Факты свидетельствующие о единстве всего живого. Доказательство эволюции

Формальные статистические тесты подтверждают происхождение всех живых организмов от единого предка

Идея о единстве происхождения всего живого является общепринятой среди биологов, однако аргументы в ее пользу имеют в основном качественный, а не количественный характер. Формальные статистические тесты, основанные на «теории выбора моделей» (model selection theory) и не использующие априорного допущения о том, что сходство белковых молекул говорит об их родстве, показали, что гипотеза о едином происхождении всего живого гораздо более правдоподобна, чем альтернативные модели, предполагающие независимое происхождение разных групп организмов от разных предков.

Дарвин думал, что все живые организмы произошли либо от одной исходной формы, либо от нескольких (см. common descent). Дарвин оставил вопрос о количестве первопредков открытым, потому что в XIX веке наука еще не располагала средствами для решения этой проблемы. В наши дни большинство биологов уверено, что всё живое произошло от «последнего универсального общего предка» (last universal common ancestor , LUCA). Этот предок, впрочем, вряд ли был единичным организмом или «видом» в современном понимании этого слова, а, скорее, представлял собой полиморфное микробное сообщество, в котором осуществлялся активный горизонтальный обмен генами.

Конечно, LUCA не был первым живым существом на свете: его появлению предшествовала долгая эволюция (в ходе которой, в частности, сформировался современный генетический код и аппарат синтеза белка, см.: Vetsigian, Woese, Goldenfeld. 2006. Collective evolution and the genetic code). Одновременно с LUCA, скорее всего, жили и другие существа, но их потомки вымерли. Большинство экспертов считает, что у LUCA уже были ДНК и РНК, ферменты репликации и транскрипции, рибосомы и другие компоненты аппарата синтеза белка. Сильнейшим аргументом в пользу реальности LUCA является единство генетического кода и фундаментальное сходство молекулярных систем синтеза ДНК, РНК и белков у всех живых организмов (см.: Молекулярно-генетические доказательства эволюции). Но этот аргумент, при всей его убедительности, является не количественным, а качественным. Численно оценить его силу весьма непросто.

Если жизнь однажды зародилась на Земле или в космосе, то теоретически она могла зародиться и несколько раз. В принципе можно предположить, что современная жизнь происходит более чем от одного предка. Например, бактерии могли произойти от одного, а археи — от другого предка (такая точка зрения изредка высказывается, хотя сторонников у нее мало).

Строгие статистические процедуры для разрешения этой дилеммы до сих пор практически не использовались. Стандартные методики сравнения нуклеотидных последовательностей ДНК и аминокислотных последовательностей белков включают в себя вычисление ряда количественных показателей, отражающих вероятность того, что наблюдаемое сходство — результат случайности (см.: The Statistics of Sequence Similarity Scores). Низкие значения этих показателей свидетельствуют о статистической значимости (неслучайности) сходства, но в принципе они не являются строгим доказательством родства (единства происхождения) сравниваемых молекул. Высокое сходство двух последовательностей теоретически может объясняться не только их общим происхождением, но и конвергентной эволюцией под действием сходных факторов отбора.

Еще более серьезные претензии можно предъявить к большинству компьютерных программ, предназначенных для построения эволюционных деревьев. Эти программы, как правило, ориентированы на то, чтобы на основе любого набора сравниваемых последовательностей построить «наилучшее», то есть имеющее максимальную статистическую поддержку, эволюционное дерево. Эти программы просто не рассматривают возможности существования нескольких не связанных между собой деревьев, растущих из нескольких независимых корней. При помощи этих методов можно количественно оценивать и сравнивать «правдоподобие» различных деревьев, но нельзя понять, является ли модель с одним деревом более или менее правдоподобной, чем модели с двумя или тремя независимыми деревьями. Иными словами, идея единого общего предка «вмонтирована» в эти программы изначально (что отражает глубокую убежденность биологов в существовании такого предка у любой пары живых организмов).

Дуглас Теобальд (Douglas L. Theobald) из Университета Брандейса (США) попытался преодолеть эти ограничения и разработать независимые статистические тесты для проверки гипотезы LUCA, в которые не была бы встроена идея о том, что сходство последовательностей есть мерило их родства, и тем более не была бы изначально заложена идея единства происхождения. Теобальд не пытался выяснить, насколько весомым с точки зрения статистики является единство генетического кода всех организмов. Его задача была более узкой: он хотел количественно оценить, насколько надежными (или ненадежными) являются свидетельства в пользу LUCA, заключенные в аминокислотных последовательностях ключевых белков, которые есть у всех живых существ.

Подход Теобальда основан на тестах, разработанных в рамках теории выбора моделей (model selection theory). Для сравнения конкурирующих эволюционных моделей использовались три теста: 1) log likelihood ratio, LLR (см. Likelihood-ratiotest ; 2) Akaike information criterion (AIC); 3) log Bayes factor . Эти тесты количественно оценивают «правдоподобие» (likelihood) сравниваемых моделей (в данном случае — эволюционных реконструкций, состоящих из одного или многих деревьев) на основе двух основных критериев: 1) точности соответствия модели реальным фактам, 2) парсимоничности (экономности) модели. Иными словами, эта методика позволяет выбрать из множества моделей такую, которая наиболее точно описывает (объясняет) наблюдаемые факты, используя для этого минимальное число допущений («свободных параметров»).

Теобальд анализировал аминокислотные последовательности 23 белков, которые есть у всех живых организмов (в основном это белки, участвующие в синтезе белка аминоацил-тРНК-синтетазы, рибосомные белки, факторы элонгации и др.). Белковые последовательности были взяты у 12 организмов: четырех бактерий, четырех архей и четырех эукариот (дрожжи, дрозофила, червь C. elegans , человек).

Сравниваемые эволюционные модели строились на основе ряда общепринятых допущений. Предполагалось, что аминокислотные последовательности могут постепенно меняться в ходе эволюции путем замены одних аминокислот другими. Использовались разработанные ранее матрицы 20 × 20, отражающие эмпирическую вероятность или частоту замены каждой аминокислоты на любую другую. Предполагалось также, что аминокислотные замены, происходящие в разных эволюционных линиях и в разных участках белка, не скоррелированы друг с другом.

Гипотеза единого общего предка (LUCA) сравнивалась с гипотезами о нескольких общих предках, причем вопрос об однократном или множественном зарождении жизни остался за кадром. Дело в том, что гипотеза LUCA вполне совместима с множественным зарождением жизни. В этом случае либо все остальные древние формы жизни, кроме LUCA, не оставили доживших до наших дней потомков, либо представители нескольких независимо возникших популяций в ходе эволюции приобрели способность обмениваться генами друг с другом и фактически слились в один вид. Модели, рассматриваемые Теобальдом, совместимы с обоими этими сценариями.

