Ископаемые данные не дают полной картины развития органического мира (следствие неблагоприятных условий для окаменения, быстрого разложения мягкотелых организмов, затруднения при исследовании морского дна), но все же свидетельствуют о прогрессивном развитии органического мира.
Сравнительно-анатомические доказательства эволюции появляются при установлении степени сходства и различий в строении организмов. Во-первых, все организмы имеют клеточное строение. Во-вторых, при сравнении организмов можно выделить гомологичные и аналогичные органы. Гомологичные органы имеют общее происхождение, сходное строение и положение в организме, но выполняют различные функции. Они являются примерами адаптации к разным условиям среды и доказательством близкого филогенетического родства. Примером могут служить конечности позвоночных, построенные по одному плану пятипалой конечности. Аналогичные органы не обладают общим строением и происхождением, но выполняют сходные функции. Примеры: глаза позвоночных и насекомых, крылья бабочек и птиц. Аналогичные органы служат доказательством приспособительного характера эволюции.
Существование рудиментов (аппендикса у человека, тазовых костей змей и китов и др.), проявление атавизмов (обильного волосяного покрова на лице, руках и теле, увеличение числа копчиковых позвонков у людей) также являются доказательствами эволюции.
Данные эмбриологии имеют очень большое значение для обоснования теории эволюции. Геккелем был сформулирован биогенетический закон: зародыш в своем развитии (онтогенезе) повторяет историческое развитие группы, к которой он принадлежит (филогенез). Например, если взять позвоночных, их зародыш на определенных этапах приобретает жабры и жаберные щели, двухкамерное сердце с одним кругом кровообращения и т. п.
В дальнейшем различные ученые (А. Н. Северцев, А. О. Ковалевский) уточняли данные эмбриологии и доказали, что онтогенез повторяет не строение взрослых предковых форм, а стадии их зародышей.
Имеются биохимические доказательства родства и эволюции мира: сходство аминокислотных последовательностей в белках и нуклеотидных последовательностей в ДНК у разных таксономических групп (чем больше сходства, тем ближе родство) и другие.
Вопрос 3. Рассмотреть внешнее строение цветка насекомоопыляемого растения и выявить приспособленность к опылению насекомыми. Объяснить, как могло возникнуть это приспособление
Переносчиками пыльцы при перекрестном опылении чаще всего являются насекомые. Эволюция покрытосеменных насекомоопыляемых растений шла совместно с эволюцией насекомых-опылителей по пути тесного приспособления цветка и насекомого друг к другу.
К числу таких приспособлений следует отнести оптические средства привлечения, которые способствуют зрительной ориентации насекомых в поисках нужного растения. Цветки насекомоопыляемых растений, как правило, либо крупные, одиночные, ярко окрашенные (шиповник, пион, гвоздика, мак и др.), либо мелкие, собранные в хорошо заметные соцветия, имитирующие цветок (корзинки сложноцветных, соцветия сирени, акации, черемухи и т. д.). Немаловажную роль играет окраска лепестков венчика цветка. Раннецветущие виды растений имеют чаще всего фиолетовые и синие цветки, заметные на фоне проталин. Белые и желтые венчики выделяются на фоне ярко-зеленой травы у тех видов растений, которые цветут в летний период. Каждому виду насекомых-опылителей свойственно определенное цветовосприятие, поэтому их привлекают цветки определенной окраски. Кроме того, у львиного зева, орхидных основание венчика имеет характерный рисунок в виде точек и пунктирных линий, указывающий насекомому место посадки.
Большое значение в поисках пищи для насекомых имеют запахи цветков. Хорошо развитое обоняние позволяет насекомым находить цветки как с приятным ароматом, так и с резким запахом.
Окраска, форма, размеры, запахи цветков служат для насекомых лишь указателями на присутствие в них главной приманки – пыльцы и нектара.
Строение ротового аппарата насекомых-опылителей, посещающих цветки растений определенного вида, приспособлены для сбора нектара, который находится у основания лепестков венчика в виде специальных кармашков-нектарников (лютиковые).
Цветки некоторых растений насекомые посещают ради пыльцы, которую они поедают сразу или собирают в прок как пищу для личинок. Большое количество тычинок (до 100 и более), хорошо развитые крупные пыльники на относительно коротких тычиночных нитях являются признаками цветков насекомоопыляемых растений.
Билет № 2
Вопрос 1. Строение и жизнедеятельность растительной клетки
Растительная клетка, как типичная эукариотическая, состоит из трех компонентов: оболочки, цитоплазмы и ядра. Характерными ее особенностями являются толстая целлюлозная клеточная стенка, наличие в цитоплазме вакуолей, пластид, отсутствие центриоли. Резервный углевод – крахмал.
