Qual é a importância do estudo de séries filogenéticas. Qual é o significado da reconstrução da série filogenética: filogenética moderna

Os métodos de pesquisa filogenética estão organicamente ligados aos métodos de estudo dos fatos da evolução. Até agora, o método morfológico deve ser considerado o principal método de pesquisa filogenética, pois as transformações da forma de um organismo continuam sendo o fato mais óbvio e permitem rastrear os fenômenos de transformação das espécies com grande sucesso.

Não se segue disso, é claro, que outros métodos - fisiológicos, ecológicos, genéticos etc. - não sejam aplicáveis ​​aos estudos filogenéticos.A forma e a função de um organismo estão inextricavelmente ligadas. Qualquer organismo é formado sob a influência de fatores ambientais específicos, interage com ele, está em certas relações com outros organismos. No entanto, a forma de um organismo, sua estrutura, sempre permanece um indicador sensível de todas essas conexões e serve como fio condutor para o pesquisador de questões filogenéticas. O método morfológico de pesquisa ocupa uma posição de destaque no estudo da filogenia, e suas conclusões geralmente são confirmadas quando verificadas por outros métodos. A grande vantagem do método morfológico é a disponibilidade de sua combinação com o método comparativo de pesquisa, sem o qual é impossível detectar o próprio fato da transformação dos sistemas vivos. A validade do método morfológico é grandemente reforçada pelo fato de ser essencialmente profundamente autocrítico, pois pode ser aplicado em várias direções.

Se tivermos um grande material paleontológico à nossa disposição (por exemplo, a evolução de um cavalo), podemos aplicar o método morfológico comparativo às sucessivas séries de ancestrais e descendentes e assim identificar as direções e métodos de evolução de um determinado grupo. A figura dá uma ideia da essência do método morfológico comparativo aplicado aos ancestrais do cavalo. A redução sucessiva dos dedos laterais e o desenvolvimento do dedo médio (III) mostram a direção do desenvolvimento evolutivo da "série do cavalo".

Comparação dos membros de jerboas com número decrescente de dedos e especialização crescente. 1 - pequeno jerboa Allactaga elator, 2 - Salpingotas Koslovi, 3 - planalto Dipus sagitta. I-V - dedos do primeiro ao quinto (De acordo com Vinogradov)

Além disso, os dados paleontológicos estão em harmonia com estudos anatômicos comparativos de formas modernas. A figura compara os membros de três formas com um número decrescente de dedos. Embora esta não seja uma série filogenética, cria-se a ideia de que todos os três membros são o resultado da manifestação de processos semelhantes que atingiram diferentes estágios de desenvolvimento. Portanto, o método morfológico comparativo, e em relação às formas modernas, independentemente da paleontologia, permite supor que, por exemplo, o pé de um dedo deve ter se desenvolvido a partir do polidáctilo. Quando os fatos da embriologia comparada são adicionados a essas conclusões, mostrando que, por exemplo, no embrião do cavalo, os dedos laterais são colocados, e então eles são gradualmente reduzidos, então nossa conclusão sobre a origem do cavalo de um dedo do ancestral polidáctilo torna-se ainda mais provável.

A coincidência desses dados mostra que os fatos da paleontologia, anatomia comparada das formas adultas e embriologia comparada se controlam e se complementam mutuamente, formando em sua totalidade um método sintético triplo de estudos filogenéticos proposto por Haeckel (1899) e que não perdeu sua significado mesmo agora. Admite-se que a coincidência dos dados da paleontologia, anatomia comparada e embriologia, até certo ponto, sirva como prova da exatidão das construções filogenéticas.

Estes são os princípios mais gerais da pesquisa filogenética.

Vamos agora considerar os elementos brevemente descritos do método unificado de estudos filogenéticos.

A evidência paleontológica é a mais convincente. No entanto, eles têm um grande defeito, a saber, o paleontólogo lida apenas com características morfológicas e, além disso, incompletas. O organismo como um todo está além da pesquisa paleontológica. Em vista disso, é especialmente importante para um paleontólogo levar em conta todos os sinais de animais disponíveis para ele, com os restos dos quais está lidando. Caso contrário, suas conclusões filogenéticas podem ser errôneas.

