهای تکامل بر اساس آن روشن می شوند.
الگوهای بسیاری دیگر از تکامل وجود دارد که از طریق مطالعات فیلوژنتیک کشف شده است. فرآیندهای تکاملی هم در شرایط طبیعی و هم در شرایط آزمایشگاهی مشاهده می شوند. واقعیت تکامل در سطح درون گونه ای به طور تجربی ثابت شده است و فرآیندهای گونه زایی مستقیماً در طبیعت مشاهده شده است.
شواهد تکامل
با این حال، جایی بین نسل های 31 هزار تا 32 هزار، تغییرات شگرفی در یکی از جمعیت ها رخ داد که در بقیه مشاهده نشد. 36 سال (دوره بسیار کوتاهی برای تکامل) اندازه و شکل سر تغییر کرد، نیروی گاز گرفتن افزایش یافت و ساختارهای جدیدی در دستگاه گوارش ایجاد شد.
علاوه بر این، روده جمعیت جدید حاوی نماتدهایی است که در جمعیت اصلی وجود نداشت. به طور خاص، برای مبارزه با شب پره حشرات Cydia pomonella (که لاروهای آن همان "کرم" در سیب های کرمی هستند)، به طور فعال از Cydia pomonella granurovirus استفاده می شود.
مشاهدات گونه های مدرن نشان می دهد که گونه زایی به طور مداوم در جمعیت های موجود رخ می دهد. نمونه‌های زیادی وجود دارد که نشان می‌دهد چگونه گونه‌های مختلف می‌توانند تحت شرایط استثنایی با هم ترکیب شوند. بسته به زیستگاه اطراف کوه ها، سمندرها اشکال مختلفی را تشکیل می دهند و به تدریج ویژگی های مورفولوژیکی و اکولوژیکی خود را تغییر می دهند.
با قضاوت بر اساس رکوردهای فسیلی و اندازه گیری میزان جهش ها، ناسازگاری کامل ژنوم ها، که آمیزش را غیرممکن می کند، در طبیعت به طور متوسط در 3 میلیون سال به دست می آید. این بدان معنی است که مشاهده شکل گیری یک گونه جدید در شرایط طبیعی در اصل امکان پذیر است، اما این یک رویداد نادر است. در عین حال، در شرایط آزمایشگاهی می توان سرعت تغییرات تکاملی را افزایش داد، بنابراین دلیلی برای امیدواری به مشاهده گونه زایی در حیوانات آزمایشگاهی وجود دارد.
پروانه سیب Rhagoletis pomonella نمونه ای از گونه زایی مشاهده شده سمپاتری است (یعنی گونه زایی در نتیجه تقسیم به سوله های اکولوژیکی). تمرین نشان می‌دهد که طبقه‌بندی‌های بیولوژیکی که بر اساس ویژگی‌های مختلف ساخته شده‌اند، تمایل به یک طرح سلسله مراتبی درخت‌مانند دارند - طبقه‌بندی طبیعی.
این دقیقاً نتیجه ای است که می توان با منشا تکاملی حیوانات از یک اجداد مشترک انتظار داشت. انشعاب درخت فیلوژنتیک مربوط به تقسیم جمعیت ها در طول فرآیند گونه زایی است. به عنوان یک قاعده، اشیایی که در طول تکامل به وجود نیامده اند، این ویژگی را ندارند. در صورت تمایل می توانید این اشیاء را در سلسله مراتب های مختلف ترکیب کنید، اما هیچ سلسله مراتب هدف واحدی وجود ندارد که اساساً بهتر از بقیه باشد.
این اصطلاح توسط تکامل شناس آلمانی E. Haeckel در سال 1866 پیشنهاد شد. بعداً ، اصطلاح "فیلوژنی" تفسیر گسترده تری دریافت کرد - معنای تاریخچه روند تکاملی به آن اختصاص یافت. ما می توانیم در مورد فیلوژنی شخصیت های فردی صحبت کنیم: اندام ها، بافت ها، فرآیندهای بیوشیمیایی، ساختار مولکول های بیولوژیکی، و فیلوژنی گونه های هر رتبه - از گونه ها تا ابر پادشاهی ها. هدف از تحقیقات فیلوژنتیک بازسازی منشأ و تحولات تکاملی متوالی ساختارها و گونه‌های مورد مطالعه است.