Оболочку составляют цитоплазматическая мембрана (плазмалемма) и клеточная стенка, которая отходит кнаружи от мембраны. Клеточная стенка состоит из целлюлозы, поэтому она определяет форму клетки; дает прочность. Через срединные пластинки, соединяющие соседние клеточные стенки, проходят плазмодесмы, осуществляющие связь соседних протопластов в единую систему.
Ядро – наиболее важная структура клетки, необходимая для жизнедеятельности. Ядро окружено ядерной оболочкой из двух мембран, в которой имеются поры, через них происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Внутри находится нуклеоплазма (кариоплазма), содержащая ионы, белки, нуклеотиды, хроматин и ядрышко. Хроматин – спирально закрученные молекулы ДНК, соединенные с белками-гистонами. В ядре заметно ядрышко – округлая структура, выполняющая функцию синтеза рибосомальных единиц. Клетку заполняет цитоплазма, состоящая из основного вещества, органелл и включений. Основное вещество– водный раствор неорганических и органических веществ, заполняющий пространство между органеллами. В нем протекают различные химические реакции и физиологические процессы.
Включения – временные образования в клетке, появляющиеся и исчезающие в процессе метаболизма (секреторные гранулы, запасающие вещества; продукты обмена веществ и т. д.).
В клетках содержаться мембранные и немембранные органеллы. К немембранным относят цитоскелет и рибосомы. Цитоскелет формируется из микротрубочек, он поддерживает форму клетки, осуществляет внутриклеточный транспорт и участвует в эндоцитозе. Рибосомы – очень мелкие органеллы, состоящие из двух субъединиц, большой и малой, содержат белок и РНК. Их функция – синтез белков.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) – одномембранная органелла, разветвленная система канальцев и цистерн. ЭПС бывает шероховатой и гладкой. К шероховатой ЭПС прикреплены рибосомы. Здесь происходит модификация белков. В гладкой ЭПС синтезируются липиды, гормоны. ЭПС дает начало аппарату Гольджи, лизосомам, вакуолям.
Аппарат Гольджи (АГ) представляет стопку мембранных пузырьков. В АГ происходит накопление веществ синтезированных в ЭПС, а также регенерация и рост плазмалеммы; от АГ отщепляются лизосомы.
Лизосомы – одномембранные органеллы в виде сферических мешочков, заполненных ферментами. Лизосомы могут переваривать компоненты собственной клетки, например, в условиях голодания или деградирования структуры.
Митохондрии – двухмембранные органеллы, внутренняя мембрана образует многочисленные выросты – кристы. Пространство между кристами заполнено матриксом. На кристах и в матриксе содержатся ферменты, участвующие в катаболизме. Пластиды свойственны только растительной клетке, являются местом синтеза и хранения углеводов. Все пластиды двухмембранны.
В хлоропластах идет процесс фотосинтеза. При распаде хлорофилла хлоропласты переходят в хромопласты, которые за счет каротиноидов обеспечивают различную окраску: красную, желтую, желто-бурую. Очень много хромопластов содержится в цветках и плодах растений. Для хранения питательных веществ приспособлены лейкопласты. Их много в корнях, семенах и т. д.
Вакуоли растительных клеток крупные, одномембранные. Заполняет вакуоль клеточный сок – водный раствор неорганических солей, органических веществ, кислорода, углекислого газа и т. д. Вакуоль поддерживает тургор клетки и играет роль в общем водном режиме растения.
Вопрос 2. Ароморфоз – главное направление эволюции. Основные ароморфозы в эволюции позвоночных
С момента своего возникновения жизнь на нашей планете развивалась от простого к сложному, увеличивала свое разнообразие, специализировалась, приспосабливалась к различным и меняющимся условиям. Разработкой проблемы главных направлений эволюции занимались Ж. Б. Ламарк, Ч. Дарвин, Б. Реши, Дж. Хаксли, а в нашей стране этот вопрос разрабатывался А. Н. Северцовым и его школой. Он предложил выделить биологический прогресс из общего понятия эволюции. Биологический прогресс (вида и надвидных таксонов) характеризуется увеличением численности, расширением занимаемого ареала и увеличением количества таксонов. Одним из основных путей биологического прогресса является ароморфоз. Ароморфозы – это усложнения строения и функций, ведущие к общему повышению уровня жизнеспособности.
Ароморфозы обеспечивают поднятие уровня организации организмов на более высокий уровень. Изменения в строении организмов носят общий характер, не являются приспособлением к каким-либо специальным условиям.
