Удивительные рудименты и атавизмы в мире животных: как они влияют на их жизнь

Удивительные рудименты и атавизмы в мире животных: как они влияют на их жизнь

Рудименты и атавизмы имеют схожее эволюционное объяснение. Различные органы и признаки, оказывались бесполезными для организмов в ходе эволюции, однако, они не утратились моментально, а сохранялись в течение многих веков, постепенно редуцировались и разрушались под грузом мутаций. Дело в том, что в ходе естественного отбора некоторые мутации , нарушающие развитие определенного признака, перестают отбраковываться и начинают свободно накапливаться. Этот процесс длительный и может привести к приобретению редуцирующимися органами новых функций. Основные примеры рудиментов в теле человека – это почти полностью утраченный волосяной покров, аппендикс, а также остаточные структуры третьего века.

К рудиментам человека можно отнести структуры, которые потеряли свои функции и значение для постнатального онтогенеза, но сохраняются в эмбриональном периоде или всю жизнь. Поэтому, помимо остаточного волосяного покрова, мышц ушной раковины, копчика, аппендикса к рудиментам можно отнести хорду, хрящевые жаберные дуги, правую дугу аорты, шейные ребра и другие особенности различных этапов развития эмбриона человека.

Аномалии эмбриогенеза, которые вызывают формирование у высокоорганизованных организмов предковых признаков — атавизмов, характерных для предков и в норме не встречающихся у современных особей отличаются тем, что утратили свое функциональное значение для современных индивидов.

Таким образом, рудименты и атавизмы отличаются временем и особенностями развития в онтогенезе, причем первые встречаются у всех индивидов в той или иной мере в период эмбриогенеза или постнатального развития, а вторые – атавизмы, являются аномалиями и встречаются редко и у единичных представителей.

Связанные вопросы и ответы:

Что такое рудименты и атавизмы у животных

Еще в бытность свою аспирантом в Бостоне я был привлечен в помощь старшему коллеге, который написал статью по биологии. Он исследовал вопрос о том, что более эффективно для теплокровных животных: передвигаться на двух ногах или на четырех. Коллега планировал отослать свою статью в журнал Nature , один из самых престижных научных журналов, и попросил меня помочь ему сделать фотографию, которая годилась бы на обложку журнала и привлекла бы внимание к его статье. Я был так рад на время выбраться из лаборатории, что охотно провел целый день в загоне, преследуя лошадь и страуса и надеясь поймать кадр, где они бежали бы бок о бок и тем самым демонстрировали бы одновременно оба типа бега. Стоит ли говорить, что страус и лошадь не желали слушаться и сотрудничать со мной, и, когда все биологические виды выдохлись, мы оставили эту затею. Хотя фотография у нас так и не получилась , но благодаря самому опыту я усвоил важный биологический урок: страусы не умеют летать, но тем не менее пользуются крыльями. На бегу страус использует крылья, чтобы поддерживать равновесие: распростертые крылья не дают ему опрокинуться вперед. Когда же страус приходит в возбуждение, а этого не миновать, если вы носитесь за ним по всему загону, то он бежит прямо на вас, растопырив крылья и тем самым демонстрируя угрозу. Это знак, что лучше убраться с дороги, потому что разъяренный страус запросто может выпустить вам кишки одним могучим ударом лапы. Кроме того, страус использует крылья во время брачных танцев и для защиты птенцов от жгучего африканского солнца.

Как рудименты и атавизмы влияют на поведение и физиологию животных

Институт зоологии им. И. И. Шмальгаузена НАН Украины, Киев 01601, Украина

Проблема механизмов постепенной редукции бесполезных органов относится к числу классических в теории эволюции и имеет свою долгую историю. Для Ж.Б. Ламарка процессы редукции – это один из примеров действия постулированного им закона неупотребления органов. Ч. Дарвин объяснял редукцию неупотреблением органов, иногда при содействии естественного отбора, однако понимал недостаточность этих факторов для объяснения конечных стадий процесса (когда орган уже утрачивает всякое функциональное значение). Дарвин высказал поэтому предварительную гипотезу, согласно которой каждая часть организма скорее варьирует в направлении уменьшения, чем увеличения. По сути, дальнейшее развитие биологии подтвердило эту догадку. Орган, структура которого не подвергается испытанию в борьбе за существование (некий дарвинистический аналог ламарковского принципа неупотребления органов), вероятнее всего, будет деградировать в ряду поколений.

