Книга: Биология. Общая биология. 11 класс. Базовый уровень

12. Сохранение многообразия видов как основа устойчивого развития биосферы

12. Сохранение многообразия видов как основа устойчивого развития биосферы

Вспомните!

Приведите примеры вымирания видов растений и животных.

Биологический прогресс и биологический регресс. С момента возникновения жизни более 3 млрд лет назад развитие живой природы шло в направлении максимального приспособления к окружающей среде. Возникали эукариоты, появлялся фотосинтез, формировались первые многоклеточные организмы. Развитие от простого к сложному, от низкоорганизованных форм к высокоорганизованным имеет прогрессивный характер. Направление эволюции, в ходе которого таксон оптимально адаптируется к условиям окружающей среды, а его численность и ареал растут, называют биологическим прогрессом. Показателями биологического прогресса являются следующие признаки:

– увеличение численности особей данного таксона;

– расширение ареала обитания;

– появление подчинённых систематических групп (популяций и подвидов внутри вида, видов в роде и т. д.).

В ходе биологического прогресса может происходить не только усложнение организации, но и упрощение строения, если это необходимо для обеспечения успеха в борьбе за существование. Сидячий образ жизни, однородная среда обитания, паразитизм приводят к тому, что организмы утрачивают органы и целые системы органов, ненужные для жизни в данных условиях. Например, в процессе эволюции многие паразитические ленточные черви утратили пищеварительную систему, у подземных млекопитающих произошла редукция глаз. Однако такое упрощение строения позволило этим группам максимально полно приспособиться к условиям среды и выйти победителями в борьбе за существование.

Биологический прогресс – это успех и процветание определённой группы организмов. В настоящее время биологический прогресс испытывают круглые черви, членистоногие, птицы, млекопитающие и покрытосеменные растения.

Однако при резких изменениях условий среды возникшие ранее адаптации не всегда оказываются полезными. Узкая специализация часто приводит к тому, что такая группа организмов не может приспособиться к новым условиям и её дальнейшая эволюция ведёт к регрессу.

Биологический регресс – это эволюционный упадок группы организмов, которая не смогла приспособиться к изменениям условий внешней среды или не выдержала конкуренции с другими группами.

Биологический регресс характеризуют следующие признаки:

– уменьшение численности особей данного таксона;

– сужение ареала обитания;

– уменьшение числа подчинённых систематических групп (популяций и подвидов внутри вида, видов в роде и т. д.).

В итоге биологический регресс может привести к вымиранию групп организмов.

Причины вымирания видов. За всю историю эволюции живой природы на нашей планете обитало в общей сложности в 50–100 раз больше видов, чем представлено сейчас. Менялись условия жизни, и те группы организмов, которые ещё недавно были процветающими, оптимально приспособленными, постепенно регрессировали, их численность сокращалась, и они вымирали.

В середине палеозойской эры вымерли псилофиты, давшие начало папоротникообразным растениям. Спустя более 100 млн лет та же участь постигла большинство древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а позднее, в начале мезозойской эры, вымерли и семенные папоротники. Исчезло большинство древних земноводных и пресмыкающихся. В настоящее время регрессирует семейство гинкговых, представленное единственным видом (рис. 40). Всего два вида входит в современный род выхухолей.

Одним из хорошо известных примеров вымирания видов служит исчезновение гигантского оленя, жившего в ледниковую эпоху на громадной территории – по всей Европе от Ирландии до Сибири и Китая, а на юге – до Северной Африки. Самцы этого оленя обладали огромными рогами массой до 25 кг и размахом примерно до 3 м (рис. 41). Ни у каких других представителей этого семейства не было столь крупных рогов. Гигантский олень обитал на открытых, поросших травой пространствах с редкими скоплениями деревьев. После завершения последнего оледенения около 11 тыс. лет назад открытые пространства стали постепенно сменяться лесами. Гигантский олень не смог выжить в густом лесу. Изменения климата и растительности оказались неблагоприятными для этого вида и стали причиной его вымирания.

Рис. 40. Гинкго двулопастный – единственный сохранившийся вид семейства гинкговых

Некоторые виды, в ходе эволюции уходя от конкуренции с другими группами, становились высокоспециализированными формами, благополучие которых полностью зависело от существования определённого экологического фактора. Например, растения, произрастающие на сильно засолённых почвах, организмы, живущие при очень высоких или, наоборот, низких температурах, в условиях острого дефицита воды и т. п. Такие виды представляют собой тупиковые ветви биологической эволюции, которые вымирают при изменении этих экстремальных условий.

