Jakým směrem se kůň vyvíjel?

Na naší planetě žijí asi 2 miliony různých zvířat. Jak taková rozmanitost vznikla? Existuje mnoho hypotéz o původu druhové diverzity. Podle jednoho druhu na zemi je tolik druhů, kolik Bůh stvořil, vše na světě je nezměněno, ale lidé našli pozůstatky vyhynulých organismů a divili se, proč nejsou podobné těm moderním?

Objevila se nová hypotéza.

Rozmanitost druhů vznikla v důsledku toho, že druhy jsou schopné se měnit.

Otázka pro třídu.

Definujte pojem evoluce.

Evoluce je proces historického vývoje světa zvířat od jednoduchého ke složitému. Evoluce světa zvířat je spojena se změnami podmínek (klima, reliéf, vegetace), ke kterým na Zemi došlo. Evoluce je nevratný historický proces vývoje živé přírody od nižší k vyšší, od jednoduché ke složité. Evoluce je nevratná. Je zaměřena na komplexnost. Dokud existuje život, existuje i jeho evoluce. Organizace zvířat se přitom zkomplikovala.

Je možné pozorovat evoluci? Lidský život je krátký, takže ho nelze pozorovat. Evoluce trvá několik milionů let a lidská existence je omezena na tisíciletí.

Podívejte se na video. “Celý vývoj za pět minut”

Ale existují vědy, které dokázaly poskytnout důkazy ve prospěch evoluce.

Naším úkolem je seznámit se s těmito důkazy.

Paleontologické důkazy

Paleontologie – nauka o starověkých organismech minulých geologických epoch. Studuje fosilní pozůstatky těch, kteří žili před stovkami milionů let.

Jsou to: zkamenělé schránky měkkýšů, otisky organismů na kamenech, kostry.

Embryologický důkaz

Embryologie – věda, která studuje stavbu embryí.

Srovnávací anatomické důkazy

Anatomie – věda, která studuje stavbu organismů.

Srovnávací anatomie porovnává strukturu různých tříd organismů.

Práce ve skupinách s případy

Nyní budete muset najít východiska z různých situací a nabídnout řešení některých problémů. Každá třídní skupina dostane svůj vlastní případ.

Případ 1

Anya kvůli nemoci vynechala hodiny biologie. Když přišla do třídy, učitel jí dal za úkol určit, do které třídy organismů patří zvíře zobrazené na obrázku. Jaká je role tohoto živočicha ve vývoji organismů. Anya byla zmatená. Pomozte jí splnit úkol.

Případ 2

Vzhledem k první fázi vývoje obratlovců nedokázal Alyosha určit, jaké třídy zvířat jsou na obrázku uvedeny? Proč? Co to znamená? Pomozte mi vyřešit tento problém.

Případ 3

Ptačí křídla, netopýří křídla, ploutve velryby, končetiny opic mají různé tvary, velikosti a přizpůsobivost k plnění různých funkcí. Proč podle vědců struktura těchto orgánů naznačuje evoluci zvířat. Do jaké skupiny důkazů evoluce byste zařadili tento důkaz?

Případ 4

Každý ví, že velryby a delfíni, hroznýši a krajty nemají zadní končetiny. Pták kiwi, původem z Nového Zélandu, nemá křídla. Jak si vysvětlujete přítomnost malých kostí zadních končetin a křídel v kostrách těchto zvířat? Jak lze tato fakta použít k prokázání evoluce zvířat?

Případ 5

Každý zná řádky z díla A.S. Puškina

„Příběh cara Saltana“

Královna porodila v noci
Buď syn, nebo dcera;
Ani myš, ani žába,
A neznámé zvíře.”

Co myslíte, je to v životě možné, nebo je to autorova spekulace.

Předložte své úvahy k tomuto problému.

Případ 6

Práce s přídavným materiálem. Andrey a Kostya se hádali. Andrei tvrdil, že prastaré zvíře Eohippus je předkem moderního koně. Kosťa mu namítal, že se to nemůže stát, protože kůň má každý jeden prst na předních a zadních končetinách, zatímco Eohippus má čtyři na předních a tři na zadních. Který chlap má pravdu? Vyřešte tento spor.

