Организация живой материи на популяционном уровне

Организация живой материи на популяционном уровне
Адаптивная способность организмов существенно увеличивается на надорганизменном уровне. Наряду
с индивидуальными приспособлениями у организмов формируются групповые приспособления.
Совокупность особей одного вида, обладающих сходными морфологическими и физиологическими
признаками, заселяющих определенную территорию ареала вида и свободно скрещивающихся между
собой, называется популяцией.
Особенности каждой популяции определяются природой вида, миграцией особей, источниками
питания, климатическими факторами, внутри- и межвидовыми связями, уровнем приспособленности
организмов и др.
Для классификации популяций используют различные критерии, например:
• По площади занимаемой территории:
а) географические популяции – группы, которые занимают большие территории и являются результатом
адаптации к климатическим и ландшафтным факторам;
б) экологические популяции – группы, населяющие относительно небольшие территории и находящиеся
под влиянием определенных факторов окружающей среды;
в) биотопы – группы, занимающие ограниченные территории и зависимые от соседствующих популяций.
• По типу размножения:
а) панмиктические популяции – особи размножаются половым путем, свободно скрещиваясь между
собой;
б) популяции-клоны – особи размножаются бесполым способом;
в) клоно-панмиктические популяции – особи размножаются как половым, так и бесполым путем.
• По способности размножаться:
а) постоянные популяции – продолжительность их существования не зависит от потока особей извне;
б) временные популяции – продолжительность их существования зависит от миграции особей.
• По размерам:
а) малые популяции;
б) большие популяции;
в) суперпопуляции.
• По пространственной структуре:
а) диффузные популяции – особи разбросаны по ареалу, не образуют скоплений, благодаря достаточному
количеству пищи и благоприятным условиям для размножения (млекопитающие в открытых
местах);
б) мозаичные популяции – особи распределены по ареалу в зависимости от наличия источников питания,
убежища и др. Популяции могут переходить из диффузной формы в мозаичную и наоборот.
в) пульсирующие популяции – распределение особей зависит от их численности, которая, в свою очередь,
определяется условиями жизни;
г) цикличные популяции – распределение особей в зависимости от сезона, определяющего их миграцию
(у некоторых рыб, птиц, млекопитающих).
В отличие от индивидуальной организации, популяции представляют собой более сложные сообщества,
для которых характерны определенные черты.
Отличительные черты популяций
1. Ареал – специфическая область, занимаемая особями данной популяции.
В пределах ареала размеры популяции определяются многими факторами, среди которых: степень
перемещения особей, источники пищи и др. Например, некоторые животные (олени, бизоны, дикие
утки) в определенные периоды года могут перемещаться на сотни и тысячи километров, в то время как
другие организмы (большинство растений, кораллы, актинии) не меняют исходного ареала.
4. Экология и охрана окружающей среды 127
Выбор территории популяции зависит от определенных географических факторов (реки, горные
цепи, болота), источников пищи, специализации организмов и др.
2. Численность – общее количество особей на одной территории.
Численность популяции зависит от различных факторов, среди которых: особенности вида, источники
пищи, забота о потомстве, адаптивность организмов, сезонные изменения, плодовитость организмов
и др. Некоторые популяции состоят из нескольких десятков особей (например, популяции львов), а
другие исчисляются тысячами (например, популяции рыб, насекомых).
3. Плотность популяции – число особей на единицу площади или объема среды.
Она отражает соотношение между численностью и ареалом популяции. Плотность популяции измеряется
в количестве особей или биомассе на единицу площади (км2, га) или объема (м3).
4. Рождаемость – количество особей, родившихся в определенный промежуток времени.
Она может быть:
- абсолютной – общее число родившихся особей;
- относительной – среднее изменение численности популяции по отношению к одной особи в определенный
период времени.
На рождаемость оказывают влияние: соотношение полов, число взрослых особей, длительность
жизненного цикла, соотношение между репродуктивным периодом и продолжительностью жизни, плодовитость
организмов (например, сельдь откладывает до 40 тыс. икринок, сом – до 1500, а акула – всего
несколько штук), забота о потомстве, климат, наличие хищника и др.
5. Смертность – количество особей, умерших в определенный промежуток времени.
Смертность является характеристикой, противоположной рождаемости, но зависит от тех же факторов
среды. Причиной массовой гибели в популяции могут быть хищники, паразиты и различные
инфекционные болезни. Частота смертности неодинакова на различных этапах онтогенеза. Наиболее
уязвимыми являются детеныши, в то время как взрослые особи более устойчивы и приспособлены к
условиям окружающей среды.
6. Численный рост популяции – соотношение между рождаемостью и смертностью; может быть
положительным или отрицательным.
7. Темпы роста – среднее количественное прибавление в единицу времени.
Темпы роста популяций варьируют от вида к виду. Графически темпы роста можно представить в
виде кривой, которая включает период адаптации, период экспоненциального роста и период покоя.
Если рождаемость не превышает смертность, это может поставить под угрозу существование данной
популяции.
8. Половая структура – соотношение между особями мужского и женского полов в популяции.
Пол организмов также является генетически обусловленным признаком и, как правило, соотношение
полов в популяции составляет 1:1. Однако в природе соотношение полов зависит не только от генетических
закономерностей, но и от факторов внешней среды. Оно может изменяться в сторону преобладания
самок (например, у ондатры, фазана, синицы) или самцов (например, у пингвинов, летучих мышей).
9. Возрастная структура – соотношение между особями разного возраста; определяется биологическими
особенностями вида, действием факторов внешней среды.
Популяция, которая содержит особи всех возрастных категорий, называется полной популяцией, а в
случае отсутствия особей какого-либо возраста – неполной.
