Casa / Pianificare una gravidanza/ Albero dell'evoluzione animale. “Albero evolutivo”

Albero dell'evoluzione degli animali. “Albero evolutivo”

Molte conclusioni teoria moderna le evoluzioni non sono ovvie e richiedono una giustificazione sofisticata. Ci sono molti problemi irrisolti e ci sono aree che hanno appena iniziato a essere studiate. Tuttavia, oggi è l’unica teoria fondamentale in biologia che ci permette di spiegare lo sviluppo e la diversità della vita.

Il concetto di “evoluzione”, cioè “spiegamento” o “svolgimento”, un cambiamento graduale e una complicazione di un oggetto senza salti o interruzioni, esisteva nella scienza anche prima di Darwin. Kant scrisse sull’evoluzione, ad esempio, del sistema solare nel 1755 e Laplace nel 1796. Naturalmente anche i biologi hanno applicato questa idea alla loro disciplina. La prima teoria basata su di esso mondo organico Apparteneva a Jean Baptiste Lamarck, il quale suggerì che tutti gli esseri viventi sono caratterizzati dal desiderio di auto-miglioramento e di progresso con l'eredità di caratteristiche acquisite nel corso della vita. E sebbene, dal punto di vista della scienza moderna, Lamarck avesse torto nello spiegare le cause dello sviluppo e i cambiamenti che non influenzano le cellule germinali non possono essere ereditati, tuttavia, ha dimostrato in modo abbastanza convincente l'esistenza del fenomeno stesso dell'evoluzione. Naturalmente esistevano altre teorie sullo sviluppo del mondo organico, ormai praticamente dimenticate. Per i secoli XVIII e XIX, un simile approccio, che spiegava i cambiamenti avvenuti nel mondo per cause naturali e non per l'azione di forze superiori, era innovativo e contraddiceva la metodologia generalmente accettata, la cui essenza è stata meglio delineata dal Sacerdote anglicano William Paley. In Natural Theology, pubblicato nel 1806, ragionava così: supponiamo che mentre camminiamo in un campo troviamo un orologio. È chiaro che un meccanismo così complesso e conveniente non potrebbe nascere spontaneamente, ma è stato concepito e realizzato da un certo orologiaio. Ma l'Universo e la vita sono incommensurabilmente più complessi di un orologio, quindi deve esserci un Maestro che li ha creati. La popolarità odierna di questa analogia ha spinto il biologo americano ed eminente divulgatore del darwinismo, Richard Dawkins, a continuare il suo dibattito con Paley e persino a dare al suo libro, pubblicato nel 1986, il titolo The Blind Watchmaker. Come spiegare gli errori e le imprecisioni nella “progettazione” degli organismi viventi, si chiede Dawkins. Ad esempio, il genoma umano “contiene un’enorme quantità di geni “spazzatura”, non funzionanti e persino mortali, come gli oncogeni. Tutto questo potrebbe essere creato solo da un orologiaio cieco, ma certamente non da un creatore “intelligente”.

Quando Charles Darwin andò al famoso circumnavigazione sulla nave Beagle, e nel corso dei quasi vent'anni successivi in cui lavorò alla sua teoria, nelle scienze naturali, principalmente nella geologia, furono accumulati fatti sufficienti per spiegare lo sviluppo del mondo fisico e organico senza l'Orologiaio.

L'Inghilterra e l'Europa continentale abbondano di luoghi in cui gli strati rocciosi affiorano direttamente in superficie e sono quindi facilmente accessibili per lo studio. All'inizio degli anni '30 dell'Ottocento, il geologo inglese Charles Lyell, con il quale Darwin divenne in seguito amico, propose un nuovo concetto di storia della Terra, chiamato uniformitarismo. Secondo esso, i principali processi che modificano la Terra sono gli agenti atmosferici e l’erosione delle rocce. Poiché si muovono molto lentamente, è possibile vedere i risultati del loro lavoro - lo spianamento delle montagne e la formazione di strati sedimentari lunghi chilometri - solo dopo un lungo periodo di tempo. Le prime stime dell'età della Terra basate sul tasso di accumulo dei sedimenti marini ammontavano a milioni di anni invece dei sei giorni della Creazione. Quindi si credeva che questa volta fosse abbastanza per la graduale evoluzione delle specie.

Darwin portò con sé nei suoi viaggi addirittura il libro di Lyell “Principles of Geology”, in cui delinea l’idea dell’evoluzione graduale dei paesaggi, sebbene l’atteggiamento della comunità scientifica nei suoi confronti fosse diffidente. La maggior parte degli scienziati credeva nella teoria della catastrofe, secondo la quale ogni strato di fauna fossile è la prova di atti individuali di creazione, che si alternavano all'estinzione catastrofica di ciò che era stato creato prima. "L'astuto Henslow (pastore e botanico) mi consigliò di studiare attentamente il primo volume dei Principi, che era appena apparso, ma di non lasciarmi in nessun caso impregnare delle opinioni in esso contenute", scrisse Darwin. Ma il giovane naturalista fu ispirato: gli argomenti di Lyell erano così convincenti.

I graduali cambiamenti avvenuti nel mondo organico furono indicati anche dall'enorme materiale paleontologico accumulato nel XIX secolo. La varietà delle forme fossilizzate di animali e piante, la loro chiara distribuzione tra gli strati, al punto che gli stessi resti fossili possono essere utilizzati per stabilire strati della stessa età, anche se si trovano in luoghi diversi: tutto ciò ha suggerito l'idea che il mondo vivente è cambiato naturalmente in tutto il pianeta. Inoltre, già ai tempi di Darwin, iniziarono a ricostruire la sequenza temporale degli eventi geologici dai fossili, che gli scienziati usano oggi.

Poiché lo sviluppo evolutivo presuppone la continuità, significa che alcune specie devono discendere da altre. La principale conferma di questa tesi venne dall'embriologia, che si sviluppò rapidamente all'inizio del XIX secolo, ed era già stata scoperta una legge (dall'accademico russo Karl von Baer) secondo la quale animali completamente diversi in età adulta hanno embrioni simili. Darwin era ben consapevole di questi studi e li utilizzò per le sue costruzioni teoriche.

Nascita del darwinismo

Cosa ha fatto esattamente Darwin stesso? E lo ha fatto, a prima vista, in modo molto semplice, ma completo cosa necessaria, grazie al quale un'ipotesi diventava teoria. Ha spiegato come procede l'evoluzione, qual è il suo meccanismo specifico. È questa la spiegazione, formalizzata come teoria selezione naturale, in seguito chiamato “darwinismo”. Questa teoria “poggia su tre pilastri”: variabilità, ereditarietà e selezione. Non è difficile per uno scolaro capire; basta ricordare che tra gli animali e le piante, sia domestici che selvatici, c'è sempre una sorta di diversità, e gli individui della stessa specie sono almeno leggermente diversi l'uno dall'altro - questo è così che si manifesta la variabilità. Allo stesso tempo, i bambini sono più simili ai loro genitori che agli estranei: è così che funziona l'ereditarietà. Supponiamo ora che nella prole di una coppia di piccioni i becchi differiscano leggermente in lunghezza, e un allevatore presti attenzione ad un piccione con il becco leggermente più corto, mentre un altro, al contrario, ad un piccione con il becco più lungo, quindi selezionare per la riproduzione di uccelli con uno dei segni delle manifestazioni estreme. Inizialmente, le differenze sono molto piccole, ma col tempo la selezione porta all'emergere di due forme ben differenziate: le razze. Questo è esattamente ciò che è realmente accaduto con le razze di piccioni saltatori allevati in Inghilterra, il cui esempio Darwin utilizzò per illustrare la sua teoria. Si scopre che la perfezione e la straordinaria diversità degli organismi viventi - dai batteri e funghi ai baobab e agli esseri umani - sono state create grazie alla selezione naturale, che opera di generazione in generazione.