Альтернативные эволюционные модели, сравнению которых посвящена обсуждаемая статья в Nature . a — всё живое происходит от двух или более разных предков, b — от единого предка. Пунктирными линиями обозначены события горизонтального генетического обмена. Рис. из популярного синопсиса к обсуждаемой статье Steel & Penny

Автор рассмотрел два класса моделей: в первом из них горизонтальный генетический обмен не учитывался, и организмы должны были эволюционировать в соответствии с древовидными схемами. Модели второго класса допускали горизонтальный обмен (в том числе симбиогенетическое слияние двух организмов в один), поэтому схемы получались не древовидные, а сетчатые, с перемычками между ветвями. В пределах каждого класса сравнивались между собой наиболее правдоподобные модели, построенные на основе различных допущений о количестве исходных предков. Модель единого происхождения (ABE, где A — археи, B — бактерии, E — эукариоты) сравнивалась с разнообразными моделями множественного происхождения: AE + B (у архей и эукариот был один общий предок, но бактерии произошли от другого предка), AB + E, BE + A, A + B + E и т. д. Рассматривалась даже возможность независимого происхождения многоклеточных животных или человека.

Все три использованных теста во всех случаях уверенно поддержали гипотезу LUCA в противовес альтернативным гипотезам множественного происхождения. Например, для моделей класса 1 «правдоподобие» гипотезы ABE оказалось выше, чем у ее ближайшего конкурента (модели AE + B) в 10 2860 раз. Это число даже нельзя назвать «астрономическим», в астрономии столь больших чисел нет. Примерно такую же надежную поддержку получили гипотезы класса 2 (с горизонтальным переносом) при сравнении их с гипотезами класса 1. Самой правдоподобной моделью, с огромным отрывом от всех остальных, оказалась модель LUCA 2-го класса: с единым общим предком и сетчатой структурой, обусловленной горизонтальным генетическим обменом между эволюционирующими линиями. Эта модель, в частности, адекватно отражает симбиогенетическое происхождение эукариот: некоторые из 23 рассмотренных белков эукариоты явно унаследовали от бактерий, а другие — от архей.

Таким образом, аминокислотные последовательности ключевых белков, имеющихся в каждой живой клетке, дают мощную статистическую поддержку гипотезе LUCA. При этом главным свидетельством в пользу единства происхождения является не величина сходства как таковая (реальное сходство гомологичных белков у человека, дрожжей и бактерий на самом деле не так уж велико), а характер (или структура) этого сходства, то есть распределение одинаковых или близких по свойствам аминокислот по белковой молекуле у разных организмов. Структура наблюдаемого сходства такова, что она обеспечивает «выводимость» одних белков из других, и поэтому гипотеза единого происхождения объясняет всю картину гораздо лучше, чем другие модели. В дополнительных материалах (PDF, 352 Кб) к обсуждаемой статье Дуглас Теобальд приводит вымышленные примеры белковых молекул, которые обладают очень высоким сходством, но для которых единое происхождение оказывается менее вероятным, чем множественное. Например, так получается, если белок A сходен с белком B по одним аминокислотным позициям, а с белком C — по другим. Что касается реальных белков, то гипотеза LUCA объясняет наблюдаемое сходство наиболее «экономным» образом.

Если включить в рассмотрение белки, которые есть не у всех, а только у некоторых организмов (например, только у эукариот), результаты остаются такими же, потому что новые типы белков так или иначе должны были возникать в разных эволюционных линиях — независимо от того, имели ли эти линии единое или разное происхождение.

Данная работа, конечно, не является окончательным решением поставленной проблемы — скорее, ее нужно рассматривать как первый шаг. Полностью исключить все возможные альтернативные интерпретации полученных результатов довольно трудно. Для этого понадобится более детальное знание закономерностей эволюции белков и еще более сложные статистические методы.

Источники:
1) Douglas L. Theobald. A formal test of the theory of universal common ancestry // Nature. 2010. V. 465. P. 219-222.
2) Mike Steel, David Penny. Common ancestry put to the test // Nature . 2010. V. 465. P. 168-169.

Ч. Дарвин доказал историческое развитие живой природы, но в последующие годы сбор прямых и косвенных доказательств эволюции продолжался.

Филогенетические ряды

Выдающиеся достижения в накоплении прямых доказательств эволюции принадлежат отечественным ученым, прежде всего В. О. Ковалевскому. Работы В. О. Ковалевского были первыми палеонтологическими исследованиями, которыми удалось показать, что одни виды происходят от других.

Исследуя историю развития лошадей, В. О. Ковалевский показал, что современные однопалые животные происходят от мелких пятипалых всеядных предков, живших 60-70 млн. лет назад в лесах. Изменение климата Земли, повлекшее за собой сокращение площадей лесов и увеличение размеров степей, привело к тому, что предки современных лошадей начали осваивать новую среду обитания - степи. Необходимость защиты от хищников и передвижений на большие расстояния в поисках хороших пастбищ привела к преобразованию конечностей - уменьшению числа фаланг вплоть до одной (рис. 14). Параллельно изменению конечностей происходило преобразование всего организма: увеличение размеров тела, изменение формы черепа и усложнение строения зубов, возникновение свойственного травоядным млекопитающим пищеварительного тракта и многое другое.

Рис. 14. Преобразование конечностей предков лошадей из пятипалой в трехпалую и затем в однопалую. Последняя конечность - современная лошадь.

В. О. Ковалевский обнаружил последовательные ряды ископаемых форм лошадиных, эволюция которых совершалась в указанных направлениях. Такие ряды видов, последовательно сменяющих друг друга, называются филогенетическими и свидетельствуют о существовании эволюционного процесса.

Переходные формы

Установление факта постепенного эволюционного развития в линиях невысокого систематического ранга (ряды ископаемых лошадей, слонов, моллюсков) показало существование преемственности между современными и ископаемыми видами. Не в силах опровергнуть эти факты, противники эволюционной теории утверждали, что систематические группы более высокого ранга не могли произойти друг от друга, а явились результатом отдельного акта творения. Поэтому особый интерес представляют ископаемые формы, сочетающие признаки древних и более молодых групп высокого систематического ранга. Такие формы называются переходными. Примером их могут служить кистеперые рыбы, связывающие рыб с вышедшими на сушу четвероногими земноводными; семенные папоротники - переходная группа между папоротиикообразными и голосеменными и др.

Существование переходных форм между разными типами, классами, отрядами показывает, что постепенный характер исторического развития свойствен не только низшим, но и высшим систематическим категориям.

