Jakie jest znaczenie badań filogenetycznych? Metody badań filogenetycznych

Metody badań filogenetycznych są organicznie powiązane z metodami badania faktów ewolucji. Do tej pory metodę morfologiczną należy uważać za główną metodę badań filogenetycznych, gdyż przemiany w postaci organizmu pozostają faktem najbardziej oczywistym i pozwalają z dużym powodzeniem prześledzić zjawiska transformacji gatunkowej.

Nie wynika z tego oczywiście, że w badaniach filogenetycznych nie można zastosować innych metod – fizjologicznych, ekologicznych, genetycznych itp. Forma i funkcja organizmu są ze sobą nierozerwalnie związane. Każdy organizm powstaje pod wpływem określonych czynników środowiskowych, wchodzi z nim w interakcję, pozostaje w pewnych powiązaniach z innymi organizmami. Jednak forma organizmu, jego struktura zawsze pozostaje czułym wskaźnikiem wszystkich tych powiązań i służy jako wątek przewodni dla badacza zagadnień filogenetycznych. Metoda badań morfologicznych zajmuje wiodącą pozycję w badaniach filogenezy, a jej wnioski zostały generalnie potwierdzone w badaniach innymi metodami. Wielką zaletą metody morfologicznej jest możliwość jej połączenia z metodą porównawczą badań, bez której nie da się wykryć samego faktu transformacji systemów żywych. Ważność metody morfologicznej znacznie zwiększa fakt, że jest ona zasadniczo głęboko samokrytyczna, ponieważ może być stosowana w różnych kierunkach.

Jeżeli dysponujemy dużym materiałem paleontologicznym (np. ewolucja konia), możemy zastosować porównawczą metodę morfologiczną do kolejnych szeregów przodków i potomków, identyfikując w ten sposób kierunki i metody ewolucji danej grupy. Rysunek daje wyobrażenie o istocie porównawczej metody morfologicznej zastosowanej do przodków konia. Sekwencyjne zmniejszanie się palców bocznych i rozwój palca środkowego (III) wyznaczają kierunek ewolucyjnego rozwoju „rzędu koni”.

Porównanie kończyn skoczków o malejącej liczbie palców i rosnącej specjalizacji. 1 - mały skoczek Allactaga elator, 2 - Salpingotas Koslovi, 3 - Dipus sagitta krzaczastonogi. I-V - palce od pierwszego do piątego (według Winogradowa)

Co więcej, dane paleontologiczne są w harmonii z porównawczymi badaniami anatomicznymi współczesnych form. Na rysunku porównano kończyny trzech form o malejącej liczbie palców. Chociaż nie jest to seria filogenetyczna, sprawia wrażenie, że wszystkie trzy kończyny są wynikiem przejawu podobnych procesów, które osiągnęły różne etapy rozwoju. Dlatego porównawcza metoda morfologiczna, w odniesieniu do form współczesnych, niezależnie od paleontologii, nasuwa prawdopodobieństwo, że np. stopa jednopalczasta powinna powstać z stopy wielopalczastej. Kiedy dodamy te wnioski do faktów embriologii porównawczej, pokazując, że na przykład u zarodka konia tworzą się palce boczne, a następnie stopniowo się zmniejszają, wówczas nasz wniosek o pochodzeniu konia jednopalczastego od wielu przodek z palcami staje się jeszcze bardziej prawdopodobny.

Zbieżność tych danych pokazuje, że fakty paleontologii, anatomii porównawczej form dorosłych i embriologii porównawczej kontrolują się wzajemnie i uzupełniają, tworząc w całości syntetyczną potrójną metodę badań filogenetycznych zaproponowaną przez Haeckela (1899), która nie utraciła swojej znaczenie dzisiaj. Przyjmuje się, że zbieżność danych z paleontologii, anatomii porównawczej i embriologii w pewnym stopniu stanowi dowód na poprawność konstrukcji filogenetycznych.

Są to najbardziej ogólne zasady badań filogenetycznych.

Rozważmy teraz krótko opisane elementy ujednoliconej metody badań filogenetycznych.

Dane paleontologiczne są najbardziej przekonujące. Mają jednak zasadniczą wadę, mianowicie paleontolog zajmuje się jedynie cechami morfologicznymi i to w dodatku niekompletnymi. Organizm jako całość pozostaje poza zakresem badań paleontologicznych. W związku z tym szczególnie ważne jest, aby paleontolog wziął pod uwagę wszystkie dostępne oznaki zwierząt, z którymi ma do czynienia. W przeciwnym razie jego wnioski filogenetyczne mogą być błędne.