داده‌های دیرینه‌شناسی، همانطور که قبلاً ذکر شد، مقیاس زمانی را در این بازسازی‌ها معرفی می‌کنند و آن را با فرم‌های منقرض شده تکمیل می‌کنند، یعنی مجموعه را با جزئیات بیشتر و در نتیجه قابل اعتمادتر می‌سازند.
یکی از شناخته‌شده‌ترین و بهترین مورد مطالعه، سری فیلوژنتیک ونگل‌های تک انگشتی مدرن است. یافته‌های دیرینه‌شناسی متعدد و شکل‌های انتقالی شناسایی شده، یک پایگاه شواهد علمی برای این مجموعه ایجاد می‌کنند. سری فیلوژنتیک اسب که توسط زیست شناس روسی ولادیمیر اونفریویچ کووالفسکی در سال 1873 توصیف شد، امروزه به عنوان نمادی از دیرینه شناسی تکاملی باقی مانده است.
تکامل در طول قرن ها
در تکامل، سری‌های فیلوژنتیکی شکل‌های انتقالی متوالی هستند که منجر به شکل‌گیری گونه‌های مدرن شدند. بر اساس تعداد لینک‌ها، سریال می‌تواند کامل یا جزئی باشد، اما وجود فرم‌های انتقالی متوالی پیش‌نیاز توصیف آنها است.
سری فیلوژنتیک اسب دقیقاً به دلیل وجود چنین اشکال متوالی که جایگزین یکدیگر می شوند، شواهدی از تکامل در نظر گرفته می شود. تعدد یافته های دیرینه شناسی به آن درجه بالایی از قابلیت اطمینان می دهد.
نمونه هایی از سری های فیلوژنتیک
ردیف اسب ها تنها در میان نمونه های شرح داده شده نیست. سری فیلوژنتیک نهنگ ها و پرندگان به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است و از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار است. و بحث برانگیز در محافل علمی و بیشترین استفاده در تلقینات مختلف پوپولیستی، سری فیلوژنتیک شامپانزه ها و انسان های مدرن است. مناقشات در مورد حلقه های میانی گمشده اینجا در جامعه علمی ادامه دارد. اما مهم نیست که چقدر دیدگاه ها وجود دارد، اهمیت سری های فیلوژنتیکی به عنوان شواهدی از سازگاری تکاملی موجودات در شرایط متغیر محیطی غیر قابل انکار است.
ارتباط بین تکامل اسب ها و محیط زیست
مطالعات متعدد توسط دیرینه شناسان نظریه O. V. Kovalevsky را در مورد رابطه نزدیک تغییرات در اسکلت اجداد اسب ها با تغییرات در محیط تأیید کرده است. تغییر آب و هوا منجر به کاهش مناطق جنگلی شد و اجداد صحرای تک انگشتی مدرن با شرایط زندگی در استپ ها سازگار شدند. نیاز به حرکت سریع باعث ایجاد تغییراتی در ساختار و تعداد انگشتان دست ها، تغییرات در اسکلت و دندان ها شد.
اولین حلقه در زنجیره
در اوایل ائوسن، بیش از 65 میلیون سال پیش، اولین اجداد اسب مدرن زندگی می کرد. این یک "اسب کم ارتفاع" یا Eohippus است که به اندازه یک سگ (تا 30 سانتی متر) بود، روی کل پای اندام قرار داشت که دارای چهار انگشت (جلو) و سه (پشت) با سم های کوچک بود. Eohippus از شاخه ها و برگ ها تغذیه می کرد و دندان های سلی داشت. رنگ قهوه ای و موهای کم پشت روی دم متحرک - این جد دور اسب ها و گورخرها روی زمین است.