Гомологнчные и аналогичные органы, рудименты и атавизмы

Сравнительно-анатомические исследования показали, что строение передних конечностей некоторых позвоночных, например ласты кита, лапы крота, крокодила, крылья птицы, летучей мыши, руки человека, несмотря на выполнение совершенно разных функций, в принципиальных чертах строения сходны. Некоторые кости в скелете конечностей могут отсутствовать, другие срастаться, относительные размеры костей могут меняться, но их гомология, т. е. сходство, основанное на общности происхождения, совершенно очевидна. Гомологичными называются такие органы, которые развиваются из одинаковых эмбриональных зачатков сходным образом (рис. 15).

Наличие у организмов разных групп (классов, семейств и т. д.) гомологичных органов дает возможность установить степень родства между ними, проследить их эволюцию. Видоизменение органов, имеющих общее происхождение, объясняется дивергенцией по признаку строения данного органа в связи с приспособлением к среде обитания.

Не всякое сходство органов свидетельствует в пользу их родства. Крыло бабочки и крыло птицы выполняют сходную функцию, но их строение совершенно различно. Сходство вызвано образом жизни, приспособлением к полету, возникшим независимо друг от друга у бабочек и птиц, а не родственным происхождением этих форм. Органы, имеющие внешнее сходство, вызванное сходными приспособлениями к сходным условиям жизни, но различное строение, называются аналогичными. Аналогичные органы возник-

Рис. 15. Сходство строения передних конечностей обезьяны, летучей мыши, тюленя и лошади свидетельствует об их происхождении от единой предковой формы или в результате конвергенции - схождения признаков и не свидетельствуют о родстве между организмами.

Рис. 16. Конвергенция по форме тела у прыгающих млекопитающих.

Некоторые органы или их части не функционируют у взрослых животных и являются для них лишними - это рудиментарные органы, или рудименты. Наличие рудиментов, так же как и гомо-логичных органов, свидетельствует об общности происхождения живых форм. Задние конечности у кита, скрытые внутри тела,- рудимент, доказывающий наземное происхождение его предков. У человека тоже известны рудиментарные органы: мышцы, двигающие ушную раковину, рудимент третьего века и т. п.

У некоторых организмов рудиментарные органы могут развиться до органов нормальных размеров. Такой возврат к строению органа предковых форм называется атавизмом. Среди тысяч однопалых лошадей изредка попадаются особи, у которых развиты маленькие копытца II и IV пальцев. Известны случаи появления атавистических признаков и у человека: рождение детей с первичным волосяным покровом, с длинным хвостиком и т. д. Возникновение атавизмов указывает на возможное строение того или иного органа у предковых форм.

Сходство зародышевого развития позвоночных

Факт единства происхождения живых организмов был установлен на основе эмбриологических исследований. Все многоклеточные животные развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки. В процессе индивидуального развития они проходят стадии дробления, образования двух- и трехслойного зародышей, формирования органов из зародышевых листков. Сходство зародышевого развития животных свидетельствует о единстве их происхождения.

С особой отчетливостью сходство эмбриональных стадий выступает в пределах отдельных типов и классов. Так, на ранних стадиях развития у зародышей позвоночных (рыбы, ящерицы, кролика, человека) наблюдается поразительное сходство: все они имеют головной, туловищный и хвостовой отделы, зачатки конечностей, по бокам тела - зачатки жабр (рис. 17).

По мере развития зародышей черты различия выступают все более явственно. Причем вначале проявляются признаки класса, к которому относятся зародыши, затем признаки отряда и на еще более поздних стадиях - признаки рода и вида. Эта закономерность в развитии зародышей указывает на их родство, происхождение от одного ствола, который в ходе эволюции распался на множество ветвей.

Биогенетический закон

Основываясь на приведенных выше, а также множестве других фактов, немецкие ученые Ф. Мюллер и Э. Геккель во второй половине XIX в. установили закон соотношения онтогенеза, который получил название биогенетического закона. Согласно этому закону каждая особь в индивидуальном развитии (онтогенезе) повторяет историю развития своего вида (филогенез), или, короче, онтогенез есть краткое повторение филогенеза.

Однако за короткий период индивидуального развития особь не может повторить все этапы эволюции, которая совершалась тысячи или миллионы лет. Поэтому повторение стадий исторического развития вида в зародышевом развитии происходит в сжатой форме, с выпадением ряда этапов.

Рис. 17. Сходство начальных стадий онтогенеза позвоночных свидетельствует о родстве и указывает на пройденные в процессе филогенеза этапы

Кроме того, эмбрионы имеют сходство не со взрослыми формами предков, а с их зародышами. Так, в онтогенезе млекопитающих и рыб имеется этап, на котором у зародышей образуются жаберные дуги. У зародыша рыбы на основании этих дуг образуется орган дыхания - жаберный аппарат. В онтогенезе млекопитающих повторяется не строение жаберного аппарата взрослых рыб, а строение закладок жаберного аппарата зародыша, на основе которых у млекопитающих развиваются совершенно иные органы (хрящи гортани и трахеи). В разработке теории онтогенеза выдающуюся роль сыграли исследования академика А. Н. Северцова. Он доказал, что изменения исторического развития обусловлены изменениями хода зародышевого развития. Наследственные изменения затрагивают все стадии жизненного цикла, в том числе и зародышевый период. Мутации, возникающие в ходе развития зародыша, как правило, нарушают взаимодействие в организме и ведут к его гибели. Однако мелкие мутации могут оказаться полезными и тогда сохранятся естественным отбором. Они передадутся потомству, включатся в историческое развитие, влияя на его ход.

Биогеографические доказательства эволюции

Сравнение фаун и флор разных континентов. Яркое свидетельство эволюционного процесса - распространение животных и растений по поверхности нашей планеты. Во все времена путешественников и натуралистов поражало своеобразие растительного и животного мира Австралии, Южной Америки, океанических островов и вызывало интерес сходство фауны некоторых материков, например Северной Америки и Евразии. А. Уоллес привел все сведения в систему и выделил шесть зоогеографических областей:

1) Палеоарктическую, охватывающую Европу, Северную Африку, Северную и Среднюю Азию, Японию;

2) Неоарктическую, включающую Северную Америку;

3) Эфиопскую, включающую Африку к югу от пустыни Сахара;

4) Индомалайскую, охватывающую Южную Азию и Малайский архипелаг;

5) Неотропическую, занимающую Южную и Центральную Америку;

6) Австралийскую, включающую Австралию, Новую Гвинею, Новую Зеландию, Тасманию, Соломоновы острова и Новую Каледонию.