Załóżmy, że formy A, B, C, D, E, E zastępują się wzajemnie w kolejnych horyzontach geologicznych i że paleontolog ma możliwość zaobserwowania pewnej sumy ich cech - a, b, c itd. Załóżmy, że załóżmy dalej, że forma A ma cechy a 1, b 1, c 1, a w formach B, C, D, ... cechy te ulegają zmianie (odpowiednio a 2, b 2, c 2 .. a 3, b 3, c 3… itd.). Następnie z biegiem czasu otrzymujemy następującą serię danych

Tabliczka ta odpowiada na przykład „rządowi” przodków koniowatych, gdzie od Eopippusa do konia mamy następstwo w rozwoju szeregu cech. Tabela pokazuje kolejny rozwój wszystkich wiodących cech. Każdy kolejny znak (na przykład 4) wynika z każdego poprzedniego (na przykład 3). W takich przypadkach prawdopodobne staje się utworzenie szeregu A, B, C, D, E, E szereg filogenetyczny, czyli liczba przodków i ich potomków. To jest seria od eohippusa do konia i kilku innych.

Załóżmy teraz, że mamy do czynienia z następującymi danymi:

czyli stwierdzamy szereg form, które sukcesywnie zastępują się w czasie i zgodnie z jednym ze znaków (b) otrzymujemy obraz sekwencyjnego rozwoju od b 1 do b 5. Niemniej jednak nasz szereg nie jest szeregiem filogenetycznym, gdyż np. w odniesieniu do znaków a i b nie obserwujemy spójnej specjalizacji. Na przykład gatunek A ma wzór A (a 1, b 1, b 1), ale gatunek B najwyraźniej nie jest jego bezpośrednim potomkiem, ponieważ ma wzór B (a 4, b 2, b 2) itd. Oczywiście tutaj mamy do czynienia z kolejnymi „fragmentami” drzewa filogenetycznego, którego wielu gałęzi nie odnaleziono. Dlatego szereg A, B, C, D, D, E jest w rzeczywistości równy A, B 1, C 2, D 3, D 1. Ta seria nazywa się schodkowa. Aby wyjaśnić różnice między nią a serią filogenetyczną, posłużymy się rysunkiem przedstawiającym ewolucję konia. Tutaj filogenetyczne będą następujące serie: eohippus, orohippus, mesohippus, parahippus, merigippus, pliohippus, plesippus, koń. Na przykład schodkowałaby następująca seria form: hyracotherium, epihippus, myohippus, anchytherium, hipparion, hippidium, koń. Wszystko to nie są przodkowie i potomkowie, ale kolejne, choć rozproszone, boczne gałęzie drzewa filogenetycznego.

Jak widać, seria schodkowa ma ogromne znaczenie robocze, ponieważ na jej podstawie można stwierdzić, że koń pochodzi od przodka polidaktylowego.

Wreszcie możesz spotkać zakres adaptacyjny, pokazujący rozwój dowolnej adaptacji. Taka seria może być częścią serii filogenetycznej, na przykład przystosowania nogi konia do biegania, ale często tak nie jest, a serię adaptacyjną można stworzyć nawet kosztem nowoczesnych form, które nie tworzą w ogóle serię filogenetyczną. Jak widzimy, paleontolog musi stawić czoła wielkim trudnościom. Jego materiał jest fragmentaryczny i niekompletny.

Pewną rekompensatą za niekompletność danych paleontologicznych jest jednak możliwość rozszerzenia danych środowiskowych na paleontologię. Pewna forma narządu (budowa nogi, budowa aparatu dentystycznego itp.) pozwala na wyciąganie wniosków na temat stylu życia, a nawet składu pożywienia wymarłych zwierząt. Rodzi to możliwość odtworzenia ich relacji ekologicznych. Odpowiednią dziedzinę wiedzy, ustaloną w pracach V. O. Kovalevsky'ego, nazwano paleobiologią (Abel, 1912). Rekompensuje to fragmentaryzację poglądów paleontologów na temat wymarłych zwierząt. Jeśli chodzi o formy pozbawione szkieletu, paleontologia dostarcza jedynie znikomego materiału z filogenetyki, a w tych przypadkach na pierwszym miejscu znajduje się morfologia porównawcza z jej metodą badań porównawczych struktur homologicznych dorosłych i embrionalnych form nowoczesności geologicznej. Brak danych paleontologicznych znacznie utrudnia wyciąganie wniosków filogenetycznych. Dlatego nasze konstrukcje filogenetyczne są najbardziej wiarygodne w odniesieniu do form, dla których znany jest materiał paleontologiczny.

Niemniej jednak, nawet przy braku danych paleontologicznych, badacz nie pozostaje bez broni. W tym przypadku stosuje inną metodę, a mianowicie badanie etapów rozwoju ontogenetycznego.

Jeśli znajdziesz błąd, zaznacz fragment tekstu i kliknij Ctrl+Enter.

1. Jakie fakty mogą wskazywać na związek między wymarłymi a współczesnymi roślinami i zwierzętami?

Odpowiedź. Według syntetycznej teorii ewolucji proces ewolucyjny zachodzący w przyrodzie dzieli się na dwa etapy: mikroewolucję i makroewolucję.

