Qual è il significato dello studio delle serie filogenetiche. Qual è il significato della ricostruzione delle serie filogenetiche: la filogenetica moderna

I metodi della ricerca filogenetica sono organicamente legati ai metodi di studio dei fatti dell'evoluzione. Finora, il metodo morfologico deve essere considerato il metodo principale della ricerca filogenetica, poiché le trasformazioni della forma di un organismo rimangono il fatto più ovvio e consentono di tracciare i fenomeni di trasformazione delle specie con un grande grado di successo.

Non ne consegue, ovviamente, che altri metodi - fisiologici, ecologici, genetici, ecc. - non siano applicabili agli studi filogenetici.La forma e la funzione di un organismo sono indissolubilmente legate. Qualsiasi organismo si forma sotto l'influenza di specifici fattori ambientali, interagisce con esso, è in determinate relazioni con altri organismi. Tuttavia, la forma di un organismo, la sua struttura, rimane sempre un indicatore sensibile di tutte queste connessioni e funge da filo conduttore per il ricercatore di questioni filogenetiche. Il metodo morfologico di ricerca occupa una posizione di primo piano nello studio della filogenesi e le sue conclusioni sono state generalmente confermate quando sono state verificate con altri metodi. Il grande vantaggio del metodo morfologico è la disponibilità della sua combinazione con il metodo comparativo di ricerca, senza il quale è impossibile rilevare il fatto stesso della trasformazione dei sistemi viventi. La validità del metodo morfologico è notevolmente accresciuta dal fatto che è essenzialmente profondamente autocritico, poiché può essere applicato in varie direzioni.

Se abbiamo a disposizione un vasto materiale paleontologico (ad esempio l'evoluzione di un cavallo), possiamo applicare il metodo morfologico comparato alle serie successive di antenati e discendenti e identificare così le direzioni e le modalità di evoluzione di un dato gruppo. La figura dà un'idea dell'essenza del metodo morfologico comparativo applicato agli antenati del cavallo. La successiva riduzione delle dita laterali e lo sviluppo del dito medio (III) mostrano la direzione dello sviluppo evolutivo della "serie del cavallo".

Confronto degli arti di jerboa con un numero decrescente di dita e specializzazione crescente. 1 - piccolo jerboa Allactaga elator, 2 - Salpingotas Koslovi, 3 - altopiano Dipus sagitta. IV - dita dalla prima alla quinta (secondo Vinogradov)

Inoltre, i dati paleontologici sono in armonia con gli studi anatomici comparati delle forme moderne. La figura confronta gli arti di tre forme con un numero decrescente di dita. Sebbene questa non sia una serie filogenetica, si crea comunque l'idea che tutti e tre gli arti siano il risultato della manifestazione di processi simili che hanno raggiunto diversi stadi di sviluppo. Pertanto, il metodo morfologico comparativo e in relazione alle forme moderne, indipendentemente dalla paleontologia, consente di ipotizzare che, ad esempio, il piede unidirezionale debba essersi sviluppato dal polidattilo. Quando a queste conclusioni si aggiungono i fatti dell'embriologia comparata, che mostrano che, ad esempio, nell'embrione di cavallo, le dita laterali sono deposte e quindi vengono gradualmente ridotte, allora la nostra conclusione sull'origine del cavallo con un dito da l'antenato polidattilo diventa ancora più probabile.

La coincidenza di questi dati mostra che i fatti della paleontologia, dell'anatomia comparata delle forme adulte e dell'embriologia comparata si controllano e si completano a vicenda, formando nella loro totalità un triplo metodo sintetico di studi filogenetici proposto da Haeckel (1899) e che non ha perso la sua significato anche adesso. È accettato che la coincidenza dei dati di paleontologia, anatomia comparata ed embriologia, in una certa misura, serva da prova della correttezza delle costruzioni filogenetiche.

Questi sono i principi più generali della ricerca filogenetica.

Consideriamo ora gli elementi brevemente descritti del metodo unificato degli studi filogenetici.

L'evidenza paleontologica è la più convincente. Tuttavia, hanno un grave difetto, ovvero il paleontologo si occupa solo di caratteristiche morfologiche e, inoltre, incomplete. L'organismo nel suo insieme è al di là della ricerca paleontologica. In considerazione di ciò, è particolarmente importante che un paleontologo tenga conto di tutti i segni degli animali a sua disposizione, con i resti di cui ha a che fare. In caso contrario, le sue conclusioni filogenetiche potrebbero essere errate.