Suponhamos que as formas A, B, C, D, E, E se substituam em sucessivos horizontes geológicos, e que o paleontólogo tenha a oportunidade de observar uma certa soma de suas feições - a, b, c, etc. supomos ainda que a forma A tem traços a 1, b 1, c 1, e nas formas B, C, D, ... esses sinais são alterados (respectivamente a 2, b 2, c 2 .. a 3, b 3, c 3 ..., ele. d .). Então, com o tempo, obtemos uma série de dados

Esta tabuinha corresponde, por exemplo, à "série" dos ancestrais equinos, onde do eopippus ao cavalo temos uma mudança sucessiva no desenvolvimento de uma série de caracteres. A tabela mostra o desenvolvimento sucessivo de todos os recursos principais. Cada recurso subsequente (por exemplo, um 4) é derivado de cada um anterior (por exemplo, um 3). Nesses casos, torna-se provável que as séries A, B, C, D, E, E se formem série filogenética, ou seja, uma série de ancestrais e seus descendentes. Tal é a série de Eogipo ao cavalo e algumas outras.

Suponha agora que estamos lidando com os seguintes dados,

ou seja, enunciamos uma série de formas que se substituem sucessivamente no tempo, e de acordo com um dos sinais (b) obtemos uma imagem do desenvolvimento sequencial de b 1 a b 5. No entanto, nossa série não é uma série filogenética, pois, por exemplo, com relação aos caracteres a e b, não observamos especialização consistente. Por exemplo, o tipo A tem a fórmula A (a 1, b 1, b 1), mas o tipo B claramente não é seu descendente direto, pois tem a fórmula B (a 4, b 2, b 2), etc. Obviamente , estamos lidando aqui com "fragmentos" sucessivos de uma árvore filogenética, muitos dos quais não foram encontrados. Portanto, a série A, B, C, D, D, E é na verdade A, B 1, C 2, G 3, D 1. Tal série é chamada escalonada. Para esclarecer as diferenças entre ela e a série filogenética, usaremos uma figura que mostra a evolução do cavalo. Aqui serão filogenéticas as seguintes séries: eogipo, orogippus, mesogippus, paragippus, merigippus, pliogippus, plesippus, horse. Por exemplo, a seguinte série de formas seria escalonada: hyracotherium, epigippus, myohippus, anchiterium, hipparion, hippidium, horse. Todos estes não são ancestrais e descendentes, mas ramos laterais sucessivos, mas dispersos da árvore filogenética.

Como você pode ver, a remada escalonada é de grande importância para o trabalho, pois, com base nela, pode-se concluir que o cavalo descende de um ancestral polidáctilo.

Finalmente, você pode encontrar faixa adaptável, mostrando o desenvolvimento de qualquer adaptação. Tal série pode fazer parte de uma série filogenética, por exemplo, a adaptação do pé de um cavalo à corrida, mas muitas vezes não é o caso, e uma série adaptativa pode ser compilada mesmo às custas de formas modernas que não formam uma série série filogenética. Como você pode ver, o paleontólogo tem que enfrentar grandes dificuldades. Seu material é fragmentário, não completo.

Alguma compensação para a incompletude dos dados paleontológicos, no entanto, é a possibilidade de estender os dados ecológicos à paleontologia. Uma certa forma de um órgão (a estrutura da perna, a estrutura do aparelho dentário, etc.) permite tirar conclusões sobre o estilo de vida e até sobre a composição dos alimentos dos animais extintos. Isso abre a possibilidade de reconstruir suas relações ecológicas. O campo de conhecimento correspondente estabelecido nos trabalhos de V. O. Kovalevsky foi chamado de paleobiologia (Abel, 1912). Compensa a natureza fragmentária das ideias do paleontólogo sobre os animais extintos. No que diz respeito às formas desprovidas de esqueleto, a paleontologia fornece apenas material insignificante sobre filogenética e, nesses casos, a morfologia comparativa vem em primeiro lugar com seu método de estudo comparativo das estruturas homólogas das formas adultas e embrionárias da modernidade geológica. A falta de dados paleontológicos torna muito mais difícil fazer inferências filogenéticas. Portanto, nossas construções filogenéticas são mais confiáveis ​​para aquelas formas para as quais o material paleontológico é conhecido.

No entanto, o pesquisador não fica desarmado mesmo na ausência de dados paleontológicos. Neste caso, ele usa um método diferente, a saber, o estudo dos estágios de desenvolvimento ontogenético.