Za předka moderních koní je považováno zvíře Eohippus. Eohippus byl až 30 cm vysoký, žil v tropických deštných pralesích a soudě podle stavby zubů jedl semena a plody. Při běhu se spoléhal na všechny falangy čtyř prstů (jeho předci měli o pět prstů více) přední nohy a tři prsty zadní.

Uplynulo několik milionů let a Eohippus je v nálezech nahrazen Myohippusem. Na přední noze má pouze tři prsty, přičemž prostřední je mnohem vyvinutější než boční. Ale také ještě nevypadá jako moderní kůň.

V důsledku změny klimatu se plocha tropických lesů na Zemi zmenšila a zóna savan se rozšířila. Právě v tomto období vycházeli předkové koní z lesa na volná prostranství. V horninách, které jsou o několik milionů let starší než horniny, které obsahovaly pozůstatky myohippa, nacházejí paleontologové parahippa.

Parahippus žil v malých stádech na prostranstvích, při běhu se spoléhal pouze na prostředníček, i když druhý a čtvrtý byly ještě znatelně vyvinuté; soudě podle stavby zubů jedl pouze trávu.

V pliocénu, období vzdáleném od naší doby pouhých 10-15 milionů let, došlo k dalšímu rozšíření pásma stepí a savan. V této době se objevily dvě větve lichokopytníků: moderní koně a tříprstí hipparioni. Hipparioni, kteří dosáhli vrcholu svého vývoje, zcela vymřeli před několika miliony let.

Bezprostředním předkem moderních koní je Pliohyppus, který žil asi před dvěma miliony let.

Při srovnání Eohippa s moderním koněm je obtížné navázat jejich spojení. Pokud ale prostor mezi nimi vyplníte četnými formami fosilních kopytníků, kteří žili v různých dobách v Severní Americe a Eurasii, vznikne souvislá fylogenetická řada a je jasně vidět, jakým směrem se vývoj těchto zvířat ubíral.

Prezentace zástupců skupin prezentujících řešení problémových situací.

Konsolidace studovaného materiálu.

1 úloha

1. Vyjmenujte homologní orgány?

A) Přední končetiny obratlovců.

B) Motýlí křídlo a ptačí křídlo.

C) Svaly, které u člověka pohybují boltcem.

D) Mnohočetné bradavky u lidí.

2. Orgány jsou považovány za homologní

A) podobného původu

B) ztratily své funkce

B) přizpůsobený pohybu

D) různého původu

3. Paleontologický důkaz evoluce je

A) otisk lastury měkkýše

B) druhová rozmanitost ryb

C) přizpůsobivost ryb k životu v různých hloubkách

D) přítomnost lastur u měkkýšů

4. Nálezy fosilních pozůstatků Archeopteryxe naznačují příbuznost

A) obojživelníci a plazi

B) plazi a ptáci

B) plazi a savci

D) ptáci a savci

5. Orgány, které u svých předků plnily určitou funkci, ale u potomků jsou nedostatečně vyvinuté, tzv.

6. Zbytkové orgány – příklad důkazu evoluce

A) embryologické

B) paleontologické

B) srovnávací anatomické

D) biogeografické

7. Jakou skupinu důkazů evoluce tvoří homologní orgány

A) Embryologické

B) Paleontologické

B) Srovnávací anatomické

D) genetické

8 Vývoj velkého počtu bradavek u jedinců – příklad

9. Nejznámějším paleontologickým důkazem vztahu mezi ptáky a plazy jsou nálezy

A) dinosauři

B) ještěrky šelmy

B) Archaeopteryx

2 úloha

Stůl. Důkazy evoluce.

Věda	Důkaz	Příklady
1. Paleontologie	— fosilní přechodné formy
1. Paleontologie	– fylogenetická řada
2. Embryologie	– zákon zárodečné podobnosti
3. Srovnávací anatomie, morfologie	– homologní orgány
	– základy
	— atavismy

fosilní formy koní;
kaudální obratle u lidí;
v raných stádiích mají embrya všech strunatců žaberní záhyby;
přední končetina delfína, krtka, ovce, člověka;
kiwi křídla;
zadní končetiny krajty;
více bradavek u lidí;
ještěrky se šelmami;
Archaeopteryx.