Makroewolucja obejmuje procesy prowadzące do powstania systematycznych jednostek większych niż gatunek. Badając makroewolucję, współczesne nauki przyrodnicze zgromadziły szereg faktów naukowych potwierdzających ewolucję świata organicznego. Każdy fakt naukowy potwierdzający co najmniej jeden z poniższych punktów można uznać za dowód ewolucji.

Jedność pochodzenia życia (obecność wspólnych cech we wszystkich żywych organizmach).

Relacje między organizmami współczesnymi i wymarłymi lub między organizmami w dużej grupie systematycznej (obecność wspólnych cech u organizmów współczesnych i wymarłych lub we wszystkich organizmach w grupie systematycznej).

Działanie sił napędowych ewolucji (fakty potwierdzające działanie doboru naturalnego).

Dowody ewolucji uzyskane i zgromadzone w ramach określonej nauki stanowią jedną grupę dowodów i nazywane są od nazwy tej nauki.

Paleontologia to nauka o skamielinach wymarłych organizmów. Za twórcę paleontologii ewolucyjnej uważany jest rosyjski naukowiec V. O. Kovalevsky. Dowody ewolucji obejmują skamieniałe formy przejściowe i serie filogenetyczne współczesnych gatunków.

Skamieniałe formy przejściowe to wymarłe organizmy, które łączą cechy starszych i ewolucyjnie młodszych grup. Umożliwiają identyfikację więzi rodzinnych świadczących o historycznym rozwoju życia. Formy takie występują zarówno wśród zwierząt, jak i wśród roślin. Formą przejściową od ryb płetwiastych do starożytnych płazów - stegocefali - jest Ichthyostega. Ewolucyjne powiązanie między gadami i ptakami może ustalić pierwszy ptak (Archeopteryks). Łącznikiem między gadami i ssakami jest jaszczurka z grupy terapsydów. Wśród roślin formą przejściową od glonów do zarodników wyższych są psilofity (pierwsze rośliny lądowe). O pochodzeniu nagonasiennych z pteridofitów świadczą paprocie nasienne, a o pochodzeniu okrytozalążkowych z nagonasiennych – sagowce.

Seria filogenetyczna (od greckiego phylon – rodzaj, plemię, geneza – pochodzenie) – sekwencje form kopalnych, odzwierciedlające historyczny rozwój współczesnych gatunków (filogeneza). Obecnie takie serie są znane nie tylko dla kręgowców, ale także dla niektórych grup zwierząt bezkręgowych. Rosyjski paleontolog V. O. Kovalevsky odtworzył serię filogenetyczną współczesnego konia

2. Jakie znasz rodzaje starożytnych roślin i zwierząt?

Odpowiedź. Dokładnie 75 lat temu u wybrzeży południowej Afryki odkryto najstarszą rybę świata – celakantę, która istniała na Ziemi setki milionów lat temu. Na cześć tego wydarzenia zapraszamy do zapoznania się z nią oraz innymi starożytnymi zwierzętami i roślinami, które dziś zamieszkują naszą planetę.

Wcześniej sądzono, że ryby te wymarły w późnej kredzie (100,5–66 milionów lat temu), jednak w grudniu 1938 roku kustosz Muzeum Wschodniego Londynu (RPA) Marjorie Courtney-Latimer odkryła rybę o twardych łuskach i niezwykłych płetwach w połowach lokalnych rybaków. Później okazało się, że ryba ta żyła setki milionów lat temu i jest żywą skamieniałością.

Ponieważ tego coelakantę odkryto w rzece Chalumna, nazwano go Latimeria chalumnae. A we wrześniu 1997 roku w wodach w pobliżu miasta Manado, położonego na północnym wybrzeżu wyspy Sulawesi, naukowcy zauważyli drugi gatunek tych ryb - Latimeria menadoensis. Według badań genetycznych gatunki te rozdzieliły się 30-40 milionów lat temu, ale różnice między nimi są niewielkie.

2. Miłorząb dwuklapowy.

W naturze roślina ta rośnie tylko we wschodnich Chinach. Jednak 200 milionów lat temu był rozprowadzany po całej planecie, zwłaszcza na półkuli północnej, na obszarach o klimacie umiarkowanym i dużej wilgotności. Na Syberii okresu jurajskiego i wczesnej kredy roślin z klasy miłorzębu było tak dużo, że ich szczątki znajdują się w większości osadów tych okresów. Według badaczy jesienią tego czasu ziemia była dosłownie pokryta liśćmi miłorzębu, niczym dywan.

3. Mały jeleń, czyli kanchil, jest nie tylko najmniejszy (jego wysokość w kłębie nie przekracza 25 centymetrów, a maksymalna waga to około 2,5 kilograma), ale także najstarszy gatunek parzystokopytnych na Ziemi. Zwierzęta te istniały 50 milionów lat temu, kiedy zaczęły tworzyć się rzędy starożytnych kopytnych. Od tego czasu kanchila pozostała prawie niezmieniona i bardziej niż inne gatunki przypomina swoich starożytnych przodków.

