Zadanie 20
Matura z biologii, maj 2026, poziom rozszerzony
Wymaganie: X. Ewolucja — dowody ewolucji, konwergencja i dywergencja, narządy homologiczne i analogiczne, drzewa filogenetyczne i zasady ich odczytywania. Radiacja adaptacyjna torbaczy i łożyskowców.
Treść zadania
Czaszki dwóch kopalnych zwierząt — z rodzaju Thylacosmilus i z rodzaju Smilodon — wykazują pewne podobieństwa: występują u nich długie kły z piłkowanymi krawędziami, zwane zębami szablastymi. Paleontologowie przypuszczają, że były to duże drapieżniki, a zęby szablaste pomagały im zabijać ofiary.
Na drzewie filogenetycznym przedstawiono relacje pokrewieństwa między tymi rodzajami a wybranymi współczesnymi ssakami, w kolejności gałęzi:
Na drzewie zaznaczono: wspólnego przodka z zębami o normalnej długości, dwa niezależne momenty pojawienia się zębów szablastych oraz obecność zębów szablastych u obu rodzajów kopalnych.
20.1. (0–1) Uzasadnij, że występowanie zębów szablastych u Thylacosmilus i Smilodon jest wynikiem ewolucji zbieżnej — konwergencji. Odnieś się do przedstawionego drzewa filogenetycznego.
20.2. (0–1) Oceń prawdziwość stwierdzeń (P/F):
- Thylacosmilus jest bliżej spokrewniony ze Smilodon niż z kangurami, należącymi do torbaczy.
- Smilodon jest bliżej spokrewniony ze słoniem niż z człowiekiem.
Źródło: arkusz CKE MBIP-R0-100-2605. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
20.1.
Z drzewa filogenetycznego wynika, że ostatni wspólny przodek Thylacosmilus i Smilodon miał zęby o normalnej długości — cecha ta jest zaznaczona u podstawy drzewa. Zęby szablaste pojawiły się dwukrotnie i niezależnie, w dwóch odrębnych liniach ewolucyjnych:
- raz w linii prowadzącej do Thylacosmilus — wśród torbaczy (grupa z kangurem),
- drugi raz w linii prowadzącej do Smilodon — wśród łożyskowców, w grupie kotowatych.
Obie linie rozdzieliły się na długo przed pojawieniem się tej cechy, a między nimi na drzewie leżą inne gatunki (słoń, człowiek) pozbawione zębów szablastych. Zęby szablaste nie zostały więc odziedziczone po wspólnym przodku — powstały osobno w każdej z linii, jako podobne przystosowanie do podobnego trybu życia (polowania na duże ofiary).
To definicja konwergencji (ewolucji zbieżnej): niezależne powstanie podobnych cech u organizmów niespokrewnionych blisko ze sobą, poddanych podobnej presji selekcyjnej.
20.2. FF
F — z drzewa wynika, że Thylacosmilus leży w gałęzi torbaczy, razem z kangurem. Jest więc bliżej spokrewniony z kangurem niż ze Smilodon, który należy do łożyskowców. Podobieństwo uzębienia jest mylące — nie odzwierciedla pokrewieństwa.
F — o pokrewieństwie decyduje położenie ostatniego wspólnego przodka na drzewie. Kolejność gałęzi to: słoń — człowiek — Smilodon — kot. Smilodon dzieli najbliższego przodka z kotem, kolejnego — z człowiekiem, a dopiero potem, głębiej w drzewie, ze słoniem.
Wspólny przodek Smilodona i człowieka leży więc bliżej wierzchołków drzewa niż wspólny przodek Smilodona i słonia. Oznacza to, że Smilodon jest bliżej spokrewniony z człowiekiem niż ze słoniem — stwierdzenie jest fałszywe.
W 20.1 klucz odrzuca samą definicję konwergencji. Odpowiedź „to cecha, która powstała niezależnie" nie punktuje. Trzeba odwołać się do drzewa — wskazać, że wspólny przodek miał zęby normalnej długości albo że cecha pojawiła się na drzewie dwa razy, w dwóch odrębnych liniach.
Kluczowy argument: stan cechy u wspólnego przodka. Jeśli wspólny przodek nie miał danej cechy, a mają ją dwa odległe gatunki — cecha musiała powstać niezależnie. To standardowy sposób rozpoznawania konwergencji na drzewie filogenetycznym.
Pokrewieństwo odczytuje się z drzewa, nie z wyglądu. Thylacosmilus wygląda jak szablozębny kot, ale jest torbaczem — bliżej mu do kangura niż do Smilodona. Podobieństwo morfologiczne bywa mylące i to jest sedno całego zadania.
Jak porównywać pokrewieństwo na drzewie. Bliżej spokrewnione są te gatunki, których ostatni wspólny przodek jest bliżej wierzchołków drzewa (późniejszy w czasie). Liczy się położenie węzła, a nie odległość gałęzi na rysunku ani kolejność wypisania nazw.