واسطه ها
حدود 25 میلیون سال پیش، آب و هوا روی این سیاره تغییر کرد و گستره های استپی جایگزین جنگل ها شدند. در میوسن (20 میلیون سال پیش)، مزوهیپوس و پارهیپوس ظاهر شدند که بیشتر شبیه به اسب های امروزی هستند. و اولین نیای گیاهخوار در سری فیلوژنتیک اسب را مریخیپوس و پلیوئیپوس می دانند که 2 میلیون سال پیش وارد عرصه حیات شدند. هیپاریون - آخرین پیوند سه انگشتی
این جد در میوسن و پلیوسن در دشت های آمریکای شمالی، آسیا و آفریقا زندگی می کرده است. این اسب سه انگشتی که شبیه غزال است، هنوز سم نداشت، اما می توانست سریع بدود، علف می خورد و این او بود که سرزمین های وسیعی را اشغال کرد.
اسب یک انگشتی - پلیوهیپوس
این نمایندگان یک انگشتی 5 میلیون سال پیش در همان سرزمین هایی ظاهر می شوند که هیپاریون ها قرار دارند. شرایط محیطی در حال تغییر است - آنها حتی خشک تر می شوند و استپ ها به طور قابل توجهی در حال گسترش هستند. اینجاست که تک انگشتی نشانه مهم تری برای بقا است. این اسب‌ها تا 1.2 متر ارتفاع داشتند و دارای 19 جفت دنده و ماهیچه‌های قوی پا بودند. دندان‌های آنها تاج‌های بلند و چین‌های مینای دندان با یک لایه سیمانی توسعه‌یافته پیدا می‌کنند.
اسب را می شناسیم
اسب مدرن، به عنوان آخرین مرحله از سری فیلوژنتیک، در پایان نئوژن ظاهر شد و در پایان آخرین عصر یخبندان (حدود 10 هزار سال پیش)، میلیون ها اسب وحشی قبلاً در اروپا و آسیا در حال چرا بودند. اگرچه تلاش شکارچیان بدوی و کاهش مراتع اسب وحشی را در 4 هزار سال پیش به یک امر نادر تبدیل کرد. اما دو زیرگونه آن - تارپان در روسیه و اسب پرژوالسکی در مغولستان - توانستند بسیار بیشتر از بقیه دوام بیاورند.
اسب های وحشی
امروزه عملاً هیچ اسب وحشی واقعی باقی نمانده است. تارپان روسی یک گونه منقرض شده در نظر گرفته می شود و اسب پرژوالسکی در شرایط طبیعی وجود ندارد. گله های اسبی که آزادانه چرا می کنند اشکال اهلی وحشی هستند. اگرچه چنین اسب هایی به سرعت به زندگی وحشی باز می گردند، اما هنوز با اسب های واقعا وحشی تفاوت دارند.
یال ها و دم های بلندی دارند و رنگ های مختلفی دارند. منحصراً برزنت‌های موش و اسب‌های دان پرژوالسکی دارای چتری، یال و دم هستند.
در آمریکای مرکزی و شمالی، اسب های وحشی به طور کامل توسط سرخپوستان نابود شدند و تنها پس از ورود اروپایی ها در قرن پانزدهم در آنجا ظاهر شدند. نوادگان وحشی اسب های فاتحان گله های متعددی از موستانگ ها را به وجود آوردند که امروزه تعداد آنها با تیراندازی کنترل می شود.
علاوه بر موستانگ ها، دو گونه از پونی های جزیره ای وحشی در آمریکای شمالی وجود دارد - در جزایر Assateague و Sable. گله های نیمه وحشی اسب های کامارگ در جنوب فرانسه یافت می شوند. برخی از اسب های وحشی را می توان در کوه ها و تالاب های بریتانیا نیز یافت.
اسب های مورد علاقه ما
انسان اسب را اهلی کرد و بیش از 300 نژاد از آن را پرورش داد. از اسب های سنگین وزن گرفته تا پونی های مینیاتوری و اسب های مسابقه ای خوش تیپ. حدود 50 نژاد اسب در روسیه پرورش داده می شود. معروف ترین آنها ران گردان Oryol است. به طور انحصاری کت سفید، یورتمه سواری عالی و چابکی - این ویژگی ها توسط کنت اورلوف، که بنیانگذار این نژاد در نظر گرفته می شود، بسیار ارزشمند بود.