Assumiamo che le forme A, B, C, D, E, E si sostituiscano a vicenda in orizzonti geologici successivi e che il paleontologo abbia l'opportunità di osservare una certa somma delle loro caratteristiche - a, b, c, ecc. assumiamo inoltre che la forma A abbia caratteristiche a 1, b 1, c 1, e nelle forme B, C, D, ... questi segni siano cambiati (rispettivamente a 2, b 2, c 2 .. a 3, b 3, c 3 ..., it. d .). Poi col tempo otteniamo una tale serie di dati

Questa tavoletta corrisponde, ad esempio, alla "serie" degli antenati equini, dove dall'eopippus al cavallo si ha un successivo mutamento nello sviluppo di un certo numero di caratteri. La tabella mostra lo sviluppo successivo per tutte le caratteristiche principali. Ogni caratteristica successiva (ad esempio, un 4) è derivata da ciascuna precedente (ad esempio, un 3). In tali casi, diventa probabile che si formi la serie A, B, C, D, E, E serie filogenetica, cioè una serie di antenati e dei loro discendenti. Tale è la serie da Eogippus al cavallo e alcune altre.

Supponiamo ora di avere a che fare con i seguenti dati,

cioè, enunciamo un certo numero di forme che successivamente si sostituiscono nel tempo, e secondo una delle caratteristiche (b) otteniamo un quadro dello sviluppo sequenziale da b 1 a b 5. Tuttavia, la nostra serie non è una serie filogenetica, poiché, ad esempio, rispetto ai caratteri aeb, non osserviamo una specializzazione coerente. Ad esempio, il tipo A ha la formula A (a 1, b 1, b 1), ma il tipo B non è chiaramente il suo diretto discendente, poiché ha la formula B (a 4, b 2, b 2), ecc. Ovviamente , si tratta qui di "frammenti" successivi di un albero filogenetico, di cui molti rami non sono stati trovati. Pertanto, la serie A, B, C, D, D, E è in realtà A, B 1, C 2, G 3, D 1. Tale serie è chiamata a gradini. Per chiarire le differenze tra esso e la serie filogenetica, utilizzeremo una figura che mostra l'evoluzione del cavallo. Qui saranno filogenetiche le seguenti serie: eogippus, orogippus, mesogippus, paragippus, merigippus, pliogippus, plesippus, cavallo. Ad esempio, le seguenti serie di forme sarebbero a gradini: hyracotherium, epigippus, myohippus, anciterium, hipparion, hippidium, horse. Tutti questi non sono antenati e discendenti, ma rami laterali successivi, ma sparsi dell'albero filogenetico.

Come puoi vedere, la fila a gradini è di grande importanza lavorativa, poiché, basandosi su di essa, si potrebbe concludere che il cavallo discenda da un antenato polidattilo.

Alla fine, potresti incontrare gamma adattativa, che mostra lo sviluppo di qualsiasi adattamento. Tale serie può far parte di una serie filogenetica, ad esempio l'adattamento del piede di un cavallo alla corsa, ma spesso non è così, e una serie adattativa può essere compilata anche a spese di forme moderne che non formano un serie filogenetica a tutti. Come puoi vedere, il paleontologo deve affrontare grandi difficoltà. Il suo materiale è frammentario, non completo.

Una qualche compensazione per l'incompletezza dei dati paleontologici, tuttavia, è la possibilità di estendere i dati ecologici alla paleontologia. Una certa forma di un organo (la struttura della gamba, la struttura dell'apparato dentale, ecc.) consente di trarre conclusioni sullo stile di vita e persino sulla composizione del cibo degli animali estinti. Ciò dà origine alla possibilità di ricostruire le loro relazioni ecologiche. Il corrispondente campo di conoscenza stabilito nelle opere di V. O. Kovalevsky era chiamato paleobiologia (Abel, 1912). Compensa la natura frammentaria delle idee del paleontologo sugli animali estinti. Per quanto riguarda le forme prive di scheletro, la paleontologia fornisce solo materiale insignificante sulla filogenetica, e in questi casi la morfologia comparata viene prima con il suo metodo di studio comparativo delle strutture omologhe delle forme adulte ed embrionali della modernità geologica. La mancanza di dati paleontologici rende molto più difficile trarre inferenze filogenetiche. Pertanto, le nostre costruzioni filogenetiche sono più affidabili per quelle forme per le quali è noto materiale paleontologico.

Tuttavia, il ricercatore non rimane disarmato anche in assenza di dati paleontologici. In questo caso utilizza un metodo diverso, ovvero lo studio delle fasi dello sviluppo ontogenetico.