3 úloha

Vytvořte syncwine na téma „Evoluce“

4 úloha

věděl jsem

zjistil jsem

chci vědět

Odstavec 41
Navíc: biografie zprávy Charlese Darwina.

Všechna královská jízda a všechna královská armáda nemohou shromáždit Humpty Dumpty. Pravda, tato báseň nezmiňuje vejčitý tvar Humpty. Tato nešťastná postava na sebe vzala podobu vejce, až když jsme šli na Through the Looking Glass s Alicí. A pak se rozbité vejce stalo neodmyslitelně spojeno s nenapravitelnými škodami. Možná je Carroll částečně vinen za to, že naše představy o entropii jsou jako míchaná vejce.

O entropii se obvykle mluví jako o míře nepořádku nebo náhodnosti a je spojována s termodynamikou, oborem fyziky, který studuje teplo a mechanickou práci. Jeho sklon ke stále rostoucímu růstu mu dal vznešený status nejsmysluplnější odpovědi na některé zásadní otázky. Počínaje tím, co je život a jak probíhal vývoj Vesmíru, a konče tím, proč se čas pohybuje vpřed jako šíp. Jakmile se ale pokusíme porozumět entropii hlouběji, skončíme u žvanilky – Humptyho, který spadl ze zdi.

Za prvé, neexistuje jediná definice entropie. Ale i když vezmeme obecný koncept entropie jako určitou míru nebo určitou kvantitativní hodnotu, naše představa o ní není vhodná pro popis celého vesmíru. Fyzik Anthony Aguirre z Kalifornské univerzity v Santa Cruz souhlasí, že je to matoucí téma.

Aguirre a jeho kolegové pracují na vytvoření univerzální definice entropie odvozené ze základních teorií, jako je kvantová mechanika. Doufají, že poskytnou pevnější základ pro tajemné směřování našeho vesmíru.

Je možné, že nás tato práce dovede k něčemu jako Koperníkova revoluce, který dokázal, že Země se točí kolem Slunce, a ne naopak. Podle Wojciecha Zureka z Los Alamos National Laboratory v Novém Mexiku to změnilo naše chápání vesmíru – natolik, že jsme byli schopni propojit jevy, které se nám dříve zdály nesouvisející. Přibližně stejný efekt se očekává od termodynamiky.

Všechno to začalo přesně v době Carrolla, během průmyslové revoluce, kdy se viktoriánští inženýři zoufale snažili pochopit, proč jsou jejich parní stroje na uhlí tak neefektivní. Entropie byla poté použita jako matematický odhad množství tepla, které nevykonalo žádnou užitečnou mechanickou práci, jako je pohyb pístu. V 1860. letech XNUMX. století ji Rudolf Julius Emanuel Clausius definoval jako množství tepelné energie, které lze přečerpat do systému, aniž by se zvýšila jeho teplota.

Tento koncept brzy zdokonalil Ludwig Boltzmann. Věděl, že horký plyn, a zejména vodní pára, vykonává mechanickou práci díky pohybu molekul. Také si uvědomil, že je nemožné spočítat všechny pohyby každého atomu nebo molekuly v daném systému. Proto navrhl pracovat s pravděpodobnostmi. Boltzmann proto definoval entropii jako počet různých možných způsobů, jakými mohou být molekuly uspořádány v uzavřeném systému. Čím více způsobů, tím vyšší entropie.

Boltzmannova entropie se překvapivě dobře hodila k popisu tepelných systémů, jako jsou parní stroje. Ano, v rukou fyziků a chemiků stále dobře funguje. Otázky ohledně toho se ale objevily už v roce 1867, kdy James Clerk Maxwell přišel s myšlenkovým experimentem s démonem sedícím v krabici molekul rozdělených na dvě části. Vše začíná rovnoměrně rozloženými molekulami a absencí teplotních rozdílů mezi odděleními. V takové situaci nemůže plyn vykonávat užitečnou mechanickou práci. Démon, který ví o pohybu molekul vše, však ručně odděluje rychlé od pomalých a otevírá a zavírá dveře mezi odděleními.

