Как устанавливается родство современных и вымерших животных. Доказательства эволюции животного мира
Наука о классификации животных называется систематика или таксономия. Эта наука определяет родственные связи между организмами. Степень родства далеко не всегда определяется внешним сходством. Например, сумчатые мыши очень похожи на обыкновенных мышей, а тупайи — на белок. Однако эти животные относятся к разным отрядам. А вот броненосцы, муравьеды и ленивцы, совершенно непохожие друг на друга, объединены в один отряд. Дело в том, что родственные связи между животными определяются их происхождением. Исследуя строение скелета и зубную систему животных, ученые определяют, какие звери наиболее близки друг другу, а палеонтологические находки древних вымерших видов животных помогают установить более точно родственные связи между их потомками. Большую роль в систематике животных играет генетика — наука о законах наследственности.
Первые млекопитающие появились на Земле около 200 млн. лет назад, отделившись от зверообразных рептилий. Исторический путь развития животного мира называется эволюцией . В ходе эволюции происходил естественный отбор — выживали только те животные, которые сумели приспособиться к условиям окружающей среды. Млекопитающие развивались в разных направлениях, образуя множество видов. Случалось так, что животные, имеющие общего предка, на каком-то этапе стали жить в разных условиях и приобрели разные навыки в борьбе за выживание. Преобразовывался их внешний облик, из поколения в поколение закреплялись полезные для выживания вида изменения. Животные, предки которых относительно недавно выглядели одинаково, стали со временем сильно отличаться друг от друга. И наоборот, виды, имевшие разных предков и прошедшие разный эволюционный путь, иногда попадают в одинаковые условия и, меняясь, становятся похожими. Так неродственные между собой виды приобретают общие черты, и лишь науке под силу проследить их историю.
Классификация животного мира
Живую природу Земли делят на пять царств : бактерии, простейшие, грибы, растения и животные. Царства, в свою очередь, делятся на типы. Существует 10 типов животных: губки, мшанки, плоские черви, круглые черви, кольчатые черви, кишечнополостные, членистоногие, моллюски, иглокожие и хордовые. Хордовые — самый прогрессивный тип животных. Их объединяет наличие хорды — первичной скелетной оси. Самые высокоразвитые хордовые объединены в подтип позвоночных. У них хорда преобразована в позвоночник.
Царства
Типы делятся на классы. Всего существует 5 классов позвоночных животных : рыбы, земноводные, птицы, рептилии (пресмыкающиеся) и млекопитающие (звери). Млекопитающие — самые высокоорганизованные животные из всех позвоночных. Всех млекопитающих объединяет то, что они вскармливают своих детенышей молоком .
Класс млекопитающих делится на подклассы : яйцекладущие и живородящие. Яйцекладущие млекопитающие размножаются, откладывая яйца, как рептилии или птицы, но детенышей вскармливают молоком. Живородящие млекопитающие делятся на инфраклассы: сумчатые и плацентарные. Сумчатые рожают недоразвитых детенышей, которые долгое время донашиваются в выводковой сумке матери. У плацентарных зародыш развивается в утробе матери и рождается уже сформировавшимся. У плацентарных млекопитающих есть особый орган — плацента, осуществляющая обмен веществ между материнским организмом и зародышем в период внутриутробного развития. У сумчатых и яйцекладущих плацента отсутствует.
Типы животных
Классы делятся на отряды. Всего существует 20 отрядов млекопитающих . В подклассе яйцекладущих — один отряд: однопроходные, в инфраклассе сумчатых — один отряд: сумчатые, в инфраклассе плацентарных 18 отрядов: неполнозубые, насекомоядные, шерстокрылы, рукокрылые, приматы, хищные, ластоногие, китообразные, сирены, хоботные, даманы, трубкозубые, парнокопытные, мозоленогие, ящеры, грызуны и зайцеобразные.
Класс млекопитающих
Некоторые ученые выделяют из отряда приматов самостоятельный отряд тупайи, из отряда насекомоядных выделяют отряд прыгунчиковые, а хищных и ластоногих объединяют в один отряд. Каждый отряд делится на семейства, семейства — на роды, роды — на виды. Всего на земле в настоящее время обитает около 4000 видов млекопитающих. Каждое животное в отдельности называется особь.
С момента клонирования первого теплокровного животного - знаменитой овечки Долли - прошло больше 20 лет. Сегодня технологии создания идентичных организмов применяются по всему миру - в лабораториях и питомниках, где разводят животных для экспериментов. За пару десятилетий на свет появились тысячи клонированных мышей, крыс, кроликов, лягушек, коз, коров и даже верблюдов. Овладев инструментом клонирования и приспособив его для повседневных исследовательских нужд, биологи решили применить его для воссоздания вымерших видов. Представляем семерку организмов, над воскрешением которых трудятся сейчас научные коллективы.
Шерстистый мамонт
Вымерли примерно 10 тыс. лет назад
Ученые - народ серьезный и прагматичный. Не стоит думать, что претендентов на клонирование они выбирают из числа любимчиков. Нет, исследователи анализируют, какую пользу воскрешенный вид может принести нынешней экосистеме. Если животное будет способствовать ее стабилизации и улучшению, ему дают шансы на возвращение из небытия.