Часто, особенно в последние 10 тыс. лет, причиной биологического регресса, ведущего к вымиранию, становилась деятельность человека (§ 30), который определял судьбу многих видов, непосредственно истребляя их или изменяя условия их среды обитания. В начале XVII в. был уничтожен дикий бык – тур, к середине XVIII в. исчезли морские стеллеровы коровы.

Рис. 41. Гигантский олень (вымерший вид)

Сохранение многообразия видов. Для устойчивого развития биосферы необходимо сохранение многообразия видов. Чем богаче будет флора и фауна Земли, тем меньше угроза нарушения общего равновесного состояния биосферы при изменении условий. Существование широкого внутривидового многообразия позволяет определённому виду легко адаптироваться к меняющимся условиям среды. Точно так же наличие самых различных видов позволяет всей живой природе гибко приспосабливаться к внешним условиям, сохраняя свою целостность. Сохранение генетического разнообразия – материала для эволюции – способствует прогрессивному развитию биосферы.

При изменении климатических и других условий на древней Земле всегда находились виды, которые получали преимущества в новых условиях и эволюционировали, адаптируясь и постепенно занимая господствующее положение. В настоящее время многие виды страдают от так называемой генетической эрозии, т. е. сокращается и обедняется их общий генофонд. Это не даёт им возможности быстро реагировать на изменение условий, поэтому редкие малочисленные виды могут исчезать.

Главные направления эволюции. Развитие живой природы – это длительный и сложный процесс. В целом развитие органического мира происходило от простого к сложному. На основе простых одноклеточных форм появились многоклеточные организмы. Организмы усложнялись – возникали ткани, органы и системы органов. Крупные эволюционные изменения позволяли организмам осваивать новые места обитания или новые источники питания. С помощью частных приспособлений организмы приспосабливались к конкретным условиям обитания. В некоторых случаях оказывалось более выгодно перейти к сидячему образу жизни или паразитизму, и это вело к упрощению организации. Так, зародившись в океане, жизнь постепенно заняла всю планету.

Анализируя историческое развитие живой природы и конкретные адаптации, возникающие в процессе эволюции, российские учёные Алексей Николаевич Северцов и Иван Иванович Шмальгаузен определили три главных направления прогрессивной эволюции: ароморфоз, дегенерация и идиоадаптация (рис. 42).

Ароморфоз (арогенез). Ароморфоз – это крупное эволюционное изменение, ведущее к общему усложнению организации. Ароморфозы позволяют организмам осваивать принципиально новые местообитания или существенно повышать свою конкурентоспособность в прежних местообитаниях. Они сохраняются в дальнейшей эволюции и приводят к появлению крупных систематических групп, рангом выше семейства.

Один из первых крупнейших ароморфозов – появление эукариотической клетки. Общими ароморфозами для всех царств эукариотов стали появление многоклеточности и полового размножения. В эволюции животных важнейшими ароморфозами можно считать формирование сквозной пищеварительной системы, образование первичной и вторичной полостей тела, замена гладкой мускулатуры (у червей) на поперечно-полосатую (у членистоногих), возникновение замкнутой системы кровообращения, оформление скелета (внутреннего или внешнего), развитие нервной системы, появление теплокровности, живорождения. В качестве примеров крупных ароморфозов в растительном царстве можно привести появление проводящей системы, связавшей части растения в единое целое, формирование семени, появление цветка.

Рис. 42. Схема соотношения между ароморфозом, идиоадаптацией и дегенерацией

Общая дегенерация (катагенез). Общая дегенерация – это эволюционное изменение, ведущее к упрощению организации, к утрате ряда систем и органов. Как правило, дегенерация возникает в связи с переходом организмов к паразитизму или малоподвижному образу жизни. У паразитических ленточных червей нет пищеварительной системы, слабо развита нервная система и органы чувств. Однако взамен у них появляются различные частные приспособления – присоски, крючки, которые помогают им удержаться в кишечнике хозяина. Наиболее прогрессивного развития у паразитов достигает половая система. Например, бычий цепень, паразитирующий в кишечнике человека, за свою жизнь (18–20 лет) образует около 11 млрд яиц. Высокая плодовитость и жизнь под защитой тела хозяина ведёт к процветанию вида-паразита, однако ставит его в тесную зависимость от вида-хозяина.

Паразитизм в природе распространён очень широко у грибов, червей, бактерий и других организмов. Среди растений тоже есть свои паразиты, утратившие способность к фотосинтезу. Повилика – растение семейства Вьюнковые – паразитирует на льне, клевере, картофеле и других растениях. Обвиваясь вокруг растения-хозяина, она внедряет в его ткань «присоски» (гаустории) и питается его соками.