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Una delle più famose e studiate è la serie filogenetica degli ungulati moderni. Molteplici reperti paleontologici e forme di transizione identificate creano una base di prove scientifiche per questa serie. Descritta dal biologo russo Vladimir Onufrievich Kovalevsky nel 1873, la serie filogenetica del cavallo rimane oggi un'"icona" della paleontologia evolutiva.

Evoluzione attraverso i secoli

Nell'evoluzione, le serie filogenetiche sono forme transitorie che si sono successivamente sostituite, portando alla formazione di specie moderne. Per il numero di collegamenti, le serie possono essere complete o parziali, tuttavia la presenza di successive forme transitorie è un prerequisito per la loro descrizione.

La serie filogenetica del cavallo è indicata come testimonianza dell'evoluzione proprio per la presenza di tali forme successive che si sostituiscono a vicenda. La molteplicità dei reperti paleontologici gli conferisce un alto grado di affidabilità.

Esempi di serie filogenetiche

Il numero di cavalli non è l'unico tra gli esempi descritti. La serie filogenetica di balene e uccelli è ben studiata e ha un alto grado di affidabilità. E controversa nei circoli scientifici e più usata in varie insinuazioni populiste è la serie filogenetica degli scimpanzé e degli esseri umani moderni. Le controversie sui collegamenti intermedi qui mancanti non si placano nella comunità scientifica. Ma non importa quanti punti di vista ci siano, il significato delle serie filogenetiche come prova dell'adattabilità evolutiva degli organismi alle mutevoli condizioni ambientali rimane indiscutibile.

Collegamento dell'evoluzione del cavallo all'ambiente

Numerosi studi di paleontologi hanno confermato la teoria di O. V. Kovalevsky sulla stretta relazione tra i cambiamenti nello scheletro degli antenati dei cavalli e i cambiamenti nell'ambiente. Il cambiamento climatico ha portato a una diminuzione delle aree forestali e gli antenati dei moderni ungulati a un dito si sono adattati alle condizioni di vita nelle steppe. La necessità di un rapido movimento ha provocato modifiche nella struttura e nel numero di dita sugli arti, cambiamenti nello scheletro e nei denti.

Primo anello della catena

All'inizio dell'Eocene, più di 65 milioni di anni fa, visse il primo grande antenato del cavallo moderno. Si tratta di un "cavallo basso" o Eohippus, che aveva le dimensioni di un cane (fino a 30 cm), poggiava sull'intero piede dell'arto, sul quale vi erano quattro (anteriori) e tre (posteriori) dita con piccoli zoccoli . Eohippus si nutriva di germogli e foglie e aveva denti tubercolati. Colorazione marrone e capelli radi su una coda mobile: questo è il lontano antenato di cavalli e zebre sulla Terra.

intermedi

Circa 25 milioni di anni fa, il clima sul pianeta è cambiato e le distese di steppa hanno iniziato a sostituire le foreste. Nel Miocene (20 milioni di anni fa) compaiono mesogippus e parahippus, già più simili ai cavalli moderni. E il primo antenato erbivoro nella serie filogenetica del cavallo è considerato merikgippus e pliogippus, che entrano nell'arena della vita 2 milioni di anni fa. Hipparion - l'ultimo collegamento a tre dita

Questo antenato visse nel Miocene e nel Pliocene nelle pianure del Nord America, dell'Asia e dell'Africa. Questo cavallo a tre dita, simile a una gazzella, non aveva ancora gli zoccoli, ma poteva correre veloce, mangiare erba, ed era lei che occupava vasti territori.

Cavallo con un dito - pliogippus

Questi rappresentanti one-toed compaiono 5 milioni di anni fa negli stessi territori degli hipparions. Le condizioni ambientali stanno cambiando: stanno diventando ancora più aride e le steppe stanno crescendo in modo significativo. È qui che il dito singolo si è rivelato un segno più importante per la sopravvivenza. Questi cavalli erano alti fino a 1,2 metri al garrese, avevano 19 paia di costole e forti muscoli delle gambe. I loro denti acquisiscono lunghe corone e pieghe di smalto con uno strato di cemento sviluppato.