Взять, например, шерстистого мамонта (Mammuthus primigenius) и его соседей, живших 2 млн - 10 тыс. лет назад. С вымиранием этих гигантов , а также шерстистых носорогов, древних бизонов и косуль исчезли и богатейшие цветущие мамонтовые степи, на которых кормились и другие крупные травоядные: дикие лошади, овцебыки, лоси. Сейчас на севере нашей страны, где обитали все эти животные, простирается голая тундра. Последний ледниковый период сгубил не только мегафауну, но и флору.
Кажется, идея воскресить мамонтов витала в воздухе с того момента, как было установлено, что они вымерли. Но недавно идея стала воплощаться в жизнь . В 2008 году группа российских генетиков расшифровала последовательность митохондриальной ДНК (митохондрии - обязательный компонент каждой клетки животных и растений наряду с клеточным ядром, аппаратом Гольджи, рибосомой, лизосомой и пр.), выделенной из ископаемых останков шерстистого мамонта. А в 2011 году международная команда под руководством Уэбба Миллера и Стефана Шустера из Пенсильванского университета (США) восстановила 70% ДНК мамонта. В 2015 году гарвардский профессор Джордж Черч успешно пересадил некоторые гены мамонта в ДНК африканского слона. Сейчас работами по клонированию шерстистого мамонта занимается большая коллаборация ученых из России, США, Южной Кореи и Японии. Положительных результатов пока нет, но, наблюдая упорство исследователей, можно хотя бы надеяться на успех.
Еще большую надежду на воскрешение мамонта вселяет тот факт, что в Якутии последние 20 лет для этого зверя готовят дом - восстанавливают растительное разнообразие мамонтовых степей. Проект под названием "Плейстоценовый парк" запустил в 1997 году российский эколог, директор Северо-Восточной научной станции РАН Сергей Зимов.
Время от времени исследователи обсуждают необходимость возвращения еще одного представителя плейстоценовой мегафауны - шерстистого носорога (Coelodonta antiquitatis). Но его клонированием пока никто всерьез не занимается.
Странствующий голубь
В 1914 году погибла последняя особь
Открытия палеонтологов свидетельствуют, что эти птицы из семейства голубиных застали мамонтов: самым древним останкам не меньше 100 тыс. лет. Странствующие голуби (Ectopistes migratorius) пережили многое: климатические изменения, вымирание мегафауны. Обитали они исключительно на территории современной Северной Америки, то есть были ее эндемиками. Ученые предполагают, что до XVII века, пока не началась колонизация североамериканских земель, популяция этих птиц исчислялась миллиардами особей.
Поселенцы, распробовав нежное мясо странствующих голубей, стали массово их истреблять. Свою роль в исчезновении вида сыграла и масштабная вырубка лесов, в которых гнездились пернатые, а также уничтожение главной голубиной еды - американских каштанов. К началу XX столетия в природе этих птиц фактически не осталось, а в 1914 году умерла последняя голубка по имени Марта, жившая в зоопарке американского города Цинциннати.
Сейчас в Калифорнии независимая научно-исследовательская организация Revive and Restore ("Возродить и восстановить"), созданная с целью воскрешения исчезнувших видов, трудится над клонированием странствующего голубя. Для основателя организации, эволюционного биолога и эколога Бэна Новака это приоритетный проект (Revive and Restore параллельно клонирует несколько видов истребленных животных): первую особь он обещает предъявить миру в 2025 году.
Чучела странствующих голубей (музей Вандербильта, США). Фото: wikipedia.org
Маврикийский дронт, или додо
Истреблены в 1680-е годы
Образ этой птицы, обитавшей исключительно на острове Маврикий, многим знаком по сказке Льюиса Кэрролла "Алиса в Стране чудес". Главная героиня встречает существо по имени Додо у Cлезного пруда и удивляется его заумной речи, сбивчивой и перегруженной терминами. В иллюстрациях Джона Тенниела к первому изданию книги новый знакомый Алисы изображен в виде птицы с грузным телом, большими лапами, крошечными крыльями и мощным клювом, расширяющимся к середине, загнутым и заостренным на самом кончике. Именно таким маврикийский дронт (Raphus cucullatus) запечатлен и в эскизах голландских колонизаторов, прибывших на Маврикий в конце XVI века. Их иллюстрации и дневниковые записи - первые документальные свидетельства существования додо.
Как и странствующие голуби, дронты вызывали у поселенцев чисто гастрономический интерес, о чем свидетельствуют сохранившиеся записи в судовых журналах и дневниках. "Птица эта настолько крупная, что за раз мы не могли съесть ее целиком, остатки мяса приходилось засаливать", - не то сетовал, не то радовался моряк Уильям ван Уэст-Замен.
Дронты и правда были крупными: высота некоторых особей достигала метра, вес - 17 килограмм. Истребили этих птиц быстро, ведь они были легкой добычей: не имели естественных врагов и близко подпускали людей. Поспособствовали исчезновению и завезенные моряками домашние животные - собаки и свиньи, которые ворошили гнезда додо и лакомились их яйцами. Согласно современным исследованиям, последние особи маврикийского дронта погибли в конце XVII века.