La prima edizione dell'opera principale di Darwin, L'origine delle specie attraverso la selezione naturale, fu pubblicata il 24 novembre 1859. Il giorno in cui apparve sul bancone del negozio, vendette 1.250 copie. Ci è voluta una seconda edizione con una tiratura di 3mila, poi ne sono state stampate altre 16mila, il libro è stato tradotto in molte lingue del mondo. Darwin rise: “Anche in lingua ebraica è apparso un saggio a riguardo, che dimostra che la mia teoria è contenuta Antico Testamento! Era orgoglioso e negava che il successo del libro dipendesse solo dalla sua tempestività. Secondo lui, prima della sua pubblicazione non aveva incontrato nessuno tra i suoi colleghi che dubitasse della costanza delle specie. Persino Lyell non era d'accordo con Darwin. Tuttavia, la teoria della selezione naturale spiegava così bene il materiale accumulato dai naturalisti ed era così interessante da leggere che era semplicemente destinata al successo.

Qualunque cosa dica l'autore, il libro si è rivelato davvero di grande attualità. Grazie al rapido sviluppo della scienza, della tecnologia e dell’economia in Società europea L’idea di progresso si diffuse. La teoria dell'evoluzione lo trasferì allo sviluppo del mondo vivente e allo stesso tempo servì come giustificazione scientifica naturale per le teorie sociali progressiste. Si dice addirittura che Karl Marx volesse dedicare Il Capitale a Darwin e, sebbene questo sia solo un mito, la sua esistenza è significativa.

Poiché il darwinismo riconosceva l’evoluzione di tutte le specie, inevitabilmente sorgeva la domanda sull’origine della “corona della creazione”. Anche Darwin ha risposto a questa domanda, ma in un altro libro, pubblicato 12 anni dopo il primo: probabilmente per molto tempo non ha osato parlare pubblicamente di una questione così delicata. Questo libro si intitolava: “L’origine dell’uomo e la selezione sessuale”. Secondo l'autore, l'umanità deve il suo progresso intellettuale alle donne che hanno scelto i partner più intelligenti e affidabili, mentre i rappresentanti deboli e stupidi della metà più forte sono rimasti senza prole. Fu in questo libro che per la prima volta fu fatta l'affermazione che una società così eccitata sulla nostra parentela con le scimmie. Da allora, la teoria dell'evoluzione è andata oltre le mura degli uffici degli scienziati, è diventata oggetto di discussioni diffuse e la sua critica ha perso il suo carattere scientifico costruttivo. Cosa puoi fare, ma poi Darwin non aveva tra le mani una prova così pesante della sua giustezza, che apparve più tardi, e, dicono, alla fine della sua vita era addirittura pronto ad abbandonare l'ipotesi dell'origine dell'uomo. I fatti emersero poco dopo la sua morte. Nel 1890, sull'isola di Giava, l'antropologo olandese Eugene Dubois scoprì le ossa di antiche creature simili a quelle umane chiamate Pitecantropo. E sebbene, secondo le idee moderne, né il Pitecantropo né altre scimmie fossili conosciute, compreso il Neanderthal, fossero i diretti antenati dell'uomo, tuttavia sono i nostri parenti genetici più stretti e aiutano a vedere come, insieme al graduale sviluppo del cervello e del sistema nervoso sviluppo della camminata eretta, nacque l'uomo.

Perché denunciare una teoria?

Dopo la prima guerra mondiale opinione pubblica negli Stati Uniti c'erano pregiudizi contro la teoria dell'evoluzione, che era associata all'ateismo. Nel 1925, lo Stato del Tennessee promulgò in legge il Butler Act, che stabiliva: “Sarà una violazione della legge per qualsiasi insegnante di qualsiasi università o scuola, mantenuta in tutto o in parte a spese dello Stato, insegnare qualsiasi teoria che neghi la storia della Creazione Divina dell’uomo.” come insegna la Bibbia, e insegna invece che l’uomo discende dagli animali inferiori”. La responsabilità della violazione prevedeva il pagamento di una multa di 100-500 dollari, una cifra elevata per quei tempi. Gli oppositori del Butler Act, un gruppo di uomini d'affari di Dayton, una piccola città dell'Ohio, guidati dall'ingegnere George Rappley, hanno deciso di dimostrare l'assurdità di questa legge in un modo molto originale, attraverso i tribunali. Si assicurarono il consenso di un giovane insegnante di scienze e matematica, John Scopes, che si sarebbe riconosciuto come un violatore del Butler Act. In effetti, Scopes tenne un corso di biologia solo una volta, sostituendo un collega malato, in cui discusse effettivamente il capitolo sul darwinismo del libro di testo consigliato. L'idea era che il processo avrebbe rivelato l'incoerenza del Butler Act e avrebbe portato alla sua abrogazione. Un ulteriore incentivo fu l'idea di Rappley che il processo avrebbe attirato l'attenzione su Dayton e avrebbe aiutato a fare soldi: una classica trovata di pubbliche relazioni.

Il processo iniziò il 10 luglio 1925. La difesa è arrivata a discutere la Bibbia come fonte di conoscenza alternativa alle scienze naturali. Il pubblico ministero, William Bryan, influente politico e più volte candidato alla presidenza, è stato costretto a rispondere a domande “scomode” sui miracoli biblici, se possano essere interpretati alla lettera e considerati come una seria alternativa al punto di vista scientifico naturale: sulla creazione di il mondo in sei giorni e la sua età, fermando Il sole da Giosuè, inghiottito da una balena e vivendo per tre giorni nel suo stomaco da Giona e simili. Brian non ha risposto in modo soddisfacente a queste domande e la stampa che ha assistito ha ammesso la sua sconfitta. Divenne ovvio che i fatti biblici della storia naturale potevano essere interpretati come allegorie. Scopes fu assolto, ma per motivi legali il Butler Act non fu immediatamente abrogato - ciò accadde solo nel 1967, anche se dopo il "processo alle scimmie" non fu mai più utilizzato.

Negli Stati Uniti ci sono stati diversi altri tentativi di limitare l’insegnamento dell’evoluzionismo nelle scuole per motivi religiosi. L’ultima volta è stata nel 2002 nella contea di Cobb, in Georgia, dove sui libri di testo scolastici di biologia, su richiesta dei genitori religiosi, sono stati affissi adesivi con la scritta: “... l’evoluzione è una teoria, non un fatto... questo argomento deve essere esaminato criticamente .” Nel 2005, un tribunale distrettuale ha ordinato la rimozione degli adesivi. Recentemente in Russia si è svolto il primo “processo alle scimmie”. Kirill Schreiber, che lo ha avviato, è coinvolto professionalmente nel business della pubblicità, così come il suo amico Anton Vuyma, che lo ha aiutato durante il processo, il capo di "Patrimonio spirituale" - un'organizzazione che si autodefinisce " agenzia di stampa con una forte propensione alle pubbliche relazioni. Lo stesso Vuyma ha ammesso in un'intervista che a scopo di autopromozione stava conducendo una campagna di “PR nere”, in questo caso contro il darwinismo. Il tribunale della città di San Pietroburgo ha accettato la prima richiesta di esame e ha preso una decisione negativa.