И.И. Шмальгаузен обосновал теоретически и проиллюстрировал на примерах, что прекращение отбора, поддерживавшего некую структуру в стабильном состоянии, приводит к дезорганизации этой структуры (уменьшению размеров, упрощению строения, нарушению корреляций между частями структуры, увеличению диапазона изменчивости) и, в конечном итоге, к полной ее утрате. Морфологические признаки формируются в онтогенезе посредством индукций, каждая из которых – результат взаимодействия специфических реагентов – индуктора и реагирующей ткани. Эти реагенты должны, следовательно, формироваться в онтогенезе одновременно. В эволюции бесполезных структур согласованность созревания индуктора и реагирующей ткани нарушается случайными мутациями в генах, контролирующих сроки их развития, а в эволюции структур, нужных организму, накопление мутаций сдерживается естественным отбором. Нарушения механизмов индукции становятся причиной увеличения изменчивости и упрощения строения рудиментарных органов вплоть до полного их исчезновения. Случайное совпадение во времени формирования реагентов вследствие новых мутаций ведет к восстановлению органа (обычно с явными чертами недоразвития): так появляются атавизмы. Шмальгаузен предполагал, что в некоторых случаях орган может быть редуцирован и отбором, однако основным механизмом редукции было накопление нейтральных мутаций в условиях отсутствия отбора.

Какие виды животных наиболее известны своими рудиментами и атавизмами

Вопрос 1. Докажите существование эволюции с точки зрения эмбриологии.
Эмбриологические доказательства. У всех позвоночных животных наблюдается значительное сходство зародышей на ранних стадиях развития: форма тела, зачатки жабр, хвост, один круг кровообращения и т.д. ( закон зародышевого сходства К. Бэра). Однако по мере развития сходство между зародышами различных систематических групп постепенно стирается, и начинают преобладать черты, свойственные их классам, семействам, родам, и, наконец, видам. Биогенетический закон Геккеля-Мюллера гласит: онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза, то есть зародыш в индивидуальном развитии повторяет историю развития своего вида.
Таким образом, все хордовые животные произошли от единых предков.

Вопрос 2. Расскажите о палеонтологических доказательствах эволюционного процесса.
Палеонтологические доказательства . К таким доказательствам относятся найденные остатки вымерших переходных форм, позволяющих проследить путь от одной группы живых существ к другой. Например, обнаружение трехпалого и пятипалого предков современной лошади, имеющей один палец, доказывает, что у предков лошади было пять пальцев на каждой конечности. Обнаружение ископаемых останков археоптерикса позволило сделать вывод о существовании переходных форм между пресмыкающимися и птицами. Нахождение остатков вымерших цветковых папоротников позволяет решить вопрос об эволюции современных покрытосеменных и т.п. На основании палеоантологических находок были выстроены филогенетические ряды, то есть ряды видов, последовательно сменяющих друг друга в процессе эволюции.

Вопрос 3. Какие органы называют гомологичными, какие — аналогичными?
Гомологичные органы формируются в процессе эмбрионального развития из одних и тех же зачатков и выполняют сходные функции. Примером гомологичных органов являются конечности всех наземных позвоночных.
Аналогичные органы имеют разное происхождение и строение, но характеризуются внешним сходством и выполняют одинаковые функции. В качестве примера можно привести конечности собаки и конечности муравья, крыло бабочки и крыло летучей мыши.

Вопрос 4. Приведите примеры сходства строения органов у неродственных групп животных, обитающих в одинаковых условиях.
Примером может являться развитие крыльев у организмов, освоивших воздушную среду обитания. Крылья бабочек и стрекоз не родственны крыльям птиц и летучих мышей, хотя и выполняют те же функции. Другие примеры: хвостовые плавники акулы, дельфина и ихтиозавра; «стреляющие» языки лягушки и хамелеона; глаз осьминога и глаз человека.
Вопрос 5. В чем причина появления рудиментов и атавизмов? Почему они служат доказательствами процесса эволюции?
Рудименты — это органы, утратившие в процессе эволюции свое значение. Они закладываются во время эмбриогенеза, но полностью не развиваются. Причиной наличия рудиментов является то, что у предковых форм была необходимость в соответствующих органах, однако затем она исчезла, и органы подверглись дегенерации. Наличие рудиментов — доказательство процесса эволюции, как изменения строения органов при изменении условий окружающей среды. Примерами рудиментов являются третье веко и ушные мышцы человека, остатки тазового пояса у змей и китообразных, «глаза» пещерных и подземных животных.
Атавизмы — это появляющиеся у отдельных особей признаки, характерные для предковых форм, но утраченные в процессе эволюции. Причиной возникновения атавизмов является активация обычно заблокированных генов, ответственных за развитие таких признаков. В норме эти гены, доставшиеся организму от предков, не проявляются. Например, у современной лошади может развиться трехпалая конечность вместо однопалой. Атавизмы встречаются и у человека, например дополнительная пара молочных желез, хвост, волосяной покров на лице.