В начале нулевых британские и американские ученые под руководством молекулярного биолога и генетика, профессора эволюционной биологии Бет Шапиро занялись расшифровкой генома додо. Работы ведутся на базе Оксфордского университета, в качестве биоматериала используются высушенные головы додо из коллекции оксфордского Музея истории природы. Пока ученые лишь частично восстановили ДНК птицы и начали сличать ее гены с ДНК современных пернатых - потенциальных родственников дронта. Это важно, ведь восстановить вид можно только внедрив его гены в яйцеклетку живого организма из общего семейства. Сенсационных результатов еще не было.
Скелет додо и модель, основанная на современных исследованиях (Музей естественной истории Оксфордского университета, Великобритания). Фото: wikipedia.org
Вересковый тетерев
Последняя особь умерла в 1932 году
Вересковый тетерев (Tympanuchus cupido cupido) походил на нынешних тетеревов, но был меньше - размером с домашнюю курицу. Когда-то эта птица обитала почти на всей территории современных Соединенных Штатов. Согласно записям, оставшимся от колонистов, мясо верескового тетерева было чрезвычайно вкусным, а самих птиц - невероятно много: ежедневно их забивали сотнями, а то и тысячами. Тушки продавали почти за бесценок. Однако решающую роль в истреблении вида сыграл, похоже, не человек, а завезенная им вместе с курицами смертельная птичья болезнь гистомоноз - некроз печени и кишечника, вызываемый простейшими Histomonas meleagridis.
К концу XIX века осталось около двух сотен особей, и то лишь на малонаселенном острове Мартас-Винъярд (сейчас входит в состав штата Массачусетс, США). Пытаясь исправить ситуацию и нарастить популяцию вересковых тетеревов, американцы создали на этом острове заповедник, но их усилия оказались тщетны: в 1932 году умерла последняя особь.
Основные работы по клонированию пернатого проводят ученые из Revive and Restore. Для них воскрешение верескового тетерева - второй по приоритетности проект после странствующего голубя. Так что у этой птички тоже есть шансы вернуться.
Бескрылая гагарка
Последние представители уничтожены в 1850-х годах
Единственная нелетающая птица из семейства чистиковых, к которому относится немало современных морских пернатых: тупики, чистики, люрики, конюги и др. Обитала бескрылая гагарка (Pinguinus impennis) вдоль северных вод Атлантического океана (на побережье Северо-Востока США, Канады, Гренландии, Исландии, Фарерских островов, Норвегии). Своим строением, неповоротливостью, черно-белой окраской напоминала пингвинов. Ученые долго спорили об их родстве. Однако в 2002 году, когда была расшифрована митохондриальная ДНК бескрылой гагарки, стало очевидно, что эта птица - выходец совсем из другого семейства.
В эпоху Великих географических открытий пух и яйца бескрылой гагарки были очень востребованы у европейцев. К XIX веку популяция птиц сильно сократилась, а чучела заметно выросли в цене у коллекционеров, что спровоцировало новый виток насилия в отношении гагарок. Помогали людям в истреблении птиц и их естественные враги: касатки и белые медведи. Есть версия, что последних особей, обитавших близ канадского острова Ньюфаундленд, в 1850-е годы нашли и уничтожили браконьеры.
Воскресить это животное пытаются несколько научных групп из США и Европы при поддержке все той же организации Revive and Restore.
Бескрылые гагарки (рисунок Джона Джеймса Одюбона из книги "Птицы Америки"). Фото: wikipedia.org
Букардо
Официально вид признали вымершим в 2000 году
Букардо (Capra pyrenaica pyrenaica) - вымерший подвид пиренейского горного козла. Обитали эти животные на севере Пиренейского полуострова (Испания). Их исчезновению, вероятно, способствовали сразу несколько факторов: браконьерство, ухудшение экологии и конкуренция за пищу с одомашненными копытными.
Последняя особь по кличке Селия умерла в 2000 году в испанском национальном заповеднике, расположенном в провинции Уэска. Однако ученые из Исследовательского центра сельского хозяйства и технологий Арагона сохранили генетический материал Селии и в 2009 году попытались создать ее клона. Шансы на успех были велики, ведь генетикам не надо было долго и мучительно выявлять ближайших родственников - в качестве суррогатных матерей взяли самок двух других подвидов пиренейского козла.
Испанские биологи создали 439 эмбрионов и имплантировали их в матки 57 коз. Беременность наступила у семи самок, но лишь одна смогла выносить детеныша. К сожалению, козленок умер через несколько минут после рождения. После этого работы по воскрешению букардо приостановили на неопределенное время.
Тилацин, или сумчатый волк
В 1936 году погибла последняя особь
Еще один вероятный кандидат на клонирование - сумчатый волк, он же тилацин (Thylacinus cynocephalus), обитавший преимущественно на острове Тасмания в паре сотен километров от Австралийского континента. На этих животных с энтузиазмом охотились еще австралийские аборигены, поэтому, когда берегов острова достигли европейские суда, сумчатых волков было уже очень мало. Первые записи об этом существе датированы 1808 годом. Их автор, натуралист Джордж Харрис, причислял тилацина к семейству опоссумовых. "Единственное, что отличает его от опоссумов, - голова, похожая на собачью", - отмечал исследователь в дневнике. Позднее ученые пересмотрели версию Харриса и записали тилацина в отдельную таксономическую группу - семейство сумчатых волков.
