Реферат: Эволюция животного мира
Ключ к разгадке дали острова Галапагос. Каждый из них мог похвалиться отдельной расой гигантской черепахи с отличительным рисунком панциря, хотя эти расы были явно родственными. По предположению Дарвина, они произошли от одного предка, расселились по разным островам и эволюционировали там изолированно от своих соседей. Естественный отбор привел к сохранению и совершенствованию изменений, что позволило каждой расе приспособиться к среде обитания. Из-за географической изоляции исключалась возможность межрасового скрещивания и обратного процесса.
В соответствии с теорией Дарвина, вьюрки разделились таким же образом, но отдельные виды на каждом острове образовались в процессе колонизации разных сред обитания и в результате изменений в самих переселенцах с целью приспособления к местным условиям. Таким образом, популяция вьюрков, кормящихся на территории, поросшей кактусами, развивалась иначе, чем обжившая лесные чащи. Возможно, что первоначально между ними частично имело место межрасовое скрещивание. Однако под влиянием различий в поведении эти возможности постепенно сокращались до тех пор, пока между расами не возникла генетическая несовместимость. Так образовались отдельные виды вьюрков.
Создав свою основную научную теорию в конце 1830-х годов, Дарвин провел последующие 20 лет в поисках доказательств. Только в 1859 году он опубликовал свои идеи как отклик на статью другого естествоиспытателя - Алфреда Рассела Уоллеса, - выдвинувшего во многом схожую теорию.
Статья Уоллеса, написанная им за три дня в состоянии лихорадочного вдохновения (после приступа малярии), содержала недостаточное количество убедительного исследовательского материала. С «Происхождением видов» Дарвина дело обстояло совсем иначе. Его научный труд отличался чрезвычайной основательностью. Он разошелся мгновенно, вызвав возмущение ученых-традиционалистов, которые расцепили его чуть ли не как богохульство. Многие были рады отказаться от библейской истории сотворения мира в пользу теории Дарвина, но лишь некоторые были готовы согласиться с предположением, что человек также является продуктом эволюции и что его предок - всего-навсего обезьяна.
Эта концепция и поныне остается неудобоваримой для тех, кто считает человека особенным («Божьим творением», лишь одной ступенью ниже ангела. Тем временем ученые, принявшие такую возможность своего происхождения, до сих пор спорят о деталях эволюционного процесса. Недавнее представление об эволюции как о постепенном процессе незначительных изменений было вытеснено теорией «перемежающегося равновесия, согласно которой длительные периоды неизменности видов сменяются периодами быстрого развития дочерних популяций, дающих начало новым видам. Такая идея возникла под влиянием того факта, что окаменелости содержат очень мало свидетельств плавности перемен.
Такие гипотезы могут привнести изменения в структуру теории, но не способны подорвать ее основы. Сегодня нет сомнений в том, что в ходе развития животные приспосабливаются к различным внешним влияниям. Процесс был продемонстрирован на протяжении последних десятилетий тем, что целые тучи комнатных мух, комаров, мух цеце и других насекомых приобрели иммунитет к ядохимикатам, которые мы на них обрушили. Химик, в 1942 году создавший ДДТ, не мог этого предусмотреть. Но, возможно, он изобрел неоспоримое доказательство в пользу теории, которая уже свыше 130 лет является главным предметом научных споров в области зоологии. Стремясь разобраться в бесконечном разнообразии населяющих Землю живых существ, зоологи разделили их на группы и попытались определить, как происходило их эволюционное развитие.
3. Видовое разнообразие царства животных
Сколько видов животных населяет Землю? Один миллион, десять миллионов, пятьдесят? Мы этого не знаем. Научно описано, названо и внесено в каталоги свыше миллиона живых существ, Сюда входят почти все крупные, приметные для глаза и доступные представители фауны - птицы, млекопитающие и рептилии.
Судя по количеству ежегодно открываемых «новых» насекомых, нам известна лишь малая часть от их общего числа. В некоторых коллекциях, собранных под пологом тропических джунглей, около 90% видов насекомых были ранее не известны науке. Поэтому, по оценкам ряда ученых, одних только насекомых может насчитываться до 50 миллионов видов плюс к тому несметная рать моллюсков, червей, ракообразных и тому подобной мелкой живности.