Какие причины могут привести к развитию рудиментов и атавизмов у животных

… не считая генетических анализов, филогенетики и вот этих вот всех страшных и непонятных научных исследований.

Эволюционное древо человека
1. Рудименты
Рудименты – органы, которые хорошо были развиты у древних предков, но сейчас они недоразвиты, но не исчезли полностью, потому что эволюция протекает медленно.
Пример: кости таза у кита; третье веко, волосы на теле, зубы мудрости у человека

2. Атавизмы
Появление у данной особи признаков, свойственных отдалённым предкам, но отсутствующих у ближайших. Часто у человека атавизмы – это неправильно развитые рудименты, как правило проявляющихся в уродстве.

Пример: мягкий хвост, многососковость у человека.

3. Аналогичные органы
Аналогичные органы – органы, что внешне схожи, потому что используется в одних и тех же целях и развивались в схожих условиях, но имеют совершенно разное строение, потому что возникли из разных органов в результате конвергенции.
Пример: крылья птиц и насекомых, глаза млекопитающих и осьминогов.

4. Гомологичные органы
Гомологичные оорганы – органы, что отличаются внешне, так как приспособленны под разные задачи, но имеют схожек внутреннее строение, потому что возникли из одного исходного органа в результате дивергенции (расхождение признаков).
Пример: руки человека, ласты дельфина, копыта лошади и крылья летучих мышей.

5. Многострадальные переходные формы
Переходные формы есть и их находят десятками и сотнями. Для этого существует палеонтология (в частности, антропология), изучающая окаменелые остатки, прошлое жизни на планете и те самые переходные формы. Схема эволюции человека ниже.

6. Палеонтологические ряды
Благодаря палеонтологическим находка мы можем состовлять палеонтологические ряды, то есть ряды ископаемых форм, связанные друг с другом эволюционно и демонстрирующие филогенез.
Классика:

7. Биота (флора и фауна) вулканических островов
Биота вулканических островов бедна на видовое разнообразие, но при этом, богата на эндемики (виды, обитающие только в конкретном месте). Биота островов, отколовшихся от материка, будет похожа на биоту этого самого материка. Именно знаменитые галапагосские вьюрки, местные эндемики, и натолкнули Дарвина на размышления об эволюции.

8. Филогенетические реликты
Это такие ныне существующие виды крупных таксонов (групп животных), почти полностью вымерших десятки миллионов лет назад.
Пример: латимерия

9. Закон зародышевого сходства

Эмбрионы последовательно переходят в своём развитие от общих признаков типа к специализированным признакам вида.

10. Биохимия
Несмотря на то, что рыбы, люди, мхи, простейшие, бактерии выглядят как чужеродные друг другу организмы, наша биохимия весьма схожа. Мы состоим из белков, информация передаётся нуклеиновыми кислотами, у нас одинаково происходят процессы репликации, транскрипции, трансляции и т.п. Мы все едины в этом органическом мире.

11. Паразиты
Эволюция паразитов и хозяев происходит сопряжённо, что приводит к паразитам, специализирующимся на конкретных видах или семействах. Это целый дивный мир коэволюции, на самом деле, но паразиты демонстрируют его ярче всего.
Пример: ржавчинные грибы.

12. Возвратный гортанный нерв
Этот нерв идёт от мозга к сердцу, огибает дугу аорты и возвращается к гортани. Дело в том, что у рыб, от которых мы и произошли, нет шеи как таковой. И нерв мог напрямую пройти от мозга к гортани. Но появилась шея, нерв "зацепился" за артерию, и ушёл с ней вниз. Эволюция не может сама исправить этот баг. Поэтому у жирафа от мозга до гортани несколько сантиметров, а нерв – 4 метра.

Как итог.
Можно сколько угодно цепляться к "Происхождение видов путем естественного отбора" Чарльза Дарвина или синтетической теории эволюции. Искать неточности и несостыковки. Главное помнить, эволюция – это не теория, а явление. Теория эволюции лишь описывает (если так можно выразиться) то, что мы наблюдаем в этом мире. Эволюция есть факт. И утверждать обратное, это как утверждать, что Земля плоская.

Как рудименты и атавизмы могут помочь ученым понять эволюцию и происхождение видов

Процесс эволюции –– это ряд естественных изменений, которые приводят к появлению новых популяций организма, адаптации к окружающей среде или вымиранию. Все ныне живущие виды так или иначе эволюционировали от своих первопредков.