Окончательно исчезли волки в XX веке - к 1940-м годам в живых не осталось ни одной особи. В 1999-м австралийские ученые впервые попытались клонировать животное - безуспешно. Второй проект по воскрешению тилацина запустили в 2008 году биологи из Университета Мельбурна: они встроили фрагменты ДНК сумчатого волка в мышиный эмбрион. На этом пока все, но работа продолжается. И что немаловажно, ее поддерживает, в том числе финансово, правительство Австралии.
P.S. Конечно, хотелось бы воссоздать еще пещерного льва, пещерного медведя, большерогого оленя, саблезубую кошку, птицу моа, кваггу, голубую бабочку… Но, как видите, не так-то это просто. Перед учеными встает множество задач: от восстановления ДНК и поиска идеальной суррогатной матери до возрождения среды обитания для будущих клонов.
Палеонтологические доказательства
1. На основании каких находок ученые сделали вывод о постоянных изменениях животного мира
Ископаемые останки - окаменелые раковины моллюсков, зубы и чешуя рыб, скорлупа яиц, скелеты животных, отпечатки и следы их жизнедеятельности, сохранившиеся в мягком иле, в глине, в песчанике. По окаменелым находкам ученые воссоздают животный мир прошлых эпох
2. Как устанавливается родство современных и вымерших животных?
Родство современных и вымерших животных устанавливается по находкам промежуточных форм. Выяснилось, что окаменелые останки животных несут в себе черты строения, сходные с современными животными, в то же время отличаются от них
3. Ученые установили, что у археоптерикса были признаки пресмыкающихся и птиц одновременно. Назовите признаки археоптерикса, сближающего его
С пресмыкающимися: тяжелый скелет, мощные зубы, длинный хвост
С птицами: крылья, покрытые перьями
4. Какие причины вымирания динозавров вы можете назвать?
Похолодание климата. Другие версии: падение астероида (кометы), солнечная вспышка, пандемия, вулканическая активность, изменение состава атмосферы, обеднение пищевого рациона, малое генетическое разнообразие, изменение гравитационного притяжения и другие
Эмбриологические доказательства
1. О чем говорит сходство зародышей всех позвоночных на ранних стадиях развития?
Сходство зародышей всех позвоночных на ранних стадиях развития свидетельствует о единстве происхождения живых организмов и является доказательством эволюции
2. Когда у зародышей позвоночных появляются признаки, свойственные определенному виду животных?
На поздних стадиях развития зародыша
3. На основании каких фактов мы может говорить о том,что далекими предками зверей были рыбы и земноводные?
На основании сходства их зародышей на ранних стадиях. Начальные стадии развития зародышей млекопитающих сходны с зародышами рыб, на следующей стадии зародыш напоминает зародыш тритона. Следовательно, в ряду предков млекопитающих были земноводные и рыбы
Сравнительно-анатомические доказательства
1. О чем говорит единый план строения организмов позвоночных животных?
Общий план строения организмов позвоночных животных свидетельствует об их близком родстве и позволяет утверждать, что современные хордовые берут начало от примитивных предковых организмов, существовавших в далеком прошлом
2. Закончите утверждения
Органы, сходные по общему плану строения, но имеющие различную форму, величину и по-разному приспособленные к выполнению разнообразных функций, называются гомологичными
Например, передние конечности позвоночных животных
Органы, утратившие свою функцию в результате длительного неприменения, называются рудиментарными
Например, крылышко у киви, задние конечности питона, тазовые кости кита
Атавизм - это появление у данной особи признаков, свойственных отдаленным предкам, но отсутствующих у ближайших
Например, трехпалость у современных лошадей, дополнительные пары молочных желез, наличие волосяного покрова на всем теле
3. Как изменялась связь между материнским и «детским» организмом при развитии систем размножения в ряду: яйцекладущие - сумчатые - плацентарные животные?
По ходу эволюции связь между материнским организмом и потомством становилась ближе. У яйцекладущих - откладывание яиц и забота о них, но детеныш развивается вне материнского организма. У сумчатых детеныш окончательно развивается в специальной «сумке». Плацентарные вынашивают потомство внутри материнского организма, детеныш развивается в матке. То есть, связь матери с «детским» организмом» становилась более прочной, это обеспечило большую выживаемость потомков
Ученые находятся в полушаге от возрождения исчезнувших видов животных. Одно у специалистов вызывает сомнение: смогут ли однажды вымершие, а теперь восстановленные сумчатые волки, саблезубые тигры и мамонты жить на современной Земле.
В начале мая 1930 года фермер Бети Уилфред зарядом дроби убил зверя, нападавшего на его овец на пастбище в Тасмании. После этого он сделал фотографию мертвого полосатого волка, также известного как тасманский тигр. Снимок стал последним документальным свидетельством существования этого вида в дикой природе.
Шесть лет спустя в зоопарке тасманского города Хобарт умер последний сумчатый волк, содержавшийся в неволе. После этого ученым ничего другого не оставалось, кроме как официально заявить: самый большой в мире сумчатый хищник исчез с лица Земли.
