Урок "Основные направления эволюционного процесса."

Цели урока: Изучить основные направления и пути эволюционного процесса, соотношение направлений эволюции, ее необратимость.

Задачи урока:

Образовательная: изучить пути и направления эволюционного процесса, ее необратимость.

Развивающая: формировать умения анализировать, выявлять причинно-следственные связи, формулировать выводы.

Воспитательная: прививать навыки заинтересованного обучения.

Тип урока: лекционно - семинарское занятие..

Метод проведения: проблемное изложение, беседа, самостоятельная работа с таблицами, тестовые задания.

Оборудование: учебник общей биологии 9 класса под редакцией И.Н Пономаревой, таблицы «Прогресс и регресс», «Ароморфоз - арогенез», «Идиоадаптация - аллогенез», «Дегенерация - катагенез».

План урока:

1. Прогресс и регресс в эволюции.

2. Прогрессирующие и регрессирующие виды.

3. Ароморфоз - арогенез.

4. Адаптивная радиация (концепция В.О. Ковалевского и Г. Осборна).

5. Идиоадаптация - аллогенез.

6. Дегенерация - катагенез.

7. Правило смены фаз.

8. Принцип цикличности (работа в тетеради).

9. Соотношение наравлений эволюции.

10. Необратимость эволюции.

11. Тестовые задания.

12. Домашнее задание.

Вводное слово учителя: Прогресс и регресс в эволюции Идея о направленном характере эволюции, идущей по пути прогресса от низших форм жизни к высшим воспринимается как нечто очевидное. Указанное направление эволюции жизни на Земле действительно существует: более сложные организмы произошли от низкоорганизованных, а те, в свою очередь, от еще более простых форм, вплоть до пробионтов на заре развития жизни. Однако не следует думать, что путь прогресса - единственный путь эволюционных изменений. В действительности это лишь одно из возможных направлений эволюции.

Современные представления о направлениях эволюции основываются на работах И.И. Шмальгаузена и А.Н. Северцова, которые выделили понятие биологического прогресса и регресса. Биологический прогресс означает победу вида или другой систематической группы в борьбе за существование. Признаками биологического прогресса являются: увеличение численности особей данной систематической группы, расширение ее ареала, многообразие группы: распадение ее на соподчиненные систематические группы.

Регресс Прогресс

Биологическому прогрессу противостоят биологический регресс. Он характеризуется противоположными прогрессу признаками: снижением численности особей, сужением ареала, постепенным или быстрым уменьшением видового многообразия группы. Биологический регресс может привести вид к вымиранию. Общая причина биологического регресса - отставание в темпах эволюции группы от скорости изменений внешней среды. Движущие силы эволюции действуют непрерывно, в результате чего совершенствуются приспособления. Однако под влиянием хозяйственной деятельности человека среда обитания живых существ изменяется значительно быстрее, чем формируются приспособления. Это приводит к сокращению численности, сужению ареалов и угрозе вымирания ряда видов. Минимальные шансы на выживание в нашем мире имеют крупные млекопитающие (особенно хищники), характеризующиеся небольшим числом особей. Они живут на небольшой территории, медленно размножаются и не мирятся с соседством человека. Назовите несколько таких видов.

Ученик: Ближе всего к такому образу стоит белый медведь. Напротив, биологического прогресса достигают мелкие плодовитые животные, широко распространенные и легко уживающиеся с человеком. К ним из млекопитающих, в первую очередь, относится типично городское животное - крыса-пасюк, из птиц - ворона, из насекомых - таракан. Страшно представить, сколь беден, скучен и однообразен будет окружающий мир, если освоение природы не будет осуществляться на строго научной основе. Человек должен активно заботиться о восстановлении численности, расширении ареалов редких видов животных и растений. Только биологический прогресс гарантирует видам будущее.

Учитель: Посмотрите на экран. Здесь предложены вышеназванные животные? Почему таракан мирится с соседством человека?

Прогрессирующие виды:

Регрессирующие виды:

Учитель: Каковы пути достижения биологического прогресса?

Ученик: Ароморфоз (арогенез) - главный путь достижения биологического прогресса.

