Лекция: Прогресс и регресс. Критерии биологического прогресса и регресса. Прогресс и регресс Регресс в биологии

План изучения темы:

1. Биологический прогресс.

2.Биологический регресс.

Краткое изложение темы

Крупный отечественный биолог-эволюционист А. Н.Северцов (1866-1936) разработал теорию морфофизиологического и биологического прогресса и регресса.

Биологический прогресс - это победа вида (или иной систематической единицы) в борьбе за существование. Основные признаки биологического прогресса - стабильное увеличение численности и расширение занимаемого ареала. Расширение ареала вида приводит, как правило, к образованию новых популяций. По определению, примерами биологического прогресса служат представители типов простейших, моллюсков, членистоногих (различные виды и даже целые отряды насекомых - двукрылые, жесткокрылые и др.), хордовых (отдельные группы рыб, птиц - например, воробьинообразные, млекопитающих - например, грызуны и др) . Включает в себя: ароморфозы и идиоадаптации.

Биологический регресс характеризуется альтернативными признаками:

снижением численности, сокращением ареала, снижением внутривидовой дифференциации (например, снижением популяционного разнообразия). В конечном счете биологический регресс может привести к вымиранию вида. В типе хордовых примерами естественного биологического регресса служат:

двоякодышащие и кистеперые рыбы (кл. Костные рыбы); гаттерия, крокодилы, слоновые черепахи (кл. Рептилии); яйцекладущие, неполнозубые, хоботные (кл. Млекопитающие). Основной причиной биологического регресса является отставание в эволюции группы от скорости изменений окружающей среды. Лабораторные работы/ Практические занятия « не предусмотрено»

Вопросы для самоконтроля по теме:

1. Что такое биологический прогресс?

2. Что такое биологический регресс?

3. В чем отличие ароморфозов от идиоадаптаций.

4. Назовите признаки биологического прогресса.

5. Какое направление биологической эволюции поднимает группу организмов на более высокую ступень организации?

Раздел 5. История развития жизни на Земле.

Тема 5.1. Развитие органического мира.

Основные понятия и термины по теме: кайнозойская эра, протерозойская эра, четвертичный период, оледенения, каменноугольный период, псилофиты .

План изучения темы

1. Характеристика каждой эры (по таблице)

Краткое содержание:

История нашей планеты условно разделена на различные промежутки

времени. Из них наиболее продолжительны эры, затем следуют периоды,

эпохи. Границы между эрами установлены не случайно, так как именно в эти

промежутки времени на Земле происходили глобальные геологические процессы, сопровождающиеся изменениями лика планеты, ее органического мира.

Вопросы для самоконтроля

А. Н. Северцов показал, что исторические преобразования и выработка новых приспособлений (адаптаииогенез) осуществлялись разными путями. Он выделил понятия биологического прогресса и регресса.

Билогический прогресс означает победу вида или другой таксономической группы в борьбе за существование. Признаками биологического прогресса являются:

1.повышение численности особей;

2. расширение ареала;

3. увеличение количества дочерних таксономических групп.

Все три признака биологического прогресса связаны друг с другом. Увеличение численности особей способствует расширению границ ареала вида, заселению новых мест обитания, что приводит к образованию новых популяций, подвидов, видов. В настоящее время в состоянии биологического прогресса находятся насекомые, птицы, млекопитающие.

Понятие биологического регресса противоположно биологическому прогрессу. Биологический регресс характеризуется:

снижением численности вследствие превышения смертности над размножением;

снижением внутривидового многообразия;

3. сужением и расширением целостности ареала, который распа­дается на отдельные пятна;

4. подверженностью вследствие малой численности массовой ка­тастрофической элиминации, которая может внезапно оборвать су­ществование такой группы.

А.Н. Се­верцов показал, что биологический прогресс не единственный, а только один из возможных путей эволюционных преобразований.

Важнейшие пути биологического прогресса по А. Н. Северцову: аро­морфоз, идиоадаптация, дегенерация.

В дальнейшем проблема путей биологической эволюции была разработана И.И. Шмальгаузеном. Он выделил следующие направления биоло­гического прогресса: ароморфоз, алломорфоз, теломорфоз, гиперморфоз, катаморфоз, гипоморфоз.