4. Skorupiaki z Mississippi.

Ryba podobna do aligatora, skorupiak z Mississippi, jest jedną z najstarszych ryb żyjących obecnie na Ziemi. W epoce mezozoicznej jego przodkowie zamieszkiwali wiele zbiorników wodnych. Obecnie skorupiaki z Mississippi żyją w dolnej dolinie rzeki Mississippi, a także w niektórych słodkowodnych jeziorach w Stanach Zjednoczonych.

Te małe słodkowodne skorupiaki są uważane za najstarsze stworzenia żyjące obecnie na Ziemi. Przedstawiciele tego gatunku prawie nie zmienili się od okresu triasu. W tym czasie właśnie pojawiły się dinozaury. Dziś zwierzęta te żyją na prawie każdym kontynencie z wyjątkiem Antarktydy. Jednak gatunek Triops cancriformis występuje najczęściej w Eurazji.

6. Glyptostroboides metasekwoi.

Te drzewa iglaste były szeroko rozpowszechnione na całej półkuli północnej od kredy do neogenu. Jednak dziś metasequoia można zobaczyć na wolności tylko w środkowych Chinach, w prowincjach Hubei i Syczuan.

7. Rekin Goblin.

Rodzaj Mitsukurina, do którego należy ten gatunek rekina, został po raz pierwszy poznany dzięki skamieniałościom pochodzącym ze środkowego eocenu (około 49-37 milionów lat temu). Jedyny żyjący gatunek tego rodzaju, rekin goblin, który żyje w Oceanie Atlantyckim i Indyjskim, zachował pewne prymitywne cechy swoich starożytnych krewnych i jest dziś żywą skamieliną.

Pytania po § 61

1. Czym jest makroewolucja? Co mają wspólnego makro- i mikroewolucja?

Odpowiedź. Makroewolucja to ewolucja ponadgatunkowa, w przeciwieństwie do mikroewolucji, która zachodzi w obrębie gatunku, w jego populacjach. Nie ma jednak zasadniczych różnic pomiędzy tymi procesami, gdyż procesy makroewolucyjne opierają się na procesach mikroewolucyjnych. W makroewolucji działają te same czynniki – walka o byt, dobór naturalny i związane z nim wymieranie. Makroewolucja, podobnie jak mikroewolucja, ma charakter rozbieżny.

Makroewolucja zachodzi w historycznie długich okresach czasu, dlatego nie można jej bezpośrednio zbadać. Mimo to nauka posiada wiele dowodów wskazujących na realność procesów makroewolucyjnych.

2. Jakie dowody makroewolucji dają nam dane paleontologiczne? Podaj przykłady form przejściowych.

Odpowiedź. Paleontologia bada pozostałości kopalne wymarłych organizmów i określa ich podobieństwa i różnice w stosunku do organizmów współczesnych. Dane paleontologiczne pozwalają poznać florę i faunę dawnych czasów, zrekonstruować wygląd wymarłych organizmów, odkryć powiązania pomiędzy starożytnymi i współczesnymi przedstawicielami flory i fauny.

Przekonujących dowodów na zmiany w świecie organicznym na przestrzeni czasu dostarcza porównanie pozostałości kopalnych z warstw ziemi z różnych epok geologicznych. Pozwala ustalić kolejność powstawania i rozwoju poszczególnych grup organizmów. Na przykład w najstarszych warstwach znajdują się szczątki przedstawicieli typów bezkręgowców, a w późniejszych warstwach znajdują się pozostałości strunowców. Nawet młodsze warstwy geologiczne zawierają szczątki zwierząt i roślin należących do gatunków podobnych do współczesnych.

Dane paleontologiczne dostarczają bogatego materiału na temat kolejnych powiązań pomiędzy różnymi grupami systematycznymi. W niektórych przypadkach udało się ustalić formy przejściowe pomiędzy starożytnymi i współczesnymi grupami organizmów, w innych udało się zrekonstruować serie filogenetyczne, czyli serie gatunków, które sukcesywnie się zastępują.

Na brzegach Północnej Dźwiny znaleziono grupę gadów dzikozębnych. Połączyli cechy ssaków i gadów. Gady zwierzęce są podobne do ssaków budową czaszki, kręgosłupa i kończyn, a także podziałem zębów na kły, siekacze i zęby trzonowe.

Odkrycie Archeopteryksa jest niezwykle interesujące z ewolucyjnego punktu widzenia. To zwierzę wielkości gołębia miało cechy ptaka, ale zachowało także cechy gadów. Objawy ptaków: tylne kończyny ze stępem, obecność piór, ogólny wygląd. Objawy gadów: długi rząd kręgów ogonowych, żebra brzuszne i obecność zębów. Archeopteryks nie mógł być dobrym lotnikiem, ponieważ jego mostek (bez stępki), mięśnie piersiowe i mięśnie skrzydeł są słabo rozwinięte. Kręgosłup i żebra nie stanowiły sztywnego układu kostnego, który był stabilny podczas lotu, jak u współczesnych ptaków. Archaeopteryx można uznać za formę przejściową między gadami i ptakami. Formy przejściowe łączą jednocześnie cechy zarówno grup starożytnych, jak i bardziej ewolucyjnie młodszych. Innym przykładem są ichtiostegi, forma przejściowa między słodkowodnymi rybami płatkopłetwymi a płazami.