Степень сходства и различия между разными зоогео-графическимн областями неодинакова. Фауна и флора Палеоарк-тической и Неоарктической областей имеют много общего, хотя и изолированы Беринговым проливом- Неоарктическая и Неотропическая области, наоборот, существенно отличаются, хотя и соединены сухопутной связью (Панамским перешейком). В чем же причины этого сходства и различия? Очевидно, они связаны с историей формирования материков, временем их изоляции. Так, глубокое различие в фауне Неотропической и Неоарктической областей определяется тем, что сухопутная связь между ними установилась совсем недавно. Об этом свидетельствуют геологические данные. После возникновения Панамского моста лишь немногим южноамериканским видам удалось проникнуть на север (например, дикобраз, броненосец, опоссум). Североамериканские виды преуспели в освоении южноамериканской области несколько больше. Олени, лисы, выдры, медведи проникли в Южную Америку, но не оказали существенного влияния на ее уникальный видовой состав. Только здесь живут представители отряда неполнозубых (муравьеды и ленивцы), сохранились птицы гоацины, которые могут лазать по деревьям благодаря когтям на пальце крыла (как археоптерикс), и другие животные. Своеобразие фауны Южной Америки было одним из фактов, натолкнувших Ч. Дарвина на мысль об эволюции. Сходство фауны Неоарктической и Палеоарктической областей обусловлено тем, что в прошлом между ними существовал сухопутный мост - Берингов перешеек.

Наиболее отличен от других континентов животный мир Австралии. Известно, что Австралия обособилась от Южной Азии свыше 100 млн. лет назад, еще до возникновения высших млекопитающих. Лишь в Ледниковый период сюда через острова Зонд-ского архипелага перебрались немногие плацентарные - мыши и собаки (потомок последних-австралийская собака динго). В остальном фауна Австралии очень своеобразна.

Таким образом, чем теснее связь континентов, тем более родственные формы там обитают, чем древнее изоляция частей света друг от друга, тем больше различия между их населением.

Фауна островов

Видовой состав фауны и флоры островов целиком определяется историей их происхождения. Острова могут быть материковыми, представлять собой результат обособления части материка и океаническими (вулканические и коралловые острова). Растительный и животный мир первых близок по составу к материковому. На Британских островах и на Сахалине большинство видов сходно с близлежащими районами континента. Это объясняется тем, что острова лишь несколько тысяч лет назад отделились от суши. Однако чем древнее остров и чем более значительна водная преграда, тем больше обнаруживается отличий. На Мадагаскаре нет типичных для Африки крупных копытных:

быков, антилоп, зебр, нет и крупных хищников (львов, леопардов, гиен), высших обезьян. Однако Мадагаскар - последнее убежище лемуров. Когда-то, до появления обезьян, лемуры были доминирующими приматами. Но они не могли соперничать со своими более развитыми сородичами и исчезли повсюду, кроме Мадагаскара, который отделился от материка прежде, чем эволюционировали обезьяны. Другая большая группа мадагаскарских животных - тенреки и виверры - древние, мало изменившиеся за длительный период изоляции примитивные плацентарные млекопитающие. Мадагаскар обладает широким разнообразием мест обитания, и неудивительно, что он приютил большое количество различных птиц, 46 родов которых не встречаются больше нигде в мире. Трудно представить себе более причудливое животное, чем мадагаскарский хамелеон. Хамелеоны обитают и в Африке, но мадагаскарские виды крупнее и разнообразнее. К ним принадлежит самый большой хамелеон Устале длиной 60 см. У некоторых хамелеонов Мадагаскара на конце морды расположены рога, что делает их похожими на грозных миниатюрных динозавров. Любопытно, что при изобилии ядовитых змей на африканском континенте они отсутствуют на острове. Здесь широко представлены питоны и другие неядовитые змеи. Согласно истории живого мира змеи появились довольно поздно по сравнению с другими рептилиями, причем ядовитые змеи - самые из них молодые. Не значит ли это, что Мадагаскар отделился от континента до появления там змей? Мадагаскар - прекрасное место для лягушек, которых здесь насчитывается около 150 видов.

Иная картина обнаруживается при рассмотрении фауны океанических островов. Ее видовой состав беден и является результатом случайного занесения некоторых видов, обычно птиц, рептилий, насекомых. Наземные млекопитающие, амфибии и другие животные, не способные преодолевать значительные водные преграды, на большинстве таких островов отсутствуют. Приведем пример. Галапагосские острова удалены от берегов Южной Америки на 700 км. Это расстояние могут преодолеть только хорошо летающие формы. Оказалось, что 15% видов птиц Галапагоса представлены южноамериканскими видами, а 85% видов птиц отличны от материковых и нигде, кроме этого архипелага, не встречаются. Именно это с удивлением и наблюдал Ч. Дарвин на Галапагосских островах. Он обнаружил там птиц, которые хотя и напоминали вьюрков, виденных им в Южной Америке, но все были специализированы и мало похожи друг на друга. У этих 14 видов птиц, имевших общего предка, конкурентная борьба за корм и места гнездования была ослаблена или исчезла вовсе. Ч. Дарвин провел лишь три недели на раскаленных скальных островах. однако увиденное послужило ему материалом для размышлений на долгие годы. Особенно пристальное внимание он обратил на клюв вьюрков: у одних клюв был толстый, дробящий, у других - длинный, у третьих - острый, как ножницы. К одному из шести родов относится дятловый древесный вьюрок, одно ия редких в мире животных, использующих орудия. К сожалению, Ч. Дарвин не увидел эту замечательную птицу заработой, когда она колючкой кактуса выковыривает из древесной коры насекомых и личинок, подобно тому, как это делают дятлы клювом. Галапагосские вьюрки вошли в историю как первый пример влияния изоляции на развитие видов. Сегодня таких примеров известно много. Ч. Дарвин не побывал на Гавайских островах, где эффект изоляции проявляется еще более наглядно на гавайских цветочницах и улитках, прежде всего потому, что они обитают на этих отдаленных островах много дольше, чем вьюрки на Галапагосах.

1. Перечислите элементы, составляющие основу живых организмов.
1. Единства химического состава.
2. Открытость живых систем.
3. Саморегуляция.
4. Изменчивость живых систем.
5. Способность к росту и развитию.
6. Онтогенез.
7. Филогенез.
8. Раздражимость.
9. Целостность и дискретность.

2. Какие вещества относят к неорганическим; органическим? Используя рисунок на с. 33 учебнике, составьте круговые диаграммы содержания в клетке (в %) неорганических и органических веществ?

Органические вещества (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты) и неорганические вещества (вода, минеральные соли).

3. Какова функция воды в живом организме?

Вода является растворителем, а поскольку все химические реакции в живых организмах необходимые для поддержания жизнедеятельности проходят в растворах веществ, то вода является средой необходимой для протекания всех этих реакций.

4. Охарактеризуйте значение в организме минеральных солей.