La migliore dimostrazione della teoria dell'evoluzione sono gli stadi di sviluppo di una rana: a un girino simile a un pesce crescono prima le zampe posteriori, poi le zampe anteriori, poi la coda scompare e ora una nuova creatura: un anfibio

Antenato comune

I colleghi fecero molte domande a Darwin, a molte delle quali egli rispose in modo convincente, e non solo perché era un enciclopedico persona istruita, ma anche grazie alla forza della teoria da lui proposta. E a ciò a cui lui stesso non ha risposto, hanno risposto le generazioni successive di scienziati, e le loro risposte hanno dato origine a nuove domande...

È possibile che non ci sia continuità tra le specie e che ciascuna di esse sia nata indipendentemente? A questa domanda scienza moderna, che studia il meccanismo dell'evoluzione a livello molecolare, risponde negativamente. In tutte le creature conosciute, l'informazione ereditaria è codificata come una sequenza di nucleotidi nelle molecole di DNA. Ci sono solo quattro nucleotidi e sono gli stessi nei microrganismi, nelle piante e negli animali. Questo fatto è a favore della parentela di tutte le creature. Ma l'ordine dei nucleotidi differisce nelle molecole di DNA di diversi organismi, il che, di fatto, funge da chiave per le loro differenze esterne ed interne. Maggiori sono queste differenze nel DNA di due diversi tipi, quanto prima si discostavano dal loro antenato comune.

Utilizzando questi principi, nel 1962, i biochimici americani Linus Pauling ed Emil Zuckerkandl proposero l’idea di un “orologio molecolare”. Hanno notato una correlazione tra la quantità di differenza nelle sequenze di aminoacidi dell'emoglobina, una proteina che trasporta l'ossigeno presente in molti animali, e il momento in cui le specie si sono differenziate secondo i reperti fossili. Cioè, la velocità con cui cambia la sequenza aminoacidica è costante per una data proteina. Ciò significa che dal numero di differenze nella stessa proteina per qualsiasi coppia di specie si può stimare il tempo della loro divergenza, anche se la paleontologia non fornisce alcuna indicazione al riguardo. Come nel problema scolastico del calcolo del tempo a una distanza e velocità note. Lo stesso principio si è rivelato vero per le sequenze nucleotidiche nelle molecole di DNA. Idealmente, la genealogia di un essere vivente costruita dai paleontologi dovrebbe coincidere con la genealogia costruita dai genetisti, e questa sarebbe una delle migliori dimostrazioni della teoria dell'evoluzione.

La conoscenza delle sequenze di DNA e proteine ha portato alla nascita di una nuova scienza che si occupa del loro confronto e analisi: la bioinformatica. Da esso si diramava la filogenetica molecolare. Rispetto alla tassonomia tradizionale, basata sullo studio dell'anatomia, questa scienza opera su un numero enorme di caratteri: dopo tutto, il numero di geni negli organismi multicellulari ammonta a molte migliaia e ciascuno di essi è costituito da centinaia o migliaia di nucleotidi. Centinaia di laboratori in tutto il mondo analizzano il DNA e comprendono sempre più profondamente le relazioni tra gli organismi.

Non solo il codice genetico, ma anche le sezioni funzionali del DNA - i geni - sono spesso le stesse. Ad esempio, lo sviluppo dell'embrione in diversi gruppi di animali multicellulari è controllato dagli stessi geni. Dove sarà la parte anteriore e dove sarà la parte posteriore è determinato dai geni “omeotici”, che sono molto simili in tutti gli animali: dalle meduse ai primati. Gli stessi geni controllano lo sviluppo dell'occhio di una mosca e di un topo - ma in precedenza si credeva che questi organi fossero incomparabili perché erano strutturati in modo diverso: l'occhio degli insetti è costituito da molti occhi semplici - sfaccettature, ognuna delle quali fornisce un'immagine di un punto nello spazio e gli occhi dei vertebrati costruiscono un'immagine completa e dettagliata. Un altro esempio è che in un embrione di qualsiasi tipo si formano cellule extra che poi si autodistruggono. Quindi, le nostre dita si formano a causa della morte delle cellule tra di loro, altrimenti, invece di un arto normale, si svilupperebbe un moncone fuso. Allo stesso modo, le cellule mutanti che possono diventare cancerose vengono eliminate da sole. Questi processi di morte cellulare programmata - l'apoptosi - sono controllati da geni speciali che sono molto simili e, a quanto pare, intercambiabili negli esseri umani, nei topi e nei minuscoli vermi costituiti da sole mille cellule.

E poiché in tutte le creature si trovano gli stessi “mattoni”, significa forse che li hanno derivati da qualche antenato comune? Chi potrebbe essere? Nel mondo degli organismi unicellulari, vediamo organismi simili nel metabolismo sia alle piante che agli animali. I primi creano il proprio cibo attraverso la fotosintesi, i secondi non possono farlo e necessitano di sostanze organiche già pronte. Ad esempio, un'ulteriore evoluzione potrebbe provenire da una creatura come l'euglena verde: metà alga e metà animale. Per diventare multicellulari, le singole creature cellulari dovevano formare colonie. Ora si ritiene che questo salto sia associato all'emergere della predazione come stile di vita: è più difficile mangiare un individuo di grandi dimensioni. Ogni ulteriore evoluzione è una corsa continua per aumentare le dimensioni di entrambi parti in guerra, in cui predatori e prede si guidavano a vicenda. Gli animali vissuti un miliardo di anni fa erano così diversi da quelli moderni che a loro non si applicano i consueti principi di classificazione. Combinavano in modo bizzarro caratteristiche di diversi tipi moderni, mai trovate contemporaneamente in nessuno degli organismi viventi. Il Tribrachidium potrebbe essere definito una medusa, se non fosse per la stravagante simmetria a tre raggi, più caratteristica delle piante. La Dickinsonia è simile ad un anellide, ma ciò che le impedisce di chiamarsi tale è la simmetria “scorrevole”, in cui gli arti accoppiati non si trovano uno di fronte all'altro, ma a scacchiera. Questo tipo di simmetria è ancora una volta più comune nel regno vegetale, ma in questo caso gli scienziati sono sicuri di avere a che fare con un animale. Per qualche motivo sconosciuto questi strane creature si estinse e più di mezzo miliardo di anni fa (nel Cambriano inferiore), in un breve periodo di tempo della durata di circa dieci milioni di anni, apparvero tutte le specie moderne di animali conosciute. Questo evento fu chiamato "esplosione del Cambriano". E secondo la teoria dell'evoluzione, l'antenato comune degli animali moderni proveniva dall'antico mondo dei “mostri” precambriani, coloro che sopravvissero alla catastrofe globale. I dati della filogenetica molecolare confermano che il lignaggio dei tipi moderni (come spugne, pogonofori, cordati, ecc.) non è un albero, ma un cespuglio con un gruppo di tipi di rami che crescono da un'unica radice. Ma i paleontologi non si sono ancora imbattuti nei resti fossili di chi fosse questa radice.