Ароморфоз или морфо-физиологический прогресс - возникновение в ходе эволюции признаков, повышающих уровень организации живых существ. С ароморфозами, прежде всего, связаны эволюционные преобразования кровеносной, дыхательной, нервной систем, а также другие системы, оказывающие непосредственное влияние на увеличение интенсивности обмена веществ и энергии. Эволюция кровеносной системы от трубчатого сердца у ланцетника к двух-, трех- и четырех камерному сердцу у высших позвоночных, сопровождавшаяся обособлением большого и малого кругов кровообращения, шла по пути ароморфоза.

Учитель: Предлагаю записать в тетрадь. Высокий общий уровень организации млекопитающих достигнут за счет прогрессивного развития кровеносной системы, легких, головного мозга, возникновения живорождения, теплокровности и других ароморфозов.

Крупными ароморфозами в развитии растений были переход от размножения спорами к размножению семенами, образование цветка и другие.

Ароморфозы формируются на основе наследственной изменчивости и естественного отбора, и являются приспособлениями широкого значения. Они дают преимущество в борьбе за существование и открывают возможности освоения новой, прежде недоступной среды обитания.

Ученик: Приобретение теплокровности позволило млекопитающим и птицам заселить даже холодные зоны Арктики и Антарктиды, труднодоступные другим организмам. Образование пыльцевой трубки освободило процесс оплодотворения от необходимости водной среды, что позволило цветковым растениям широко распространиться на суше. Этому способствовало приобретение и других ароморфных признаков: эпидермиса, устьиц, проводящей системы.

Родоначальные виды, находящиеся на пути ароморфозов и дающие начало новым крупным таксонам (псилофиты, стегоцефалы, археоптериксы и др.) в своей организации сочетали наряду с признаками старой формы и новые прогрессивные черты, позволившие им осваивать новую среду обитания.

Учитель: Запишите в тетрадь. Таким образом, ароморфозы являются крупными преадаптациями, заранее обеспечивающими организмам возможность обитания в новых условиях. Вследствие ароморфозов начинается широкая адаптивная радиация.

Ученик: Адаптивная радиация. Концепция адаптивной радиации разработана В.О. Ковалевским и Г. Осборном независимо друг от друга.

Адаптивная радиация - это разветвление предкового ствола группы организмов на отдельные ветви в ходе приспособительной эволюции. Таким образом, адаптивная радиация связана с развитием адаптаций к различным условиям среды и способов использования её ресурсов: освоение различных местообитаний, убежищ, пищевой базы, способов добывания пищи и т.д. Адаптивная радиация проявляется в разнообразии таксономических групп в пределах крупного таксона, например, в разнообразии родов и видов семейства Кошачьи, разнообразии различных семейств отряда Хищные и т.д. Например, анцестральные (предковые) формы млекопитающих, благодаря целому комплексу ароморфозов дали начало множеству групп, завоевавших все мыслимые адаптивные зоны:

древесно-лазающие растительноядные (белки, приматы),

древесно-лазающие хищные (куницы),

наземно-лесные растительноядные (лоси, косули),

наземно-лесные хищные (волки), наземные обитатели открытых пространств (лошади),

подземные (кроты, слепыши),

околоводные и полуводные (ластоногие),

водные (китообразные),

летающие (рукокрылые),

обитатели переходных местообитаний (лисы, зайцы, кабаны) и т.д.

Учитель: Идиоадаптация - аллогенез. Ароморфозам А.Н. Северцов противопоставлял идиоадаптации частные приспособления живого мира, позволяющие освоить специфические условия среды. В отличие от ароморфозов, идиоадаптации открывают перед организмами возможность прогрессивного развития без повышения уровня биологической организации. Благодаря формированию различных идиоадаптаций млекопитающие смогли распространиться не только в различных географических зонах (от тропиков до ледяных пустынь), но и освоить самые разнообразные условия среды (на поверхности суши, в воде, почве, частично в воздухе), что существенно снизило конкуренцию между видами за пищу, места обитания. При этом уровень организации остался тем же.