3. Jakie znaczenie ma rekonstrukcja szeregów filogenetycznych?

Odpowiedź. Seria filogenetyczna. W przypadku wielu grup zwierząt i roślin paleontolodzy byli w stanie odtworzyć ciągłą serię form od starożytnych do współczesnych, odzwierciedlając ich zmiany ewolucyjne. Rosyjski zoolog V. O. Kovalevsky (1842–1883) odtworzył serię filogenetyczną koni. U koni, które przestawiały się na szybkie i długie bieganie, liczba palców u nóg zmniejszała się, a jednocześnie zwiększał się rozmiar zwierzęcia. Zmiany te były konsekwencją zmiany stylu życia konia, który przestawił się na żerowanie wyłącznie roślinnością, w poszukiwaniu której konieczne było pokonywanie długich dystansów. Uważa się, że wszystkie te ewolucyjne przemiany trwały 60–70 milionów lat.

Badanie serii filogenetycznych konstruowanych na podstawie danych z paleontologii, anatomii porównawczej i embriologii ma istotne znaczenie dla dalszego rozwoju ogólnej teorii ewolucji, konstrukcji naturalnego układu organizmów i odtworzenia obrazu ewolucji organizmów. określona systematyczna grupa organizmów. Obecnie do konstruowania szeregów filogenetycznych naukowcy coraz częściej wykorzystują dane z takich nauk jak genetyka, biochemia, biologia molekularna, biogeografia, etologia itp.

Pytanie 1. Jaka jest różnica między makro- i mikroewolucją?
Mikroewolucja- ewolucja w obrębie gatunku; zachodzi na podstawie zmienności mutacyjnej pod kontrolą doboru naturalnego. Zatem mikroewolucja jest początkowym etapem procesu ewolucyjnego, może nastąpić w stosunkowo krótkim czasie i można ją bezpośrednio obserwować i badać. W wyniku dziedzicznej (mutacyjnej) zmienności dochodzi do przypadkowych zmian w genotypie. Mutacje są najczęściej recesywne, a ponadto rzadko są korzystne dla gatunku. Jeśli jednak w wyniku mutacji nastąpią korzystne dla jakiegoś osobnika zmiany, wówczas uzyskuje on pewną przewagę nad innymi osobnikami populacji: otrzymuje więcej pożywienia lub staje się bardziej odporny na działanie chorobotwórczych bakterii i wirusów itp. Przykładowo rozwój długiej szyi umożliwił przodkom żyrafy żerowanie na liściach wysokich drzew, co zapewniało im więcej pożywienia niż osobniki z populacji o krótkiej szyi.
Makroewolucja- ewolucja na poziomie ponadgatunkowym; prowadzi do powstania dużych taksonów (od rodzajów po gromady i królestwa przyrody). Makroewolucja świata organicznego to proces powstawania dużych systematycznych jednostek: z gatunków - nowych rodzajów, z rodzajów - nowych rodzin itp. Procesy makroewolucji wymagają ogromnych okresów czasu, więc nie da się ich bezpośrednio zbadać. Jednakże makroewolucją napędzają te same siły napędowe, co mikroewolucja: zmienność genetyczna, dobór naturalny i dysjunkcja reprodukcyjna. Podobnie jak mikroewolucja, makroewolucja ma charakter rozbieżny.

Pytanie 2. Jakie procesy są siłami napędowymi makroewolucji? Podaj przykłady zmian makroewolucyjnych.
Makroewolucja opiera się na tych samych siłach napędowych co mikroewolucja: zmienności dziedzicznej, doborze naturalnym i dysjunkcji reprodukcyjnej. Podobnie jak mikroewolucja, makroewolucja ma charakter rozbieżny.
Efektem procesów makroewolucyjnych są znaczące zmiany w budowie zewnętrznej i fizjologii organizmów – takie jak np. powstanie zamkniętego układu krążenia u zwierząt czy pojawienie się aparatów szparkowych i komórek nabłonkowych u roślin. Podstawowe tego rodzaju nabytki ewolucyjne obejmują tworzenie kwiatostanów lub przekształcenie przednich kończyn gadów w skrzydła i wiele innych.
Pytanie 3. Jakie fakty leżą u podstaw badań i dowodów makroewolucji?
Najbardziej przekonujący dowód procesów makroewolucyjnych pochodzi z danych paleontologicznych. Do takich dowodów zaliczają się znalezione pozostałości wymarłych form przejściowych, które umożliwiają prześledzenie drogi od jednej grupy istot żywych do drugiej. Na przykład odkrycie trójpalczastych i pięciopalczastych przodków współczesnego konia, którzy mieli jeden palec, dowodzi, że przodkowie konia mieli po pięć palców na każdej kończynie. Odkrycie skamieniałych szczątków archaeopteryksa pozwoliło nam stwierdzić, że między gadami a ptakami istniały formy przejściowe. Znalezienie pozostałości wymarłych kwitnących paproci pozwala rozwiązać kwestię ewolucji współczesnych okrytozalążkowych itp. Niestety badanie form kopalnych daje nam niepełny obraz ewolucji flory i fauny. Większość szczątków składa się z twardych części organizmów: kości, muszli i zewnętrznych tkanek podporowych roślin. Dużym zainteresowaniem cieszą się skamieniałości, w których zachowały się ślady nor i przejść starożytnych zwierząt, odciski kończyn czy całych organizmów pozostawionych na niegdyś miękkich osadach.