Punto debole

In effetti, giustificazione diretta teoria evolutiva nessuno si è ancora presentato. Ciò può essere fatto solo osservando lo sviluppo naturale delle specie e registrando obbligatoriamente come erano le creature all'inizio, le loro forme intermedie e cosa sono diventate alla fine. L'assenza di tale osservazione è la cosa più importante punto vulnerabile teorie. In effetti, se la speciazione è un processo continuo che continua ancora oggi, allora perché non incontrarci? forme transitorie? Ci sono, ad esempio, una tigre, un leone, un leopardo, una lince - rappresentanti della famiglia dei gatti e leoni striati o tigri con criniera - forme intermedie tra due specie affini - non esistono. È anche allarmante che nei fossili non si trovino forme transitorie. Darwin spiegò l'assenza di forme transitorie moderne con il fatto che l'immagine del mondo odierno è il risultato di contraddizioni già risolte e che le specie ancestrali furono sterminate dalla selezione naturale. Per quanto riguarda l'assenza di resti fossili, l'argomento era la breve durata della loro esistenza e il loro numero limitato, motivo per cui la probabilità che si conservino è molto piccola e la probabilità di ritrovarli è del tutto trascurabile. Tutto ciò che i paleontologi vedono è una specie in uno strato, un'altra in un altro e nessuna transizione. Era come se lunghi periodi di esistenza stabile degli stessi organismi fossero improvvisamente sostituiti da una rapida speciazione. Gli scienziati americani Nils Eldredge e Stephen Gould hanno chiamato questo fenomeno “equilibrio punteggiato”. Resta da comprendere le condizioni di stabilità e i fattori per accelerare l'evoluzione.

Eppure, in un caso particolare - tra i microrganismi - gli scienziati credono di essere in grado di vedere e registrare il progresso dell'evoluzione. In risposta all'invenzione di nuovi antibiotici contro i batteri patogeni, nascono ceppi (gruppi di microrganismi con caratteristiche fisiologiche distinte) resistenti all'azione di questi farmaci. Dalla prima metà del XX secolo c'è stata una corsa costante: i medici devono inventare costantemente nuovi farmaci che perdono rapidamente efficacia a causa dell'evoluzione accelerata dei microbi. L’unica cosa che ci impedisce di considerarlo un processo visibile di speciazione è l’impossibilità di applicare il concetto di “specie” ad un ceppo batterico. La definizione standard afferma che una specie è un insieme di organismi che non sono in grado di incrociarsi con individui di altre specie o, quando tali incroci producono prole sterile. Ma si è scoperto che ceppi appartenenti allo stesso tipo di batteri o anche a tipi diversi possono scambiarsi materiale genetico. Questo fenomeno è stato chiamato trasferimento genico orizzontale. Grazie alla migrazione dei geni, le conquiste di un tipo di microrganismo diventano disponibili a un altro: questa forma di evoluzione è stata chiamata reticolare, o reticolare, per sottolineare la sua differenza da quella “classica”, cioè ad albero, dove i batteri fanno non sembra adatto. In senso figurato, è impossibile costruire un albero evolutivo per i batteri con una radice comune: ce l'hanno legami familiari formano una rete intricata.

Paradossi dello sviluppo

Un altro fenomeno ancora difficile da spiegare dal punto di vista evolutivo è la complessità della struttura di un organismo vivente. Come potrebbe, ad esempio, formarsi un organo così perfetto come l'occhio? Darwin, che conosceva bene la zoologia e l'anatomia, rispose a questa domanda in questo modo. Anche le creature più semplici hanno organi capaci di percepire la luce. Pertanto, gli occhi possono essere allineati in ordine di complessità: da semplice macchie dell'età o dalle sacche cutanee trasparenti rivestite di pigmento della lancetta ai complessi occhi composti degli insetti e al perfetto sistema ottico dell'occhio umano. Inoltre, una serie del genere può essere facilmente creata sulla base degli occhi degli embrioni, che illustreranno il processo del loro sviluppo. Ebbene, non c'è bisogno di elencare quali vantaggi nella lotta interspecifica competitiva danno occhi ben funzionanti a chi li possiede. Per Darwin si rivelò molto più difficile spiegare l'origine degli organi elettrici nei pesci. Ma se sapesse che quasi tutti i processi fisiologici sono di natura elettrica, lo farebbe facilmente.

Tuttavia, il problema rimaneva, a livello molecolare. Anche i batteri più semplici hanno circa 200 geni, ciascuno costituito da centinaia o migliaia di nucleotidi. Ciascun gene è responsabile di alcune funzioni vitali, ad esempio la costruzione degli elementi cellulari, la produzione e la riparazione delle molecole di DNA e il trasporto del cibo nella cellula. Il biochimico americano Michael Behe ha definito questa proprietà di un sistema vivente “complessità irriducibile”, il che implica che la prima cellula doveva apparire con duecento geni contemporaneamente per diventare vitale. A proposito, questo esempio viene spesso utilizzato dai critici della teoria dell'evoluzione. Dicono: poiché i biologi stessi sono arrivati a un tale paradosso, significa che negano il darwinismo. Nella logica, una tale tecnica si chiama sostituzione della tesi e indica una conclusione errata - ovviamente, gli scienziati non negano il darwinismo, stanno cercando modi per aggirare la "complessità irriducibile". In effetti, è improbabile che anche la cellula più elementare emerga casualmente attraverso una selezione di composti chimici. Ma sappiamo poco di come fosse organizzato primi anni di vita sulla Terra e quali percorsi potrebbero portare all’emergere di una cellula.

Anche la complessità degli organismi multicellulari con decine di migliaia di geni costituisce un problema. Dopotutto, il materiale con cui “funziona” la selezione naturale potrebbe non essere sufficiente. Soprattutto tra gli animali di grandi dimensioni, che si contano solo a migliaia, come le balene o gli elefanti. Nel 1957, il genetista inglese John Haldane calcolò che per sostituire un solo tratto in una popolazione di qualsiasi organismo, è necessario effettuare una selezione per 300 generazioni - e ci sono decine di migliaia di tratti (geni)! È possibile, a un tasso di evoluzione così basso, l'emergere di nuove specie che differiscono non per uno, ma per un intero complesso di caratteri? Questa situazione fu in seguito chiamata "il dilemma di Haldane". L’apparente impossibilità può essere superata se cambi modello matematico e abbandonare la premessa che i tratti si evolvono indipendentemente l'uno dall'altro. Il processo sessuale e lo scambio genetico associato possono combinare molti tratti indesiderabili in un unico individuo e consentire loro di essere eliminati molto più velocemente di quanto previsto dal modello di Haldane.

Con l'aiuto della genetica è stato possibile risolvere la questione del corso direzionale dell'evoluzione, che un tempo era piuttosto acuta. Nel 19° secolo, il paleontologo Edward Cope scoprì che diversi tipi di animali fossili avrebbero potuto evolvere con le stesse caratteristiche. Ciò indicava che l'evoluzione non è un processo casuale, ma è soggetta ad alcune leggi interne, non ancora scoperte. Nel 20° secolo, un concetto simile chiamato “nomogenesi” fu sviluppato dallo scienziato russo Lev Berg. Ma i dati sperimentali contraddicono questo concetto. Gli animali, anche quelli che non sono strettamente imparentati, hanno molti geni comuni e determinano la comparsa apparentemente indipendente di tratti simili in specie diverse. Poiché i geni sono simili, cambiano (mutano) in modo simile. Da questo punto di vista è stato possibile spiegare la “legge delle serie omogenee nella variabilità ereditaria”, formulata nel 1920 da Nikolai Vavilov, il quale scoprì che forme simili si verificano in diversi tipi di cereali. Ad esempio, la segale e il frumento possono avere spighe con o senza reste; gli internodi possono essere colorati o meno. Questa legge ha un grande potere predittivo: se una pianta non ha qualche caratteristica, ma una specie a lei vicina la possiede, bisogna cercarla, è probabile che semplicemente non sia stata ancora scoperta.

Chi siamo?