По данным американского фонда Revive and Restore, объединяющего большинство проектов восстановления исчезнувших видов, за прошедшие 100 лет вымерли более 5 тыс. видов животных. Еще несколько сотен видов пока не считаются исчезнувшими, однако многие исследователи склонны полагать, что и они остались только в истории фауны. Причиной массовой гибели братьев меньших специалисты в основном называют действия человека.
Тем временем в этом году некоторые институты в Великобритании, США и Австралии начали амбициозные проекты по воскрешению вымерших видов. Отдельные участники исследований с оптимизмом сообщают, что результатом их работы станет воскрешение исчезнувших животных.
Методы расшифровки генома в последние годы существенно упростились, и теперь ученые готовы копнуть глубже и найти возможность воскресить мамонтов или саблезубых тигров, говорит профессор Эдвард Уилсон из Гарвардского музея сравнительной зоологии. Кроме того, специалисты уверены: восстановление видов станет первым шагом к триумфу синтетической биологии, которая в перспективе, располагая лишь хромосомами, сможет воссоздать чуть ли не весь утраченный мир.
Далекое прошлое
Если сегодня спросить у генетика, кого его коллеги попытаются восстановить в первую очередь — мамонта или динозавра, — он без лишних раздумий ответит: конечно, мамонта.
"Скажу сразу: мы не сможем возродить динозавров, —признается и профессор Уильям Сазерленд с факультета зоологии Кембриджского университета. — Эта идея будоражит научные умы уже много лет, но пока неосуществима".
По словам Сазерленда, для создания живого эмбриона динозавра необходима неповрежденная цепочка ДНК или хотя бы ее часть. А в окаменелостях гигантских животных, вымерших 65 млн лет назад, пока не найдено ни одной целой молекулы.
Впрочем, специалисты не отчаиваются и в деле восстановления древних видов уповают на последний ледниковый период. Эпоха, закончившаяся 11 тыс. лет назад, имеет для генетиков особую привлекательность, ведь в результате климатических катаклизмов останки животных не окаменели, а замерзли. И некоторые из них длительное время находились при очень низкой температуре, что дает надежду на хорошо сохранившиеся спирали ДНК.
Упрощает ситуацию и то, что, к примеру, современные слоны являются близкими родственниками мамонтов, а бенгальские тигры не слишком отличаются от саблезубых предков.
Между тем гены живущих сейчас далеких родственников динозавров частично мутировали — имеются в виду нынешние рептилии и земноводные, не особо похожие своих предков. Причем ученые признаются, что сегодня не могут выяснить, какие именно гены этих рептилий изменились, а какие пришли из далекого прошлого, и поэтому не могут понять, что конкретно нужно менять.
В 2010 году в Институте синтетической биологии в Сан-Франциско ученые начали манипуляции с поврежденным геномом мамонта, найденным в 1900 году в Сибири. Тогда они собирались создать жизнеспособный сперматозоид мамонта и поместить его в яйцеклетку обычного африканского слона.
Затем полученного эмбриона предполагалось подсадить слонихе, которая бы выносила мамонтенка. В успешности такого метода исследователей убеждали эксперименты по клонированию животных и появление в 2003 году гибрида современной горной козы и букардо, вида альпийских коз, считавшихся вымершими.
Однако в 2011-м среди биологов распространилось мнение, что подобные исследования слишком дороги и не имеют особого смысла. Когда работы по созданию ДНК мамонта были только на полпути, на них уже потратили более $ 2,5 млн. В условиях продолжавшегося экономического кризиса работы решили приостановить, тем более что клон букардо прожил считанные минуты и инвесторы проекта сочли такой результат неубедительным.
"В итоге в США и Европе сложилась очень плохая ситуация — затраты на восстановительную биологию упали на 60%, но и система защиты видов от вымирания почти не работала", — говорит Тим Фланери из Revive and Restore. Как отмечает эксперт, последние три года стали очень неудачными для возрождения вымерших видов, так как эти работы назвали дорогой и неэффективной попыткой тратить бюджетные и частные деньги.
Новое дыхание
Изменения наступили в конце 2013-го. Благодаря разработкам американской биотехнологической корпорации Illumina стоимость геномной расшифровки упала более чем в 1.000 раз. И если до сегодняшнего дня исследования проводились исключительно с человеческими геномами, то теперь специалисты уверены: ничто не мешает применить эту систему и к вымершим животным.
К тому же правительства развитых стран одно за другим заявляют о своих решениях сделать приоритетом в финансировании синтетическую биологию, занимающуюся как раз конструированием несуществующих в природе систем и организмов.
Так, в прошлом году американские ученые уже смогли создать совершенно новый вид мшанок (беспозвоночных животных). Этот успешный проект доказывает, что нынче доступны более сложные манипуляции с генами, а при наличии соответствующего финансирования возможно создание новых животных и растений.
В подобных разработках заинтересованы компании, занимающиеся сельским хозяйством и пищевой промышленностью: они давно мечтают о выведении новых растений и животных, адаптированных к современной экосистеме и более продуктивных. Не далее как в январе американская агропромышленная корпорация Bunge заявила, что готова инвестировать в подобные проекты $ 2,6 млн.
"Если мы научимся создавать новые организмы, то ничто не остановит исследователей в создании пшеницы с потрясающими свойствами", — тут же сообщил Генрих Пойнар из лаборатории эволюционной биологии в Университете Макмастера (Канада).