По сравнению с этим богатством, 40 тысяч видов позвоночных - рыб, земноводных, рептилий, птиц и млекопитающих, в том числе нас с вами, - составляют более чем скромную часть животного мира. Это хорошо видно и в систематизации животных по группам со сходными характеристиками, каждая из которых называется типом. Всего насчитывают 32 типа животных, и позвоночные составляют лишь малую часть одного из них. Все прочие типы охватывают поразительное разнообразие живых существ - от похожих на растения губок до интеллектуалов-осьминогов. Многих из них мы знаем в лучшем случае по названиям.
Животное - это существо, которое потребляет пищу «в готовом виде», поедая другие организмы. Зеленое растение, наоборот, само производит пищу в процессе фотосинтеза, преобразуя с помощью солнечной энергии минеральные соли, углекислый газ и воду в такие органические вещества, как сахар и белок Животное - к примеру, кролик - на это не способно и потому кормится растениями. Лиса, подкрепившись кроликом, тоже получает пишу в готовом виде, и, в конечном счете, ее жизнь зависит от тех же растений, преобразующих химические соединения в питательную органику.
Некоторые «животные» вопреки всем правилам сами вырабатывают питательные вещества с помощью фотосинтеза. Все они - простейшие микроорганизмы, вроде Euglenagracilis, состоящие всего из одной клетки. Как и положено животному, эвглена может питаться другими организмами, но может и сама вырабатывать для себя пищу не хуже растения. Так что же перед нами - растение или животное? Лишь недавно был найден обходной путь решения этой проблемы, и учреждено совершенно новое царство организмов-протистов. Это простейшие одноклеточные существа, которых ранее относили к животным. Тем самым подразумевается, что все собственно животные являются многоклеточными организмами.
Как из одноклеточных организмов возникли первые многоклеточные, по сей день остается предметом научных споров, но большинство
ученых склоняются к идее колониальных сообществ, или скоплений идентичных одноклеточных организмов, в которых устанавливались взаимовыгодные связи. Отдельные примеры такого сожительства встречаются и сегодня - скажем, вольвокс, сферическая колония простейших одноклеточных водорослей. Нечто подобное можно наблюдать и у примитивных животных, например, губок
Губка на бортике вашей ванны - это эластичный «скелет» животного, состоящего из множества клеток. Не все они одинаковы, как у вольвокса, и каждая выполняет свою работу. Так, основу скелета составляют амебоциты, тогда как другие клетки, называемые хоаноцитами, деловито поглощают частицы пищи. При этом каждая клетка способна, хотя и недолго, жить отдельно от других.
Прикрепившись к подводному камню, губка ведет почти растительный образ жизни, весьма типичный для океанов, где зародились все простейшие организмы. И одной из самых живописных его форм является коралловый риф. Как и у губок, скопление кораллов представляет собой колонию, состоящую из множества отдельных существ, однако каждое из них - уже полноценное многоклеточное животное, коралловый полип. Его клеткам, образующим живые ткани, присуща узкая специализация и взаимозависимость.
Коралловый полип похож на миниатюрную актинию - к слову, его близкую родственницу - и питается таким же способом, захватывая частицы пищи венчиком из жалящих щупалец и отправляя их в трубчатое тельце для переваривания. В отличие от губок, состоящих из одного слоя клеток, тело полипа образовано двумя слоями - внутренним и внешним, которые отделены друг от друга студенистым веществом. Ярким примером такого строения является медуза.
Сеть нервных клеток, с помощью электрических сигналов передающих сенсорную информацию по всему телу полипа, стимулирует сокращение пучков продолговатых клеток, из которых состоят мышечные волокна. Благодаря этому полип при малейшей опасности втягивает щупальца, а медуза самостоятельно передвигается, что является одним из главных качеств животного мира.
Коралловые полипы, актинии и медузы принадлежат к типу стрекающих животных. Самая примечательная черта этих существ -радиальное строение мягкого тела, не имеющего выраженных органов чувств. Например, нервные клетки медузы беспорядочно разбросаны по всему телу и не имеют центрального координирующего узла. Иными словами, у нее отсутствуют голова и мозг.
Судя по ископаемым окаменелостям, эти животные стали одними из первых жителей Земли. Развитие четко выраженной «передней части» с органами чувств, сигналы от которых поступают в центральную нервную систему, стало крупным шагом в эволюции так называемых высших животных. Это легко увидеть на примере скромного плоского червя.