La genetica è genetica, ma ammettiamolo. In tutta questa storia, la maggior parte delle persone è davvero preoccupata per una sola domanda: l'origine dell'uomo. Darwin aveva ragione riguardo allo stretto rapporto che esiste tra gli esseri umani grandi scimmie? Giudica tu stesso. Struttura anatomica, le caratteristiche fisiologiche e biochimiche, in particolare la struttura della molecola dell'emoglobina, ci rendono così simili alle scimmie che è difficile dubitare. La cosa più vicina all'uomo è lo scimpanzé, la nostra somiglianza genetica è così grande - 98% - che è nata l'idea di unire gli esseri umani e due in un unico genere. specie conosciute scimpanzé: comuni (Pan troglodytes) e nani (Pan paniscus), conosciuti anche come bonobo. Nel 1991, il biologo americano Jared Diamond scrisse un libro sull’evoluzione umana, che intitolò “Il terzo scimpanzé”. A suo avviso, nella tassonomia zoologica del genere Homo, è più corretto utilizzare tre specie: Homo troglodytes (uomo delle caverne, o scimpanzé comune), Homo paniscus (uomo fauno, o scimpanzé nano) e Homo sapiens.

Secondo la filogenetica molecolare, le linee evolutive degli esseri umani e degli scimpanzé divergevano circa 6-7 milioni di anni fa. Inoltre, confrontando 14.000 geni di esseri umani e scimpanzé, gli scienziati dell'Università del Michigan, guidati da Jianzhi Zhang, sono giunti alla conclusione che negli scimpanzé l'evoluzione a livello molecolare è stata più rapida. Cioè, affinché le specie odierne emergano dall'antenato comune agli scimpanzé e agli esseri umani, è stato necessario modificare più geni negli scimpanzé. Quindi forse l'apice dell'evoluzione è uno scimpanzé e non un essere umano? Inoltre, da un punto di vista biologico, la capacità di attività razionale, espressa nell'uomo in misura maggiore rispetto ad altre specie animali, non è una differenza così fondamentale e richiede meno riarrangiamenti genetici rispetto al genoma nel suo insieme.

Falsi ed errori

Nel corso di un secolo e mezzo di teoria evoluzionistica, ci sono stati esperimenti e conclusioni errate, e talvolta falsificazioni, e questo è motivo di critiche abbastanza giuste. Per esempio, storia famosa con l'"Uomo di Piltdown" scoperto nel 1912. Il suo scheletro è stato fabbricato da alcuni jolly da un teschio umano e una mascella di orango e per molto tempo era considerato un collegamento evolutivo intermedio a all'uomo moderno. Il falso fu smascherato nel 1953. Un'altra ragione fu data da Ernst Haeckel, in passato noto divulgatore del darwinismo: nel tentativo di illustrare in modo più convincente la teoria evoluzionistica, rielaborò disegni di embrioni animali in modo che fasi iniziali ricordavano più i pesci - questo era richiesto dalla “legge biogenetica” da lui formulata (nello sviluppo di un individuo si ripetono le fasi principali dell'evoluzione della specie). Gli oppositori, citando tali casi, concludono che per dimostrare la teoria evoluzionistica sono stati utilizzati fatti inesistenti, il che significa che è errata. In alcuni casi isolati sì, sono stati utilizzati. Ma in primo luogo, tutti questi falsi, compresi l’Uomo di Piltdown e i disegni di Haeckel, furono successivamente smascherati dagli stessi biologi. In secondo luogo, ci sono fatti molto più fermamente stabiliti che non contraddicono la teoria. Spesso c'è una discussione che riguarda la metodologia della scienza piuttosto che il suo contenuto: poiché la teoria evoluzionistica ha problemi irrisolti, significa che è insostenibile. A questo proposito possiamo dire quanto segue: una teoria delle scienze naturali deve avere problemi irrisolti e aree di studio che è solo a tentoni. Ciò deriva, in particolare, dalle peculiarità delle generalizzazioni empiriche: non esistono leggi logiche di transizione dal particolare al generale.

Molti altri argomenti simili possono essere avanzati contro la teoria dell’evoluzione. Alcuni di essi conterranno errori logici, altri mostreranno che la moderna teoria dell’evoluzione ha dei “punti ciechi”. In tutti questi casi non c’è motivo di abbandonare la teoria, soprattutto perché non esiste un’alternativa scientifica ad essa. Gli scienziati non possono accettare il creazionismo in quanto tale, poiché si basa su un approccio metafisico. La teoria dell'evoluzione e il mito della Creazione sono diversi sistemi linguistici, basati su apparati concettuali diversi, e pertanto non possono essere correttamente confrontati e contrapposti. E il cosiddetto “creazionismo scientifico” si è rivelato inefficace come metodologia di ricerca: non avanza ipotesi verificabili sperimentalmente, e quindi è inutile per lo sviluppo della conoscenza scientifica.

È tutto vero e oggi la teoria dell’evoluzione non ha concorrenti. Tuttavia, da un punto di vista ideologico è soggetto a critiche, la cui essenza si riduce al fatto che la teoria offende i sentimenti dei credenti. Un'idea ingegnosa che concilia la scienza naturale e la fede letterale nelle Sacre Scritture è stata avanzata dal creazionista contemporaneo di Darwin, Philip Gosse. Accettò come corretti tutti i dati geologici che testimoniano l'antichità del mondo, ma sostenne che il mondo fu creato come se avesse una lunga storia. In questa occasione il matematico inglese Bertrand Russell osservò ironicamente: “Dato questo presupposto, non abbiamo più bisogno di considerare il mondo come creato in un determinato momento. Saremmo potuti apparire tutti solo cinque minuti fa: con la barba lunga, con i calzini bucati e ricordi già pronti. Questa idea, anche se in forma umoristica, è ancora utilizzata. Ad esempio, nella città americana dello zoo di St. Louis c'è una stanza dedicata all'evoluzione, e in essa c'è un annuncio che dice: “Questo non significa affatto che il mondo vivente non possa essere stato creato tutto in una volta - sembra proprio che sia apparso come il risultato di una lunga evoluzione.

Vadim Sharov

Il grande biologo svedese Carlo Linneo ha diviso il tutto mondo naturale in tre regni: minerali, piante e animali; non teneva conto dei rapporti tra le singole specie. Un secolo dopo, Darwin pubblicò L’origine delle specie e il quadro cominciò a complicarsi. Infine, nel 1969, sulla rivista Scienza è uscito ecologista Robert Whittaker, e la sua concezione dei regni della natura vivente divenne canonica per mezzo secolo: i procarioti più semplici, poi gli eucarioti unicellulari, e soprattutto i regni delle piante, dei funghi e degli animali. Ma ora la ricerca genetica ha messo in dubbio la cosa.

Da Linneo a Whittaker

Come sapete, le basi della moderna tassonomia degli esseri viventi furono gettate dal grande biologo svedese Carl Linnaeus. Nella sua opera fondamentale Systema Naturae (1735), divise l'intero mondo naturale in tre regni: minerali, piante e animali. I rapporti tra le singole specie - il modo in cui discendono le une dalle altre, competono, appaiono e scompaiono - non furono presi in considerazione: Linneo voleva solo creare una classificazione ordinata delle "creazioni di Dio". Mancavano ancora 124 anni all'origine delle specie di Darwin.

Dopo il trionfo della teoria darwiniana e con l’accumularsi di sempre maggiori conoscenze sugli esseri viventi, il quadro cominciò a complicarsi. È diventato chiaro che i funghi si distinguono dagli animali e dalle piante. Inoltre, sono stati studiati animali unicellulari, sia quelli con un nucleo nelle cellule (eucarioti) sia quelli senza nucleo (procarioti). Tutti dovevano anche trovare posti sull'albero evolutivo.