Полные популяции характеризуются стабильностью, независимостью и высоким уровнем саморегуляции.
Особая роль в популяции принадлежит особям, достигшим половой зрелости и способным
к размножению. Путем воспроизведения обеспечивается восстановление и поддержание численности
популяции.
10. Экологическая структура популяции отражает связи между особями одной популяции.
В зависимости от особенностей поведения животных различают несколько способов жизни:
- изолированный – особи популяции изолированы друг от друга; характерен только для некоторых
этапов жизненного цикла, т. к животные не могут существовать изолированно долгое время;
128 4. Экология и охрана окружающей среды
- семейный – в пределах популяции устанавливаются взаимоотношения между родителями и их
потомством (например, у ряда птиц, львов);
- колониальный – характеризуется образованием многочисленных колоний животных (например,
у ворон, чаек, ласточек, пчел, муравьев, термитов);
- групповой – временные сообщества, которые отличаются особой биологической организацией,
необходимой для защиты от врагов, ориентации в пространстве, миграции, добычи пищи. Встречается
в косяках рыб, стаях птиц, волков и др.;
- стадный – длительные и стабильные сообщества животных, которые обеспечивают выполнение
главных жизненных функций (защита от врагов, размножение, добыча пищи, воспитание потомства
и др.). В стаде устанавливаются взаимоотношения превосходства–подчинения, решающую
роль при этом играют такие факторы, как физическое превосходство, жизненный опыт (например,
у павианов, куланов, антилоп).
Организация индивидов в популяции обеспечивает более высокий уровень адаптации к условиям
окружающей среды. Динамическое равновесие в популяции поддерживается благодаря популяционному
гомеостазу как результату сложных внутривидовых и межвидовых взаимоотношений.

Организация живой материи на индивидуальном уровне

Организация живой материи на индивидуальном уровне
Жизнь может существовать на различных уровнях организации. Элементарный уровень организации
живой материи представлен особью (организмом). Разнообразные связи организма с внешней
средой обеспечивают его существование. Ни один организм не может существовать независимо от факторов
среды. Пространство, в котором живет организм, и комплекс экологических факторов, влияющих
на него, образуют среду обитания.
Под действием факторов внешней среды организмы развивают целую серию приспособлений, обеспечивающих
их выживание в конкретных условиях среды обитания. Морфологический тип адаптации
растения или животного к основным факторам окружающей среды определяет жизненную форму организма.
Например, одним из критериев классификации жизненных форм растений является расположение
почек по отношению к поверхности почвы (К. Раункиер). На основе этого признака выделяют 5
типов жизненных форм растений.
1. Фанерофиты – почки расположены на расстоянии более 30 см от поверхности почвы; в зависимости
от высоты растения, структуры стебля, степени развития листьев в этой группе выделяют 15
подтипов (например: деревья, крупные кустарники и др.);
2. Хамефиты – растения с относительно низко расположенными почками, зимой покрываемыми
снегом, на высоте не более 30 см; включает 4 подтипа;
3. Гемикриптофиты – растения с почками, расположенными на поверхности почвы (одуванчик);
включает 3 подтипа;
4. Криптофиты – растения с почками, расположенными ниже уровня почвы или воды (тюльпан,
лотос); включают 7 подтипов;
5. Терофиты – растения, не имеющие почек, т. е. однолетники, зимующие в форме семян.
Организация живой материи на индивидуальном уровне
Место обитания Климатические факторы Межвидовые связи
Источник питания Организм Внутривидовые связи
4. Экология и охрана окружающей среды 125
Эта классификация, хотя и принята большинством ученых, не является достаточно полной. Она
не отражает разнообразия растений по другим признакам. Учитывая тот факт, что каждый организм
подвергается действию различных факторов среды, многообразие жизненных форм намного шире
(например, по наличию органов, жизненному циклу и др.).
Как и растения, животные также отличаются разнообразием жизненных форм. Морфология животных,
в значительной степени, обусловлена условиями среды обитания. Существуют наземные, подземные,
воздушные и водные животные.
Эта классификация животных является очень общей и не отражает многочисленных переходных
форм. В пределах каждой таксономической группы выделяют различные жизненные формы, учитывая
условия их обитания. Например, различают следующие формы птиц: лесные птицы; птицы полей и степей;
прибрежные птицы; водоплавающие птицы.
Таким образом, условия обитания определяют особенности жизненных форм растений и животных.

Уровни интеграции и организации живой материи

Уровни интеграции и организации живой материи
Жизнь на Земле является результатом длительного процесса эволюции и существует в виде живых
организмов, для которых характерны следующие особенности:
• организация – построение комплекса элементов, взаимодействующих друг с другом и подчиняющихся
целому (совокупность органов, участвующих в пищеварении, образует пищеварительную систему;
совокупность жизненно важных систем составляет организм);
• структура – способ внутренней организации системы, в которой устанавливаются определенные
связи (например, каждая составная часть пищеварительной системы – ротовая полость, желудок, кишечник,
печень – имеют определенное строение; каждый организм характеризуется определенным
строением, обусловленным уровнем организации);
• функция – активность структурного элемента, направленная на поддержание целостности (каждый
орган пищеварительной системы выполняет одну или несколько функций, обеспечивающих расщепление
питательных веществ; каждая система органов выполняет определенную функцию, обеспечивающую
существование организма).
Для живой материи характерны уровни интеграции и уровни организации.
Уровни интеграции отражают определенные качества материи. Они представлены как неживыми
системами (атомы, ионы, молекулы), так и живыми системами (клетки, ткани, органы). На этих уровнях
жизнь можно исследовать, хотя она не существует самостоятельно, т. к. не наблюдаются все свойства
живого. К этим уровням относятся:
• молекулярный уровень – представлен макромолекулами (ДНК, белки) в пределах одной клетки;
• клеточный уровень – представлен различными типами клеток в рамках ткани;
• тканевой уровень – представлен разными типами тканей в органе;
• органный уровень – представлен разными органами в рамках организма.