Для видов, семейств, отрядов млекопитающих характерны все типичные признаки этого класса: теплокровность, живорождение, вскармливание потомства молоком и другие.

Ученик: Типичные идиоадаптации у животных - особенности строения конечностей (крота, копытных, ластоногих), особенности клюва (хищных птиц, куликов, попугаев), приспособления придонных рыб (скатов, камболовых), покровительс-твенная окраска насекомых и т.д..

Примерами идиоадаптации у растений могут служить многообразные приспособления к опылению, распространению плодов, семян и др.

Общая дегенерация.

Учитель: Ч. Дарвин - отмечал, что способность организмов выживать в борьбе за существование вовсе необязательно должна быть связана с более высокой организацией. Какие преимущества, например, могли бы получить инфузория или земляной червь из более высокой организации, чем они имеют? Условия жизни этих организмов относительно постоянны и они хорошо приспособлены каждый к своей среде. Поэтому естественный отбор не совершенствовал их в сторону прогрессивного усложнения. Более того, при упрощении условий среды организмы утрачивают часть признаков - развиваются по пути общей дегенерации, ведущей я упрощению организации. Это хорошо согласуется с дарвинским учением, согласно которому эволюция заключается в выживании наиболее приспособленных, а не более высокоорганизованных существ.

Запишите в тетрадь. Дегенерация часто связана с переходом к пещерному, сидячему или паразитическому образу жизни. Пещерные обитатели характеризуются редукцией органов зрения, снижением активности, отсутствием пигментации. Сидячие организмы (актиния) утратили органы передвижения, хорду, имеющиеся у личиночной стадии. С пассивным образом жизни погонофор связана редукция кишечника, ротового и анального отверстий. Рудиментарные органы - одно из распространенных следствий дегенерации.

Ученик: Упрощение организации обычно сопровождается возникновением различных приспособлений к специфическим условиям жизни. Особенно наглядно это прослеживается на паразитических организмах.

У свиного цепня, лентеца широкого нет кишечника, слабо развита нервная система. Однако они отличаются огромной плодовитостью за счет сильно развитых органов размножения, обладают присосками и крючками, при помощи которых держаться на стенках кишечника своего хозяина.

Переход некоторых растений к паразитизму сопровождался снижением активности аппарата фотосинтеза, редукцией листьев до чешуи, преобразованием корней в присоски. Одновременно развивается сложная система приспособлений к хозяину (химическая сигнализация при поиске растения - хозяина, химические механизмы внедрения в ткани хозяина и пр.).

Учитель: Генетической основой изменений, ведущих к упрощению организации, является мутационная изменчивость. Известно много мутаций, вызывающих недоразвитие органов, например, мутация рудиментарных крыльев у насекомых, альбинизм у млекопитающих. Если такие мутации не устраняются естественным отбором, они довольно быстро распространяются в популяции.

Ученик: Различные направления эволюционного процесса и пути достижения биологического прогресса закономерно сменяют друг друга в ходе эволюции - правило смены фаз.

Ароморфозы приводят к возможности освоения новых местообитаний. Это приводит к адаптивной радиации и формированию адаптивных зон с помощью алломорфозов. В этих условиях биологический прогресс достигается путем аллогенеза.

Дальнейшая конкуренция приводит к появлению частных приспособлений - теломорфозов и гиперморфозов.

В большинстве случаев, специализация приводит к утрате эволюционной пластичности: прогресс сменяется стабилизацией, а при быстрых и крупномасштабных изменениях среды обитания - биологическим регрессом.

Таблица

Правило смены фаз (заносится в тетрадь)

Путь эволюции

Формы борьбы за существование

Направления естественного отбора

Результаты

Исходная группа - неспециализированные предки

Пассивное соревнование

Отбор на плодовитость

Увеличение плодовитости

Арогенез - ароморфные преобразования

Пассивное соревнование и активная конкуренция

Отбор на общую приспособленность

Общебиологический прогресс

Аллогенез - алломорфные преобразования

Активная интерференционная конкуренция

Отбор на приспособленность в частных условиях

Дифференцировка внутри крупных таксонов. Адаптивная радиация

Аллогенез - теломорфные преобразования

Активная косвенная конкуренция

Отбор на приспособленность в ограниченных условиях и на экономичность

Стабилизация. Сокращение плодовитости. Увеличение продолжительности жизни

Дальнейшая специализация, часто связанная с гиперморфозами

Различные формы сосуществования

Отбор на экономичность

Регресс. Сокращение плодовитости. Увеличение размеров и продолжительности жизни. Вымирание наиболее специализированных групп

Учитель: Используйте данную таблицу при подготовке домашнего задания.