Di conseguenza, nel 1969, l'ecologo Robert Whittaker, dopo aver riassunto e in qualche modo semplificato i dati raccolti dai suoi predecessori, propose nel suo articolo sulla rivista Scienza una nuova concezione dei regni della natura vivente (i biologi, naturalmente, non erano più interessati alle pietre):

Come vediamo, nel diagramma di Whittaker la base del “tronco” dell’albero evolutivo è rappresentata dai procarioti più semplici ( Monera), in alto c'è il regno degli eucarioti unicellulari ( Protista), e l'intera struttura è coronata da tre potenti rami: il regno vegetale ( Plantae), funghi ( Funghi) e animali ( Animalia). È stato questo schema che è diventato canonico per molti decenni ed è stato incluso nei libri di testo da cui tu ed io abbiamo studiato.

Ecologia e genetica

Non è un caso che lo schema di Whittaker abbia ottenuto un riconoscimento così ampio: è semplice, conveniente e, come sembrava allora, ben coerente con i principi fondamentali dell'esistenza della materia vivente.

Ad esempio, da un punto di vista ecologico (non per niente abbiamo detto che Whittaker era un ecologista), tutti gli esseri viventi sono divisi in tre tipologie in base al tipo di alimentazione. Le piante produttrici fanno quello che producono, cioè creano biomassa attraverso la fotosintesi, inalando l'anidride carbonica presente nella luce solare e rilasciando ossigeno. Gli animali consumatori non creano, ma consumano solo questa biomassa creata dalle piante. Inoltre, solo i consumatori del 1° ordine (erbivori) mangiano l’erba stessa, i consumatori del 2° ordine (carnivori) mangiano i consumatori del 1° ordine e così via, più in alto nella catena alimentare. Infine, i funghi sono decompositori, decompongono la biomassa in composti più semplici per reintrodurla nel ciclo. Un semplice albero evolutivo rifletteva esattamente la divisione storica degli esseri viventi secondo queste tre strategie.

Primi dati ricerca genetica sembrava anche confermare la correttezza dello schema di Whittaker. Il confronto delle variazioni in un gene che codifica una parte dell'RNA ribosomiale in diverse creature viventi ha fornito un quadro simile, con tre potenti rami - piante, animali e funghi - in alto e quelli unicellulari in basso.

Ma qualcosa è andato storto...

Tuttavia analisi genetica ha mostrato qualcos'altro. Si è scoperto che alcuni geni mitocondriali sono presenti nelle cellule di Giardia e Trichomonas. Osservando più da vicino al microscopio elettronico, i ricercatori hanno notato i rudimenti dei mitocondri stessi: minuscole vescicole ridotte che è impossibile notare se non si sa cosa cercare.

In una parola, si è scoperto che il vecchio albero evolutivo “secondo Whittaker” interpreta erroneamente i rapporti familiari tra esseri viventi, che, una volta testati, si sono rivelati molto più complessi. Per riflettere idee moderne e raffinate al riguardo, i biologi hanno recentemente “disegnato” un nuovo albero evolutivo più complesso, in cui, invece dei regni ruolo principale giocano i supergruppi e gli animali (incluso l'uomo) risultano essere più vicini ai coanoflagellati unicellulari che ad altri organismi multicellulari. Parleremo di questo nuovo schema nella seconda parte dell'articolo.

Vadim Sharov

Il nuovo albero evolutivo aggiornato del regno animale, basato sull'analisi di un numero record di geni e tipi di animali, ha permesso di risolvere molte questioni controverse di evoluzione e sistematica. È stata confermata la teoria secondo cui la divisione in protostomi e deuterostomi è avvenuta ancor prima che gli animali formassero un insieme O m (cavità corporea secondaria). I protostomi sono divisi in due distinti lignaggi evolutivi: Lophotrochozoa (vermi piatti, anellidi, molluschi, brachiopodi, nemertei) ed Ecdysozoa (vermi tondi e cefalopodi, artropodi, onicofori, tardigradi).

Fino all’ultimo quarto del XX secolo, i biologi ricostruivano la storia evolutiva degli animali principalmente sulla base di dati provenienti dall’anatomia comparata, dall’embriologia e dalla paleontologia. A questo elenco sono stati poi aggiunti i dati molecolari, i più importanti dei quali erano le sequenze nucleotidiche del DNA. Le ricostruzioni evolutive (“alberi”) basate su dati molecolari non sempre corrispondevano ai vecchi alberi “classici”. Ciò ha portato ad un acceso dibattito tra gli zoologi.

All'inizio, molti erano dell'opinione che i vecchi metodi collaudati fossero più affidabili di quelli molecolari nuovi. Ma gradualmente la bilancia si è spostata nella direzione opposta, e oggi la maggior parte degli esperti ritiene che siano i dati molecolari in linea di principio permettono di ricostruire i percorsi evolutivi degli animali in modo molto più accurato rispetto ai caratteri morfologici ed embriologici. In Russia, tuttavia, molti non sono ancora d’accordo con questo, ma in Occidente sono pochissimi questi “retrogradi” che non si fidano delle ricostruzioni molecolari.

I “caratteri” molecolari (sequenze nucleotidiche) presentano due importanti vantaggi rispetto a quelli morfologici. Innanzitutto, ce ne sono semplicemente molti di più. Infatti, ogni nucleotide in un cromosoma può essere considerato come un carattere separato - e quindi ottenere alberi basati su molte centinaia e migliaia di caratteri, mentre il numero caratteristiche morfologiche, adatto per l'analisi filogenetica (evolutiva), è solitamente limitato a diverse dozzine. In secondo luogo, la maggior parte dei caratteri morfologici influenza direttamente la vitalità dell'organismo, mentre le sostituzioni di molti nucleotidi sono neutre (indifferenti). La somiglianza morfologica non indica necessariamente la parentela: può anche svilupparsi in organismi non imparentati sotto l'influenza della selezione naturale in condizioni di vita simili (questo fenomeno è chiamato convergenza). La presenza convergente di sequenze nucleotidiche simili è molto meno probabile.

Il problema, tuttavia, è che l’affidabilità di qualsiasi ricostruzione evolutiva, comprese quelle molecolari, dipende molto dal volume e dalla completezza dei dati originali.

Il criterio principale per l'affidabilità degli alberi molecolari è la loro stabilità o ripetibilità. Esistono diversi algoritmi per costruire un albero basato sulla stessa serie di dati iniziali (ad esempio, le sequenze nucleotidiche di un gene in diversi organismi). Se l'uso di algoritmi diversi dà lo stesso risultato, ciò indica la sua affidabilità. Sono state inoltre sviluppate procedure speciali per valutare l'affidabilità dei “nodi” (punti di diramazione) degli alberi risultanti (vedi: bootstrap).

I primi alberi molecolari del regno animale, basati su singoli geni e su un numero molto piccolo di specie, erano caratterizzati da una bassa stabilità e quindi suscitavano poca fiducia. Ben presto divenne chiaro che più erano i geni e i gruppi di animali coinvolti nell’analisi, più i risultati diventavano coerenti e affidabili. Gli scienziati, ovviamente, hanno iniziato ad affrettarsi per aumentare la quantità di dati da utilizzare. A poco a poco cominciò ad emergere un quadro molto diverso da quello “classico”, basato sulla morfologia e sull’embriologia.

La più importante delle differenze identificate riguardava le relazioni correlate tra i principali tipi di animali a simmetria bilaterale (bilateria). Secondo le idee classiche, tutti i bilateria che hanno un celoma (cavità corporea secondaria) discendono da un antenato comune e sono in contrasto con i bilateria “pre-celomica”, come i platelminti e i nematodi. I celomati si dividono in protostomi (anellidi, molluschi, artropodi, ecc.) e deuterostomi (cordati, emicordati, echinodermi). Gli anellidi erano considerati gli antenati degli artropodi.