Лаборатория Пойнара в настоящее время трудится над восстановлением тасманского тигра и в этом году должна получить грант от правительства Австралии, которое готово финансировать эту работу.
Пока специалисты намереваются использовать два основных способа возрождения вымерших видов. Из останков животного берется образец ДНК, а потом его недостающие фрагменты заполняются вручную. В среднем, по мнению Сазерленда, на такую процедуру требуется несколько миллионов долларов и около года работы. Тут все зависит от размера животного и того, насколько повреждены цепочки ДНК.
Второй путь — это попытка получить вымершее животное за счет преобразования генных наборов ныне живущих. Например, в Берлинском университете за два года планируют возродить европейских туров. Последний тур, предок нынешних коров, умер в средине XVII века предположительно на территории Львовской обл.
Теперь же ученые хотят изменить ген современных коров, чтобы получить тура. Этот способ более простой, но долгий, так как точно не известно, какие именно гены коровы и тура имеют отличия. В данном случае ученым приходится идти путем проб и ошибок, поэтому в Берлине не рассчитывают создать тура раньше, чем через пять лет.
Изображая бога
Несмотря на то что исследования в области восстановления утраченных видов движутся полным ходом и только в США на ближайшие два года они составят примерно $15 млн, в научных кругах продолжают задаваться вопросом: зачем возвращать мамонта к жизни?
С одной стороны, напрашивается исчерпывающий ответ: просто потому что люди могут это сделать. В случае успеха ученые продемонстрируют мощь и развитие современной науки, в особенности биологии, которая, по мнению экспертов ООН, должна стать в этом столетии двигателем прогресса. Кроме того, такие исследования могут хотя бы частично восстановить экосистему планеты.
С другой стороны, специалисты до сих пор не могут ответить на вопрос, смогут ли тасманские тигры или мамонты жить в изменившихся природных условиях. Ведь, к примеру, огромные тундростепи, в которых паслись мамонты, полностью исчезли.
В то же время манипулирование генами только ради того, чтобы доказать величие науки, может закончиться непредсказуемыми последствиями.
Как бы там ни было, ученые продолжают испытания, а обыватели ждут финала их исследований. По данным опроса журнала National Geographic, немалая часть американцев поддерживают воскрешение давно вымерших видов и ждут, когда же в зоопарках появятся живые мамонты.
Любой вид животных появляется, распрострется, завоевывая новые территории и места обитания, живет какое-то время в относительно постоянных условиях существования. При изменении этих условий он может к ним приспособиться, измениться и дать начало новому виду (либо новым видам), а может и исчезнуть. Совокупность таких процессов составляет эволюцию органического мира, историческое развитие организмов – филогенез.
Данный реферат посвящен теме «Развитие животного мира». В целях раскрытия темы освящены следующие вопросы:
1. Причины эволюции животного мира на основе идей Ч. Дарвина
2. Усложнение строения животных. Многообразие видов как результат эволюции.
3. Доказательства эволюции животных.
Причины разного уровня организации животных, отличия ныне существующих видов от вымерших, проявления атавизмов давно интересовали ученых и служителей церкви.
Наиболее полно объяснил эти явления в своей работе «Происхождение видов» известный английский ученый Чарлз Дарвин (1809- 1882).
Согласно учению Дарвина многообразие видов не было создано богом, а образовалось благодаря постоянно возникающим наследственным изменениям и естественному отбору. В процессе выживания наиболее приспособленных особей Дарвин отмечал наличие борьбы за существование, результатом которой является вымирание неприспособленных организмов и размножение наиболее приспособленных.
Наследственность - способность организмов передавать потомкам свои видовые и индивидуальные признаки или свойства. Так, у определенного вида животных рождаются потомки, похожие на своих родителей. Наследственными могут быть и некоторые индивидуальные признаки животных, например цвет шерсти и жирность молока у млекопитающих.
Изменчивость - способность организмов существовать в различных формах, реагируя на влияние окружающей среды. Изменчивость проявляется в индивидуальных особенностях каждого организма. В природе не существует двух абсолютно одинаковых животных. Рожденные детеныши отличаются от каждого из своих родителей окраской, ростом, поведением и другими признаками. Различия у животных, как отмечал Ч. Дарвин, зависят от следующих причин: от количества и качества потребляемой пищи, от колебания температуры и влажности, от наследственности самого организма. Ч. Дарвин выделил две основные формы изменчивости, влияющие на эволюцию животного мира, - определенную, ненаследственную, и неопределенную, или наследственную.
Под определенной изменчивостью Ч. Дарвин понимал возникновение одинаковых изменений у ряда родственных животных при действии одинаковых условий среды обитания. Так, густой мех забайкальских белок сменился на редкий при акклиматизации их в хвойных лесах Кавказа. Содержание кроликов в условиях пониженных температур приводит к густоте их меха. Недостаток пищи приводит к задержке роста диких и домашних животных. Следовательно, определенная изменчивость есть прямое приспособление животных к изменившимся условиям среды. Такая изменчивость не передается потомкам.