Изолированные культуры клеток и тканей можно поддерживать вне организма (in vitro) длительное
время. Однако эти системы не могут существовать независимо, т. к. не обладают всеми свойствами живого
(например, саморегуляцией, самовоспроизводством и др.)
Уровни интеграции важны в организации жизни, но только те из них, которые имеют универсальный
характер, составляют уровни организации. Для них характерна специфическая организация,
свойственная только биологическим системам, проявляющим все свойства живой материи.
Уровнями организации живой материи являются следующие:
• индивидуальный уровень – представлен отдельными особями, одноклеточными (амеба, инфузория-
туфелька, хлорелла и др.) и многоклеточными (горох, картофель, волк, обезьяна и др.);
• популяционный уровень (или видовой)
– представлен популяцией из особей
или другими формами существования
вида (прайд у львов, косяк у рыб,
табун у лошадей);
• биоценотический уровень – представлен
различными биоценозами (водными,
наземными и др.);
• биосферный уровень – представлен
биосферой Земли, в основе существования
которой лежат биогеохимические
круговороты материи и энергии.
Уровни интеграции и организации живой материи
Органный уровень
Тканеый уровень
Молекулярный
уровень
Клеточный уровень
Индивидуальный уровень
Популяционный уровень
Биоценотический уровень
Биосферный уровень
4. Экология и охрана окружающей среды 121
Жизнь обеспечивается основными свойствами живых организмов:
1. Генетическая программа
Это совокупность генетической информации, накопленной в ходе эволюции и обеспечивающей
существование вида в определенных условиях окружающей среды. Эта информация хранится и реализуется
при участии нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). Точные механизмы реализации генетической
программы обеспечивают непрерывность и преемственность особи, вида и т. д.
Программы делятся на:
а) программы, обеспечивающие существование самих организмов (добыча пищи, защита от врагов,
адаптация к факторам среды);
б) программы, обеспечивающие существование структурных элементов организмов (программы
клеточных органоидов, клеток, тканей и т. д.);
в) программы, обеспечивающие более высокий уровень развития, иногда во вред отдельным механизмам
(некоторые виды рыб мигрируют во время нереста и погибают после этого, служа кормом
для мальков).
2. Самовоспроизводство
Самовоспроизводство заключается в способности живых организмов производить себе подобных.
Организмы размножаются двумя основными путями: бесполым (фрагментами мицелия, почкованием,
спорами, видоизмененными корнями и стеблями) и половым (при слиянии специализированных
клеток – гамет). При бесполом размножении обычно образуются идентичные потомки, в то
время как потомство, полученное при половом размножении, отличается разнообразием и сочетает
признаки обоих родителей.
Тип размножения зависит от многих факторов: уровня развития организма, длительности жизненного
цикла, пролиферативности, адаптации к условиям среды и др.
3. Целостность
Это свойство живых организмов обеспечивает их существование как целостной системы во взаимодействии
с внешней средой. При этом индивидуальность каждого из элементов этой системы
сохраняется. Например, организм человека – это целостная система, состоящая из органов, выполняющих
разные функции. Биоценоз также функционирует как целостная система благодаря своим
основным элементам: продуцентам, консументам и редуцентам.
4. Гетерогенность
Гетерогенность обеспечивает структурное и функциональное разнообразие биологических систем.
Являясь единым целым, каждая биологическая система состоит из многочисленных идентичных
или различающихся элементов, которые обеспечивают ее существование. Гетерогенность
способствует адаптации системы, независимо от уровня ее организации (разнообразие органов растений
и животных; возрастное и половое разнообразие в популяции).
Гетерогенность определяет установление динамического равновесия. Исходя из этого, гетерогенность
не может быть абсолютной.
5. Динамическое равновесие
Динамическое равновесие биологических систем обусловлено непрерывным обменом материи и
энергии с окружающей средой, в результате чего обеспечивается постоянное самообновление. Оно
сочетает в себе две противоположные характеристики – стабильность и изменчивость.
Данное свойство обеспечивает организацию биологических систем за счет уменьшения энтропии.
6. Саморегуляция
На разных уровнях организации живой материи существуют различные механизмы саморегуляции,
в основе которых лежит принцип обратной связи (fееdback). На индивидуальном уровне саморегуляция
находится под контролем нервной и эндокринной систем, а на уровне биоценоза обеспечивается
трофическими связями.
122 4. Экология и охрана окружающей среды
7. Информационный характер
Живая материя имеет информационный характер, т. е. способна принимать, хранить и передавать
информацию в рамках биологической системы. В передаче этой информации участвуют различные
стимулы:
а) физические – звуки (у дельфинов), цвета (у рыб, пресмыкающихся) и др.;
б) химические – привлекающие и/или отпугивающие вещества (у насекомых, пресмыкающихся,
млекопитающих);
в) биологические – поведенческие реакции (особенно в брачный период у млекопитающих, птиц,
рыб, насекомых).
Восприятие информации зависит от уровня организации живых систем. Обычно информация
передается с избытком, т. к. не вся она достигает места назначения.
8. Завершенность ответов
Живые организмы способны адекватно отвечать на меняющиеся условия среды, что позволяет
им приспособиться к этим условиям.

Эволюция человека

Эволюция человека
Эволюция человека (антропогенез) отличается от других эволюционных учений. Проблема происхождения
человека существует тысячелетия и пока не нашла своего окончательного решения. Согласно
концепции креационизма, человек создан некой сверхъестественной силой в определенный момент времени.