Строение плоского червя более сложное, чем у стрекающих существ, ибо его тело - как у большинства животных - состоит из трех слоев клеток, а не двух, с прослойкой из инертного студенистого вещества. Эта особенность открывает широкие возможности для развития, т. к. у многих животных из среднего слоя клеток (мезодермы) формируются мышцы, позволяющие передвигаться гораздо быстрее той же медузы.
Но прежде всего плоские черви отличаются от медузы двусторонней симметрией тела и наличием четко обозначенной головы. Внешний вид отражает и внутреннее строение этих существ. Расположенные по периметру тела нервные клетки, вроде бы, беспорядочно соединены в толстые нервные волокна, которые, в свою очередь, слипаются в единый узел в центре головы - головной мозг. У червя есть и простые глаза, посылающие информацию прямо в головной мозг для обработки. По главным нервным волокнам мозг рассылает сигналы и мышцы, а те перемещают черня, куда ему требуется.
Наш старый знакомец земляной червяк принадлежит к типу сегментных, или кольчатых, червей. Причина этого названия очевидна - тело червя состоит из цепочки колец, пли сегментов. Подобно своему плоскому собрату, кольчатый червь имеет головной мозг и центральную нервную систему, но сегментация позволяет определенным частям тела выполнять различные функции.
Кольчатых червей отличает от плоских еще одна черта - мезодерма, разделенная на два слоя, между которыми находится заполненная жидкостью внутренняя полость, или целом. Она надежно изолирует внутренние органы червя от мышц, позволяя им действовать в автономном режиме. Без целома было бы невозможно развитие эффективных систем пищеварения, кровообращения и дыхания, имеющихся у всех сложных животных, включая моллюсков, членистоногих (например, насекомых) и позвоночных.
Тип моллюсков охватывает чрезвычайно разнообразную группу животных - от, казалось бы, безмозглой, безголовой и почти неподвижной устрицы до умного и очень проворного осьминога. За исключением двухстворчатых моллюсков, вроде той же устрицы, прекрасно приспособленной к «сидячемоу» образу жизни, типичные моллюски - например, улитки - демонстрируют все черты, о которых говорилось выше. В мускулистом теле улитки имеется внутренняя полость, скромный набор органов чувств позволяет воспринимать окружающий мир, я головной мозг обрабатывает посылаемые ими сигналы. А у осьминога, кальмара и каракатицы мозг и органы чувств достигли в споем развитии таких высот, что их обладатели могут соперничать даже с позвоночными животными.
Хотя многие моллюски защищены известковыми ракушками, все они в основном мягкотелые существа, форма которых поддерживается кожным покровом и мускулатурой, осмотическим давлением внутренних жидкостей и внешним давлением морской воды. По совершенно иному пути пошло развитие другой обширной группы животных, которая включает ракообразных, насекомых, пауков и их бесчисленных родичей. Их утолщенная кожа выполняет функции наружного скелета. Сложенный из сочлененных элементов экзоскелет и подвижные суставчатые конечности обеспечивают этим животным свободу передвижения, из-за чего их и назвали артроподами, или членистоногими.
Простейшее членистоногое - многоножка - похоже на морского кольчатого червя. Ре тело точно так же разделено па сегменты, каждый из которых снабжен парой конечностей. У более сложных членистоногих (например, мух и жуков) сегментация получила дальнейшее развитие - каждый сегмент выполняет различные функции.
Экзоскелет обладает двумя главными преимуществами. Как и все трубчатые структуры, он чрезвычайно прочен для своего малого веса и относительно водонепроницаем. Благодаря этому многие крабы выходят из воды, когда им вздумается, не рискуя быть раздавленными собственным весом или погибнуть от обезвоживания. Этими преимуществами в полной мере воспользовались насекомые и пауки, в большинстве своем обитающие на суше. Многие из них живут даже в иссушенных солнцем пустынях. А 300 млн. лет назад насекомые первыми из животных начали летать.
Однако при всем своем удобстве, экзоскелет препятствует росту. Затвердевший под воздействием внешней среды панцирь не способен растягиваться, и время от времени его хозяин вынужден сбрасывать тесные до-снехи, а взамен отращивать новые, более просторные. Старый скелет раскалывается вдоль спинки, и животное выбирается из него в новеньком, еще мягком и эластичном наряде. Пока новый панцирь не затвердел, животное раздувается, заглатывая воду или воздух, чтобы обеспечить себе достаточный зазор для роста. Многие членистоногие погибают в ходе этого далеко не безболезненного процесса.