Прогресс достигается усилением, дифференцировкой и усложнением функций органов и соответствующими изменениями в строении этих органов.
В основе ароморфозов лежит какое-либо частное приспособление, дающее в данных условиях среды крупное преимущество для организма и ставящее его в благоприятные условия для размножения, увеличивая численность. В этих благоприятных условиях затем перестраивается вся его организация. Ароморфозы передаются из поколения в поколение и приводят к образованию крупных таксонов – классов, типов и т. д.
Ароморфозы формируются на основе наследственной изменчивости и естественного отбора и являются приспособлениями широкого значения. Они дают преимущества в борьбе за существование и открывают возможности освоения новой, прежде недоступной среды обитания.
Основные ароморфозы позвоночных:
· возникновение у панцирных рыб челюстей для активной охоты в результате жесткой конкуренции за пищевые ресурсы;
· легочное дыхание и трехкамерное сердце у двоякодышащих и кистеперых рыб;
· развитие пятипалой конечности у первых наземных позвоночных – стегоцефалов;
· роговой покров тела у пресмыкающихся, защищающий организм от обезвоживания;
· возникновение оболочек в яйце пресмыкающихся, защищающих зародыш от высыхания;
· внутреннее оплодотворение, повышающее вероятность встречи сперматозоида с яйцеклеткой;
· появление у птиц четырехкамерного сердца и теплокровности;
· возникновение перьев птиц из роговых чешуй рептилий;
· значительное увеличение размеров больших полушарий;
· появление коры головного мозга;
· увеличение запаса питательных веществ в яйце;
· теплокровность и четырехкамерное сердце млекопитающих;
· прогрессивное развитие головного мозга;
· появление волосяного покрова;
· живорождение;
· развитие желез, в том числе молочных для выкармливания детенышей.
Все эти изменения повышают интенсивность жизнедеятельности животных, уменьшают их зависимость от условий среды обитания. Итак, ароморфоз – это очень глубокая перестройка организма, которая обеспечивает меньшую зависимость от условий окружающей среды, высокую численность, успешное расселение и длительное существование группы во времени.
Вопрос 3. Рассмотреть расположение листьев у комнатного растения и выявить приспособленность к поглощению света
Рассмотрим расположение листьев на примере наиболее популярных комнатных растений.
Плющ обыкновенный – самое распространенное декоративно-лиственное растение в комнатной культуре. Его темно-зеленые глянцевые лопастные листья расположены на стебле – лиане поочередно, но стебель изгибается так, что листья образуют листовую мозаику – листорасположение, при котором ни один лист не затеняет другие. Мелкие листья, как правило, располагаются в центре мозаики, крупные – по краям. Мозаичное расположение листьев, как одно из приспособлений к поглощению света, имеют многие комнатные растения, например, плектрантус, хойя, крестовник, традесканция, колеус.
У сенполий, или узамбарских фиалок, листья расположены в виде розетки на сильно укороченном стебле, что позволяет растению максимально использовать для фотосинтеза яркий, но рассеянный свет. Розеточное расположение листьев имеют также глоксиния и стрептокарпус – представители семейства геснериевых.
У каланхоэ (бриофиллума) и толстянки листья на стебле расположены супротивно, то есть друг против друга, причем одна пара листьев сориентирована перпендикулярно другой, не затеняя ее.
Билет № 3
Вопрос 1. Строение и жизнедеятельность клетки животного
Животная клетка имеет в своем составе оболочку, плазмалемму (плазматическую мембрану), цитоплазму и ядро. Плазмалемма имеет типичное строение: бимолекулярный слой липидов со встроенными белками. Углеводный компонент животных клеток тонок и называется гликокаликс. В нем может происходить внеклеточное расщепление сложных молекул до мономеров. Через мембрану происходит обмен веществами между клеткой и средой; она отграничивает клетку; реагирует на различные молекулы и сигналы извне.
Центриоли – органоиды животных клеток. Это цилиндрические структуры, состоящие из девяти триплетов микротрубочек. В клетке обычно две центриоли, называемые диплосомой. Перед делением клетки каждая центриоль удваивается, и новые пары расходятся к полюсам веретена деления. Центриоли играют организующую роль в построении цитоскелета.
Ядро контролирует жизнедеятельность, разитие и рост клетки. Обычно клетки одноядерные, но некоторые утрачивают ядра (эритроциты млекопитающих) или становятся двухядерными (клетки печени), многоядерными (клетки простейших, костного мозга, скелетных мышц). Ядро окружено двухмембранной оболочкой, внутри которой между мембранами находится перинуклеарное пространство. Внешняя мембрана переходит в эндоплазматическую сеть в цитоплазме. При слиянии мембран ядра образуются поры, через которые из ядра в цитоплазму транспортируются рРНК, рибосомальные субъединицы, а в ядро – аминокислоты, нуклеотиды.