Еще в древние века были предприняты попытки объяснить происхождение человека на материальной
(научной) основе. Например, Анаксимандр и Эмпедокл считали, что люди произошли из земли.
Аристотель, изучив строение тела человека, пришел к заключению, что человек относится к царству
животных, и дал ему название zoon politicon. С открытием ряда сходств в строении тела человека и обезьяны
римским врачом и анатомом Клавдием Галеном и с появлением подробного описания строения
шимпанзе, сделанным английским анатомом Эдвардом Тайсоном (1699), стало очевидным включение
человека в состав царства животных. С углублением знаний о человеке и других организмах эта концепция
получила все большее распространение.
Карл Линней, выдающийся шведский ученый-натуралист, автор первой системы классификации
живого мира, расположил человека рядом с человекообразными обезьянами, отведя ему отдельный
род – род Homo.
Итак, согласно современной концепции человек занимает следующее систематическое положение:
Царство: Animalia – гетеротрофные организмы с голозойным питанием
Подцарство: Metazoa – многоклеточные животные
Тип: Chordata – животные с хордой
Подтип: Vertebrata (Craniata) – позвоночные
Надкласс: Tetrapoda – четвероногие
Класс: Mammalia – млекопитающие
Подкласс: Eutheria – плацентарные млекопитающие
Отряд: Primates – млекопитающие с хорошо развитым головным мозгом и конечностями хватательного
типа
Семейство: Hominidae – организмы с большим головным мозгом; для них характерно прямохождение
Род: Homo – человек с плоским лицом и выступающим подбородком
Вид: Homo sapiens – человек разумный
Факторы, обеспечившие эволюцию человека, можно разделить на:
1. Биологические факторы
• наследственность – обеспечивает сохранение наследственных признаков и передачу их потомству;
определяет существование человека как вида;
• изменчивость – обеспечивает появление новых признаков в меняющихся условиях среды; определяет
адаптацию человека к условиям жизни;
• естественный отбор – обеспечивает отбор наиболее приспособленных особей в меняющихся условиях
среды; обусловливает выживание наиболее приспособленных из них;
• борьба за существование – обеспечивает существование человека во взаимоотношениях с другими
организмами, которые могут быть конкурентными, нейтральными или неконкурентными; определяет
адаптивность человека;
• половой отбор – обеспечивает половой диморфизм в человеческой популяции; поддерживает соотношение
по полу 1:1;
• упражнение – обеспечивает развитие или упрощение некоторых органов в зависимости от их использования
или неиспользования; определяет преимущества некоторых органов в борьбе за существование;
• размножение – обеспечивает передачу признаков потомкам и появление новых признаков в результате
новых сочетаний генов.
2. Социальные факторы
• способность изготавливать орудия труда – обеспечивает постоянное физическое и умственное совершенствование
человека;
• социальная организация – обеспечивает совершенствование человека на основе достижений окружающих
его людей (общества);
• членораздельная речь – обеспечивает накопление опыта в результате речевого общения людей;
3. Эволюция организмов на Земле. Эволюция человека 113
• сознание – обеспечивает осмысливание и
отражение реальности и прогнозирование
адекватного поведения.
Из сказанного можно заключить, что человек
является биосоциальным существом.
В настоящее время физическая эволюция
человека в целом завершена, однако продолжается
эволюция в социальном, экономическом
и культурном планах.
Согласно эволюционной концепции, человекообразные
обезьяны и человек произошли
от общего предка (дриопитека) около
30 млн лет назад.
Предполагают, что в эволюции человека
были и побочные ветви:
• Рамапитеки, гигантские обезьяны и ав-
стралопитеки – около 1,5–5 млн лет назад.
Предполагают, что австралопитеки
жили в безлесных степных просторах, вблизи
водоемов. Они имели мощные челюсти и
зубы и питались преимущественно мясной
пищей. Большинство антропологов считают,
что австралопитеки являлись промежуточной
ступенью между человекообразными
обезьянами и человеком.
• Питекантропы и синантропы – около
550 тыс. лет назад.
Они принадлежат одной и той же ископаемой
группе и представляют первый этап в эволюции человека – древнейшие люди. Наряду с питекантропами
и синантропами в эту группу входят гейдельбергский человек, человек умелый и др.
Древнейшие люди внешне уже походили на современного человека, хотя отличались низким покатым
лбом, большими надбровными дугами, отсутствием подбородочного выступа. Объем мозга варьировал
от 680 см3 (у человека умелого) до 1050 см3 (у синантропа).
Однако, определяющим фактором, который позволил древнейшим людям отделиться от человекообразных
обезьян и начать собственную эволюционную линию стала их способность изготавливать
орудия труда. Сначала эти орудия были примитивными, но со временем они становились все сложнее
и разнообразнее.
Древнейшие люди распространились по всему Старому Свету. Они жили в пещерах, вели стадный
образ жизни, пользовались огнем, изготавливали орудия труда из камня и кости.
• Неандертальцы – 200 тыс. лет назад.
Неандертальцы относятся к древним людям. Для них характерны: массивное тело, рост до 155 см,
удлиненный череп с объемом мозга 1300–1600 см3. У них еще сохраняются надбровные валики, относительно
низкий лоб, массивная нижняя челюсть.
По Т. Эдингеру, мозг неандертальцев уже напоминает мозг человека, но еще сохраняются некоторые
примитивные признаки. Он более узкий в передней своей части и шире – в задней. Особенностью является
неравномерное развитие полушарий мозга, что приближает неандертальцев к людям современного
типа. Извилины немногочисленны и слабо развиты.