Vyskytl se problém. Démon uvedl systém do stavu vhodného pro vykonávání práce – otevřete krabici a energičtější molekuly by tlačily píst. Jinými slovy, démon snížil entropii systému, čímž porušil druhý termodynamický zákon, který říká, že entropie uzavřeného systému se časem zvyšuje.

Toto je nejzákladnější a nejspolehlivější přírodní zákon. Jak říká Sebastian Defner z University of Maryland v Baltimoru, druhý zákon není nikdy, za žádných okolností a v žádné situaci porušen. A pokaždé, když si myslíme, že vidíme její porušení, ukáže se, že jsme přehlédli něčí příspěvek k entropii.

Totéž se děje s Maxwellovým démonem. Poté jsme se podívali na nejdůležitější složku porozumění fyzikálním systémům: informace. Démon může svůj trik předvést pouze tehdy, pokud někde uloží informace o molekulách a jejich pohybu. Nemůže mít nekonečně velkou paměť, takže bude muset některé informace zahodit. V 1980. letech fyzik Charles Bennett vypočítal, že toto ukládání informací fyzicky zvyšuje entropii. Ukazuje se, že proces, který umožňuje démonovi snížit entropii v systému, ji zvyšuje jinde.

A druhý zákon se opět ukázal jako nepoškozený. Pojem entropie se změnil. Bennettův nápad nám ukázal, že entropie není jen o teple nebo počtu molekulárních přeskupení nebo užitečné práci. Samotná podstata entropie zjevně spočívá v informaci. Z toho vyvstaly nové otázky: jak informace souvisí s druhým termodynamickým zákonem a jak probíhají procesy v největších měřítcích vesmíru. Tyto otázky donutily fyziky přehodnotit koncept entropie.

Zurek se domnívá, že revize je již dávno hotová. On sám vždy pochyboval o Boltzmannově definici. Zvažování všech možných stavů systému je podle něj chytrý trik. Je to samozřejmě užitečné, ale nemá to nic společného s realitou. V konečných systémech, jako jsou motory nebo chemické reakce, nemá smysl popisovat nekonečné množství způsobů, jak uspořádat molekuly.

Jde o nějaký druh podvodu, který nás nutí věřit, že rozumíme chování fyzických systémů. Má podezření, že Boltzmannův statistický přístup fungoval, protože entropie má něco společného s kvantovou fyzikou. Kvantový svět pracuje s pravděpodobnostmi a jeho vlastnosti jsou určeny pouze statisticky – na to možná Boltzmann náhodou narazil.

V tomto ohledu se Zurek rozhodl změnit koncept entropie, založený na informačním přístupu, směrem ke kvantové fyzice. Jeho rámec se točí kolem kvantového zapletení, ve kterém fyzicky vzdálené systémy sdílejí vlastnosti, ve kterých měření jednoho systému ovlivňuje následné měření jiného.

Minulý rok ukázal, že termodynamiku lze odvodit studiem kvantových systémů propletených s jejich okolím. Zapletení systému v podstatě určuje množství a povahu dostupných informací o jeho stavu, což je míra entropie. Pokud z kvantové mechaniky přejdeme k informaci a entropii, nejenže to prohloubí naše chápání chování a interakcí fyzikálních systémů – může to entropii proměnit ve skutečně měřitelnou veličinu.

Zurek není na této cestě sám. Kolegové z Aguirre a Santa Cruz Dominik Szafranek a Joshua Deutsch také pracují na nové definici entropie založené na informacích. Říkají tomu „pozorovaná entropie“, protože musí brát v úvahu množství informací, které lze získat po provedení sekvence měření kvantového systému.

Je zajímavé, že pozorovaná entropie se bude lišit v závislosti na tom, jak se provádí sled měření. Szafranek říká, že taková entropie není pevnou objektivní hodnotou určenou před začátkem měření.