Внутри ядра находится ядерный сок, содержащий хроматин и ядрышко. Хроматин – структуры, состоящие из ДНК в комплексе с белками-гистонами. Ядрышко – округлая структура, функцией которого является производство рибосом. Ядрышек может быть несколько.
Цитоплазма состоит из основного вещества и органелл. Основное вещество представляет собой водный раствор органических и неорганических молекул, ионов. Здесь протекают процессы метаболизма.
Эндоплазматическая сеть – система разветвленных цистерн, полостей, мешочков, отходящая от наружной мембраны ядра. Если на ЭПС есть рибосомы, то ее называют шероховатой или гранулярной; если рибосом нет – гладкой или агранулярной. Рибосомы – немембранные структуры округлой формы, состоящие из двух субъединиц – большой и малой и рРНК, синтезируемых в ядрышке. Функции рибосом – синтез полипептидных цепей на матрице рРНК. Рибосомы также могут свободно находиться в гиалоплазме. Дальнейшая модификация молекулы белка осуществляется на шероховатой ЭПС. В гладкой ЭПС синтезируются липиды.
Аппарат Гольджи – система уплощенных мембранных цистерн, уложенных в стопку. АГ накапливает и модифицирует вещества, синтезированные в ЭПС; осуществляет синтез глико– и липопротеидов; участвует в росте и регенерации плазмалеммы, формирует лизосомы.
Лизосомы представляют собой простые одномембранные мешочки, внутри которых находятся ферменты, способные деполимеризовать органическую молекулу. Лизосомы могут уничтожать всю клетку (старую, больную, ненужную, как при исчезновении хвоста у головастика).
Митоходрии – органеллы, окруженные двумя мембранами. Внутренняя мембрана образует выросты внутрь митохондрии, называемые кристами. Между кристами пространство заполнено матриксом. Митохондрии поставляют энергию клетке и запасают ее в виде АТФ.
Вопрос 2. Вид – надорганизменная система, его критерии
В 1686 г. Дж. Рей ввел термин "вид" и установил, что виды представлены множеством организмов, сходных между собой, и что вид – самовоспроизводящаяся единица. Далее Линней доказал, что вид – основная единица органического мира. Вид стали рассматривать как основную классификационную группу. Большой вклад в развитие представлений о виде внесли наши ученые, такие как В. Л. Комаров, Н. И. Вавилов, В. Н. Сукачев, К. В. Арнольди и др. Они уточнили структуру вида, взаимосвязи, генетические связи.
Видом считают совокупность особей, обладающих общим происхождением, наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, способных свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям среды и занимающих определенный ареал.
В настоящее время выделяют характерные для вида признаки и особенности, называемые критериями; совокупность критериев свидетельствует о реальности вида.
Морфологический критерий показывает сходство внешнего и внутреннего строения. Очень относителен из-за изменчивости особей в пределах вида (сезонной, возрастной, половой) и наличия видов-двойников (морфологически сходных, но не скрещивающихся; например у крыс, тлей).
Физиологический критерий характеризует сходство процессов жизнедеятельности у особей вида, особенно сходство размножения. Разные виды не могут скрещиваться и давать потомство из-за разного строения половых органов, разных сроков размножения, разного набора хромосом (хотя некоторые виды зябликов, тополей дают плодовитое потомство). У многих видов тропических и арктических рыб относительно одновременно и похоже активизируются и замедляются процессы жизнедеятельности.
Генетический критерий – определенный набор хромосом вида, определенный кариотип. Это главный видовой признак. Особи одного вида различаются в основном лишь аллелями своих генов. Таким образом, вид представляет собой совокупность сходных и способных к скрещиванию между собой особей. Но необходимо напомнить, что возможны различные мутации и повреждения хромосом, допустим, при делении.
Географический критерий – определенный ареал, занимаемый видом. Также неабсолютен из-за совпадения ареалов ряда видов-космополитов (домовая мышь), изменения границ под воздействием антропогенных факторов, наличия у перелетных птиц ареала гнездования и ареала зимовки.
Экологический критерий – сходство факторов внешней среды, в которой обитает вид. Позволяет определить место вида в биогеоценозе. Для особей одного вида характерны одинаковые взаимоотношения со средой: каждый вид занимает свою особую экологическую нишу. Но в сходных условиях могут существовать разные виды. По этому критерию трудно отделить наследственные признаки от приспособительных.
Биохимический критерий основан на способности синтезировать специфические белки. Проблематичен для близкородственных видов.