Ароморфоз (орогенез) – морфофизио-кий, морфофунк-ный прогресс - путь эволюции, сопровождающийся повышением организа­ции жизнедеятельности и расширением средыобитания. Арогенезы ха­рактеризуются:

1 усилением жизнедеятельности организма;

2.большей дифференциацией его частей;

3.большей целостностью организма, т. е. его интегрированностью;

4. развитием более активных способов борьбы за существование;

5.усовершенствованием нервной системы и органов чувств.

Ароморфоз ведет к изменениям, дающим общий подъем организации, всегда ведет к биологическому прогрессу. Даёт возможность перехода к новым условиям существования. Примером арогенеза-четырехкамерное сердце, два круга кровообращения, усложнение нервной системы, возникновение живорождения, вскармливание детенышей молоком, постоянная температура тела. Ароморфозы амфибий - легкие, трехкамерное сердце, два круга кровообращения, конечности, совершенствование головного мозга и органов чувств. Примерами ароморфозов архейской эры являются возникновение полового процесса, фотосинтеза, многоклеточности. В результате ароморфозов произошли типы и классы, т. е. крупные таксоны.

А. Н. Северцов подчеркивал, что ароморфоз - это, прежде всего, ус­ложнение организации, т. е. обращал внимание на морфологическую ха­рактеристику этого явления. А. Н. Северцов и затем И. И. Шмальгаузен показали более широкое значение ароморфозов, т. е. дали ему экологоморфологическое толкование.

Аллогенез (алломорфоз, идиоадаптаиия) - путь возникновения част­ных приспособлений при смене условий обитания. В отличие от ароморфо­зов при аллогенезе прогрессивное развитие организма происходит без усложнения организации, общего подъема энергии жизнедеятельности организма. Аллогенезы ведут к увеличению видового многообразия, бы­строму повышению численности. Например, распространение млекопи­тающих не только в различных географических зонах от тропиков до арк­тических пустынь, но и освоение ими различных условий среды (суша, во­да, почва) снизило конкуренцию между видами за пищу, места обитания, при этом уровень организации остался прежним. В результате идиоадаптации возникают виды, роды, семейства, отряды, т.е. таксоны более низкого ранга. Дивергенция, конвергенция, параллелизм осуществ­ляются путем идиоадаптации.

Телогенез (теломорфоз) - узкая специализация к ограниченным условиям существования без изменения уровня организации. Это особая форма аллогенезов. Например, хамелеоны, ленивцы, двоякодышащие рыбы, черепахи, дятлы имеют приспособление к частным условиям обитания. Из­менение среды при телогенезе делает организмы нежизнеспособными и ведет к их элиминации.

Гиперморфоз (гипергенез) - переразвитие организмов в каком-либо направлении с нарушением отношений со средой. Гипергенная эволюция протекает в две фазы. Первая фаза характеризуется возникновением круп­ных форм в пределах данной группы. Это способствует повышению сопротивляемости животного против хищников, т. е. способствует выживае­мости в борьбе за существование. Во второй фазе преимущества гигантиз­ма переходят в свою противоположность. Увеличение размеров тела - это частный случай специализации телогенеза, а значит, даже незначитель­ные изменения среды ведут к вымиранию этих форм. Например, гигантизм у динозавров, мамонтов или развитие отдельных органов у саблезубых тигров, гигантских оленей. Из современных представителей гигантов мож­но назвать китов, жирафов, слонов, носорогов.

Гипогенез (гипоморфоз) - частная форма катагенеза. При гипогенезе наблюдается недоразвитие организма или его органов, редукция отдельных частей, сохранение личиночных особенностей. Например, живущие воде аксолотль, протей, сирена достигают половозрелости на уровне орга­низации личинки. Они никогда не приобретают облика взрослых наземных амфибий. Так, сирены имеют постоянные жабры, недоразвитые глаза, редуцированное число пальцев. Главные направления или пути эволюции характеризуются рядом особенностей. В настоящее время в науке нет единого мнения в вопросах о закономерностях соотношений между путями биологического прогресса.

