Органический мир как результат процесса эволюции. Возникновение жизни на Земле (основные гипотезы)

Соотносительные преобразования органов. Онтогенетические корреляции и филогенетические координации. Значение соотносительного преобразования биологических структур в онтогенезе человека. Примеры нарушения онтогенетических корреляций и филогенетических координаций в онтогенезе человека.

Принципы эволюции органов. Принцип дифференциации, интеграции, расширения и смены функций, активации и интенсификация функций. Олигомеризация. Возникновение и исчезновение биологических структур в филогенезе. Причины редукции органов и их генетическая основа. Рудименты и атавизмы. Механизмы формирования атавизмов.

Закономерности морфофункциональных преобразований органов (прогрессивные и регрессивные). Гомологичные и аналогичные органы. Полифункциональность и способность к количественным изменениям функций. Соответствие строения органов выполняемым функциям.

Индивидуальное и историческое развитие. Биогенетический закон. Онтогенез как основа филогенеза. Ценогенезы и филэмбриогенезы.

Соотношение онто- и филогенеза определяется законами зародышевого развития. 1 закон – закон зародышевого сходства К. Бэра. 2 закон – онтогенез – это краткое и быстрое повторение онтогенеза. Повторение в эмбриогенезе структур характерных для предков названо рекапитуляциями. Рекапитулируют морфологические признаки (НП, хорда, закладки жаберных щелей, дуг) и особенности биохимической организации и физиологии. Генетическая основа рекапитуляции – это единство механизмов генетического контроля развития, сохраняющиеся на базе общих генов регуляции онтогенеза. Эволюция конкретных организмов протекает благодаря конкретным изменениям, происходящим в их онтогенезах. Онтогенезы отклоняются от пути, проложенного предковыми формами, и приобретают новые черты (эпигенетический механизм). К таким отклонения относятся ценогенезы и филэмбриогенезы. Ценогенезы – приспособления, возникающие у зародышей или личинок и адаптирующие их к особенностям среды обитания. Не изменяют типа организации взрослого организма, но обеспечивают высокую выживаемость потомства. У взрослых не сохраняются. Это зародышевые оболочки, желточный мешок, аллантоис, плацента, пуповина. Филэмбриогенезы – это отклонение от онтогенеза предков, имеют адаптивное значение у взрослых форм.

В историческом развитии преобразования органов могут иметь прогрессивный или регрессивный характер. Прогрессивный – органы увеличиваются в размерах и усложняются по строению. Регрессивный – органы уменьшаются в размерах и упрощаются. Гомологичные органы – это органы, построенные по единому плану, расположены в одинаковом месте и развиваются сходным образом из одинаковых эмбриональных зачатков, часто выполняют одну функцию, но могут и разные. НП, сердце рыбы, земноводного, млекопитающего. Иногда функции могут меняться. НП, передняя конечности рыб, земноводных, птиц. Аналогичные органы – при обитании неродственных организмов в одинаковых средах возникают сходные приспособления, которые проявляются в возникновении аналогичных органов, они выполняют одинаковые функции, но строение, местоположение и развитие различно. НП, крыло бабочки и птицы. Челюстной аппарат насекомых и позвоночных.

В основе филогенетических преобразований органов
лежит их полифункциональность и способность к количественным изменениям функций. Практически все органы выполняют не одну, а несколько функций, причем среди них всегда выделяется главная, а остальные второстепенны. Строение такого полифункционального органа обязательно соответствует главной функции. Так, рука человека может использоваться для лазания по деревьям, плавания, даже хождения. Но основной ее функцией является трудовая деятельность. В связи с этим и строение руки в максимальной степени соответствует функции труда.

Принципы эволюции органов

1. Принцип дифференциации. Дифференциация представляет собой разделение однородной структуры на обособленные части, которые обретают специфическое строение. Дифференцированная структура выполняет несколько функций и имеет сложное строение. НП филогенетической дифференциации, эволюция кровеносной системы в типе хордовые.

2. Принцип интеграции. Функциональное соподчинение отдельных компонентов системы в целостном организме называют интеграцией. НП, четрыхкамерное сердце млекопитающих.

3. Расширения и смены функций. Расширение функций сопровождает обычно прогрессивное развитие органа, который по мере дифференциации выполняет всё новые функции. НП, парные передние плавники у рыб (возникли как пассивные органы, поддерживающие тело в горизонтальном положении) – хрящевые рыбы, у костистых приобретают собсвенную мускулатуру и становятся органами поступательного движения, у назменых позвоночных – добавляется хождение, лазание и т.д.

4. Принцип активации функций. Наиболее часто реализуется на начальных этапах эволюции органов в том случае, когда малоактивный орган начинает активно выполнять функции, существенно преобразуясь. НП, парные плавники хрящевых рыб – акулы, костистые рыбы, конечности наземеных позвоночных.

5. Принцип интенсификации функций. Орган увеличивется в размерах, дифференцируется, усложняется его гистологическое строение, часто многократно повторяются одинаковые структуры – полимеризации. НП, усложенение структуры легких у наземных позвоночных. Может происходить и олигомеризация органов, выполняющих одну и ту же функцию (уменьшение их числа), артериальные жаберные дуги. У хрящевых рыб – 6-7 па, у костистых – 4, у человека в дефинитивном состоянии сохраняются части 3, 4, 6 пар.