Около 35 тыс. лет назад в Европе появились первые люди современного типа – кроманьонцы. Обнаружение
кроманьонца (в 1868 г. во Франции, неподалеку от городка Лес-Эзи) выявило наличие общих
характеристик, в большой степени соответствующих Homo sapiens. Они отличались высоким ростом
(около 180 см) и большим объемом головного мозга (в среднем 1600 см3). Для них были характерны высокий
лоб, развитый подбородочный выступ, членораздельная речь.
Наиболее существенные изменения в ходе эволюции человека представлены в схеме на с. 114.
Возможный эволюционный путь человека
ДРИОПИТЕКИ
Ponginae
Современные человекообразные
обезьяны:
орангутан, горилла,
шимпанзе
Homo erectus erectus
(Pithecanthropus erectus)
Homininae
Рамапитеки
Гигантские обезьяны Австралопитеки
Человек умелый
Homo erectus habilis
Синантропы
Человек
Гейдельберга
Неандертальцы
Кроманьонцы
Homo sapiens fosilis
Человек разумный
Homo sapiens sapiens
Древневенгерский
человек
114 3. Эволюция организмов на Земле. Эволюция человека
Изменения в ходе эволюции человека
Использование
различных
орудий
труда
(из камня
и других
металлов)
Объем мозга
Способ передвижения
Анатомические
особенности
Люди современного
Дриопитеки Австралопитеки Древнейшие люди Древние люди типа
(350 cм3 ?)
?
450 cм3 750 cм3
Более 4 000 000 лет 3 000 000 лет
850 cм3
1100 cм3
1 500 000 лет
1400 cм3
Несущественные
изменения
Несущественные
изменения
Несущественные
изменения
90 000 лет
Несущественные
изменения
Несущественные
изменения
Несущественные
изменения
Несущественные
изменения
35 000 лет
Древесина?
Существуют две теории о центрах происхождения человека – моноцентрическая и полицентриче-
ская. Согласно моноцентрической теории, центром происхождения человека является Центральная
Африка, т. к. именно здесь найдено большинство промежуточных форм эволюции человека. Отсюда
человек расселился через Азию в другие части Земли.
Исходя из второй теории – полицентрической – существует несколько центров происхождения человека
на Земле. Свидетельством этого могут служить различные цивилизации высокого уровня развития,
существующие в разных частях нашей планеты практически в одно и то же время.
Большинство ученых считает, что в настоящее время на Земле существуют разные популяции одного
и того же вида – Homo sapiens. Он является полиморфным и состоит из различных рас.
Расы – это большие группы людей, отличающиеся некоторыми физическими признаками (например,
чертами лица, цветом кожи, глаз и волос, формой волос).
В современном человечестве выделяют три основные расы:
1. Европеоидная – характеризуется узким лицом, сильно выступающим носом, мягкими волосами;
цвет кожи варьирует от очень светлого до смуглого; к ней относятся представители коренного населения
Европы, Южной Азии и Северной Африки.
Европеоидная раса подразделяется на подрасы: северную, восточно-европейскую, средиземноморскую,
альпийскую и др.
2. Монголоидная – отличается плоским широким крупным лицом, узким разрезом глаз, жесткими
прямыми волосами, смуглым цветом кожи; к ней относятся представители коренного населения Центральной
и Восточной Азии, Индонезии, Сибири.
3. Негроидная – характеризуется темным цветом кожи, курчавыми волосами, темными глазами и
широким и плоским носом; в ней выделяют две ветви – африканскую и австралийскую.
Расы человека возникли как результат географической и социально-культурной изоляции. В ходе
тысячелетней истории древние популяции и группы людей распространились по всему свету, контактируя
друг с другом.
3. Эволюция организмов на Земле. Эволюция человека 115
• Дайте определения понятиям: антропогенез, центр происхождения, неантропы.
• Заполните в тетради таблицу.
Таксоны Название таксономической
группы Характеристики
Царство Animalia Эукариотические клетки без клеточной стенки,
пластид и фотосинтезирующих пигментов.
Тип Chordata ...
Подтип ... Наличие позвоночника
... ... Вскармливание детеныша материнским молоком
... Primates Хорошо развитый головной мозг
Семейство ... Большой мозг, прямохождение
... ... Высокий лоб, сглаженные надбровные складки,
развитый подбородочный выступ
Следует отметить, что с точки зрения интеллектуальных способностей все расы одинаковы и подвержены
эволюции в равной степени. Представители разных рас встречаются, создают семьи и имеют
детей. В настоящее время, благодаря миграциям и процессам глобализации, происходит смешение
различных рас.

Направления эволюции

Направления эволюции
Как известно, биологическая эволюция – общепризнанный факт. Но каков ее финальный результат?
Ж. Б. Ламарк считал, что результатом эволюции является повышение уровня организации организмов
(градация) и появление дивергентности типов организации. Согласно Ч. Дарвину, эволюция приводит к
повышению уровня приспособленности организмов. Русский ученый А. Н. Северцов на основе сравнительного
анализа пришел к заключению, что эволюция приводит к биологическому прогрессу, который
может быть ограниченным (в пределах систематической группы) и неограниченным (эволюция человека).
Вид находится в состоянии биологического прогресса, если соблюдаются следующие условия:
• увеличение числа особей в пределах уже существующей популяции;
• расширение исходного ареала вида;
• прогрессивная дифференцировка и увеличение количества таксономических групп.
Биологический прогресс вида может быть достигнут следующими путями:
1. Ароморфоз – это морфофизиологический прогресс, т. е. возникновение в ходе эволюции признаков,
существенно повышающих уровень организации большой группы организмов.
Ароморфозы характерны для крупных таксономических групп – семейства, порядка, класса, царства.