По теории А. Н. Северцова, после арогенеза, повышающего организацию организмов, всегда наступает период частных приспособлений - идиоадаптации, иногда сопровождающиеся упрощением - дегенерацией. На основе одних и тех же арогенезов могут возникать различные «надстройки», т.е.приспособления к частным условиям (аллогенезы, телогенезы). Новый ароморфоз, по Северцову, может возникнуть от малоспециализированных форм, образовавшихся на первоначальных фазах идиоадаптивного развития;

Смена направлений в адаптивной эволюции происходит по схеме ароморфоз - идиоадаптация (ранняя) - ароморфоз. Закономерность смены фаз эволюционного процесса, характерную для всех групп организмов, называют законом А. Н. Северцова.

По Шмальгаузену, телогенез, гипергенез, катаморфоз, гипоморфоз представляют тупиковые ветви филогенеза, ведущие к вымиранию.

Смена направлений эволюции по Шмальгаузену протекает по схеме: оро­генез - аллогенез - орогенез. Согласно этому закону, новый тип или класс возникают путём арогенеза, а затем происходит его адаптивная радиация - аллогенез с последующими тупиковыми направлениями. Новый подъем организации может возникнуть от малоспециализированных форм, развивавшихся по пути аллогенеза.

А.К.Северцов ввел существенные поправки к этому закону по схеме: орогенез - аллогенез - телогенез - орогенез. Например, происхождение наземных позвоночных от кистеперых рыб из мелководных пересыхающих водоемов, птиц - от летающих рептилий.

Если проанализировать историю развития органического мира, то можно заметить, что многие таксономические группы организмов с ходом времени становились более совершенными и многочисленными. Однако отдельные группы постепенно сокращали свою численность и исчезали с арены жизни. Следовательно, эволюция протекала в двух направлениях. Учение об основных направлениях эволюции — биологическом прогрессе и биологическом регрессе было разработано А. Н. Северцовым и дополнено его учеником И. И. Шмальгаузеном.

Биологический прогресс (от лат. progressus — движение вперед) — направление эволюции, характеризующееся повышением приспособленности организмов определенной систематической группы к окружающей среде. Появление новых приспособлений обеспечивает организмам успех в борьбе за существование, сохранение и размножение в результате естественного отбора. Это приводит к вспышке численности и, как следствие, к освоению новых мест обитания и формированию многочисленных популяций. Популяции, оказавшиеся в разных условиях среды, подвергаются действию разнонаправленного естественного отбора. В результате они постепенно превращаются в новые виды, виды — в роды и т. д. В результате систематическая группа (вид, род, семейство и др.) находится в состоянии процветания, так как включает много подчиненных форм.

Таким образом, биологический прогресс является результатом успеха систематической группы в борьбе за существование, благодаря повышению приспособленности ее особей.

Биологический регресс (от лат. regressus — возвращение, движение назад) — направление эволюции, характеризующееся снижением приспособленности организмов определенной систематической группы к условиям обитания. Если у организмов темпы эволюции (формирование приспособлений) отстают от изменений внешней среды и родственных форм, то они не могут конкурировать с другими группами организмов. Это значит, что они будут удаляться естественным отбором. Произойдет снижение численности особей. В результате уменьшится площадь заселенной ими территории и, как следствие, сократится число таксонов. В результате может произойти вымирание данной группы.

Таким образом, биологический регресс — постепенное вымирание систематической группы (вида, рода, семейства и др.) вследствие снижения приспособленности ее особей. Деятельность человека также может приводить к биологическому регрессу некоторых видов. Причиной может быть прямое истребление (зубр, соболь, стеллерова корова и др.). Но это может произойти и в результате сокращения ареалов при освоении новых территорий (дрофа, журавль белый, жаба камышовая и др.). Виды, находящиеся в состоянии биологического регресса, заносятся в Красную книгу и подлежат охране.

В четвертое издание Красной книги Республики Беларусь включено 202 вида животных, 189 — растений, 34 — мхов, 21 — водорослей, 25 — лишайников и 34 вида грибов. Очень важным природоохранным мероприятием является создание так называемых красных тетрадей — списков редких видов данной местности, составляемых юными экологами в школах.

Признаки, характерные для биологического прогресса и биологического регресса, представлены в таблице:

Пути достижения биологического прогресса

Биологический прогресс может достигаться тремя основными путями — посредством арогенеза, аллогенеза и катагенеза. Каждый из путей характеризуется возникновением у организмов определенных приспособлений (адаптаций).