Il cavallo familiare

Il cavallo moderno come stadio finale della serie filogenetica apparve alla fine del Neogene e alla fine dell'ultima era glaciale (circa 10mila anni fa) milioni di cavalli selvaggi pascolavano già in Europa e in Asia. Sebbene gli sforzi dei cacciatori primitivi e la riduzione dei pascoli rendessero un cavallo selvaggio una rarità già 4mila anni fa. Ma le sue due sottospecie - il tarpan in Russia e il cavallo di Przewalski in Mongolia - sono riuscite a resistere molto più a lungo di tutte le altre.

cavalli selvaggi

Oggi non ci sono praticamente più veri cavalli selvaggi. Il tarpan russo è considerato una specie estinta e il cavallo di Przewalski non si trova naturalmente. Mandrie di cavalli che pascolano liberamente sono forme addomesticate selvagge. Tali cavalli, anche se tornano rapidamente alla vita selvaggia, sono ancora diversi dai cavalli veramente selvaggi.

Hanno lunghe criniere e code e sono variegate. I cavalli eccezionalmente abbronzati di Przewalski e i tarpan di topo hanno, per così dire, frangia, criniera e coda tagliati.

Nell'America centrale e settentrionale, i cavalli selvaggi furono completamente sterminati dagli indiani e vi apparvero solo dopo l'arrivo degli europei nel XV secolo. I selvaggi discendenti dei cavalli dei conquistadores diedero origine a numerosi branchi di mustang, il cui numero è ora controllato dalla fucilazione.

Oltre ai mustang, ci sono due tipi di pony delle isole selvagge in Nord America: sulle isole di Assateague e Sable. Mandrie semiselvagge di cavalli Camargue si trovano nel sud della Francia. Nelle montagne e nelle paludi della Gran Bretagna, puoi anche trovare alcuni pony selvatici.

I nostri cavalli preferiti

L'uomo ha domato il cavallo e ha tirato fuori più di 300 delle sue razze. Dai pesi massimi ai pony in miniatura e alle belle razze da corsa. In Russia vengono allevate circa 50 razze di cavalli. Il più famoso di questi è lo zampone Oryol. Colore eccezionalmente bianco, trotto eccellente e agilità: queste qualità furono così apprezzate dal conte Orlov, considerato il fondatore di questa razza.

Domanda 1. Qual è la differenza tra macro e microevoluzione?

Per microevoluzione si intende la formazione di nuove specie.

Il concetto di macroevoluzione denota l'origine dei taxa sovraspecifici (genere, ordine, clan, tipo).

Tuttavia, non ci sono differenze fondamentali tra i processi di formazione di nuove specie e i processi di formazione di gruppi tassonomici superiori. Il termine "microevoluzione" in senso moderno è stato introdotto da N. V. Timofeev-Resovsky nel 1938.

Domanda 2. Quali processi sono le forze trainanti della macroevoluzione? Fornisci esempi di cambiamenti macroevolutivi.

Nella macroevoluzione operano gli stessi processi della speciazione: la formazione di cambiamenti fenotipici, la lotta per l'esistenza, la selezione naturale, l'estinzione delle forme meno adattate.

Il risultato dei processi macroevolutivi sono cambiamenti significativi nella struttura esterna e nella fisiologia degli organismi, come, ad esempio, la formazione di un sistema circolatorio chiuso negli animali o la comparsa di stomi e cellule epiteliali nelle piante. Fondamentali acquisizioni evolutive di questo tipo includono la formazione di infiorescenze o la trasformazione degli arti anteriori dei rettili in ali e molti altri.

Domanda 3. Quali fatti sono alla base dello studio e dell'evidenza della macroevoluzione?

La prova più convincente dei processi macroevolutivi viene dai dati paleontologici. La paleontologia studia i resti fossili di organismi estinti e ne stabilisce le somiglianze e le differenze con gli organismi moderni. Dai resti, i paleontologi ricostruiscono l'aspetto di organismi estinti, apprendono la flora e la fauna del passato. Purtroppo, lo studio delle forme fossili ci fornisce un quadro incompleto dell'evoluzione della flora e della fauna. La maggior parte dei resti è costituita da parti solide di organismi: ossa, conchiglie, tessuti esterni di supporto delle piante. Di grande interesse sono i fossili che hanno conservato tracce di cunicoli e passaggi di animali antichi, impronte di arti o interi organismi lasciati su depositi un tempo molli.

Domanda 4. Qual è il significato dello studio delle serie filogenetiche?materiale dal sito

Lo studio delle serie filogenetiche costruite sulla base dei dati della paleontologia, dell'anatomia comparata e dell'embriologia è importante per l'ulteriore sviluppo della teoria generale dell'evoluzione, la costruzione di un sistema naturale di organismi e la ricostruzione di un quadro dell'evoluzione di uno specifico gruppo sistematico di organismi.

Attualmente, per costruire serie filogenetiche, gli scienziati utilizzano sempre più dati provenienti da scienze come genetica, biochimica, biologia molecolare, biogeografia, etologia, ecc.