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Uma das mais famosas e mais estudadas delas é a série filogenética dos ungulados modernos. Múltiplos achados paleontológicos e formas de transição identificadas criam uma base de evidências científicas para esta série. Descrita pelo biólogo russo Vladimir Onufrievich Kovalevsky em 1873, a série filogenética do cavalo permanece hoje um “ícone” da paleontologia evolutiva.

Evolução através dos tempos

Na evolução, as séries filogenéticas são formas de transição que se substituíram sucessivamente, levando à formação de espécies modernas. Pelo número de links, a série pode ser completa ou parcial, porém, a presença de formas transicionais sucessivas é pré-requisito para sua descrição.

A série filogenética do cavalo é referida como evidência de evolução precisamente por causa da presença de tais formas sucessivas que substituem umas às outras. A multiplicidade de achados paleontológicos confere-lhe um elevado grau de fiabilidade.

Exemplos de séries filogenéticas

O número de cavalos não é o único entre os exemplos descritos. A série filogenética de baleias e aves é bem estudada e possui alto grau de confiabilidade. E controversa nos meios científicos e mais utilizada em várias insinuações populistas é a série filogenética dos chimpanzés e humanos modernos. As disputas sobre os links intermediários ausentes aqui não diminuem na comunidade científica. Mas não importa quantos pontos de vista existam, o significado das séries filogenéticas como evidência da adaptabilidade evolutiva dos organismos às mudanças nas condições ambientais permanece indiscutível.

Ligando a evolução do cavalo ao meio ambiente

Vários estudos de paleontólogos confirmaram a teoria de O. V. Kovalevsky sobre a estreita relação entre mudanças no esqueleto dos ancestrais dos cavalos e mudanças no ambiente. A mudança climática levou a uma diminuição das áreas florestais e os ancestrais dos modernos ungulados de um único dedo se adaptaram às condições de vida nas estepes. A necessidade de movimentos rápidos provocou modificações na estrutura e número de dedos nos membros, alterações no esqueleto e nos dentes.

Primeiro elo da cadeia

No início do Eoceno, há mais de 65 milhões de anos, viveu o primeiro grande ancestral do cavalo moderno. Este é um “cavalo baixo” ou Eohippus, que era do tamanho de um cachorro (até 30 cm), contava com todo o pé do membro, no qual havia quatro dedos (dianteiros) e três (traseiros) com pequenos cascos . Eohippus se alimentava de brotos e folhas e tinha dentes tuberculosos. Coloração marrom e cabelos esparsos em uma cauda móvel - esse é o ancestral distante de cavalos e zebras na Terra.

Intermediários

Cerca de 25 milhões de anos atrás, o clima do planeta mudou e as extensões de estepe começaram a substituir as florestas. No Mioceno (há 20 milhões de anos), aparecem o mesogipo e o parahippus, já mais parecidos com os cavalos modernos. E o primeiro ancestral herbívoro na série filogenética do cavalo é considerado merikgippus e pliogippus, que entraram na arena da vida há 2 milhões de anos. Hipparion - o último elo de três dedos

Este ancestral viveu no Mioceno e Plioceno nas planícies da América do Norte, Ásia e África. Este cavalo de três dedos, semelhante a uma gazela, ainda não tinha cascos, mas podia correr rápido, comia grama, e era ela quem ocupava vastos territórios.

Cavalo de um dedo - pliogipo

Esses representantes de um dedo aparecem há 5 milhões de anos nos mesmos territórios que os hipparions. As condições ambientais estão mudando - estão se tornando ainda mais secas e as estepes estão crescendo significativamente. Foi aí que o dedo único acabou sendo um sinal mais importante para a sobrevivência. Esses cavalos tinham até 1,2 metros de altura na cernelha, tinham 19 pares de costelas e músculos fortes nas pernas. Seus dentes adquirem longas coroas e dobras de esmalte com uma camada de cimento desenvolvida.