I dati molecolari, al contrario, hanno mostrato che la divisione in due linee corrispondenti a protostomi e deuterostomi è avvenuta prima, anche prima dello sviluppo del celoma nei bilateri. O m. Da ciò ne conseguiva che era intatto O m, che gli specialisti in anatomia comparata consideravano il carattere tassonomico più affidabile (la base per la classificazione naturale), si è infatti sviluppato indipendentemente nei protostomi e nei deuterostomi. I nematodi che non hanno un celoma, secondo i dati molecolari, si sono rivelati parenti stretti degli artropodi (erano riuniti nel gruppo degli "animali modellanti" - Ecdysozoa), e i platelminti sono imparentati con i molluschi, così come gli anellidi, i la cui relazione con gli artropodi non è stata confermata dai dati molecolari. Vermi piatti (senza celoma), così come quelli con celoma O m molluschi, anellidi e una serie di altri tipi sono stati combinati nel gruppo Lophotrochozoa.

Tutte queste conclusioni, tuttavia, non potevano essere considerate definitive fino a tempi molto recenti. Gli alberi molecolari sono rimasti instabili. Alcuni di essi sembravano confermare la “vecchia” versione dell’evoluzione animale, in cui il tutto appariva una sola volta (questa versione era chiamata “teoria del celomato”). Per risolvere questa controversia, i ricercatori hanno gradualmente aumentato il volume e la rappresentatività dei dati molecolari utilizzati nella speranza che gli alberi risultanti alla fine diventassero stabili.

Un gruppo di scienziati provenienti da USA, Danimarca, Germania e Gran Bretagna ha pubblicato nell'ultimo numero della rivista Natura l'ultima versione dell'albero evolutivo molecolare degli animali, basato su un numero record di geni (150) e gruppi di animali. L'analisi ha incluso 77 specie appartenenti a 21 phyla animali, e per 11 di questi phyla mancavano ancora i dati genomici. Molte parti (nodi) dell'albero risultante si sono rivelate in realtà molto più stabili rispetto a studi precedenti di questo tipo.

I risultati ottenuti forniscono prove convincenti contro la classica “teoria dei celomati”. I più “primitivi” tra i gruppi inclusi nell’analisi si sono rivelati essere i ctenofori. I bilateria vengono prima divisi in lignaggi di protostomi e deuterostomi, e solo allora si forma un insieme indipendente in ciascuna di queste linee. O m. I protostomi sono divisi in Lophotrochozoa ed Ecdysozoa. I parenti più stretti degli artropodi si sono rivelati onicofori e tardigradi (che corrisponde alle idee classiche), così come i nematodi (che non corrispondono affatto a loro). I parenti più stretti degli anellidi si sono rivelati non artropodi, come si pensava in precedenza, ma brachiopodi e nemerti.

Molto è diventato più chiaro, ma i legami familiari di alcuni gruppi rimangono poco chiari (la loro posizione sul nuovo albero si è rivelata instabile). Questi gruppi non sono mostrati nella figura sopra (ad eccezione delle spugne). Gli autori vedono le ragioni dell'instabilità nel fatto che per alcuni gruppi non sono stati in grado di raccogliere una quantità sufficiente di dati molecolari (spugne, turbellari intestinali, misostomidi), mentre altri erano rappresentati da un numero insufficiente di specie (briozoi, rotiferi). . Inoltre, gli autori non sono stati in grado di includere nell'analisi Trichoplax, che, a giudicare dai risultati dell'analisi del DNA mitocondriale, è il più primitivo degli animali moderni.

Gli insegnamenti di Charles Darwin furono integrati dal lavoro di molti scienziati. Grazie al loro lavoro è stata dimostrata la correttezza delle disposizioni più importanti della teoria dell'evoluzione. Ciò ha permesso di determinare le fasi principali dello sviluppo del mondo animale sulla Terra.

Dagli animali unicellulari agli animali pluricellulari. Indubbiamente, i primi sulla Terra furono gli antichi protozoi. Da loro si sono evoluti moderni organismi unicellulari: sarcodi, flagellati, ciliati e sporozoi. Secondo la loro struttura, rappresentano una cellula in cui si svolgono tutti i processi vitali di un intero organismo vivente. Tra gli organismi unicellulari, i flagellati coloniali, come il Volvox, sono i più complessi. Dagli antichi flagellati coloniali sarebbero sorti antichi organismi pluricellulari, molto simili ai moderni celenterati, il cui corpo era costituito da due strati di cellule (flagellati esterni e cellule digestive interne).

L'emergere di antichi organismi multicellulari fu un evento enorme nell'evoluzione degli animali. Negli organismi multicellulari, a differenza degli organismi unicellulari, è diventato possibile specializzare le cellule in base alle funzioni che svolgono. Alcune cellule hanno iniziato a svolgere un ruolo protettivo, altre per garantire la digestione, la contrazione, la riproduzione e l'irritazione.

La multicellularità e la specializzazione delle cellule sono diventate la base per la formazione dei tessuti, l'aumento delle dimensioni corporee, l'emergere di uno scheletro e la rigenerazione.

Complicazione della struttura degli organismi multicellulari. La fase successiva fu l'origine degli antichi animali celenterati a tre strati, simili ai moderni vermi ciliati a vita libera. Hanno sviluppato sistemi di organi: sistemi di organi digestivi, circolatori, nervosi, escretori e riproduttivi. A causa del terzo strato di cellule, i muscoli si formano nei platelminti e nei nematodi.

Prossimo tappa importante nello sviluppo storico del mondo animale vi fu l'emergere degli anellidi. Forse molluschi e artropodi si sono evoluti da alcuni antichi anellidi (Fig. 227). I primi animali terrestri apparvero tra i molluschi e gli artropodi. A causa della formazione di uno scheletro chitinoso esterno, l'adattamento degli insetti alla vita terrestre è diventato più avanzato. Le coperture chitinose, che fungono da scheletro e proteggono il corpo dall'essiccamento, hanno permesso la formazione di arti e ali. Gli insetti si sono diffusi ampiamente su tutta la Terra.

Riso. 227. Albero evolutivo mondo animale moderno

Insieme allo sviluppo progressivo generale, gli animali si adattano a condizioni specifiche. Pertanto, i rappresentanti delle famiglie dei coleotteri terrestri e dei coleotteri nuotatori sono coleotteri predatori, ma alcuni hanno imparato ambiente terrestre, mentre altri si sono adattati alla vita acquatica.

Origine ed evoluzione dei cordati. Si ritiene che gli antichi cordati discendessero da antenati secondari simili a vermi che conducevano uno stile di vita sedentario. I cordati acquisirono caratteristiche progressive: uno scheletro interno, muscoli scheletrici, un sistema nervoso centrale ben sviluppato che sembrava un tubo neurale, organi sensoriali più avanzati, sistemi digestivi, respiratori, circolatori, escretori e riproduttivi.

I cordati più antichi erano apparentemente simili alle moderne lancette. Avevano una notocorda (lo scheletro assiale interno primario), sopra la quale c'era un tubo neurale - il sistema nervoso centrale. Sotto la notocorda c'era un intestino, la cui sezione anteriore aveva fessure branchiali.

I vertebrati si sono evoluti da antichi animali senza cranio. Hanno sviluppato un sistema muscolo-scheletrico più avanzato (una colonna vertebrale costituita da vertebre). Un teschio si è sviluppato per proteggere il cervello. Il cervello e il midollo spinale si formarono dal tubo neurale e il comportamento divenne più complesso. IN sistema circolatorio apparve il cuore, un organo muscolare che assicura il movimento del sangue attraverso i vasi. Si sono verificati cambiamenti negli organi di movimento. Dalle pieghe situate sui lati del corpo si sviluppano arti accoppiati - pinne.