Примерами ароморфозов являются: возникновение фотосинтеза у растений; выход растений на
сушу; появление цветка и семян у покрытосеменных; половое размножение у растений и/или животных;
развитие билатеральной симметрии у животных; четырехкамерное сердце у птиц и млекопитающих и др.
2. Идиоадаптация представляет собой морфофизиологический прогресс, характерный для мелких
систематических групп, и является результатом действия факторов внешней среды. Другими словами,
идиоадаптации – это приспособление организмов к окружающей среде на основе мелких изменений,
открывающее перед ними возможность прогрессивного развития без принципиальной перестройки их
биологической организации. У живых организмов встречаются различные типы специализации:
– специализация по типу питания (у крабов, тутового шелкопряда и др.);
– специализация путем сверхразвития и достижения гигантских размеров (динозавры; насекомые каменноугольного
периода с размахом крыльев до 1,5 м; земноводные пермского периода, достигающие
до 5–7 м; некоторые современные нематоды, обитающие на дне океана, размеры которых около 8 м);
– специализация путем утраты ароморфозов предков (паразитические черви, у которых отсутствуют
некоторые жизненные системы);
– специализация к определенным условиям обитания (строение корня, цветка, семян у растений; структура
конечностей у животных).
3. Дегенерация – это морфофизиологический регресс, который приводит к упрощению организации
в результате действия факторов среды.
Исчезновение некоторых органов, а иногда и целых систем органов, является следствием паразитического
образа жизни. Например, отсутствие листьев у повилики, утрата пищеварительной, дыхательной
и кровеносной систем у паразитических червей.
Следует отметить, что морфофизиологический регресс и упрощение организации организмов не исключают
биологического прогресса у этих организмов.
Пути биологического прогресса взаимозависимы по следующим причинам:
• Каждый вид в пределах обитания, определенных факторами окружающей среды, приспосабливается
к определенным условиям жизни;
• Реорганизация уже существующих форм может быть результатом как морфофизиологического
прогресса, так и регресса;
• Организмы, однажды вступив на новый путь развития, приспосабливаются к новым условиям
жизни.
Биологическая эволюция отличается неспециализированным характером исходных групп. Новые
эволюционные линии берут начало от таксонов, не имеющих глубокой специализации, а отличающихся
лишь общими признаками. В зависимости от особенностей развития различают несколько
типов эволюции – монофилетическая, парафилетическая и полифилетическая.
3. Эволюция организмов на Земле. Эволюция человека 111
Возникновение и развитие новых систематических групп происходит несколькими путями:
а) дивергенция – расхождение признаков в процессе эволюции, приводящее к появлению новых
форм, происходящих от общего предка.
Среди основных причин дивергенции можно
выделить различия по экологическим нишам;
конкуренцию между различными группами организмов
и др.;
б) параллелизм – появление сходных признаков
на основе общности организации.
Он устанавливается в случае завершения дивергентности
и адаптации к определенным стабильным условиям жизни;
в) конвергенция – независимое возникновение сходных признаков у организмов, не родственных
друг другу, как результат адаптации к сходным условиям обитания (см. схему).
Конвергенция основана на развитии сходных приспособлений (особенно к абиотическим факторам
среды), но не может в итоге приводить к перекрыванию или объединению различных систематических
групп (например, конвергенция формы тела акулы и дельфина).
В заключение следует отметить, что биологическая эволюция очень разнообразна и зависит от целого
ряда факторов. Но всё же она необратима, т. к. ни один организм не может вернуться к исходному
состоянию предков. Это следует учитывать для разумного и эффективного использования природных
богатств.

Факторы эволюции: взаимодействие организмов с окружающей средой и естественный отбор

Факторы эволюции: взаимодействие организмов
с окружающей средой и естественный отбор
Эволюция организмов обусловлена их взаимодействиями с факторами среды. Ч. Дарвин назвал это
взаимодействие борьбой за существование и считал его основным действующим механизмом естественного
отбора.
Борьба за существование отражает взаимодействие организмов со средой и включает в себя не только
конкурентные связи (как кажется по названию), но и связи нейтральные и взаимовыгодные (симбиоз).
Борьба за существование имеет ряд особенностей, среди которых:
• пролиферативность организмов – чем выше скорость размножения особи, тем острее конкуренция
и интенсивнее гибель;
• скорость удаления организмов из популяции – делает борьбу более острой;
• плотность популяции – перенаселение является одной из основных причин борьбы за существование;
• возраст организмов – более молодые особи погибают, как правило, быстрее;
• относительная приспособленность организмов – любая адаптация выгодна организму в определенных
(неменяющихся) условиях среды;
Борьба за существование является основной причиной естественного отбора, она определяет направление
и ход эволюции. В зависимости от факторов среды можно выделить следующие формы борьбы
за существование:
1. борьба с абиотическими факторами (механическими, физическими, химическими);
2. борьба с биотическими факторами (с другими организмами):
2.1. внутривидовая борьба – с другими организмами данного вида;
2.2. межвидовая борьба – с организмами других видов.
В природных условиях факторы среды взаимодействуют одновременно и не могут быть разделены.
Под действием абиотических факторов как животные, так и растительные организмы приобрели различные
приспособления (см. таблицу).
Приспособление растений и животных к абиотическим факторам
Абиотические
факторы Приспособления растений Приспособления животных
Высокая
температура
модификация листьев (колючки) и стебля
(суккулентов), удлинение корней, сокращение
интенсивности транспирации и др.
термоизоляция путем образования полостей
(у насекомых), удлинение конечностей,
светлая окраска, зарывание в песок, ночной
образ жизни и др.
Низкая
температура
небольшие размеры, обезвоживание тканей,
накопление холодозащитных веществ,
опадание листьев, замедление метаболических
процессов и др.