Редукция органов может происходить также при переходе к малоподвижному образу жизни или при резком сужении экологической ниши. Например, потеря зрения у животных, обитающих под землёй (кроты), утрата способности к полёту у ряда птиц и, как следствие, исчезновение киля (киви, страусы) и т. п.

Общая дегенерация – это тупиковый путь специализации. Утраченные органы и системы не могут возникнуть вновь, эволюция не имеет обратного пути. Однако в целом общая дегенерация не исключает процветания вида и поэтому тоже является направлением прогрессивной эволюции.

Идиоадаптация (аллогенез). Идиоадаптации – это конкретные адаптации к определённым специфическим условиям обитания, полезные в борьбе за существование, но не изменяющие общего уровня организации. Идиоадаптации облегчают выживание и повышают конкурентоспособность организмов в данных условиях обитания.

Путём идиоадаптаций в процессе эволюции возникают мелкие систематические группы: виды, роды, семейства.

Появление крыла у птиц является ароморфозом, а форма крыльев и способы полёта – идиоадаптациями; цветок – это крупнейший ароморфоз в эволюции растительного мира, а формы, размеры, окраска цветка – идиоадаптации. Покровительственная окраска животных, плоская форма тела придонных рыб, отличия в строении конечностей у представителей одного отряда млекопитающих – всё это многочисленные примеры идиоадаптаций.

Крайнюю степень приспособления к ограниченным условиям существования называют специализацией. Специализация резко снижает межвидовую конкуренцию, но приводит к тому, что вне этих узких условий организмы жить не могут. Таковы, например, колибри, которые питаются только нектаром тропических цветков, или коалы, питающиеся исключительно побегами и листьями эвкалипта. Специализация снижает эволюционные возможности вида, поэтому если условия жизни меняются, то специализированный вид обычно вымирает.

Зоология

Подтип Личиночно-хордовые (Оболочники) как пример тупиковой ветви эволюции. Оболочники – это многочисленная группа (около 1,5 тыс. видов) исключительно морских организмов, у которых все основные признаки типа хордовых отчётливо выражены только на стадии личинки. Подтип включает несколько классов, основными из которых являются Асцидии, Сальпы, Аппендикулярии. Часть видов ведёт прикреплённый образ жизни (асцидии), другие медленно перемещаются в толще воды (сальпы, аппендикулярии). Живут оболочники поодиночке или образуют колонии.

Форма тела мешковидная или бочкообразная. Снаружи тело оболочников покрыто толстой оболочкой – туникой, которую выделяют клетки эпителия. У асцидий в состав туники входит вещество, сходное с целлюлозой растений. Питаются пассивно, фильтруя большое количество воды. Кровеносная система незамкнутая, лакунарного типа. Выделение происходит через всю поверхность тела. Гермафродиты размножаются как половым, так и бесполым путём (почкованием). Оплодотворение наружное, перекрёстное. У асцидий из оплодотворённых яиц развиваются личинки, активно плавающие в толще воды.

До работ А. О. Ковалевского, изучавшего эмбриональное развитие представителей различных групп животных, оболочников относили к беспозвоночным животным. Исследования А. О. Ковалевского доказали, что оболочники относятся к типу хордовых.

Свободноплавающая личинка асцидии похожа на головастика и имеет все признаки хордовых животных. Она состоит из туловища и хвоста. В хвосте находится хорда, над ней нервная трубка, в переднем расширении которой расположен орган равновесия и примитивный глазок. Глотка пронизана жаберными щелями. Жизнь личинки очень короткая. Спустя примерно сутки она оседает на дно и головным концом прикрепляется к субстрату. Её дальнейшее развитие – пример регрессивного метаморфоза. Хвост и вместе с ним хорда исчезают. Большая часть нервной трубки вместе с органами чувств исчезает, оставшаяся часть превращается в одиночный ганглий. Глотка расширяется, ротовое и анальное отверстия перемещаются наверх, образуя два сифона. Тело приобретает типичный для взрослой особи мешковидный облик.

Предполагают, что оболочники довольно рано обособились от примитивных малоподвижных хордовых животных, постепенно перейдя к неподвижному или малоподвижному образу жизни. Защитная оболочка (туника), хорошо развитый фильтрационный аппарат, бесполое размножение почкованием, подвижная личинка обеспечили им успех в борьбе за существование и позволили занять свою экологическую нишу. Многочисленные обитатели морей и океанов – оболочники играют важную роль в морских биоценозах.