Jakie jest znaczenie badania szeregów filogenetycznych. Jakie jest znaczenie rekonstrukcji szeregów filogenetycznych: współczesna filogenetyka

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.

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. Jednak 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.

Pytanie 1. Jaka jest różnica między makro- i mikroewolucją?

Przez mikroewolucję rozumiemy powstawanie nowych gatunków.

Pojęcie makroewolucji oznacza pochodzenie taksonów ponadgatunkowych (rodzaj, rząd, klan, typ).

Niemniej jednak nie ma zasadniczych różnic pomiędzy procesami powstawania nowych gatunków a procesami powstawania wyższych grup taksonomicznych. Termin „mikroewolucja” we współczesnym znaczeniu został wprowadzony przez N.V. Timofeev-Resovsky w 1938 roku.

Pytanie 2. Jakie procesy są siłami napędowymi makroewolucji? Podaj przykłady zmian makroewolucyjnych.

W makroewolucji zachodzą te same procesy, co podczas specjacji: powstawanie zmian fenotypowych, walka o byt, dobór naturalny, wymieranie form najmniej przystosowanych.

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. Paleontologia bada pozostałości kopalne wymarłych organizmów i ustala ich podobieństwa i różnice w stosunku do organizmów współczesnych. Na podstawie szczątków paleontolodzy rekonstruują wygląd wymarłych organizmów oraz poznają florę i faunę dawnych czasów. Niestety badanie form kopalnych daje nam niepełny obraz ewolucji flory i fauny. Większość szczątków składa się ze stałych 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?Materiał ze strony

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.