обезвоживание тканей, повышение осмотического
давления в тканях, накопление
жира, спячка и др.
Пониженная
влажность
удлинение корня, сокращение транспирации,
восковой налет на листьях, преобразование
листьев в колючки, повышение
осмотического давления в клетках, суккулентные
стебли и др.
непроницаемость кожного покрова, редуцирование
потовых желез, сокращение объема
выделяемой с мочой воды, использование
метаболической воды, ночной образ жизни,
зарывание в песок, летний покой и др.
Свет
специализация растений в короткодневные
и длиннодневные, специализация фотосинтетического
аппарата, ритмичность
устьиц и др.
развитие специальных светочувствительных
органов, различная окраска, чередование
дневного и ночного образа жизни и др.
3. Эволюция организмов на Земле. Эволюция человека 107
К биотическим факторам относятся отношения между различными организмами. Они могут быть
нейтральными (0), положительными (+) и отрицательными (-). Различают следующие типы межвидовых
отношений:
• нейтрализм (00) – не оказывает прямого влияния ни на один из видов (например, сосуществование
белок и птиц в лесу);
• конкуренция (--) – борьба за общие источники питания и ресурсы (волк и лиса);
• аменсализм (0-) – взаимоотношения не являются обязательными ни для одного из видов, но в ходе
взаимодействия продукты метаболизма одного организма ингибируют развитие другого;
• паразитизм (+-) – отношения с положительным эффектом для паразита и отрицательным – для
хозяина (аскарида и человек);
• хищничество (+-) – связь, аналогичная паразитизму, отличие в том, что хищник, как правило, убивает
свою жертву (волк и заяц);
• комменсализм (+0) – комменсал живет за счет другого организма, не нанося ему при этом вреда
(E. coli в кишечнике человека);
• протокооперация (++) – взаимовыгодные для обоих видов отношения, но не обязательные для них
(крабы и актинии);
• мутуализм (++) – положительные и обязательные для обоих видов отношения (микоризные грибы
и корни деревьев, клубеньковые бактерии и бобовые растения, цветковые растения и опыляющие
их насекомые).
Адаптация организмов в ходе взаимодействия с абиотическими и биотическими факторами определяется
естественным отбором.
Естественный отбор – это процесс, в результате которого выживают и оставляют потомство самые
приспособленные к условиям жизни особи. Естественный отбор определяет направление эволюции организмов.
В результате естественного отбора:
• возникают организмы с новыми адаптивными признаками;
• устраняются из популяции организмы с признаками, потерявшими свою адаптивную ценность в
новых условиях жизни;
• сохраняются организмы, подтвердившие свою адаптивность в данных условиях среды.
Эффективность естественного отбора можно определить по коэффициенту отбора (s):
s = ,
p1 – p
p1 – pp1
где р – частота аллеля в первом поколении; р1 – частота аллеля во втором поколении.
Коэффициент отбора отражает избирательное преимущество гена, определяющего данный признак.
Естественный отбор является векторным (направленным) процессом, для которого характерны следующие
показатели:
1) исходная точка – признак, на основе которого осуществляется отбор в популяции;
2) величина – определяется коэффициентом отбора;
3) направление – определяется особенностями борьбы за существование.
В настоящее время выделяют три основных формы естественного отбора (см. схему).
1. Движущий отбор (направляющий)
• происходит в меняющихся условиях среды;
• отбираются организмы, приспособленные к действию данного фактора;
• устраняются из популяции организмы, не приспособленные к изменяющимся условиям среды;
• под действием движущего отбора изменяется генетическая структура популяции.
Примером этой формы отбора является индустриальный меланизм у березовой пяденицы. Связанное
с развитием промышленности загрязнение окружающей среды привело к появлению и преобладанию
бабочек черного цвета.
108 3. Эволюция организмов на Земле. Эволюция человека
2. Стабилизирующий отбор
• происходит в стабильных условиях среды, не меняющихся продолжительное время;
• не исключает гетерогенности популяции;
• направлен в пользу установившегося в популяции среднего значения признака;
• устраняются особи, существенно отклоняющиеся от среднего значения признаков;
• элиминация особей может быть избирательной и неизбирательной.
Известно много примеров стабилизирующего отбора. Одним из них является вес ребенка при рождении,
который в среднем составляет 3,4–3,6 кг.
Стабилизирующий отбор может быть нормализующим, т. е. обеспечивающим сохранение уже существующих
форм, и канализирующим, т. е. определяющим эволюцию онтогенетических процессов.
3. Дизруптивный отбор
• характерен для гетерогенной популяции;
• обеспечивает сохранение крайних форм и устранение промежуточных;
• благоприятствует двум или более фенотипам в популяции;
• определяет сбалансированный полиморфизм в популяции.
Примером дизруптивного отбора может служить появление разнообразных форм дрозофилы в лабораторных
условиях и разнообразие форм бабочек в исходной популяции вида Papilio dardanus.
В Африке существует несколько различных видов бабочек с мимикрией, самки которых очень разнообразны
по внешнему виду и повторяют фенотип других видов бабочек. В этом случае дизруптивный
отбор привел к формированию в пределах группы организмов с общим происхождением нескольких
различных форм, хотя между ними и не существовала географическая изоляция.

Факторы эволюции: наследственность и изменчивость

Факторы эволюции: наследственность и изменчивость 3. 5
Эволюция живого мира определяется различными факторами (движущими силами), природа и роль
которых намного сложнее, чем кажется на первый взгляд. Это наблюдается, например, в классификации
факторов и интерпретации роли каждого из них. Большинство ученых к основным факторам эволюции
относят следующие:
1) наследственность – обеспечивает сохранение вида;
2) изменчивость – обеспечивает разнообразие и материал для отбора;
3) борьба за существование – обеспечивает взаимодействие организмов с внешней средой;
4) естественный отбор – обеспечивает выживание и воспроизводство самых приспособленных организмов.