Минеральные соли содержат все натуральные продукты (фрукты, овощи, мясо, хлеб, яйца, крупы). Витаминами богаты овощи и фрукты, рыбий жир, печень, мясо. Суточное потребление человеком минеральных солей должно составлять около 10 грамм.
Минеральные соли обеспечивают прочность костей и зубов. Они входят в состав крови и желудочного сока.

5. В чем заключается роль белков в организме?

Участвуют в процессе усвоения жиров, углеводов, минеральных веществ и витаминов.
Служат материалом для построения клеток, тканей и органов, образования ферментов и большинства гормонов, гемоглобина и других соединений.

6. Назовите известные вам углеводы. Какие из них встречаются в растительных, а какие – в животных организмах? Охарактеризуйте значение этих органических веществ.

1)Лактоза является важнейшим компонентом млекопитающих.
2)Сахароза в растениях служит растворимым резервным углеводом, а также транспортной формой продуктов фотосинтеза, которая легко переносится по растению.
3)Глюкоза - основной источник энергии для клеток, она содержится в клетках всех живых организмах.
4)Фруктоза в свободном виде присутствует в вакуолях клеток растений.
5)Крахмал синтезируется в клетках растений и откладывается в виде так называемых крахмальных зёрен.
6) Гликоген(грибы, животные и человек) откладывается в мышцах и клетках печени в виде крошечных гранул.
7) Хитин входит в состав кутикулы членистоногих, клеточных оболочек многих грибов и некоторых протистов.

7. Охарактеризуйте роль жиров в организме.

Жиры входят в органические соединения - липиды.
Жиры в организме являются главным запасательным веществом и источником энергии.
А так же:
Жиры образуют прослойки между органами сердце, печень.
В состав оболочки мембраны 30% жира.
Жиры приносят в организм витамины А, Е и прочие.
Жиры необходимы для выработки многих гормонов.

8. Какие органические вещества клетки обеспечивают хранение и передачу наследственной информации? Где они располагаются в клетке?

За хранение и передачу наследственной информации отвечают нуклеиновые кислоты, в частности ДНК
находится в хромосомах, в ядре.

9. Рассмотрите диаграммы на с. 36-37 учебника. Чем различается химический состав тел живой и неживой природы? Существуют ли элементы, которые встречаются только в живых организмах?

Одно из главных отличий живых тел от не живых - способность к обмену веществ
элементы которые характерны живым организмам - биофильные (H, O, C, N)
но как в живой, так и не живой природе вещества сходные, разве что состав различный, в живых организмах преобладают биофильные эл-ты + макро и микро элементы.

10. Какие факты свидетельствуют о единстве происхождения всех живых организмов?

Клетки живых организмов едины по хим.составу,жизнедеятельности,4 главный элемента присущи всем живым клеткам живых организмов: кислород, азот, водород, углерод.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Форма урока: фронтальная, индивидуальная.

Методы обучения: эвристический метод, объяснительно-иллюстративный, практический, наглядный.

Оборудование: Презентация "Основные доказательства эволюции", компьютер, мультимедийный проектор, коллекции “Формы ископаемых видов растений и животных”.

Цель урока: сформировать и раскрыть сущность основных доказательств эволюции.

Задачи урока:

• определить основные доказательства развития органического мира;
• дать оценку биогенетического закона Ф. Мюллера и Э. Геккеля как эмбриологического доказательства;
• выяснить значение для науки ископаемых переходных форм как палеонтологических доказательств, изучить сравнительно-анатомические (морфологические), биогеографические доказательства эволюции.
• продолжить формирование навыков самостоятельной работы с текстом, с раздаточным материалом, с презентацией.

Ход урока

I. Проверка знаний.

Фронтальная беседа по ключевым вопросам по теме “Эволюция”.

• Определите понятие эволюции.
• Назовите периоды развития эволюции.
• Дайте определение креационизму. В чем сущность метафизического мировоззрения?
• Расскажите об основных взглядах и ошибках К.Линнея, определите роль его трудов в развитии биологии.
• Расскажите об основных взглядах и ошибках Ж.Б.Ламарка, определите роль его трудов в развитии биологии.
• Какие предпосылки возникновения дарвинизма вам известны?
• Расскажите об основных этапах жизнедеятельности великого английского естествоиспытателя Ч.Дарвина.
• Назовите основные положения теории эволюции Ч.Дарвина.
• Объясните с точки зрения К. Линнея, Ж-Б. Ламарка, Ч. Дарвина образование длинной шеи у жирафа и отсутствие органов зрения у слепыша.

II. Изучение нового материала (тема урока на слайде 1 ).

Презентация – “Основные доказательства эволюции”.

Факт эволюции, то есть исторического развития живых организмов от простых форм к более высокоорганизованным, в основе которого лежат процессы уникального функционирования генетической информации, был принят и подтвержден данными биохимии, палеонтологии, генетики, эмбриологии, анатомии, систематики и многих других наук, которые располагали фактами, доказывающими существование эволюционного процесса.

К основным доказательствам эволюции относят (слайд 2) :

1. Сходный химический состав клеток всех живых организмов.

2. Общий план строения клеток всех живых организмов.

3. Универсальность генетического кода.

4. Единые принципы хранения, реализации и передачи генетической информации.

5. Эмбриональные доказательства эволюции.

6. Морфологические доказательства эволюции.

7. Палеонтологические доказательства эволюции.

8. Биогеографические доказательства эволюции.

(Фронтальная беседа с определением основных положений доказательств)

Каков химический состав организмов? (Сходный элементарный химический состав клеток всех организмов) (слайд 3) ;

Что является элементарной единицей строения всех живых организмов? (Клетка - элементарная единица живого, её строение и функционирование очень сходно у всех организмов) (Слайд 4) ;

О чем говорит универсальность генетического кода? (Белки и нуклеиновые кислоты построены всегда по единому принципу и из сходных компонентов, играют особо важную роль в жизненных процессах всех организмов) (слайд 5);

Едины для всего живого принципы генетического кодирования, биосинтеза белков и нуклеиновых кислот (слайд 6) .

Факт единства происхождения живых организмов был установлен на основе эмбриологических исследований, в основе которых лежат данные науки эмбриологии.

Эмбриология (от греч. эмбрион - зародыш и логос - учение) – наука, изучающая зародышевое развитие организмов. Все многоклеточные животные развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки. В процессе индивидуального развития они проходят стадии дробления, образование двух- и трехслойного зародышей, формирования органов из зародышевых листков. Сходство зародышевого развития животных свидетельствует о единстве их происхождения.

Эмбриология в зависимости от задач делится на: общую, сравнительную, экспериментальную, популяционную и экологическую.

