База и методология эволюционной морфологии
Эволюционная морфология возникла на стыке трех важнейших биологических дисциплин. Ее главная задача — установить факты повторения предковых черт (рекапитуляции), определить способы филогенетических изменений и выявить связь между анатомией организма и условиями его существования.
Основным инструментом исследователей является метод «тройного параллелизма», который объединяет данные трех наук:
- Сравнительная анатомия помогает разделить сходство структур на гомологичное и аналогичное.
- Эмбриология выявляет явления зародышевого сходства (опираясь на закон К. Бэра).
- Палеонтология позволяет изучать рекапитуляцию, то есть повторение в развитии признаков древних предковых форм.
Сравнительная характеристика органов
При изучении эволюции систем органов ключевое значение имеет понимание разницы между двумя типами структур, которые могут внешне или функционально походить друг на друга.
Гомологичные органы формируются в результате дивергенции. Они имеют общий план строения, единое происхождение и развиваются из одних и тех же эмбриональных зачатков. Однако их функции могут кардинально отличаться. Типичный пример: передняя конечность человека, крыло птицы и ласта тюленя.
Аналогичные органы, напротив, являются результатом конвергенции. Они развиваются из разных зачатков и имеют абсолютно разное происхождение, но внешне похожи, так как выполняют одинаковую задачу. Например, крыло птицы и крыло бабочки, или жабры рыбы и жабры рака.
Пути и способы преобразования органов
В процессе эволюции органы не остаются неизменными. Их филогенетические преобразования идут по двум основным путям:
- Дифференциация — процесс, при котором изначально однородная структура разделяется на разнородные специализированные части. Классический пример — дифференцировка зубной системы у млекопитающих.
- Интеграция — обратный процесс объединения частей в единое целое с усилением их взаимозависимости, как это произошло при слиянии отдельных сегментов позвоночника в крестец.
Кроме того, меняется и сама функциональная нагрузка на орган. Возможна смена функции, когда второстепенная задача становится главной, а также расширение или сужение (интенсификация) исходной функции.
Соотносительность развития: корреляции и координации
Органы развиваются не изолированно, а в тесной связи друг с другом. В процессе индивидуального развития (онтогенеза) такие взаимосвязи называются корреляциями. Например, развитие глазного бокала индуцирует формирование хрусталика. Корреляции бывают геномными, морфогенетическими и эргонтическими.
В историческом развитии (филогенезе) устойчивые взаимосвязи называются координациями. Они делятся на три типа:
- Топографические — связаны с пространственным соседством органов.
- Динамические — основаны на прямой функциональной взаимосвязи.
- Биологические — объединяют органы, которые напрямую не связаны анатомически, но вместе необходимы для выживания в определенной среде (например, строение зубов и особенности желудочно-кишечного тракта у травоядных животных).
Механизмы исчезновения и появления органов
В ходе эволюции органы могут утрачивать свое значение или, наоборот, проявляться как «отголоски» прошлого. Для описания этих явлений используют два понятия:
- Рудименты — это недоразвитые структуры, которые утратили свою главную функцию в ходе филогенеза. Важнейший признак рудимента: он присутствует у всех представителей данного вида. У человека к ним относятся аппендикс, копчик и третье веко.
- Атавизмы — это внезапное появление у отдельных особей тех признаков, которые были свойственны их далеким предкам, но давно утрачены видом в целом. Примеры у человека: развитие хвоста, многососковость или сплошной волосяной покров на теле.
Коротко: ответы на вопросы по теме
В чем отличие морфогенетических корреляций от эргонтических?
Морфогенетические корреляции относятся к типу онтогенетических взаимосвязей в развивающемся организме. В отличие от них, эргонтические корреляции проявляются на более поздних стадиях онтогенеза в растущем или взрослом организме и обусловлены непосредственной взаимозависимостью функций различных органов или частей тела. Например, степень развития конкретной мышцы напрямую определяет степень развития костного выступа, к которому она прикрепляется.
Какие рудиментарные органы присутствуют в организме человека?
К рудиментарным органам человека относятся:
- слепая кишка и аппендикс;
- мигательная перепонка глаза (полулунная складка);
- волосяной покров тела;
- мышцы ушной раковины;
- зубы мудрости;
- копчик;
- мужские соски.
Рудименты сохраняются у половозрелых особей в недоразвитом состоянии и не выполняют присущую им первоначальную функцию.
Какие пороки развития человека классифицируются как атавизмы?
К атавизмам человека относятся признаки, свойственные далёким предкам, но утраченные видом и появляющиеся у отдельных особей:
- многососковость (полителия);
- хвостатость;
- сплошной волосяной покров (гипертрихоз).
Как формулируется закон зародышевого сходства Карла Бэра?
Согласно закону зародышевого сходства Карла Бэра, развитие организма идёт от общего к частному. В эмбриогенезе последовательно появляются признаки типа, класса, отряда, семейства, рода и вида; признаки рода и вида появляются в последнюю очередь.
Что такое принцип субституции органов в филогенезе?
Субституция органов в филогенезе представляет собой эволюционный процесс, при котором один орган замещается другим, принимая на себя его функции. При этом заменяемый орган в ходе эволюционного развития либо полностью исчезает, либо становится рудиментарным. Классическими примерами такой субституции являются замещение хорды позвоночником или замена головной почки позвоночных туловищной почкой.
Чтобы не путать термины: Гомологичные органы — общее Генетическое происхождение (но разные функции). Аналогичные органы — Аналогичная работа (одинаковые функции, но разное происхождение).
Вопросы с занятий и экзамена
В чем главное отличие рудимента от атавизма?
Рудименты являются нормой и присутствуют у всех особей данного вида (например, копчик у человека). Атавизмы — это генетическое отклонение, возврат к предковым формам, которое встречается лишь у отдельных редких особей (например, рождение человека с хвостом).
Что такое дивергенция и конвергенция в морфологии?
Дивергенция — это расхождение признаков у родственных организмов, приводящее к образованию гомологичных органов. Конвергенция — независимое приобретение сходных черт неродственными организмами из-за одинаковой среды обитания, что ведет к появлению аналогичных органов.
Что такое метод тройного параллелизма?
Это комплексный подход к изучению эволюции, который одновременно использует данные трех наук: сравнительной анатомии, эмбриологии и палеонтологии.
Что ещё разобрать по теме
- Способы морфофункциональных преобразований (гетеротопии, гетерохронии, гетеробатмии)
- Филэмбриогенезы по А.Н. Северцову (анаболия, девиация, архаллаксис)
- Типы онтогенетических корреляций (геномные, морфогенетические, эргонтические)
- Закон зародышевого сходства К. Бэра и его роль в эмбриологии
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Общие закономерности филогенеза систем органов» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Филогенез мочеполовой системы позвоночных»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.