У животных, которые размножаются половым путем, термин «вид» относится к определенной группе особей. Ее члены регулярно скрещиваются и дают плодовитое потомство. Каждый вид классифицируется научным названием, которое состоит из двух частей — рода и видового названия. Для современных людей это Homo Sapiens.

Эволюция происходит, когда случается изменение в генетическом материале –– химической молекуле ДНК. Она наследуется от родителей и варьируется в пределах популяции. Гены представляют собой сегменты ДНК, которые обеспечивают химический код для производства белков.

Информация, которая содержится в ДНК, может меняться из-за мутаций. Способ выражения некоторых генов, то есть то, как они влияют на организм или поведение особи, тоже может меняться. От генов зависит, как тело и поведение организма формируются в течение его жизни. Генетические характеристики, которые наследуются особями, влияют на выживание и размножение организма.

Эволюция не меняет одного-единственного человека. Вместо этого унаследованные качества начинают характеризовать целую популяцию. Родители передают измененные гены своим потомкам, что в итоге делает мутацию нормой. В результате дети уже имеют механизмы адаптации и более успешно выживают, размножаются и функционируют в окружающей среде.

Какие примеры рудиментов и атавизмов можно найти у млекопитающих

Рудименты и атавизмы имеют схожее эволюционное объяснение. Различные органы и признаки, оказывались бесполезными для организмов в ходе эволюции, однако, они не утратились моментально, а сохранялись в течение многих веков, постепенно редуцировались и разрушались под грузом мутаций. Дело в том, что в ходе естественного отбора некоторые мутации , нарушающие развитие определенного признака, перестают отбраковываться и начинают свободно накапливаться. Этот процесс длительный и может привести к приобретению редуцирующимися органами новых функций. Основные примеры рудиментов в теле человека – это почти полностью утраченный волосяной покров, аппендикс, а также остаточные структуры третьего века.

К рудиментам человека можно отнести структуры, которые потеряли свои функции и значение для постнатального онтогенеза, но сохраняются в эмбриональном периоде или всю жизнь. Поэтому, помимо остаточного волосяного покрова, мышц ушной раковины, копчика, аппендикса к рудиментам можно отнести хорду, хрящевые жаберные дуги, правую дугу аорты, шейные ребра и другие особенности различных этапов развития эмбриона человека.

Аномалии эмбриогенеза, которые вызывают формирование у высокоорганизованных организмов предковых признаков — атавизмов, характерных для предков и в норме не встречающихся у современных особей отличаются тем, что утратили свое функциональное значение для современных индивидов.

Таким образом, рудименты и атавизмы отличаются временем и особенностями развития в онтогенезе, причем первые встречаются у всех индивидов в той или иной мере в период эмбриогенеза или постнатального развития, а вторые – атавизмы, являются аномалиями и встречаются редко и у единичных представителей.

Как рудименты и атавизмы могут влиять на способность животных к выживанию и размножению

К одним из самых обыкновенных примеров явлений атавизма, принадлежат, например, те случаи, если какой-либо индивид домашнего животного или растения бывает похож на дикую форму их.

• Так, если мы станем разводить плодовые растения не черенками или отводками, а семенами, то получим первоначальную форму.
• У различных пород домашних голубей время от времени появляются особи, похожие на родоначальный вид — голубя скалистого (Columba livia).

Тут возврат очевиден и бывает или общий, или частный. Но мы говорим об атавизме и тогда, когда у индивида известной формы появляется всего один какой-либо, давно потерянный этой формою признак. О котором мы знаем из истории индивидуального (онтогении) пли племенного (филогении) развития, что он характеризовал собою другую, более древнюю форму.

1. Котята льва при рождении пятнисты, но взрослый лев никогда не имеет пятен. Есть однако кошки, остающиеся пятнистыми и во взрослом состоянии, отсюда пятнистость котенка льва есть атавистическое явление, указывающее на происхождение последнего от более древней пятнистой формы.
2. Между лошадьми бывают особи, имеющие темные кольца на ногах: возврат к какой-то форме, походившей на зебру. У той же лошади, изредка, появляются задние копытца, сидящие на более развитых грифельных (пястных) костях — указание на происхождение от трехпалого типа лошади, гиппариона, предшествующих геологических эпох.

При условии пресечения развития в каком-либо направлении, оно всегда может таким образом остановиться на какой-нибудь из стадий. Примеры атавизмов у человека, представленные выше на фото и атавизмы у животных имеют важное значение в филогенетических вопросах и представляют один из опорных пунктов эволюционного учения.