Наследственность – это свойство живых организмов сохранять и передавать свои признаки потомкам.
Благодаря наследственности обеспечивается существование и индивидуальность видов в природе.
Единицей хранения и передачи генетической информации является ген. С точки зрения классической
генетики ген – это неделимая единица наследственности. В современной концепции ген рассматривается
как сложно организованная структурная и функциональная единица, которая обеспечивает
три важных процесса в живых организмах: мутации (изменения гена); рекомбинации (новые сочетания
генов) и экспрессию (фенотипическое проявление в виде признаков).
Гены взаимодействуют друг с другом, и часто проявление одного гена зависит от других. Фенотипические
признаки могут контролироваться одним геном (моногенное наследование) или несколькими
неаллельными генами (полигенное наследование). Иногда один ген определяет несколько признаков
(плейотропия).
Проявление структурных генов зависит как от генетических факторов (регуляторные участки, взаимодействие
генов), так и от негенетических факторов (абиотические и биотические факторы среды).
Исследования последних лет указывают на эволюционную роль регуляторных участков, которые
влияют на активность структурных генов. Для генов характерна дифференциальная активность, то есть
они активируются или подавляются в зависимости от этапа онтогенеза, организма, органа или ткани,
физиологического состояния клетки.
Изменчивость – это свойство живых организмов приобретать новые признаки под воздействием
факторов среды. Изменчивость бывает двух типов:
а) ненаследственная (модификационная)
• не затрагивает наследственный материал;
• вызвана условиями жизни (питание, температура, свет и др.);
• обеспечивает приспособление организмов к условиям среды;
• не передается по наследству и не имеет особого эволюционного значения;
б) наследственная (генотипическая)
• изменяет наследственный материал;
• вызвана действием мутагенных факторов среды (физических, химических и биологических);
• обеспечивает адаптацию вида;
• имеет важное эволюционное значение.
К наследственной изменчивости относятся мутации и рекомбинации. Мутации представляют собой
изменения на уровне генов, хромосом или других клеточных носителей генетической информации.
Мутации являются важным источником изменчивости, которые не только обогащают популяцию
новыми формами, но и увеличивают гетерогенность популяции, обеспечивая ее адаптивность. Эти изменения
являются важным фактором эволюции, т. к. предоставляют основной материал для естественного
отбора с целью улучшения популяции или вида. Однако мутации не управляют ходом эволюции,
доказательством чего служит нейтральность большинства мутаций.
104 3. Эволюция организмов на Земле. Эволюция человека
• Избирательный полиморфизм – определяется
способностью одного, более адаптивного
аллеля, заменять действие другого
аллеля. Примером такого типа полиморфизма
служит индустриальный меланизм у
березовой пяденицы Biston betularia. Темноокрашенные
формы бабочек имеют селективное
преимущество перед светлой формой
в промышленных районах.
Генетическая рекомбинация связана с процессами,
происходящими в ходе образования гамет в мейозе. В
результате рекомбинации гены не изменяются, а лишь
возникают новые их сочетания. Таким образом, именно
рекомбинации служат самым богатым источником
наследственных изменений (см. схему).
Мутации и рекомбинации обеспечивают генетический
полиморфизм в пределах популяции, способствуя
приспособлению и отбору организмов.
Полиморфизм предполагает наличие трех и более
различных форм среди особей одного вида растений
или животных.
Существует несколько типов полиморфизма:
• Cбалансированный полиморфизм – определяется
равновесием между гомозиготными и гетерозиготными
формами, комбинациями аллельных генов, противоположными
полами и др. В этом случае две или
более формы организмов сосуществуют в стабильном
соотношении в пределах популяции, причем каждая
из форм имеет как преимущества, так и недостатки.
Например, у жука Adalia bipunctata весной преобладают
формы красного цвета, а осенью – черного, более
чувствительные к зимовке.
Среди чернокожего населения Центральной Африки
есть три типа индивидов, отличающихся по строению
эритроцитов: с нормальным гемоглобином, с
невыраженной формой анемии (анормальный гемоглобин)
и с летальной формой анемии. Индивиды с
промежуточной формой анемии устойчивы к малярии,
поддерживая, тем самым, концентрацию данного
гена в популяции.
Промышленный меланизм березовой пяденицы
Разнообразие окраски раковины
Cepaea nemoralis
• Нейтральный полиморфизм – определяется действием
некоторых нейтральных генов на способность
к выживанию организмов. Например, различная окраска
раковины улиток Cepaea nemoralis контролируется
множественными аллелями, что обеспечивает огромное
разнообразие по цвету и вследствие этого – выживание
их в определенных условиях обитания.
• Экологический полиморфизм – определяется адаптивной
способностью некоторых организмов к различным
экологическим условиям.
Случайное расположение хромосом в мейозе
(метафаза I)
1 2 3 1 2 3
или
Пары хромосом
или
или
Возможные сочетания
отцовских и материнских
хромосом
3. Эволюция организмов на Земле. Эволюция человека 105
• Представьте пример независимого наследования 3-х признаков на основе рисунка на с.104, используя
в качестве объекта изучения горох.
• Составьте ребус с ключевым словом «изменчивость», используя вопросы об адаптации растений и
животных.
• Исключите лишнее в следующей последовательности
понятий:
• Криптический полиморфизм – определяется изменениями, которые не проявляются на уровне фенотипа.
Генетический полиморфизм характерен для большинства организмов и является важным фактором
защиты и сохранения вида в ходе эволюции. В то же время генетический полиморфизм может быть
механизмом расширения вида.