Под неопределенной наследственной изменчивостью Ч. Дарвин понимал возникновение разнообразных изменений у ряда родственных животных при действии одинаковых (сходных) условий. Неопределенная изменчивость, по Ч. Дарвину, наследственна и индивидуальна, так как возникает случайно у одной особи вида и передается по наследству. Примером индивидуальной наследственной изменчивости является появление овец с короткими ногами, отсутствие пигмента в перьевом покрове птиц или в шерсти млекопитающих.
Одной из причин эволюции животного мира Ч. Дарвин считал борьбу за существование, возникающую из-за интенсивного размножения организмов. Родительская пара любого вида животных производит на свет многочисленное потомство. До взрослого состояния от числа появившихся на свет потомков доживут единицы. Многие будут съедены или погибнут практически сразу после появления на свет. Оставшиеся начнут конкурировать друг с другом за пищу, лучшие места обитания, убежища от врагов. Выживут потомки тех родителей, которые наиболее приспособлены к данным условиям жизни. Таким образом, борьба за существование приводит к естественному отбору - выживанию наиболее приспособленных.
В природе особи одного вида отличаются друг от друга по многим признакам. Какие-то из них могут оказаться полезными, и, как отмечал Дарвин, «особи, обладающие хотя бы незначительным преимуществом над остальными, будут иметь лучшую возможность выжить и оставить такое же потомство». Процесс, происходящий в природе, сохраняющий организмы наиболее приспособленными к условиям среды и уничтожающий неприспособившихся, называется естественным отбором. По Ч. Дарвину, естественный отбор является основной, ведущей причиной эволюции животного мира.
2. УСЛОЖНЕНИЕ СТРОЕНИЯ ЖИВОТНЫХ. МНОГООБРАЗИЕ ВИДОВ КАК РЕЗУЛЬТАТ ЭВОЛЮЦИИ
Так, у птиц обтекаемое тело, облегченный скелет, способствующий быстрому перемещению в воздухе с помощью крыльев. Водные животные, например киты, дельфины, морские котики, имеют торпедообразную форму тела, приспособленную к быстрому передвижению в водной среде. Наземные животные имеют хорошо развитые конечности для быстрого перемещения по земле. Подземные животные, например кроты, слепушонки, ведут роющий образ жизни. Небольшие животные покрыты короткой густой шерстью, препятствующей попаданию частичек земли на кожу, обладают мощными передними конечностями, приспособленными для рытья подземных ходов.
Существующие ныне позвоночные животные - рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие, характеризующиеся последовательным усложнением организации, возникли на основе наследственной изменчивости, борьбы за существование и естественного отбора в ходе длительного исторического развития.
Окружающий нас животный мир богат не только большим числом особей, но и многообразием видов. Каждая особь любого вида приспособлена к жизни в условиях своей среды обитания. Если большая группа представителей какого-либо вида окажется в иных условиях или они перейдут на питание другой пищей, то это может привести к появлению новых признаков или приспособлений. Если эти новые приспособления в иных условиях окажутся полезными и для переселившихся животных, то благодаря естественному отбору в их ряду сохранятся вновь приобретенные признаки и будут передаваться из поколения в поколение. Так, в процессе эволюции из одного вида может образоваться несколько новых. Сам процесс расхождения признаков у родственных организмов был назван Ч. Дарвином дивергенцией.
Примером дивергенции являются мелкие птицы вьюрки на Галапагосском архипелаге. Дарвиновские виды вьюрков различаются по форме и величине клюва (рис. 194). Дарвин установил, что вьюрки, имеющие небольшой острый клюв, питались личинками и взрослыми насекомыми. Вьюрки с мощным массивным клювом питались плодами деревьев. Были отмечены и постепенные переходы в изменчивости этих клювов у вьюрков. Так, в процессе эволюции вследствие дивергенции признаков, обусловленных направлением естественного отбора, происходило видообразование. Возникновению нового вида, как отмечал Дарвин, предшествует образование промежуточных форм - разновидностей. Завершается такой эволюционный процесс образованием новых видов.
Путем дивергенции и направленного действия естественного отбора в природе образуется многообразие видов.
2. Доказательства эволюции животных
Палеонтологические доказательства
Палеонтология - наука о древних организмах прошлых геологических эпох. Она изучает по ископаемым останкам тех, кто жил на Земле десятки и сотни миллионов лет назад. Ископаемыми останками являются окаменевшие раковины моллюсков, зубы и чешуя рыб, скорлупа яиц, скелеты и другие твердые части организмов, отпечатки и следы их жизнедеятельности, сохранившиеся в мягком иле, в глине, в песчанике (рис.). Эти породы когда-то затвердели и в окаменевшем состоянии сохранились в различных слоях Земли. По окаменевшим находкам палеонтологи воссоздают животный мир прошлых эпох. Изучение дошедших до нас палеонтологических образцов из самых глубоких слоев Земли убедительно показывает, что животный мир древнего времени значительно отличался от современного. Окаменевшие останки животных, залегающие в менее глубоких слоях, наоборот, несут черты строения, сходные с современными животными. Путем сравнения животных, живших в различные эпохи, установлено, что животный мир с течением времени постоянно изменялся. Родство современных животных из различных систематических групп с вымершими устанавливается по находкам так называемых промежуточных, или переходных, форм. Например, стало известно, что птицы произошли от пресмыкающихся, которые являются их ближайшими родственниками, но в то же время значительно отличаются от них.