Генетические основы регресса. Исследования генетических основ редукции органов показали, что структурные гены, регулирующие морфогенез, не исчезают, а существенно изменяются гены, регулирующие время закладки рудиментарных органов или гены, отвечающие за индукционные взаимодействия частей зародыша. Рудименты – это недоразвившиеся органы. К рудиментам человека относятся структуры, потерявшие свои функции в постнатальном онтогенезе (1 группа рудиментов), но сохраняющиеся и после рождения: волосяной покров, мышцы ушной раковины, копчик, аппендикс как пищевой орган. 2 группа рудиментов – органы сохраняющиеся только в эмбриональном периоде онтогенеза: хорда, хрящевые жаберные дуги, шейные ребра. Субституция –эволюционное преобразование, при котором один орган замещается другим, выполняющим обычно туже функцию с большей интенсивностью. НП, энтодермальная хорда замещается мезодермальным позвоночником и превращается в рудиментарное образование. Гетеробатмия –эволюционное преобразование, при котором обнаруживается разный уровень специализации частей одного и того же органа или разных частей организма. НП, человек: головной мозг за короткое время антропогенеза претерпел колоссальные изменения, а пищеварительная система соответствует уровню развития приматов. Атавистические пороки развития – нарушения эмбриогенеза могут привести к формированию признаков, которые в норме не встречаются, а присутсвтуют у предков – атавизмы. Если они снижают жизнеспособность и проявляются как морфологические аномалии, их называют атавистическими (анцестральными) пороками развития. По механизма формирования различают 3 варианта атавизмов:

1. Наиболее часто встречаются атавизмы, связанные и недоразвитием органов. НП, двух-, трухкамерное сердце, недоразвитие диафграгмы, волчья пасть.

2. Результат нарушения – персистирование (сохранение) структур предков – персистирование баталового протока и правой дуги аорты, шейные ребра, боковые свищи шеи.

3. Нарушения перемещения органов в онтогенезе. В результате орган располагается в тех частях тела, где в норме у предковых форм. НП, тазовое расположение почек, крипторхизм (неопущение яичка).

Филогенетические координации – это устойчивые взаимозависимости органов и систем, проявляющиеся в филогенезе. Выделяют 3 группы:

1. Биологические координации – наблюдаются между структурами не связанными непосредственно ни по функциям, ни по месту положения. Основное связующее звено – адаптация к определенным условиям обитания. НП, эндопаразиты – ленточные черви – сильно развиты половая система и органы прикрепления, но недоразвиты органы чувств и опорно-двигательный аппарат.

2. Динамические координации выражаются во взаимном соответствии структур, связанных функционально. НП, между кровеносной и дыхательной системами. Животные дышат легкими, имеют 3- или 4-камерное средце, два круга кровообращения. Дышат жабрами – средце двухкамерное – один круг кровообращения.

3. Топографические координации – проявляются между структурами, связанными друг с другом пространственно. НП, для каждого типа животных характерен общий план строения: для хордовых – вверху неврная труба, под ней хорда, затем пищ трубка. У членистоногих – наборот.

Онтогенетические корреляции – соответствие структур развивающегося организма в онтогенезе. Выделяют 3 группы:

1. Геномные. Обеспечиваются целостностью генетической конституции развивающегося организма. Ведущие механизмы – генный баланс генотипа, сцепленное наследование, плейотропия и т.д. НП, жираф – длинная шея, длинные ноги.

2. Морфогенетические. Возникают между органами, пространственно связанными между собой. Основаны на феномене эмбриональной индукции или на общности эмбриональных закладок органов. НП, зачаток хорды обуславливает развитие нервной трубки на спинной стороне зародыша и наоборот.

3. Эргонтические – обсуловлены функциональной зависиомостью органов и частей организма. НП, соответсвие между степенью развития мышцы костных выступов, к которым она прикрепляется и интенсивностью ее кровоснабжения, соответствие вторичных половых признаков.

Ведущие корреляции в онтогенезе – геномные.

Примером нарушения чисто геномных корреляций является синдром Дауна.

1) креационизм — Божественное сотворение живого;
2) самопроизвольное зарождение — живые организмы возникают самопроизвольно из неживого вещества;
3) гипотеза стационарного состояния — жизнь существовала всегда;
4) гипотеза панспермии — жизнь занесена на нашу планету извне;
5) гипотеза биохимической эволюции — жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим

Согласно последней гипотезе, жизнь возникла на Земле, когда сложилась благоприятная совокупность физических и химических условий, сделавших возможным абиогенное образование органических веществ из неорганических.

Главные этапы на пути возникновения и развития жизни, по-видимому, состоят в: 1) образовании атмосферы из газов, которые могли бы служить «сырьем» для синтеза органических веществ (метана, оксида и диоксида углерода, аммиака, сероводорода, цианистых соединений), и паров воды; 2) абиогенном (т.е. происходящем без участия организмов) образовании простых органических веществ, в том числе мономеров биологических полимеров — аминокислот, cахаров, азотистых оснований, АТФ и других мононуклеотидов; 3) полимеризации мономеров в биологические полимеры, прежде всего белки (полипептиды) и нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды); 4) образовании предбиологических форм сложного химического состава — протобионтов, имеющих некоторые свойства живых существ; 5) возникновении простейших живых форм, имеющих всю совокупность главных свойств жизни—примитивных клеток; 6) биологической эволюции возникших живых существ.

Дата добавления: 2015-04-23