По принципу цикличности разными эволюционистами неоднократно отмечалось, что филогенетические преобразования самых разнообразных признаков носят циклический характер. Предлагаю заполнить пропущенные графы в таблице «Принципы цикличности».

Таблица

Принцип цикличности.

Ученик: Соотношение направлений эволюции.

В процессе эволюции происходит чередование относительно кратких периодов ароморфозов и последующих более длительных периодов идиоадаптаций или общей дегенерации. Ароморфозы определяют этапы в развитии органического мира, поднимая организацию какой-нибудь группы на более высокую ступень эволюции и открывая перед ней новые возможности для освоения внешней среды. Далее развитие идет, но пути идиоадаптации, обеспечивающих более высокоорганизованной группе освоение доступного разнообразия мест обитания. При переходе организмов в более простые условия формирование частных приспособлений сопровождается упрощением строения. Общая дегенерация всегда вторична по отношение к прогрессивному развитию, так как всякое упрощение предполагает некоторый уровень исходной сложности.

Направления эволюции органического мира, сочетаясь и сменяясь, друг другом, приводят к усложнению, прогрессивной направленности развития живой природы, и возникновению целесообразности организмов - их соответствию условиям обитания и способности изменяться по мере изменения этих условий.

Учитель делает выводы: Принцип необратимости эволюции сформулировал еще Ч. Дарвин: "Вид, раз исчезнувший, никогда не может появиться вновь, если бы даже снова повторились совершенно тождественные условия жизни".

Повторяемость условий вызывает конвергентное сходство у организмов. Форма тела современных дельфинов напоминает форму тела мезозойских ихтиозавров. Переход некоторых наземных позвоночных, например, ластоногих, в водную среду сопровождался лишь конвергентными изменениями конечностей, а не принципиальной их перестройкой по возвратному пути к рыбам. Конвергенция затрагивает только изменение внешнего строения органов. Внутреннее строение ласт у тюленя или моржа сохраняет основные признаки пятипалой конечности, характерные для млекопитающих.

Дарвин и его последователи доказали, что при повторении условий могут повторяться некоторые признаки, но сами виды отличаются друг от друга не отдельными признаками, а сложным комплексом признаков. Повторение всего комплекса признаков статистически невероятно. С логической необходимостью это вытекает из представлений о движущих силах эволюционного процесса. Генофонд популяций постоянно обновляется в результате мутаций и поэтому никогда не копирует генофонд предыдущих поколений. Генетически обновленная популяция вступает в другие отношения с окружающей средой, и результаты естественного отбора будут иными. Закон необратимости говорит о неповторяемости эволюционного процесса, сущность которого не в повторения, а в образовании нового качества.

Домашнее задание: подготовить ответы на вопросы в тетради.

1. В чем состоит биологический прогресс? Каковы пути его достижения?

2. Всегда ли биологический прогресс сопровождался морфофизиологическим прогрессом? Приведите примеры.

3. Покрытосеменные растения произошли от голосеменных путем приспособления цветка к образованию плода. Объясните:

а) к какому направлению эволюции относится возникновение плода у покрытосеменных;

б) какое биологическое значение имеет образование семян внутри плода?

4. К какому направлению эволюция относятся следующие эволюционные изменения: появление зацепок на плодах лопуха и череды; появление лазающего стебля у винограда и плюща; появление крылышек на плодах клена, утрата листьев и превращение их в колючки (у кактуса)?

5. В чем заключается эволюционное значение ароморфозов и идиоадаптаций?

6. Может ли упрощение организации привести вид к биологическому прогрессу? Приведите примеры общей дегенерации.