È così che sono nati i primi vertebrati acquatici: i pesci. I pesci si diffusero nel Paleozoico.

Uscita dei vertebrati verso la terra. Importante Per l'origine dei vertebrati terrestri, antichi pesci con pinne lobate avevano. Lo scheletro delle loro pinne accoppiate somigliava allo scheletro degli arti degli anfibi. I pesci con le pinne lobate facevano affidamento su pinne pari ben sviluppate quando strisciavano sul fondo: queste pinne avevano muscoli. Avevano i rudimenti dei polmoni; potevano respirare aria quando i corpi idrici si seccavano.

I primi vertebrati terrestri - gli anfibi - si sono evoluti da antichi pesci con pinne lobate.

Gli anfibi non hanno perso il contatto con ambiente acquatico e nell'aspetto erano molto simili ai pesci con le pinne lobate. I loro arti si trasformarono in leve multi-membro tipiche dei vertebrati terrestri: arti a cinque dita. I polmoni divennero più complessi e emersero due circoli di circolazione sanguigna. Anche i discendenti degli antichi anfibi: tritoni moderni, salamandre, rane e rospi sono strettamente legati all'acqua. Avendo la pelle nuda coinvolta nella respirazione, gli anfibi possono vivere solo in un ambiente umido e la loro riproduzione avviene nei corpi idrici.

Alla fine del Paleozoico il clima sulla Terra divenne più secco. I vertebrati iniziarono ad esplorare la terra più intensamente. In alcuni anfibi, le scaglie cornee iniziarono a formarsi nella pelle, proteggendo il corpo dalla disidratazione.

I tegumenti cheratinizzati impedivano la respirazione, quindi i polmoni erano l'unico organo respiratorio. Gli animali si sono adattati alla riproduzione sulla terraferma. Cominciarono a deporre le uova, ricche di sostanze nutritive, di acqua e protette dai gusci contro la disidratazione. È così che sono nati i rettili, tipici vertebrati terrestri.

La fioritura dei rettili. IN Era mesozoica i rettili hanno dominato tutti gli ambienti viventi e si sono diffusi ampiamente su tutta la Terra. I dinosauri più diversi erano erbivori e carnivori. Alcuni sono piccoli, delle dimensioni di un topo, altri sono giganti, lunghi quasi 30 m. Ambiente aereo abitato da lucertole volanti. Ittiosauri, coccodrilli e tartarughe si sono adattati alla vita acquatica per la seconda volta. Apparvero le lucertole. Successivamente i serpenti si sono evoluti da loro.

La fioritura degli uccelli e degli animali. Gli antichi rettili hanno dato origine a uccelli e mammiferi, che hanno acquisito importanti vantaggi rispetto ai rettili: temperatura corporea costante, cervello sviluppato, riproduzione più avanzata: negli uccelli - deposizione e incubazione delle uova, alimentazione dei pulcini; nei mammiferi: portare i piccoli nel grembo materno, viviparità e nutrirsi con il latte. Uccelli e mammiferi si sono rivelati più adatti ai cambiamenti delle condizioni ambientali rispetto ai rettili.

Livelli di organizzazione della vita. Studiando gli animali hai acquisito familiarità con il livello cellulare dell'organizzazione della vita. Un organismo protozoico è costituito da una cellula. Nei celenterati multicellulari compaiono due strati del corpo: ectoderma ed endoderma, le cui cellule hanno strutture diverse. Dalle cellule diversi tipi sono costituiti da tessuti di animali superiori: epiteliali, muscolari, nervosi, ecc.

Conoscendo l'attività vitale degli animali, il loro comportamento, hai avuto a che fare con il livello organismico di organizzazione della vita. In questo caso, gli animali appartengono a determinate specie. La conservazione di una specie è possibile se gli animali vivono in gruppi (popolazioni) in cui si incrociano liberamente e lasciano prole. Un gruppo di animali della stessa specie, che vivono in determinate condizioni, aventi caratteristiche morfologiche, fisiologiche e genetiche comuni, è chiamato popolazione. Di conseguenza, questo è il livello di organizzazione della vita della popolazione-specie.

Naturalmente, popolazioni di specie diverse che abitano lo stesso habitat fanno parte della stessa biocenosi. Questo è il livello biocenotico dell'organizzazione della vita. In ogni biocenosi si distinguono tre gruppi di organismi: produttori - produttori di sostanze organiche (piante), consumatori - consumatori di sostanze organiche (erbivori, predatori, onnivori) e decompositori - distruttori di sostanze organiche (Fig. 228). Questi includono uccelli e animali: spazzini, coleotteri sepolcrali e lombrichi. Questi animali, nutrendosi di cadaveri e rifiuti (parti morte di piante, corpi di animali morti e loro escrementi), e in misura maggiore di batteri e funghi, completano la decomposizione delle sostanze organiche in minerali, aumentando così la fertilità del suolo e restituendo quelle prelevate dalle piante alla natura minerali(Fig. 229). La diversità delle condizioni di vita, le differenze nelle popolazioni e la diversità delle biocenosi garantiscono la sostenibilità degli ecosistemi naturali a diversi livelli.

Riso. 228. Scarafaggi becchini vicino al cadavere di un topo

Una persona che possiede informazioni scientifiche sulle leggi della struttura e del funzionamento dei sistemi biologici ha la capacità di applicarle correttamente e abilmente in attività pratiche. Il benessere degli ecosistemi naturali e delle singole specie animali dipende dalla comprensione da parte delle persone delle leggi di funzionamento delle biocenosi e della loro conservazione. È necessario utilizzare razionalmente le proprie conoscenze sul mondo animale e occuparsi costantemente della sua conservazione e restauro.

Riso. 229. Rapporti tra produttori (1), consumatori (2) e decompositori (3)

Moderno fauna- il risultato di un lungo sviluppo storico del mondo biologico. In questo caso, lo sviluppo avviene come risultato di un progresso generale: comparsa della multicellularità, comparsa del mesoderma, formazione di uno scheletro chitinoso esterno, uno scheletro interno (notocorda), uno scheletro tubolare centrale sistema nervoso, sangue caldo, ecc. Il mondo animale moderno è un insieme di sistemi viventi di diversi livelli che interagiscono attivamente con l'ambiente.

Esercizi basati sugli argomenti trattati

Nomina le fasi principali dello sviluppo del mondo animale sulla Terra.
Quali sono le peculiarità della struttura e dell'attività vitale degli animali unicellulari?
Quali adattamenti nella struttura e nell'attività compaiono negli animali multicellulari in contrasto con quelli unicellulari?
Qual è il significato della comparsa di tre strati nella complicazione dell'organizzazione del corpo animale?
Perché la formazione di uno scheletro chitinoso esterno ha contribuito all'adattamento degli insetti alla vita terrestre e al loro insediamento sulla Terra?
Quali caratteristiche progressive dei cordati hanno assicurato la loro ulteriore evoluzione?
Nomina le principali differenze tra i vertebrati e i loro antenati: quelli non cranici nella struttura e nelle funzioni del corpo.
Quali cambiamenti nella struttura e nelle funzioni del corpo sono apparsi negli antichi anfibi a causa dei cambiamenti climatici? A cosa ha portato questo?
Qual è il vantaggio nella struttura e nella vita degli uccelli e dei mammiferi rispetto ai rettili?
Nomina le fasi principali dell'evoluzione degli invertebrati e dei cordati.