К данным эмбриологии, являющимися доказательствами эволюции, относят:

1. Закон зародышевого сходства Карла Бэра (слайды 7, 8) , который гласит: "Эмбрионы обнаруживают, уже начиная с самых ранних стадий, известное общее сходство в пределах типа". У всех хордовых на ранних стадиях развития закладывается хорда, возникает нервная трубка, в переднем отделе глотки образуются жабры и т.д. Сходство зародышей свидетельствует об общности происхождения данных организмов. По мере развития зародышей черты их различия выступают все более явственно. К. Бэр первым обнаружил, что в ходе эмбрионального развития сначала появляются общие признаки типа, затем последовательно класса, отряда и, наконец, вида.

Расхождение признаков зародышей в процессе развития называют эмбриональной дивергенцией, и она объясняется историей данного вида.

2.Биогенетический закон Геккеля-Мюллера (слайды 7, 9) , указывающий на связь индивидуального (онтогенеза) и исторического (филогенеза) развития. Этот закон был сформулирован в 1864-1866 гг. немецкими учеными Ф. Мюллером и Э. Геккелем. В своем развитии многоклеточные организмы проходят одноклеточную стадию (стадию зиготы), что может рассматриваться как повторение филогенетической стадии первобытной амебы. У всех позвоночных закладывается хорда, которая далее замещается позвоночником, а у их предков хорда оставалась всю жизнь. В ходе эмбрионального развития птиц и млекопитающих появляются жаберные щели в глотке. Этот факт можно объяснить происхождением этих наземных животных от рыбообразных предков. Эти и другие факты и привели Геккеля и Мюллера к формулировке биогенетического закона. Он гласит: "Онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза, каждый организм в индивидуальном развитии повторяет стадии развития предков". Образно говоря, всякое животное во время своего развития взбирается по собственному родословному древу. Однако онтогенез не так уж точно повторяет филогенез. Поэтому повторение стадий исторического развития вида в зародышевом развитии происходит в сжатой форме, с выпадением ряда этапов. Кроме того, эмбрионы имеют сходство не со взрослыми формами предков, а с их зародышами.

Морфологические доказательства

К доказательствам эволюции этой группы относятся:

1) Сравнительно-анатомические исследования показали наличие в современной флоре и фауне переходных форм организмов (слайд 10) , сочетающих в себе признаки нескольких крупных систематических единиц. Например, эвглена зелёная сочетает признаки растения (хлоропласты, фотосинтез) и животных (жгутики, светочувствительный глазок, подобие ротового аппарата); ехидна и утконос стоят между пресмыкающимися и млекопитающими (откладывают яйца и выкармливают детёнышей молоком). Существование таких промежуточных форм указывает на то, что в прежние геологические эпохи жили организмы, являющиеся родоначальниками нескольких систематических групп.

2) Наличие в пределах класса, типа гомологичных органов (слайд 11) , образований, сходных друг с другом по общему плану строения, положению в теле и возникновению в процессе онтогенеза. Гомология связана с наличием у разных видов одинаково действующих наследственных факторов (так называемых гомологичных генов), доставшихся от общего предка. Например, ласты кита, лапы крота, крокодила, крылья птицы, летучей мыши, руки человека, несмотря на выполнение совершенно разных функций, в принципиальных чертах строение сходны. Гомологичные органы являются результатом дивергенции - расхождение признаков в пределах популяции вида, возникающее под действием естественного отбора. Общая закономерность эволюции, приводящая к образованию новых видов, родов, классов и т.д.

3) Наличие рудиментов (от лат. rudimentum - зачаток, первооснова) (слайд 12, 13) - сравнительно упрощенных, недоразвитых, по сравнению с гомологичными структурами предков, органов, утративших свое основное значение в организме в ходе эволюционного развития (Слайд 11-13). Рудименты закладываются во время зародышевого развития организма, но полностью не развиваются. Они встречаются у всех особей данного вида. Например, малая берцовая кость у птиц, тазовый пояс у кита, глаза у роющих животных и др.; Наличие рудиментов, так же как и гомологичных органов, свидетельствует об общности происхождения живых форм. Задние конечности у кита, скрытые внутри тела, - рудимент, доказывающий наземное происхождение его предков. У человека тоже известны рудиментарные органы: мышцы, двигающие ушную раковину, рудимент третьего века и т.п. У некоторых организмов рудиментарные органы могут развиваться до органов нормальных размеров. Такой возврат к строению органа предковых форм называют атавизмом .

4) Наличие атавизмов (от лат. atavus - предок) (слайд 14) , признаков, появляющихся у отдельных особей данного вида, которые существовали у отдаленных предков, но были утрачены в процессе эволюции. Например, изредка появляющиеся у китов задние конечности, среди тысяч однопалых лошадей изредка попадаются особи, у которых развиты маленькие копытца II и IV пальцев. Известны случаи появления атавистических признаков и у человека: рождение детей с первичным волосяным покровом, с длинным хвостиком и т.д. Возникновение атавизмов указывает на возможное строение того или иного органа у предковых форм. Атавизмы являются проявлением эволюционной памяти о предках. Причины их появления заключаются в том, что гены, ответственные за данный признак, сохраняются в эволюции данного вида, но их действие при нормальном развитии блокируется генами-репрессорами. Через много поколений в онтогенезе отдельных особей по отдельным причинам блокировка снимается и признак проявляется вновь.

В основе палеонтологических доказательств лежит наука палеонтология.

Палеонтология (от греч. палео - древний; онтос - существо; логос - учение) - наука, изучающая остатки вымерших организмов, выявляющая их сходства и различия с современными организмами. Основатели палеонтологии: Ж. Кювье, Ж.-Б. Ламарк, А. Броньяр. Термин "палеонтология" был предложен в 1822 г. А. Бленвилем. Основы современной эволюционной палеонтологии заложил В.О. Ковалевский.

Палеонтология решает следующие задачи:

• изучение о растительном и животном мире прошлого ведь ископаемые остатки дают большой материал о преемственных связях между различными систематическими группами;
• выявление ранних этапов эволюции жизни и событий на рубежах основных подразделений истории Земли;
• выявление обособления стволов органического мира;
• выявление основных этапов развития органического мира; сопоставляя, ископаемые остатки земных пластов из разных геологических эпох, делают вывод об изменении органического мира во времени.

Палеонтология предоставляет следующие данные в пользу эволюции:

1) Сведения о филогенетических (эволюционных) рядах (слайд 15) , которые не только являются прекрасной иллюстрацией эволюции, но и позволяют узнать причину эволюции отдельных групп организмов. Работы В.О. Ковалевского были первыми палеонтологическими исследованиями, которым удалось показать, что одни виды происходят от других. Исследуя историю развития лошадей, В.О.Ковалевский показал, что современные однопалые животные происходят от мелких пятипалых всеядных предков, живших 60-70 млн. лет назад в лесах. Изменение климата Земли, повлекшее за собой сокращение площадей лесов и увеличения размеров степей, привело к тому, что предки современных лошадей начали осваивать новую среду обитания – степи. Необходимость защиты от хищников и передвижение на большие расстояния в поисках хороших пастбищ привела к преобразованию конечностей – уменьшению числа фаланг вплоть до одной. Параллельно изменению конечностей происходило преобразование всего организма: увеличение размеров тела, изменение формы черепа и усложнение строения зубов, возникновение свойственного травоядным млекопитающим пищеварительного тракта и многое другое.