Арогенез (от греч. airо — поднимаю, genesis — развитие) — путь развития адаптаций, повышающих уровень организации особей и их приспособленность к различным средам обитания до такой степени, что это позволяет им перейти в новую среду жизни (например, из водной среды в наземно-воздушную). Эти адаптации называются ароморфозами (от греч. airо — поднимаю, mоrphоsis — образец, форма). Они представляют собой глубокие изменения в строении и функциях организмов. В результате появления данных адаптаций значительно повышается уровень организации и интенсивность процессов жизнедеятельности организмов. Поэтому Северцов называл ароморфозы морфофизиологическим прогрессом . Примеры основных ароморфозов представлены в таблице:

Арогенез приводит к появлению крупных систематических групп (классов, отделов, типов, царств). Примерами арогенеза является возникновение отделов голо- и покрытосеменных растений, классов наземных позвоночных животных и др.

Аллогенез (от греч. allos — другой, иной, genesis — происхождение, возникновение) — путь развития частных адаптаций, не изменяющих уровень организации особей. Но они позволяют особям более полно заселить прежнюю среду обитания. Эти адаптации называются алломорфозами . Алломорфозы возникают на основе ароморфозов и представляют собой разнообразие форм органов без изменения их внутреннего строения. Примерами алломорфозов могут быть разные формы конечностей у позвоночных, клювов и ног у птиц, разные типы листьев, стеблей, цветков у растений и др. За счет алломорфозов аллогенез приводит к увеличению видового разнообразия в пределах крупных систематических групп. Например, увеличение видового разнообразия класса двудольных растений произошло за счет появления разной формы цветков.

А. Н. Северцов также отмечал, что в ходе эволюции наблюдается закономерная смена путей эволюции (закон Северцова). Любая крупная систематическая группа начинает свое развитие по пути арогенеза благодаря появлению ароморфозов. Это позволяет ей перейти в новую среду обитания. Далее организмы расселяются в различные местообитания. На основе ароморфозов возникают алломорфозы, и эволюция протекает по пути аллогенеза. В результате происходит полное заселение новой среды и т. д. Северцов рассматривал катагенез как частный случай при арогенезе и аллогенезе.

Основными направлениями эволюции являются биологический прогресс (процветание таксономической группы) и биологический регресс (вымирание таксономической группы). Биологический прогресс может достигаться разными путями: посредством арогенеза, аллогенеза и катагенеза.

Палеонтология доказала, что многие существовавшие в прошлом виды исчезли полностью.

Прогресс и регресс в природе - понятия противоположные. В первом случае происходит развитие и распространение видов по планете. Биологический регресс является эволюционным движением, характеризующимся сокращением среды обитания, снижением численности особей вследствие неприспособленности. Этот процесс сопровождается уменьшением количества одних групповых видов в связи с давлением на них других, а также исчезновением вида.

Биологический регресс главным образом связан с потерей способности организмов к приспособлению в изменяющихся условиях окружающей среды.

Для животных, сохраняющих неподвижность в течение всей жизни, орган движения функционирует исключительно во время личиночной стадии. Хорда у них редуцирована. К таким организмам, в частности, относится погонофора - представитель отдельного вида брахиата. Эти особи не очень похожи на животных. Они обитают на морском дне и живут неподвижно. Погонофора имеет сердце и мозг, однако, желудок и рот у нее редуцирован. Щупальца являются органами дыхания. Внутри них есть длинные волоски, снабженные кровеносными сосудами. На них постепенно скапливаются микроорганизмы. Когда же их (микроорганизмов) становится много, погонофора затягивает волоски внутрь. Под воздействием особых ферментов мельчайшие организмы перевариваются и впитываются во внутренние выросты. Наличие зачаточного кишечника доказывает существование этого органа у предков погонофоры. Но в связи с тем, что процесс пищеварения осуществляется вне организма, органы ЖКТ редуцировались.

Регресс животных, обитающих под землей или в пещерах, можно рассмотреть на примере протея. Это представитель класса земноводных, похож на тритона. Обитает это животное в пещерах. На голове с обеих сторон у него есть внешние жабры. Протей может дышать и в воде, и на суше. В первом случае он использует жабры, а во втором - легкие. Так как обитает протей в глубоководных пещерах, он имеет змеевидную форму. Тело у него прозрачное, бесцветное, не имеет пигментов. У взрослых представителей прикрыты кожей, у личинок есть зачаточные глаза. Есть на теле у протея и две пары слаборазвитых конечностей.