В Европе был найден отпечаток животного с признаками, присущими одновременно и рептилиям, и птицам. Научное название реконструированного животного - археоптерикс. Черты, характерные для пресмыкающихся, - тяжелый скелет, мощные зубы (у современных птиц они отсутствуют), длинный хвост. Черты, характерные для птиц, - крылья, покрытые перьями. По окаменевшим останкам ученые достаточно полно восстановили многие переходные формы от далеких предков к более современным животным.
Полное воссоздание облика организмов, переходных от далеких предков до современных животных, служит одним из палеонтологических доказательств истинной картины эволюции живых организмов на Земле.
Многие животные, жившие раньше, не имеют аналогов в современном животном мире - они вымерли. Сегодня палеонтологи пытаются разгадать причины, по которым их не стало. Наиболее крупными вымершими животными были динозавры.
Эмбриологические доказательства
Сравнение особенностей эмбрионального развития представителей различных групп позвоночных, например рыбы, тритона, черепахи, птицы, кролика, свиньи и человека, показало, что все зародыши на ранних стадиях развития очень сходны между собой. Последующее развитие эмбрионов сохраняет сходство только у близкородственных групп, например - у кролика, собаки, человека, имеющих общий план строения во взрослом состоянии. Дальнейшее развитие приводит к исчезновению черт сходства между зародышами.
У каждого представителя вида возникают только ему присущие характерные черты строения. В конце эмбрионального развития появляются признаки, свойственные определенному виду животного.
Изучение последовательных стадий развития каждого эмбриона позволяет восстановить облик далекого предка. Например, ранние стадии развития зародышей млекопитающих сходны с зародышами рыб: имеются жаберные щели. По-видимому, далекими предками зверей были рыбы. В следующей стадии развития зародыш млекопитающего похож на зародыш тритона. Следовательно, в ряду их предков были и земноводные (рис. 1).
Таким образом, изучение эмбрионального развития различных групп позвоночных животных показывает родство сравниваемых организмов, выясняет путь их исторического развития и служит доказательством в пользу существования эволюции живых организмов.
Сравнительно-анатомические доказательства
Сравнивая позвоночных животных различных классов, установлено, что все они имеют единый план строения. Тела земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих состоят из головы, туловища, передних и задних конечностей. Для них характерны сходные кожные вечности и были четвероногими. Органы, утратившие свою функцию в результате их длительного неприменения, называются рудиментарными. Наличие рудиментарных органов у животных является неопровержимым доказательством существования эволюции.
I СТАДИЯ
II СТАДИЯ
Рыба Саламандра Черепаха Крыса Человек
Рис. 1 Сходство зародышей позвоночных животных
Рис. 2. Рудиментарные органы животных
Если процесс эмбрионального развития по какой-либо причине нарушается, отдельные черты строения тела животного могут резко отличаться от других особей того же вида. Однако их наличие и сходство с другими представителями этого класса животных говорит о родственном происхождении и эволюции каждого вида. Случаи проявления признаков предков у современных особей называются атавизмом. Примерами его могут служить: трехпалость у современных лошадей; дополнительные пары молочных желез у тех, кто имел всегда одну пару; наличие волосяного покрова на всем теле.
Весомым доказательством эволюции считаются сравнительно-анатомические ряды, показывающие направления исторического развития у видов, относящихся к одному классу, семейству, роду. Например, способы размножения у яйцекладущих, сумчатых и плацентарных показывают направления развития систем размножения; конечности непарнокопытных показывают возникновение однопалой ноги в связи с изменившимися условиями жизни и т. д.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом нами рассмотрены основные положения развития животного мира на основе теории Ч. Дарвина, согласно которой многообразие видов образовалось благодаря постоянно возникающим наследственным изменения и естественному отбору. Одной из причин эволюции животного мира по Дарвину является борьба за существование, в результате которой происходит вымирание неприспособленных организмов и размножение наиболее приспособленных.
Удивительное многообразие форм и строения тел животных является результатом проявления естественного отбора, в результате которого происходит постоянное накопление у потомков признаков, полезных им в данных условиях существования, а этот процесс, в свою очередь, приводит к усложнению строения животных. При чем в процессе эволюции из одного вида может образоваться несколько новых. Сам процесс расхождения признаков у родственных организмов был назван Ч. Дарвином дивергенцией.
Многообразие вымерших пресмыкающихся служит примером дивергенции у них на основании различных условий обитания.
Животные одного вида, обитающие на большой территории, обычно неоднородны. Их изучение показывает расхождение признаков у особей и начало образования новых систематических групп.
Литература
Акимов О. С. Естествознание. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.
Горелов А. А. Концепции современного естествознания. — М.: Центр, 2002.
Горохов В.Г. Концепции современного естествознания. — М. : ИНФРА-М, 2000.
Дубнищева Т.Я. и др. Современное естествознание. — М.: Маркетинг, 2000.
Основные концепции современного естествознания. — М. : Аспект — Пр, 2001
Петросова Р.А. Естествознание и основы экологии. — М. : Академия, 2000.
Чайковский Ю.В. Элементы эволюционной диагностики. — М., 1999.