Pytanie 4. Jakie znaczenie ma badanie szeregów filogenetycznych?
Na podstawie znalezisk paleoantologicznych zbudowano serie filogenetyczne, czyli serie gatunków, które sukcesywnie zastępują się w procesie ewolucji. Badanie serii filogenetycznych konstruowanych na podstawie danych z paleontologii, anatomii porównawczej i embriologii ma istotne znaczenie dla dalszego rozwoju ogólnej teorii ewolucji, konstrukcji naturalnego układu organizmów i odtworzenia obrazu ewolucji organizmów. określona systematyczna grupa organizmów.
Obecnie do konstruowania szeregów filogenetycznych naukowcy coraz częściej wykorzystują dane z takich nauk jak genetyka, biochemia, biologia molekularna, biogeografia, etologia itp.

Te zmiany fizyczne nastąpiły jednocześnie z poważnymi zmianami w gęstości zaludnienia i strukturze społecznej. Eksperci nazywają je „innowacją ewolucyjną, nową właściwością, której nie było w populacji przodków i która rozwinęła się u tych jaszczurek podczas ewolucji”.

Filogeneza (od greckiego „phylon” - rodzaj, plemię i „geneza”), historyczny rozwój organizmów, w przeciwieństwie do ontogenezy - indywidualny rozwój organizmów. Filogenezy – ewolucji w przeszłości – nie można obserwować bezpośrednio, a rekonstrukcji filogenetycznych nie można testować eksperymentalnie.

Na przykład w 1844 roku odnaleziono skamieniałe zęby zwane konodontami. Szczęki, w przeciwieństwie do wszystkich współczesnych ptaków, miały zęby jak gady. Druga trudność polega na tym, że technicznie niemożliwe jest pełne zbadanie organizacji nawet organizmu jednokomórkowego. Zarówno najbardziej prymitywne czworonogi, jak i dwudyszne mają płuca i trójkomorowe serce, składające się z dwóch przedsionków i jednej komory.

Sformułował także „metodę potrójnego równoległości” – główną metodę rekonstrukcji filogenetycznych, która jest nadal stosowana w zmodyfikowanej i rozszerzonej formie. W rezultacie krew tętnicza z płuc i krew żylna z reszty ciała mieszają się, chociaż nie tak bardzo, jak u płazów.

Paralelizmy i ich znaczenie ewolucyjne

Ta gałąź ewolucji niższych kręgowców powstała pod koniec okresu kambru i nie była znana w postaci kopalnej od końca okresu dewonu. Faktem jest, że u skamieniałych zwierząt bezszczękowych zwapniały jamy skrzelowe, jama mózgowa oraz ściany wielu dużych naczyń krwionośnych i innych narządów wewnętrznych. W tym przypadku działa tylko anatomia porównawcza i, w bardzo niezbędnym zakresie, embriologia. Powszechne wykorzystanie technologii komputerowej ułatwiło taką analizę, a kladogramy (z greckiego „klados” - gałąź) zaczęły pojawiać się w większości publikacji filogenetycznych.

Badanie struktury kwasów nukleinowych i innych makrocząsteczek stało się obecnie jednym z najważniejszych uzupełnień metody potrójnego równoległości. Można by to uznać za błąd, gdyby w 1983 roku M. F. Iwahnenko nie udowodnił na materiale paleontologicznym, że żółwie wyewoluowały z płazów niezależnie od wszystkich innych gadów.

Wyjaśnienie wyraża się w tym, że rekonstrukcje stają się coraz bardziej szczegółowe. Jeśli w otaczającym nas świecie jest coś nieznanego, to zadaniem nauki jest zbadanie i wyjaśnienie tej nieznanej, niezależnie od teoretycznego i praktycznego znaczenia przedmiotu badań. Ponadto rekonstrukcje filogenetyczne stanowią podstawę wyjaśnienia wzorców ewolucji.

Istnieje wiele innych wzorców ewolucji, które odkryto w wyniku badań filogenetycznych. Procesy ewolucyjne obserwuje się zarówno w warunkach naturalnych, jak i laboratoryjnych. Fakt ewolucji na poziomie wewnątrzgatunkowym został udowodniony eksperymentalnie, a procesy specjacji zostały bezpośrednio zaobserwowane w przyrodzie.