O cavalo conhecido

O cavalo moderno, como estágio final da série filogenética, surgiu no final do Neógeno, e no final da última era glacial (há cerca de 10 mil anos), milhões de cavalos selvagens já pastavam na Europa e na Ásia. Embora os esforços dos caçadores primitivos e a redução dos pastos tenham tornado um cavalo selvagem uma raridade já há 4 mil anos. Mas suas duas subespécies - o tarpan na Rússia e o cavalo de Przewalski na Mongólia - conseguiram resistir muito mais do que todos os outros.

cavalos selvagens

Hoje, praticamente não há cavalos selvagens de verdade. O tarpan russo é considerado uma espécie extinta, e o cavalo de Przewalski não ocorre naturalmente. Rebanhos de cavalos que pastam livremente são formas selvagens domesticadas. Esses cavalos, embora retornem rapidamente à vida selvagem, ainda são diferentes dos cavalos verdadeiramente selvagens.

Eles têm crinas e caudas longas e são variegadas. Os cavalos excepcionalmente bronzeados de Przewalski e os tarpans de rato têm, por assim dizer, franjas, crinas e caudas aparadas.

Na América Central e do Norte, os cavalos selvagens foram completamente exterminados pelos índios e só apareceram lá após a chegada dos europeus no século XV. Os descendentes selvagens dos cavalos dos conquistadores deram origem a numerosos rebanhos de mustangs, cujo número agora é controlado pelo tiro.

Além dos mustangs, existem dois tipos de pôneis insulares selvagens na América do Norte - nas ilhas de Assateague e Sable. Manadas semi-selvagens de cavalos de Camargue são encontradas no sul da França. Nas montanhas e pântanos da Grã-Bretanha, você também pode encontrar alguns pôneis selvagens.

Nossos cavalos favoritos

O homem domou o cavalo e criou mais de 300 de suas raças. De pesos pesados ​​a pôneis em miniatura e raças de raça bonitas. Cerca de 50 raças de cavalos são criadas na Rússia. O mais famoso deles é o trotador Oryol. Cor excepcionalmente branca, excelente trote e agilidade - essas qualidades foram tão apreciadas pelo Conde Orlov, que é considerado o fundador desta raça.

Pergunta 1. Qual é a diferença entre macro e microevolução?

Por microevolução entendemos a formação de novas espécies.

O conceito de macroevolução denota a origem dos táxons supraespecíficos (gênero, ordem, clã, tipo).

No entanto, não há diferenças fundamentais entre os processos de formação de novas espécies e os processos de formação de grupos taxonômicos superiores. O termo "microevolução" no sentido moderno foi introduzido por N. V. Timofeev-Resovsky em 1938.

Questão 2. Quais processos são as forças motrizes da macroevolução? Dê exemplos de mudanças macroevolutivas.

Na macroevolução, os mesmos processos operam como na especiação: a formação de mudanças fenotípicas, a luta pela existência, a seleção natural, a extinção das formas menos adaptadas.

O resultado de processos macroevolutivos são mudanças significativas na estrutura externa e na fisiologia dos organismos, como, por exemplo, a formação de um sistema circulatório fechado em animais ou o aparecimento de estômatos e células epiteliais em plantas. As aquisições evolutivas fundamentais desse tipo incluem a formação de inflorescências ou a transformação dos membros anteriores dos répteis em asas e várias outras.

Pergunta 3. Quais fatos fundamentam o estudo e as evidências da macroevolução?

A evidência mais convincente para processos macroevolutivos vem de dados paleontológicos. A paleontologia estuda os restos fósseis de organismos extintos e estabelece suas semelhanças e diferenças com os organismos modernos. A partir dos restos, os paleontólogos reconstroem a aparência de organismos extintos, aprendem sobre a flora e a fauna do passado. Infelizmente, o estudo das formas fósseis nos dá um quadro incompleto da evolução da flora e da fauna. A maioria dos restos consiste em partes sólidas de organismos: ossos, conchas, tecidos de suporte externos de plantas. De grande interesse são os fósseis que preservaram vestígios de tocas e passagens de animais antigos, impressões de membros ou organismos inteiros deixados em depósitos outrora moles.

Questão 4. Qual é a importância do estudo das séries filogenéticas?materiais do site

O estudo de séries filogenéticas construídas com base em dados de paleontologia, anatomia comparada e embriologia é importante para o desenvolvimento da teoria geral da evolução, a construção de um sistema natural de organismos e a reconstrução de um quadro da evolução de um grupo sistemático específico de organismos.

Atualmente, para construir séries filogenéticas, os cientistas estão usando cada vez mais dados de ciências como genética, bioquímica, biologia molecular, biogeografia, etologia, etc.