2) Сведения об ископаемых переходных формах (определение переходных форм было дано выше), которые не дожили до наших дней и присутствуют только в виде ископаемых останков. Существование переходных форм между различными типами и классами показывает, что постепенный характер исторического развития свойственен не только низшим систематическим категориям (видам, родам, семействам), но и высшим категориям и что они также являются закономерным результатом эволюционного развития. Примерами ископаемых переходных форм являются: древние кистеперые рыбы, связывающие рыб с вышедшими на сушу четвероногими земноводными; семенные папоротники -- переходная группа между папоротникообразными и голосеменными, псилофиты, зверозубый ящер, археоптерикс и др. (Слайды 16, 17) .

Биогеографические доказательства

Биогеография (от греч. био - жизнь, гео - земля, графа - пишу) - наука о закономерностях распространения по земному шару сообществ живых организмов и их компонентов - видов, родов и других таксонов. В состав биогеографии входят зоогеография и ботаническая география. Основные разделы биогеографии стали оформляться в конце XVIII и в 1-й половине XIX веков, благодаря многочисленным экспедициям. У истоков биогеографии стояли А. Гумбольдт, А.Р. Уоллес, Ф. Склетер, П.С. Паллас, И.Г. Борщов и др.

К данным биогеографии, являющимися доказательствами эволюции относятся следующие:

1. Особенности распространения животных и растений по разным континентам (слайды 18, 19) , как яркое свидетельство эволюционного процесса. А.Р. Уоллес, один из выдающихся предшественников Ч. Дарвина, привел все сведения о распространении животных и растений в систему и выделил шесть зоогеографических областей (работа учащихся с картой зоогеографических областей мира):

1) Палеоарктическую (Европа, Северная Африка, Северная и Средняя Азия, Япония);

2) Неоарктическую (Северная Америка);

3) Эфиопскую (Африка к югу от Сахары);

4) Индомалайскую (Южная Азия, Малайский архипелаг);

5) Неотропическую (Южная и Центральная Америка);

6) Австралийскую (Австралия, Новая Гвинея, Новая Зеландия, Новая Каледония).

Степень сходства и различия флор и фаун между разными биогеографическими областями неодинакова. Так, палеоарктическая и неоарктическая области, несмотря на отсутствие между ними сухопутной связи, обнаруживают значительное сходство флор и фаун. Животный и растительный мир неоарктической и неотропической областей, хотя между ними и имеется сухопутный Панамский перешеек, сильно отличаются друг от друга. Чем это можно объяснить? Это можно объяснить тем, что некогда Евразия и Северная Америка входили в состав единого континента Лавразии и их органический мир развивался совместно. Сухопутная связь между Северной и Южной Америкой, напротив, возникла относительно недавно, и их флоры и фауны долгое время развивались обособленно. Особняком стоит органический мир Австралии, которая обособилась от Южной Азии более 100 млн. лет назад, и лишь в ледниковый период сюда через Зондский архипелаг перебрались немногие плацентарные - мыши и собаки. Таким образом, чем теснее связь континентов, тем более родственные формы там обитают, чем древнее изоляция частей света друг от друга, тем больше различия между их населением.

2. Особенности фауны и флоры островов также свидетельствуют в пользу эволюции. Органический мир материковых островов близок к материковому, если отделение острова произошло недавно (Сахалин, Британия). Чем древнее остров и чем значительнее водная преграда, тем больше отличий в органическом мире этого острова и близлежащего материка (Мадагаскар). Органический мир вулканических и коралловых островов беден и является результатом случайного занесения некоторых видов, способных перемещаться по воздуху.

Живой мир близок к материковому. Британские, Сахалинские острова несколько тысяч лет назад отделились от суши, поэтому живой мир очень схож с материком. Чем древнее остров и чем более значительней водная преграда, тем больше обнаруживается отличий.

Мадагаскар (слайд 20) . Нет типичных для Африки крупных копытных: быков, антилоп, зебр. Нет крупных хищников: львов, леопардов, гиен, высших обезьян. Но этот остров последнее убежище лемуров. Когда-то, до появление обезьян, лемуры были доминирующими приматами. Но они не могли соперничать со своими более развитыми сородичами и исчезли повсюду, кроме Мадагаскара, который отделился от материка прежде чем эволюционировали обезьяны. На Мадагаскаре 46 родов птиц, не встречающихся нигде в мире. Хамелеоны – крупнее и разнообразнее, чем в Африке. В отличие от Африки на острове отсутствуют ядовитые змеи. Но много питонов и не ядовитых змей. Согласно истории живого мира змеи появились довольно поздно по сравнению с другими рептилиями, причем ядовитые змеи из них самые молодые. Мадагаскар отделился от континента до появления там змей. Лягушек на Мадагаскаре насчитывается около 150 видов.

Видовой состав фауны океанических островов беден и является результатом случайного занесения некоторых видов, обычно птиц, рептилий, насекомых. Наземные млекопитающие, амфибии и др. животные не способны преодолевать значительные водные преграды, на большинстве таких островов отсутствуют. Галапогосские острова (слайд 21) – удалены от берегов Южной Америки на 700 км. Это расстояние могут преодолеть только хорошо летающие формы. 15% видов птиц представлены южноамериканскими видами, а 85% - отличны от материковых и нигде больше не встречаются.

III. Закрепление знаний.

1. Перечислите все доказательства эволюции.

2. Выполните тестовую работу.

1. Какие доказательства эволюции основываются на данных палеонтологии?

1. Морфологические.
2. Эмбриологические.
3. Палеонтологические.
4. Биогеографические.

2. Какие органы лошадей претерпевали наибольшие изменения?

1. Конечности.
2. Сердце.
3. Пищеварительный тракт.
4. Размеры тела.

3. Назовите гомологичные органы?

1. Крыло бабочки и крыло птицы.
2. Многососковость у человека.

4. Назовите аналогичные органы?

1. Передние конечности позвоночных.
2. Крыло бабочки и крыло птицы.
3. Мышцы, двигающие ушную раковину у человека.
4. Многососковость у человека.

5. Назовите рудиментарные органы?

1. Передние конечности позвоночных.
2. Крыло бабочки и крыло птицы.
3. Мышцы, двигающие ушную раковину у человека.
4. Многососковость у человека

6. Какие доказательства эволюции основаны на данных сравнительной анатомии?