Dowód ewolucji

Jednak gdzieś pomiędzy pokoleniami liczącymi 31 tys. a 32 tys. w jednej populacji nastąpiły dramatyczne zmiany, których nie zaobserwowano w pozostałych. W ciągu 36 lat (niezwykle krótki okres ewolucji) zmienił się rozmiar i kształt głowy, wzrosła siła zgryzu, a w przewodzie pokarmowym rozwinęły się nowe struktury.

Ponadto jelita nowej populacji zawierają nicienie, których nie było w populacji pierwotnej. W szczególności do zwalczania ćmy dorsza Cydia pomonella (której larwy są „robakami” w robaczywych jabłkach) aktywnie wykorzystuje się granurowirus Cydia pomonella.

Obserwacje współczesnych gatunków wskazują, że w istniejących populacjach specjacja zachodzi w sposób ciągły. Istnieje wiele przykładów krzyżowania się różnych gatunków w wyjątkowych warunkach. W zależności od siedliska w górach salamandry tworzą różne formy, stopniowo zmieniając swoje cechy morfologiczne i ekologiczne.

Sądząc po zapisie kopalnym i pomiarach tempa mutacji, całkowita niezgodność genomów, uniemożliwiająca krzyżowanie, osiągana jest w przyrodzie średnio po 3 milionach lat. Oznacza to, że obserwacja powstawania nowego gatunku w warunkach naturalnych jest w zasadzie możliwa, jednak jest to zjawisko rzadkie. Jednocześnie w warunkach laboratoryjnych można zwiększyć tempo zmian ewolucyjnych, zatem istnieją podstawy, aby mieć nadzieję na specjację u zwierząt laboratoryjnych.

Przykładem obserwowanej specjacji sympatrycznej (czyli specjacji powstałej w wyniku podziału na nisze ekologiczne) jest ćma jabłoniowa Rhagoletis pomonella. Praktyka pokazuje, że klasyfikacje biologiczne budowane na podstawie różnych cech zmierzają do tego samego drzewiastego schematu hierarchicznego – klasyfikacji naturalnej.

Właśnie takiego rezultatu można się spodziewać w przypadku ewolucyjnego pochodzenia zwierząt od wspólnego przodka. Rozgałęzienie drzewa filogenetycznego odpowiada podziałowi populacji w procesie specjacji. Z reguły obiekty, które nie powstały podczas ewolucji, nie mają tej właściwości. Jeśli chcesz, możesz połączyć te obiekty w różne hierarchie, ale nie ma jednej obiektywnej hierarchii, która byłaby zasadniczo lepsza od wszystkich pozostałych.

Termin ten zaproponował niemiecki ewolucjonista E. Haeckel w 1866 roku. Później termin „filogeneza” otrzymał szerszą interpretację - przypisano mu znaczenie historii procesu ewolucyjnego. Możemy mówić o filogenezie poszczególnych cech: narządów, tkanek, procesów biochemicznych, strukturze cząsteczek biologicznych i filogenezie taksonów dowolnej rangi - od gatunków po superkrólestwa. Celem badań filogenetycznych jest odtworzenie pochodzenia i kolejnych przemian ewolucyjnych badanych struktur i taksonów.

Dane paleontologiczne, jak już wspomniano, wprowadzają do tych rekonstrukcji skalę czasową i uzupełniają ją formami wymarłymi, czyli czynią serię bardziej szczegółową, a przez to bardziej wiarygodną.

Jedną z najbardziej znanych i najlepiej zbadanych jest seria filogenetyczna współczesnych jednopalczastych kopytnych. Liczne znaleziska paleontologiczne i zidentyfikowane formy przejściowe tworzą bazę dowodów naukowych dla tej serii. Seria filogenetyczna konia, opisana przez rosyjskiego biologa Władimira Onufrievicha Kovalevsky'ego w 1873 roku, pozostaje dziś „ikoną” paleontologii ewolucyjnej.

Ewolucja na przestrzeni wieków

W ewolucji serie filogenetyczne są kolejnymi formami przejściowymi, które doprowadziły do ​​​​powstania współczesnych gatunków. W zależności od liczby powiązań szereg może być pełny lub częściowy, jednak warunkiem ich opisu jest obecność kolejnych form przejściowych.

Seria filogenetyczna konia jest uważana za dowód ewolucji właśnie ze względu na obecność takich kolejnych form, które się wzajemnie zastępują. Wielość znalezisk paleontologicznych zapewnia mu wysoki stopień wiarygodności.

Przykłady szeregów filogenetycznych

Szereg koni nie jest jedynym z opisanych przykładów. Seria filogenetyczna wielorybów i ptaków została dobrze zbadana i charakteryzuje się wysokim stopniem wiarygodności. Kontrowersyjna w kręgach naukowych i najczęściej wykorzystywana w różnych populistycznych insynuacjach jest seria filogenetyczna współczesnych szympansów i ludzi. W środowisku naukowym trwają spory dotyczące brakujących ogniw pośrednich. Jednak bez względu na to, ile jest punktów widzenia, znaczenie serii filogenetycznych jako dowodu na ewolucyjną zdolność przystosowania się organizmów do zmieniających się warunków środowiskowych pozostaje bezdyskusyjne.