Vysvětluje to tím, že v kvantové mechanice nejsou vlastnosti žádného objektu určeny před začátkem měření. Heisenbergův princip neurčitosti navíc říká, že měření jedné vlastnosti mění další, které ještě nebyly změřeny – takže sled měření ovlivní pozorovanou entropii systému. To se zásadně liší od našeho současného chápání entropie, ale stále to spojuje s klasickým konceptem, ve kterém výsledek měření souvisí s pravděpodobnostmi a možnými konfiguracemi systému.

Všechny tyto nápady jsou stále v plenkách a je před nimi ještě spousta práce. Fyzici doufají, že předefinováním entropie v kvantových pojmech budou schopni ji lépe porozumět, a co je nejdůležitější, vrhnout nové světlo na staré problémy pomocí kvantové termodynamiky. Tyto otázky zahrnují šíp času, původ života a expanzi vesmíru.

Co s tím má společného život? Vědci dlouho přemýšleli, zda je možné uvažovat o tom, že buněčné mechanismy, na nichž jsou založeny živé organismy, využívají entropii pro své vlastní účely. Je možné, že tendence atomů ke strukturování, zvyšující se entropie, nevyhnutelně vede ke vzniku složitých struktur – včetně živých. Ano, myšlenka je čistě spekulativní, ale pokud dokážeme lépe porozumět podstatě entropie, lze ji otestovat.

Šipka času je také složité téma. Skutečnost, že čas jde dopředu a ne zpět, se projevuje přítomností nevratných procesů. Nemůžete zvednout rozbité vejce nebo vrátit vodu do převrácené sklenice. Tato skutečnost je často spojována s prací druhého termodynamického zákona – entropie musí vždy vzrůst. Teoreticky je vše jednoduché: v rozbitém vejci je více možností pro umístění molekul než v celku – když má všechno svůj řád, žloutek uvnitř bílku, bílek uvnitř skořápky. I zde však vyvstávají jisté otázky – na to upozorňuje Szafranek. Existují například případy, kdy není zcela jasné, který stav systému bude více uspořádaný.

Podle Deffnera se lidé často shodují, že neuspořádané systémy mají více stavů – ale není tomu tak vždy. Lze snadno vymyslet příklady, kdy se počet možných stavů – a Boltzmannova entropie – zvyšuje, i když se tyto stavy ukazují jako velmi uspořádané a strukturované.

Aguirre říká, že mnoho pokusů rozšířit entropii do kosmologických měřítek vyvolává vlastní otázky. Současná definice entropie je vhodná pro stavy, které jsou blízké rovnováze – kdy systém dospěl do nějakého prakticky nezměněného stavu. Ale nic není zásadně v rovnováze, nejméně ze všeho Vesmír. Téměř všechny zajímavé procesy probíhající v měřítku vesmíru jsou založeny na absenci rovnovážných stavů.

Deffner se domnívá, že je chybné předpokládat, že šipka času směřuje jedním směrem, protože entropie se musí zvýšit. Možná jsou to prostě ekvivalentní věci – běh času pozorujeme jedním směrem, protože všechny věci mají tendenci se vyrovnávat, tedy zvyšovat entropii. A zvýšení entropie je jednoduše matematicky pohodlný způsob, jak popsat přítomnost šipky času, kterou každý pozoruje.

Právě kvůli takovému sebeposedlému uvažování má Aguirre rád koncept „pozorované entropie“ – o rovnováze neexistují vůbec žádné předpoklady. Před prací jeho a jeho kolegů na kvantových verzích Boltzmannovy entropie nikdo nepracoval, ale nyní podle nich máme popis, jak entropie Vesmíru vypadá. A přibývá – takže zde si již můžeme připomenout takové problémy, jako je šíp času.

Dobře rozvinutá teorie kvantové entropie nám pomůže navrhnout a postavit kvantové stroje, jako jsou senzory o velikosti nanometrů a kvantové počítače. Toto je velmi důležitá oblast znalostí pro nanotechnologie a kvantové výpočty. A pokud lze informace skutečně využít jako zdroj, jako je teplo nebo mechanická práce, pak se otevřou dosud neprobádané oblasti a nové technologie, které jsou svou důležitostí srovnatelné s těmi, které zahájily průmyslovou revoluci.