1. Островные фауна и флора.
2. Единства происхождения органического мира.
3. Морфологические.
4. Эмбриологические.

7. Кто сформулировал биогенетический закон?

1. Ч.Дарвин.
2. А.Н.Северцев.
3. Мюллер и Геккель.
4. К.Линней.

8. Сколько зоогеографических областей выделил А.Уоллес?

9. От чего зависит разнообразие растительного и животного мира островов?

1. От истории происхождения.
2. От видового состава материка.
3. От условий окружающей среды.
4. От удаленности от материка.

10. На чем основываются доказательства единства происхождения органического мира?

1. Схожести химического состава клеток.
2. Схожести процессов митоза и мейоза.
3. Клеточном строении организмов.
4. Многообразии живых организмов.

IV. Домашнее задание: выучить конспект урока; приготовиться к фронтальному опросу о доказательствах эволюции.

Цитология - наука о клетке, (греч. "цитос" - клетка, "логос" - наука).

Цитология изучает клетки. Клетки - элементарные единицы живой системы. И называют их элементарными, потому что в природе нет более мелких систем, обладающих всеми признаками и свойствами живого.

Известно, что в природе организмы бывают одноклеточными (например, бактерии простейшие водоросли) или многоклеточными.

Клетка осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается, передает свои свойства по наследству, реагирует на внешнюю среду, двигается. Вышеуказанные функции в клетке выполняют органоиды - ядро, митохондрий и др.

Все это и изучает комплексная наука цитология. Этой науки около 100 лет и она связана очень тесно с другими науками.

Самой же клетке свыше 300 лет. И впервые их увидел при помощи микроскопа Роберт Гук в 1665 г. он и назвал увиденные ячейки на тонком срезе пробки "клетками". После этого, изобретенный Гуком микроскоп стал широко применяться в научных исследованиях и открытиях. Были открыты одноклеточные организмы, и клетки были обнаружены в составе тканей многих животных и растений.

В 30х годах XIX в. шотландский ученый Роберт Броун наблюдая в микроскоп строение листа, сделал замечательное открытие: он обнаружил круглое плотное образование, которое и назвал ядром.

В 1838 году немецкий ученый Шлейден обобщил наблюдения и пришел к заключению о том, что ядро входит во все растительные клетки.

Другой тоже немецкий ученый Шванн, наблюдая за клетками животного происхождения и сопоставив их с растительными клетками, пришел к выводу: у всех клеток самых разнообразных есть ядра и в этом их сходство.

Обобщив все разрозненные факты, опыты, наблюдения, Шванн и Шлейден сформулировали одно из основных положений клеточной теории:

Все растительные и животные организмы состоят из клеток, сходных по строению.

Через 20 лет в 1858 году существенный вклад в цитологию внес немецкий ученый Рудольф Вирхов утверждавший, что клетки возникают только путем деления. Он сформулировал важнейший принцип: "Каждая клетка от клетки".

Зоолог Шнейдер впервые описал в 1873 году непрямое деление животных клеток-"митоз".

В 1882 Флеминг детально исследовал процесс деления клеток и расположил его фазы в определенном порядке.

Академик Российской Академии наук Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и установил, что все многоклеточные организмы начинают свое развитие из одной клетки и этой клеткой является зигота. Это открытие показало, что клетка это не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов.

Клеточную теорию высоко оценил Ф. Энгельс, назвав ее одним из великих открытий XIX в и сравнив ее появление с открытием закона сохранения энергии и учением Ч. Дарвина об эволюции органического мира.

Клеточная теория лежит в основе представлений о единстве всего живого, общности его происхождения и эволюционного развития.

Световой микроскоп постоянно и очень значительно усовершенствовался, и методы окраски клеток также, а благодаря этому научные открытия быстро сменяли друг друга. Были выделены и изучены ядро, цитоплазма и другие органоиды клетки.

В настоящее время при изучении клетки используют новейшие физические, химические методы, а также современные электронные микроскопы, дающие увеличение в 1000000. Применяют специальные красители, для изучения химического состава клетки применяют метод центрифугирования. Он основан на неодинаковой плотности разных клеточных органоидов. При быстром вращении в ультрацентрифуге различные органоиды предварительно измельченных клеток располагаются слоями. Плотные слои осаждаются быстрее и оказываются внизу, менее плотные-вверху. Слои разделяют и раздельно изучают.

Такое современное и подробное изучение химической организации клетки привело к выводу, что именно химические процессы лежат в основе ее жизни, что клетки всех организмов сходны по химическому составу, у них однотипно протекают основные процессы обмена веществ.

Данные о сходстве химического состава клеток еще раз подтвердили единство всего органического мира.

Благодаря современнейшим методам физических и химических исследований основные положения клеточной теории на современном этапе развития биологии формулируются так:

1. Клетка является основной структурной и функциональной единицей жизни. Все организмы состоят из клеток, жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток.

2. Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям.

3. Все новые клетки образуются при делении исходных клеток.

На основании положений клеточной теории видно, что клеткам характерна способность к росту, размножению, дыханию, выделению, использованию и превращению энергии, они реагируют на раздражение, т.е. клетки обладают свойствами необходимыми для поддержания жизни, и только совокупностью структур, образующих клетку.

Используя достижения биологии, сформировалась наука смежная с медициной - микробиология во второй половине XIX в. Ее основоположник Л. Пастер.

Начало 50х годов XIX в. при помощи изучения полезных микроорганизмов был открыт способ "пастерилизации". А затем в 70х и 80х годах Пастер, изучая возбудителей заразных болезней человека и животных, разработал метод борьбы с ними посредством предохранительных прививок:

1879г. - рецепт прививки против куриной холеры;

1881г. - против сибирской язвы;

1885г. - против бешенства;

Исследования Пастером патогенных микробов легли в основу учения об иммунитете.

1876г. - в России О. Мотучковский обнаружил возбудитель сыпного тифа в крови больного;

А врач Николь доказал что переносчиком сыпного тифа является платяная вошь.

1882г. - немецкий ученых Р. Кох - возбудитель турбукулеза;

1883г. - возбудитель холеры;

1884г. - Гафке открыл палочки брюшного тифа,

Леффер - дифтерита, сапа, ящура рожи и чумы у свиней.

Исследования токсинов - ядов выделяемых микробами привело к открытию

антитоксических сывороток: противодифтерийную, столбнячную и др.

Исследования клетки имеют большое значение для разгадки заболеваний.

Все вышеприведенные факты свидетельствуют о том, какое важное значение имеет общность химического состава и строения клетки - основной структурной и функциональной единицы живых организмов - для биологии, медицины и ветеринарии, а также свидетельствует о единстве происхождения жизни на Земле.