Związek pomiędzy ewolucją koni a środowiskiem

Liczne badania paleontologów potwierdziły teorię O. V. Kovalevsky'ego o ścisłym związku zmian w szkielecie przodków koni ze zmianami w środowisku. Zmieniający się klimat doprowadził do zmniejszenia powierzchni lasów, a przodkowie współczesnych jednopalczastych kopytnych przystosowali się do warunków życia na stepach. Potrzeba szybkiego ruchu powodowała zmiany w budowie i liczbie palców kończyn, zmiany w kośćcu i zębach.

Pierwsze ogniwo w łańcuchu

We wczesnym eocenie, ponad 65 milionów lat temu, żył pierwszy przodek współczesnego konia. Jest to „niski koń” czyli Eohippus, który był wielkości psa (do 30 cm), opierał się na całej stopie kończyny, która miała cztery (przednie) i trzy (tylne) palce z małymi kopytami. Eohippus żywił się pędami i liśćmi i miał gruźlicze zęby. Brązowa kolorystyka i rzadkie włosy na ruchomym ogonie - to odległy przodek koni i zebr na Ziemi.

Półprodukty

Około 25 milionów lat temu klimat na planecie się zmienił, a obszary stepowe zaczęły zastępować lasy. W miocenie (20 milionów lat temu) pojawiły się mesohippus i parahippus, bardziej podobne do współczesnych koni. Za pierwszego roślinożernego przodka w serii filogenetycznej konia uważa się Merikhippus i Pliohippus, które weszły na arenę życia 2 miliony lat temu. Hipparion - ostatnie trójpalczaste ogniwo

Przodek ten żył w miocenie i pliocenie na równinach Ameryki Północnej, Azji i Afryki. Ten trójpalczasty koń, przypominający gazelę, nie miał jeszcze kopyt, ale potrafił szybko biegać, jadł trawę i to ona zajmowała rozległe terytoria.

Koń jednopalczasty - pliohyppus

Ci przedstawiciele jednopalcowi pojawili się 5 milionów lat temu na tych samych terytoriach, co hippariony. Warunki środowiskowe zmieniają się - stają się jeszcze bardziej suche, a stepy znacznie się rozszerzają. Tutaj jednopalcowość okazała się ważniejszą oznaką przetrwania. Konie te osiągały wysokość w kłębie do 1,2 metra, 19 par żeber i mocne mięśnie nóg. Zęby uzyskują długie korony i fałdy szkliwa z rozwiniętą warstwą cementu.

Koń, którego znamy

Koń współczesny, jako końcowa faza ciągu filogenetycznego, pojawił się pod koniec neogenu, a pod koniec ostatniej epoki lodowcowej (około 10 tysięcy lat temu) w Europie i Azji pasły się już miliony dzikich koni. Choć wysiłki prymitywnych myśliwych i redukcja pastwisk sprawiły, że dziki koń stał się rzadkością już 4 tysiące lat temu. Ale dwa z jego podgatunków – tarpan w Rosji i koń Przewalskiego w Mongolii – przetrwały znacznie dłużej niż wszystkie inne.

Dzikie konie

Dziś praktycznie nie ma już prawdziwych dzikich koni. Tarpan rosyjski uważany jest za gatunek wymarły, a koń Przewalskiego nie występuje w warunkach naturalnych. Stada koni, które pasą się swobodnie, to dzikie formy udomowione. Choć takie konie szybko wracają do dzikiego życia, to jednak nadal różnią się od koni prawdziwie dzikich.

Mają długie grzywy i ogony i są w różnych kolorach. Wyłącznie konie i mysie tarpany Przewalskiego mają przystrzyżoną grzywkę, grzywę i ogon.

W Ameryce Środkowej i Północnej dzikie konie zostały całkowicie wytępione przez Indian i pojawiły się tam dopiero po przybyciu Europejczyków w XV wieku. Dzicy potomkowie koni konkwistadorów dali początek licznym stadom mustangów, których liczebność dzisiaj kontrolowana jest poprzez odstrzał.

Oprócz mustangów w Ameryce Północnej występują dwa gatunki dzikich kuców wyspiarskich - na wyspach Assateague i Sable. Półdzikie stada koni Camargue występują na południu Francji. Niektóre dzikie kucyki można spotkać także w górach i na wrzosowiskach Wielkiej Brytanii.

Nasze ulubione konie

Człowiek oswoił konia i wyhodował ponad 300 jego ras. Od zawodników wagi ciężkiej po miniaturowe kucyki i piękne konie wyścigowe. W Rosji hoduje się około 50 ras koni. Najbardziej znanym z nich jest kłusak Oryol. Wyłącznie biała sierść, doskonały kłus i zwinność – te cechy tak cenił hrabia Orłow, uważany za twórcę tej rasy.