В качестве генетической основы эволюционных изменений, приводящих к упрощению организационного уровня, выступает мутация.

В развитии органического мира выделяется три направления. Ароморфоз характеризует повышение в уровне организации организмов. Идиоадаптация является приспособлением к окружающим условиям без принципиальных изменений в биологической структуре. Общая дегенерация является упрощением уровня организации живых существ.

Понятие макроэволюции

Определение 1

Макроэволюция – это эволюционные процессы, приводящие к образованию надвидовых таксономических групп (родов, семейств классов и т.д.).

Еще Ч. Дарвин указывал, что реально в природе существуют лишь виды. Все остальные надвидовые категории искусственно придуманы человеком. Принадлежность вида к тому или иному роду, семейству, классу ученые-исследователи определяют на основании степени их исторического родства.

Отдельных механизмов макроэволюция не имеет. Ее «закономерности» являются следствием обобщений исследователями сведений о накопленных в ходе исторического развития определенной систематической группой различий между родственными видами. Эти изменения и различия возникли в результате длительных микроэволюционных изменений и последовательного ряда видообразований.

Основу современной классификации составляет принцип монофилии. Это означает, что виды одного рода, одного семейства имеют единого общего предка. Разнообразие видов возникает в результате приспособления предыдущих поколений к разным условиям среды обитания. Это явление носит название адаптивной радиации. Ярким примером адаптивной радиации может служить возникновение среди млекопитающих животных таких форм, как рукокрылые, ластоногие, китообразные, копытные. Они приспособлены к различным условиям воздушной, водной и наземной среды.

Биологический прогресс и регресс

В начале $XX$ века появилась гипотеза о биологическом прогрессе и регрессе. Ее автором был известный ученый А. М. Северцов. Он сделал такой вывод на основе анализа происхождения и развития (филогении) отдельных групп животных.

Определение 2

Биологический прогресс – это явление увеличения численности популяций, расширения ареала и образования новых подвидов и видов в пределах определенной группы.

В настоящее время в стадии биологического прогресса пребывают покрытосеменные растения, насекомые, птицы, млекопитающие. Биологический прогресс является следствием эволюционного успеха определенной группы организмов.

Противоположным процессом является биологический регресс. Он является следствием неспособности некоей группы организмов приспособиться к изменениям среды.

Определение 3

Биологический регресс – это явление уменьшения численности популяций, сокращения ареалов и может привести к вымиранию определенной группы.

За прошедшую историю развития нашей планеты вымерли многие виды животных и растений. Папоротники и хвощи, имевшие когда-то древовидные формы и заселявшие огромные просторы, сейчас находятся на грани вымирания. Останки хоботных находят во многих местах земного шара. Но на сегодняшний день мы знаем только лишь два вида - африканского и индийского слона, находящихся тоже на грани вымирания.

Некоторые группы животных периодически переживали расцвет и упадок несколько раз. Самый яркий пример – динозавры.

Пути достижения биологического прогресса

Пути биологического прогресса разнообразны и неоднозначны. Их можно объединить в три направления:

1. ароморфоз,
2. идиоадаптация,
3. дегенерация.

Определение 4

Ароморфоз – это эволюционное превращение, сопровождающееся повышением уровня организации организма в целом и открывающее новые возможности для приспособления к разнообразным условиям существования.

Например, образование цветка привело к опылению с участием насекомых, прямохождение стимулировало развитие головного мозга у человека и руки. как органа труда.

Определение 5

Общая дегенерация (морфологический регресс ) – это явление упрощения организмов в процессе эволюции.

Определение 6

Идиоадаптация – это изменения строения организма, которые носят характер приспособления к определенным условиям, без изменения уровня его организации.

Примером идиоадаптации могут служить разнообразие цветков у растений, различная окраска у птиц. Различные варианты строения ротового аппарата у насекомых. Благодаря этому процессу разные виды могут избежать межвидовой борьбы и сосуществовать на определенной территории, максимально приспосабливаться к существующим условиям.

Все указанные три формы биологического прогресса способствуют выживанию видов в различных изменяющихся условиях среды.