Konwergencja to nie to samo co dywergencja. Konwergencja — organizmy niespokrewnione stają się do siebie podobne (podobne środowisko). Dywergencja — organizmy spokrewnione stają się do siebie niepodobne (różne środowiska, np. radiacja adaptacyjna).
Cecha analogiczna a homologiczna. Zęby szablaste u obu rodzajów to struktury analogiczne — podobna funkcja i wygląd, różne pochodzenie ewolucyjne. Struktury homologiczne mają wspólne pochodzenie, choć mogą pełnić różne funkcje.
Treść zadania (CKE)
Konwergencja a dywergencja
| Cecha | Konwergencja (ewolucja zbieżna) | Dywergencja (ewolucja rozbieżna) |
|---|---|---|
| punkt wyjścia | organizmy niespokrewnione | organizmy spokrewnione |
| kierunek zmian | stają się podobne | stają się różne |
| przyczyna | podobne warunki środowiska i presja selekcyjna | różne warunki, różne nisze |
| powstające struktury | analogiczne | homologiczne |
| przykłady | zęby szablaste, opływowy kształt ryb/delfinów/ichtiozaurów, skrzydła owadów/ptaków/nietoperzy | kończyny ssaków, dzioby zięb Darwina |
Struktury homologiczne a analogiczne
| Cecha | Homologiczne | Analogiczne |
|---|---|---|
| pochodzenie | wspólne | różne |
| budowa wewnętrzna | podobna | różna |
| funkcja | może być różna | podobna |
| dowód na | wspólnego przodka (dywergencja) | podobną presję selekcyjną (konwergencja) |
| przykład | kończyna przednia kreta, konia, nietoperza, wieloryba | skrzydło ptaka i skrzydło owada |
| przykład z zadania | — | zęby szablaste Thylacosmilus i Smilodon |
Jak czytać drzewo filogenetyczne
| Element | Znaczenie |
|---|---|
| węzeł | ostatni wspólny przodek dwóch gałęzi |
| gałąź | linia ewolucyjna |
| wierzchołek (liść) | współczesny lub kopalny takson |
| korzeń | wspólny przodek wszystkich taksonów na drzewie |
| znacznik na gałęzi | moment pojawienia się cechy |
Reguła porównywania pokrewieństwa: dwa taksony są tym bliżej spokrewnione, im później (bliżej wierzchołków) leży ich ostatni wspólny przodek. Nie liczy się ani kolejność wypisania nazw, ani odległość gałęzi na rysunku.
Torbacze a łożyskowce — dwie równoległe radiacje
| Nisza ekologiczna | Torbacz (Australia, Ameryka Płd.) | Łożyskowiec |
|---|---|---|
| drapieżnik szablozębny | Thylacosmilus | Smilodon |
| wilkopodobny drapieżnik | wilkowór (Thylacinus) | wilk |
| ryjący owadożerca | kret workowaty | kret |
| szybujący roślinożerca | lotopałanka | polatucha |
| małe gryzonie | myszowór | mysz |
| mrówkojad | mrówkożer workowaty | mrówkojad |
To najbardziej spektakularny przykład konwergencji w świecie ssaków: dwie linie oddzielone ok. 160 mln lat wytworzyły niemal identyczne formy przystosowane do tych samych nisz.
Thylacosmilus kontra Smilodon
| Cecha | Thylacosmilus | Smilodon |
|---|---|---|
| grupa | torbacze (Sparassodonta) | łożyskowce (kotowate) |
| miejsce | Ameryka Południowa | Ameryki, Europa |
| czas | miocen–pliocen (~9–3 mln lat temu) | plejstocen (~2,5 mln–10 tys. lat temu) |
| kły | rosnące przez całe życie, chronione osłoną żuchwy | nierosnące, bez osłony |
| siekacze | brak | obecne |
| najbliższy krewny na drzewie | kangur | kot |
Różnice szczegółowe w budowie kłów potwierdzają niezależne pochodzenie tej cechy — mimo powierzchownego podobieństwa czaszek.
Inne klasyczne przykłady konwergencji
| Cecha | Grupy |
|---|---|
| opływowy kształt ciała | rekin (ryba), delfin (ssak), ichtiozaur (gad) |
| skrzydła | owad, ptak, nietoperz, pterozaur |
| oko soczewkowe | kręgowce i głowonogi (ośmiornica) |
| fotosynteza C4 | niezależnie w kilkudziesięciu liniach roślin |
| sukulentyzm | kaktusy (Ameryka) i wilczomlecze (Afryka) |
| echolokacja | nietoperze i walenie |
Punktacja CKE
- 20.1. 1 pkt — uzasadnienie zawierające argument na rzecz niezależnego pochodzenia cechy, oparty na drzewie: wspólny przodek miał zęby normalnej długości / cecha pojawiła się dwukrotnie / obie linie są odrębne. (Sama definicja konwergencji nie wystarcza.)
- 20.2. 1 pkt — FF.
- Razem: 2 pkt.
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „konwergencja, ewolucja zbiezna, drzewo filogenetyczne, torbacze i lozyskowce, zeby szablaste" zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl