Ч А С Т Ь 3
К А К П Р О И С Х О Д И Т
Э В О Л Ю Ц И Я?
В основе теории эволюции лежит то утверждение, что все ныне существующие растения и животные миллиарды лет тому назад имели единого родона- чальника - живую клетку.
Развитие заключается, следовательно, в движении от простого к сложному. В нём, этом движении - сущность теории; и оно же используется как доказательство эволюции. Не будь усложнений, не было бы и эволюции. И если бы на заре жизни возникли одноклеточные животные, они такими бы и остались по сей день.
„Рабочим инструментом" эволюции был, по утверждению её сторонников, естественный отбор. Менялись случайным образом все организмы - но выживали только те, чьи изменения оказывались полезными в борьбе за существование. Мы ещё будем говорить об этом, а сейчас напомним только общеизвестное: доля правды есть в любой неправде; иначе кто бы в неё поверил! Это столь же верно и в отношении теории эволюции.
Естественный отбор действительно существует в природе - но отнюдь не как универсальный метод, посредством которого образовались все современные растения и животные. Утверждать подобное означало бы утверждать: грязь коричневая, следовательно, всё коричневое - грязь.
Разнообразие существующих типов растений и животных лучше всего объяснено в Библии.
Там сказано, что Бог создал разные типы животных и растений, которые затем размножились. Тогда только пришёл естественный отбор, принеся с собой появление разнообразных вариаций в пределах существующих пород.
Но утверждать, что посредством его все сложнейшим образом устроенные живые существа развились из одной-единственной клетки - нелогично, по меньшей мере.
Задумывались ли вы о том, что естественный отбор в принципе не может иметь никакого отношения к возникновению живых существ? Ведь чтобы началась борьба за существование, уже должны быть в наличии хотя бы два участника этой борьбы. Борьбу без участников (разгоревшуюся до их появления) трудновато себе представить.
МЕХАНИЗМЫ ЭВОЛЮЦИИ
Если эволюция действительно когда-то была, она должна была иметь в своём распоряжении разнообразные биологические средства. Естественно, учёные много думали об этом, ставили эксперименты.
Ламарк выдвинул идею, что организм приспосабливается к окружающей среде, а затем его потомки наследуют приобретённые свойства.
Ещё одна мысль заключалась в том, что живые существа развивают новые органы в тот момент, когда возникает в этом нужда. Чем она больше, тем шире идёт процесс.
Прекрасный метод!
Одна только неувязка: процессы в действительности идут совсем не так.
Когда наука обратилась к экспериментам, выяснилось, что приобретённые изменения потомкам не передаются. Иначе вы могли бы, не упражняясь, иметь сильные мускулы - от отца, который развил их тяжёлой работой. А если вы ещё владеете искусством игры на рояле, то вашим детям - прямая дорога в музыканты, хоть бы они часа не провели за инструментом. И так далее.
Но опыт учит, что каждое поколение все навыки, даже мелкие, должно приобретать само...
Хотя время от времени тот или иной учёный объявляет, что ему удалось добиться передачи по наследству некоторых приобретённых свойств - незначительных, пока что...
Во времена Дарвина был широко распространён взгляд, что приспосабливание к окружающей среде с передачей по наследству приобретённых свойств есть могучий движущий элемент эволюции.
Нынешняя наука от этого отказалась.
Основной упор в своей теории Дарвин сделал на
борьбу за существование, с выживанием наиболе
приспособленных. Благоприятные изменения помогут живому существу уцелеть и передадутся по
наследству. Идея как будто бы неплохая - но вот
беда: законы наследственности не позволяют ей
реализоваться.
В самом начале нашего века широкое признание получили работы Грегора Менделя, отца генетики Изучение законов генетики, широко проводимое тех пор, показало, что они не подтверждают теории наследования приобретённых свойств. А почему - давайте посмотрим.
ЗАКОНЫ МЕНДЕЛЯ
1. Закон расщепления.
Гибриды первого поколения, унаследовавшие доминантные признаки (свойства), при дальнейшем размножении расщепляются;
в их потомстве снова появляются особи с рецессивными признаками.
2. Закон независимого распределения генов.
Расщепление по каждой паре признаков идёт независимо от других пар признаков.
ПОЛИПЛОИДИЯ
На первый взгляд этот природный феномен как будто бы увеличивает шансы на то, что эволюция могла произойти.
Он заключается в том, что клетка получает при оплодотворении больше хромосом, чем обычно. В итоге при её делении образуется больше клеток.
Эксперименты с полиплоидией проводить нетрудно. Есть химическое вещество - колхицин - которое вызывает её.
В результате полиплоидии размеры растений становятся очень большими. Полиплоидные цветы и фрукты значительно превосходят по размерам обычные. Что и используется в садо- и цветоводстве. Скрещивая между собой полиплоидные растения, можно получать то, что называют иногда новыми видами. (Потому что будучи способными к размножению, они не дают потомства при скрещивании с растениями, от которых произошли.) Но в животноводстве случаи полиплоидии очень редки.
И, конечно же, она ничего не добавляет к пониманию механизма эволюции. Это просто удвоение, утроение (и так далее) тех же самых хромосом, что уже были.
МУТАЦИИ
Только тем, что у эволюционистов уже не осталось выбора, можно объяснить их обращение к мутациям как к инструменту эволюции.
Мутации взяты не потому, что в этом есть логика, а потому, что нет других средств. Все иные варианты оказались несостоятельными, поскольку они ничего не добавляют, а лишь перетасовывают уже имеющиеся характеристики, запрограммированные в механизме наследственности.
Ядро каждой клетки - от простейшей до сложнейшей - содержит в себе хромосомы, внутри которых имеются спиральные нити. (Они скручены наподобие винтовой лестницы.) Материал нитей - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК, сокращённо). Здесь-то и содержатся гены - носители наследственных признаков и контролёры химических реакций в клетках.
В неизменяемом виде гены передаются из поколения в поколение.
Но иногда в структуре гена происходят изменения. Меняется его химический состав. Это и есть мутации.
Преобразования генной структуры ведут, в свою очередь, к физическим и физиологическим изменениям в организме.
Большинство мутаций - вредно. Многие - смертельны.
Мутации могут оставаться незамеченными до тех пор, пока в организме не будет двух повреждённых парных генов. С одним повреждённым геном организм выживает - но передаёт его по наследству. Это характерно и для растений, и для животных, и для человека.
Сравним ДНК с лентой компьютера, где пробита программа, по которой работает завод-автомат. Гены - это отдельные участки ленты. Информация на заводе передаётся отдельным станкам; в клетке - посредством ещё одного вещества - рибонуклеиновой кислоты (РНК) - в „машинную часть". И тогда здесь начинают вырабатываться тысячи сложнейших веществ, необходимых для жизни клетки. В организмах высшего порядка (человек, животные) вырабатываемые вещества поступают во все клетки тела.
Копии живой „компьютерной ленты" (ДНК) передаются от родителей ребёнку. И в новом организме немедленно начинают работать „новые заводы".
Вообразим, что наш завод-автомат делает игрушечные мотороллеры. В компьютерной ленте случилась ошибка. Из цеха стали выходить машинки с поломанными рулями, без передних фар - и тому подобное. Такое представить несложно...
Но гораздо труднее вообразить, что случайная ошибка привела к изготовлению превосходной шины, которая была помещена в очень удобное место...
А теперь попробуйте поверить, что такие вот случайные ошибки в ленте заставят завод перейти от выпуска игрушечных мотороллеров к выпуску настоящих. А затем - автомобилей. А затем - реактивных самолётов.
Легко ли поверить в такое?
Да ничуть не труднее, чем в то, что случайные
мутации превратили клетку в рыбу; рыбу - в
пресмыкающееся; пресмыкающееся - в птицу; птицу - в млекопитающее...
Вот ещё одно сравнение.
Машинистки перепечатывают книгу: „Конструкция моторной лодки". Атеист хочет, чтобы
мы поверили: если они будут продолжать свою
работу бесконечно, их ошибки постепенно
изменят содержание книги, сделают его несравнимо более сложным. Скажем, превратят книгу
в руководство по постройке атомных подводных лодок...
Вот где камень преткновения для материалиста!
Ведь каждый знает, что бесконечное число ошибок превратит книгу попросту в чепуху. А материалист верит, что вместо этого содержание книги станет таким, как если бы её писали самые умные люди в мире. Столь же возможно и превращение генетического кода морского ежа, после увеличения и усложнения, в генетический код человека.
КАК ВОЗНИКЛИ ОРГАНЫ
Дарвин сказал:
„Если можно было бы доказать, что любой из
ныне существующих сложных органов сформировался не в результате многочисленных, благоприятных мелких изменений, моя теория рухнула бы полностью."
Для меня совершенно очевидно, что эту задачу решил никакой не терапсид, а Создатель. Он предвидел потребность и предусмотрел все детали. И какой бы орган ни взялись мы рассматривать, объяснить его развитие с позиций теории эволюции невозможно.
18.02.2015 в 15:40
2653
В предыдущей статье про эволюцию было рассказано, как ученые про все это узнали, какими методами пользовались. Благодаря этим методам наука накопила массу доказательств того, что виды живых организмов на нашей планете с течением времени изменяются. И на основе доказательств создала единственную теорию, объясняющую эти изменения.
Это теория эволюции Чарльза Дарвина, которую теперь называют «неодарвинизмом», потому что она подтверждена генетикой.
Эволюция происходит среди огромного числа видов на протяжении громадных периодов времени и является системным процессом. Эволюция осуществляется путем изменения того, что есть, она не делает новые виды с нуля.
Суть эволюции заключается в следующем. На планете постоянно изменяется среда обитания, при этом индивиды изменяют то, что имеют. Если это им не удается, то они вымирают, потому что не приспособились к жизни в новых условиях.
За 4,5 миллиарда лет существования нашей планеты не удалось приспособиться к изменяющимся условиям 99,99% видов. Поэтому человечеству вместо насаждения демократий и контроля за ценами на нефть нужно озаботиться тем, чтобы вовремя измениться как виду под новые условия, которые на планете обязательно создадутся. То есть речь идет об управляемой эволюции. Но подробнее об этом в следующих статьях.
Один пример управляемой эволюции - газонокосилки ведут отбор одуванчиков в сторону низкорослости и быстрого роста цветоножек.
Технически эволюция видов проходит так (упрощенное представление).
Основой эволюции является изменение генов индивидуумов. Главные причины изменений две - внешние (мутации - действие ультрафиолета, радиации, высоких температур и т.д.) и внутренние (комбинация генов отца и матери). Можно сказать, что мутации генов это ошибки копирования из-за действия ряда факторов. В результате мутации генов рождается потомство, у которого присутствует новые свойства организма. Чуть длиннее хобот, чуть больше мозг, чуть больше или меньше шерсти.
Мутации генов бывают нейтральными, вредными и полезными.
В результате нейтральных мутаций новые признаки организма на его жизнь не оказывают никакого влияния. Например, в условиях среднего климата на одном из индивидуумов выросло чуть больше шерсти. Ему стало чуть теплее и все.
Вредные мутации приводят к тому, что организм хуже переносит условия окружающей среды. Например, в условиях жаркого климата на одном из индивидуумов выросло чуть больше шерсти. Он начал перегреваться. А это негативно сказывается на его работоспособности (вспомните себя на жаре в сорок градусов), на работе головного мозга (хуже соображает) и в ряде случаев может привести к стерилизации (нет потомства). Такому организму становится сложнее выжить и он погибает, не оставив потомства.
Полезные мутации приводят к тому, что организм лучше переносит условия окружающей среды. Например, в условиях холодного климата на одном из индивидуумов выросло чуть больше шерсти. Ему стало теплее, ему проще выжить, он может дольше находиться на открытом воздухе, он может добыть больше еды. И наконец ему проще дожить до репродуктивного возраста и оставить после себя потомство, часть из которого унаследует ген «большей шерстистости».
То есть основным звеном в механизме эволюции является процесс размножения индивидуумов, обладающих новыми признаками. При изменении условий обитания часть организмов не обладает нужными для выживания признаками. Они погибают до того, как обзаводятся потомством и линия передачи генов организмов с такими признаками прерывается. Другая часть нужными свойствами организма обладает, она выживает и оставляет после себя потомство, обладающее этими признаками.
Из этого потомства выживают те, у кого эти признаки усиливаются. Например, наступает ледниковый период, становится холоднее и выживают только те виды, которые с каждым новым поколением все больше обрастают шерстью. И вот вам новый вид - шерстистый носорог.
Эволюция состоялась.
Можно сказать так: признаки, способствующие размножению вида, подвергаются положительному естественному отбору. То есть способствуют выживанию особей вида, у которых такие признаки присутствуют. А признаки, препятствующие размножению вида, подвергаются отрицательному естественному отбору. То есть способствуют вымиранию особей вида, у которых такие признаки присутствуют.
Возвращаясь к носорогам - неприспособившиеся особи могли все погибнуть, тем самым предковый вид вымирает полностью. Или часть могли мигрировать на юг и остаться в живых на новых территориях. При этом на планете осталось жить два новых вида носорогов.
То есть вымирание видов происходит из-за того, что они не приспосабливаются к новым условиям окружающей среды. А появление новых видов происходит из-за разделения видов. Например, часть динозавров начали летать и дали начало птицам. Другая часть спустилась в воду и стала китами. А третья часть осталась на суше и вся вымерла.
Еще пример. Кистеперые рыбы, являющиеся предками всех сухопутных животных и птиц, в погоне за добычей стали выскакивать на берег. У части рыб постепенно усилились мышцы плавников и они смогли начать понемногу перемещаться по суше. И далее плавники эволюционировали в ноги, а рыбы превратились в сухопутных животных. А часть рыб так и осталась жить в воде. Вот вам и два новых вида.
В среде со стабильными условиями эволюция идет значительно медленнее. Но стабильность играет против видов, если условия вдруг начинают резко меняться, то большая часть видов не успевает приспосабливаться и вымирает.
В местах со стабильными условиями (это обычно тропики), виды имеют больше потомков и меньше о них заботятся. То есть уровень кооперации в холодном климате генетически выше, чем в теплом. Потому в западных странах, где теплее, выше уровень индивидуализма, а в России, где холоднее, больше коллективизма.
Чем больше изменяется среда обитания вида, тем быстрее он эволюционирует или движется к вымиранию. После изменения среды обитания эволюция ускоряется, а затем будет постепенно замедляться по мере приближения к равновесию.
Отбор, не уничтожающий популяцию полностью, ускоряет ее эволюцию. И чем большая доля индивидов не оставит потомства, тем быстрее популяция будет эволюционировать (при условии сохранения хотя бы минимального числа индивидов, необходимого для поддержания популяции).
Кстати, все живые организмы генетически запрограммированы на старение и умирание. Старение является неоправданной потерей размножающихся взрослых индивидов и не является биологически необходимым, так как некоторые виды живут сотни и тысячи лет (например, остистая сосна до 5000 лет). Но если индивид не состарится и не умрет, освободив территорию и ресурсы для следующего поколения, цикл смены поколений замедлится, и вид будет неспособен эволюционировать с достаточной скоростью, чтобы поспевать за изменениями среды. Эта проблема решается с помощью генетических часов, вызывающих старение индивидов.
Основной причиной, приводящей к эволюции видов, является изменение условий окружающей среды. То есть изменение климата. Сильнее всего климат меняется в умеренных широтах, в тропиках и на севере он более стабилен. Поэтому скорость эволюции больше именно в умеренных широтах.
Второй по значимости причиной естественного обора после климата является половой отбор.
Наличие полового отбора означает, что полы не вступают в отношения неразборчиво, но предпочитают индивидов противоположного пола с определенными признаками. При этом наиболее осторожным будет пол, больше теряющий при неудачном выборе, а это, как правило, женщины.
Пол, развивший много избыточных признаков, не являющихся полезными при добыче пищи, уклонении от хищников и тому подобном, но обращенных к противоположному полу, безусловно, пройдет половой отбор. У птиц почти всегда самцы имеют такие признаки. Самцы часто ярко окрашены, имеют красочное оперение и поют прекрасные песни, привлекающие как самок, так и хищников. Избыточные признаки говорят самкам, что самец должен обладать действительно превосходными качествами, чтобы при такой яркой внешности не быть съеденным.
Среди людей раньше женщины выбирали мужчин за силу, так как она была нужна для выживания. Сейчас предполагается, что женщины выбирают мужчин за интеллект, который при выживании стал важнее физической силы. Интеллект хорошо коррелирует с благосостоянием и с более низкими уровнями преступности, психопатии и другими показателями, желательными для большинства женщин.
Третьей причиной естественного отбора стал групповой отбор. Прошли миллионы лет от появления первых приматов до того, как предки человека стали групповыми животными. Групповое поведение по-прежнему глубоко укоренено в наших генах, и мы можем видеть сегодня, как легко мы объединяемся в группы и как важно для нас быть принятым другими в свои группы. Преданность своей группе возникла оттого, что индивиды, действующие заодно с товарищами к своей взаимной выгоде, особенно в конфликтах с окружающими, были успешнее в репродуктивном отношении в сравнении с непоступавшими так.
Периодически встает вопрос - кто руководит эволюцией? Есть два ответа на этот вопрос. Ученые говорят, что никто, верующие говорят, что эволюция проходит по замыслу бога, то есть высшего разумного существа, который почему-то потом уничтожил 99,99% своих творений.
Научный подход к этому вопросу такой. Существуют физические законы в соответствие с которыми происходят физические процессы. Если с горы катится камень, то можно выдвинуть две версии. Первая (религиозная) - камень двигается вниз по воле бога, вторая (научная) - камень катится под действием физического закона гравитации.
Эволюция также происходит под действием физического процесса мутации генов. Это приводит к появлению особей, которые обладают новыми признаками. Те особи, у которых их новые признаки позволяют выжить в меняющихся условиях, выживают и размножаются. Их потомки также постепенно меняются и так образуется новый вид. То есть среди родившихся выживает и дает потомство наиболее приспособленный. Те особи, у которых их имеющиеся и новые признаки не позволяют выжить в меняющихся условиях, погибают и не оставляют после себя потомства. В этом заключается естественный отбор. Так происходит эволюция и никто ей не руководит.
Хотя в природе есть управляемая эволюция живых организмов, которую проводит человек. Это выведение новых сортов растений и новых пород домашних животных. Цветки томатов одного сорта опыляют другим сортом, из плодов этих цветков берут семена, выращивают из них новые растения. Если они обладают новыми полезными потребительскими свойствами (повышенная урожайность, устойчивость к фитофторе и т.д.), то этот сорт оставляют и размножают. Если полезных свойств нет или сорт стал хуже родительских, то его уничтожают.
Точно так же происходит в естественных условиях. Только осуществляется проще и всего по одному критерию - те виды, которые оказались более приспособленными к жизни в окружающих условиях, выживают и дают потомство. А неприспособленные погибают, потомства не дав.
Природа не испытывает сентиментальных чувств, не входит в положение слабых и беспомощных, и не пытается создавать личности определенного типа. Конечным продуктом в любом случае является успешное воспроизводство, вне зависимости от того, каким бы нам это ни казалось жалким, подлым или унизительным. Воспроизводитесь активнее других и останетесь в игре, иначе вы выбываете. И так постоянно.
Мы можем либо знать, как проходит эволюция, либо верить в это. Знание это теория, подкрепленная доказательствами. Верование это теория, существующая без доказательств.
В жизни мы в 99,99% случаев оперируем знаниями, а не верованиями. Мы постоянно используем доказательства, которые можно зафиксировать.
Сотрудник ГИБДД показывает водителю индикатор радара, на котором показана скорость автомобиля. Водитель конечно может сказать «а я верю в то, что ехал с другой скоростью», но его веру в расчет не приму.
Судья, какой бы он ни был религиозный, изучает доказательства, а не то, во что верят участники процесса.
Бухгалтера, инженеры, учителя, сантехники, продавцы и т.д. - мы все оперируем фактами, а не плодами чьего-то воображения.
Эволюция действует по физическим законам, а не по указке выдуманного высшего существа.
Споры о том, как появились живые организмы и кто их создал ведутся давно. Вначале они проходили очень просто. Из тех, кто не был согласен с тем, что "бог создал мир за шесть дней", делали шашлык на костре. Затем сторонников шестидневного творения стало значительно меньше и сейчас в это верят только люди, находящиеся на ранней стадии умственного развития. Потому что отрицать научно доказанную эволюцию стало очень сложно - слишком много фактов свидетельствуют о нет.
Сейчас у сторонников религиозной теории (верю во что прикажут) другая фишка - "да, эволюция была, но проходит она по воле бога". И на закономерный вопрос - "зачем бог сделал миллионы видов живых существ и потом 99,99% из них уничтожил" дается два примитивных ответа - "на все воля божья" и "пути господни неисповедимы".
Интересно, но теорию эволюции разрушить очень легко - для этого достаточно найти останки живого организма в слое не своего периода. Это как если в куске угля найти десятирублевую монету, то вся теория образования угля сразу закончится. Так вот, люди занимаются археологией несколько сотен лет. И они ни разу не нашли остатков живых существ в слоях не своего периода. А это значит, что теория эволюции Дарвина верна.
Следующая статья будет посвящена эволюции человека - как из приматов получились современные люди.
Идея образования и расплавления земной коры и движения континентальных плит, сопровождающего эти процессы, поражает воображение как огромными размерами и весом движущихся глыб, так и колоссальной энергией, которая необходима для поддержания всей этой системы в движении. Однако не менее поразителен процесс эволюции живых организмов, проходящий через всю историю планеты Земля; он вызывает изумление огромным количеством участвующих в нем организмов и крайней сложностью биохимических процессов, в совокупности образующих Жизнь. В течение всей исгории Земли отдельные растения и животные, умирая, захоронялись под отложениями, а их форма и строение "консервировались" в виде ископаемых остатков, включенных в пласты пород. В наши дни многие ископаемые были найдены и собраны воедино. Если расположить их по порядку, то видно, что они образуют непрерывные ряды. Некоторые изменения, прослеживающиеся в поколениях современных организмов, представляют собой непосредственное продолжение цепи изменений, установленных по ископаемым остаткам. Все вместе эти ряды образуют сложную цепь со многими звеньями, которая постоянно удлиняется уже более 3 миллиардов лет, с тех самых пор, как химическая эволюция была замещена самовоспроизводством организмов. Теория этой цепи, теория эволюции живых организмов, позволяет понять историю жизни, ранее представлявшуюся беспорядочным скоплением ископаемых форм. А кроме того, как мы уже отметили в главе третьей, эта теория сделала возможной корреляцию слоев в различных районах и таким образом способствовала построению геохронологической шкалы.
Когда мы делаем попытку обрисовать историю организмов, мы закономерно начинаем с рассмотрения процесса эволюции, который восстанавливаем по ископаемым остаткам. Мы начнем с данных, на которых основано наше понимание этого процесса, а затем перейдем к рассмотрению того, как работает его механизм.
Доказательства эволюции
За последние сто лет среди ученых стало господствующим убеждение, что эволюция действовала всегда и действует и в настоящее время. Это убеждение основано на огромном количестве фактов, в том числе на данных различных отраслей науки. В частности, оно основано на анализе соотношения различных ископаемых и соотношения между зародышами различных животных, анатомических данных, опыте целенаправленного разведения растений и животных.
Ископаемые . Пожалуй, наиболее убедительным обоснованием теории эволюции являются собранные воедино сведения об ископаемых остатках. При сравнении ископаемых, собранных из различных пластов, становится очевидно, что чем моложе породы, тем более сложные организмы в них обнаруживаются; усложнение происходит в направлении от основания к вершине геохронологической колонки. Это подтверждается на примере слоев, выходящих в Большом каньоне Колорадо. Как мы отмечали в седьмой главе, наиболее древние ископаемые остатки принадлежат одноклеточным организмам, следующие по возрасту - растения, а затем - наиболее простые животные. Это прогрессирующее усложнение прослеживается к вышележащим (то есть более молодым) слоям, и наконец, последним в позднекайнозойских слоях появляется человек. Едва ли будет ошибкой считать это соотношение доказательством того, что со времени начала эволюционного процесса биологическая эволюция непрерывно создавала новые формы и структуры.
Если сравнивать различные ископаемые остатки не с их "родными" слоями, а между собой и с другими организмами, которые живут сейчас, выявляется другая удивительная закономерность. Если объединить между собой наиболее близкие группы, то графически соотношение между ними может быть представлено в виде дерева, со стволом, большими и малыми ветвями, причем существующие сейчас виды помещаются на вершинах ветвей (рис. 30). Если проследить распределение этих организмов по ветвям, сверху вниз, изменения кажутся незаметными, но общий эффект при переходе от малых ветвей к большим может оказаться весьма значительным. При переходе от малых ветвей, к большим ископаемые организмы становятся все более простыми, причем самые простые располагаются у основания ствола. Так или иначе, но все эти жизненные формы связаны друг с другом, как имена предков в родословном древе. Даже крошечные простейшие являются предками человека, как мы можем установить, проследив эту линию достаточно далеко вниз.
Рис. 30. "Древо жизни", показывающее соотношение между различными формами жизни, как современными, так и ископаемыми. Приведенная схема далеко не полная; в нее включены только наиболее известные группы животных и не дано подразделений растительного мира
Конечно, "древо жизни" до сих пор еще не "укомплектовано", и хотя это и не показано на рисунке 30, но в некоторых случаях связи между отдельными ветвями еще не прослежены. Пробелы в ряду ископаемых остатков представляют собой недостающие звенья в цепи наших данных. Но постепенно одно за другим недостающие звенья находятся и занимают свое место. Таким звеном явилась, например, одна из древнейших и наиболее примитивных ископаемых амфибий - Ichthyost$ga, найденная в девонских слоях в Гренландии в 1948 г. Она настолько похожа на девонских рыб, что только конечности указывают на принадлежность ее к наземным животным (рис. 31). Это указывает на связь между рыбами и амфибиями.
Другое некогда недостающее звено - археоптерикс (Archeopterух), самая примитивная из известных нам птиц, впервые обнаруженная в юрских пластах в Германии в 1861 г. Эта "покрытая перьями рептилия" представляет собой промежуточное звено между рептилиями и птицами и отнесена к птицам потому, что она покрыта перьями. Наконец, древнейший человек - австралопитек (Australopithecus, africanus) (фото 64), обнаруженный в Южной Африке в 1924 г., значительно более примитивный, чем известные нам до сих пор по ископаемым остаткам древние люди. Он образовал новое звено в цепи примитивных предков человека.
Некоторые ветви эволюционной цепи оказались гораздо длиннее, чем это предполагалось раньше. Например, в 1938 г. рыбаки в Индийском океане поймали очень большую странного облика рыбу, целаканта (фото 10). Эта примитивная рыба со своеобразными лопастевидными плавниками была хорошо известна в ископаемом состоянии и встречалась в пластах начиная от девонского и до мелового возраста, однако считалась вымершей еще до начала кайнозоя. Открытие живого целаканта продлило историю существования этого вида еще на 70 миллионов лет. Эти рыбы - близкие родственники девонских рыб с лопастевидными плавниками, из которых развились амфибии, как мы уже отмечали выше, - также образуют звено в цепи предков человека.
Фото 10. Целакант, "живое ископаемое". Экземпляр, пойманный в марте 1966 г
Другим "живым ископаемым" является разновидность секвойи, Metasequoia (фото 11), которая до 1941 г. считалась исчезнувшей в среднекайнозойское время. В 1941 г., однако, она была открыта в одном из внутренних районов Китая. Сейчас эти деревья, родственные хорошо знакомой нам секвойе, выращиваются из привезенных из Китая семян и в других странах.
Сходство зародышей . Другие доказательства эволюции были получены при изучении зародышей. Развивающиеся зародыши различных видов позвоночных обнаруживают поразительное сходство между собой на ранних стадиях своего развития, но по мере Дальнейшего развития утрачивают это сходство. Чем ближе родство между видами животных (как, например, между человеком и обезьяной), тем дольше сохраняется сходство между их развивающимися зародышами.
Особо следует отметить наличие одинаковых жаберных щелей, которые видны на ранних стадиях развития у различных видов животных. Эти щели, однако, изменяются у различных животных по мере развития. У рыб жаберные щели и связанные с ними органы образуют приспособление для дыхания жабрами. Но птицам и млекопитающим, которые дышат иначе, жаберные щели не нужны для дыхания. Они преобразовались в органы, с помощью которых животные издают или слышат звуки. У человека, например, из эмбриональных жаберных щелей развилась часть уха и горла. Это является достаточно веским доказательством того, что человек и другие дышащие воздухом позвоночные сохранили эмбриональные черты, унаследованные от далеких предков, которые дышали жабрами и жили по крайней мере 360 миллионов лет назад.
Сходство скелетов . Если сравнивать скелеты древних и современных наземных позвоночных (рис. 31), они свидетельствуют приблизительно о том же, о чем и зародыши. Скелеты состоят из сходного количества костей, располагающихся приблизительно в одном и том же порядке. Только размеры отдельных костей и их относительные пропорции меняются у различных животных. Это сходство, столь устойчиво прослеживающееся, может означать только одно: скелет современных наземных позвоночных в основе своей представляет очень старомодную конструкцию. Хотя с течением времени его отдельные части удлинялись или укорачивались, увеличивались или уменьшались, но в целом он никогда не был заменен чем-то совершенно новым. Он только постоянно, и то очень медленно, преобразовывался путем многочисленных, но очень небольших изменений. Таково еще одно неопровержимое доказательство того, что современные высшие животные развились из своих отдаленных предков, многое от них унаследовав.
Еще более ясно это можно увидеть, если мы подробно рассмотрим какие-либо части скелета, например переднюю конечность (рис. 32). У всех позвоночных передняя конечность имеет одинаковое в основном строение, но у каждого вида она изменилась таким образом, чтобы обеспечить наибольшее удобство при передвижении в данных условиях среды обитания - в воздухе (птицы), в море (киты), на обширных травянистых равнинах (лошади) и в лесу (кошки). Таким образом, как мы вскоре увидим, среда оставляет свой отпечаток на скелетах.
Рудиментарные органы . Как кости, так и мягкие части тел многих животных организмов образуют органы, которые не несут очевидных функций, но сходны с органами других живущих или вымерших организмов, у которых эти органы выполняли вполне определенные функции. У тех животных, у которых эти органы бесполезны, они носят название рудиментарных, потому что являются остатками - рудиментами - приспособлений, существовавших у предков. Только в теле человека таких органов более 150; наиболее известен из них аппендикс, слепой отросток, который может воспаляться и во многих случаях подлежит хирургическому удалению. У некоторых менее развитых животных, однако, соответствующий орган функционирует как полезная часть пищеварительного тракта. Менее известным органом является копчик. Он состоит из семи позвонков с соответствующими мускулами и нервами и расположен у основания позвоночника. Это рудиментарное образование, которое в более развитом виде образует хвост у большинства животных. Малые берцовые кости, у современных лошадей не выполняющие никаких функций, представляют собой остатки когда-то использовавшихся пальцев у предков лошади, имевших три опорных пальца. Киты и некоторые змеи имеют рудиментарные кости, которые соответствуют костям задних конечностей у четвероногих животных. Некоторые нелетающие птицы, например страус, имеют рудиментарные крылья - остатки крыльев, которые другие птицы используют для полета. Таковы немногие примеры, выбранные нами из огромного множества рудиментарных органов, существование которых может быть объяснено только тем фактом, что они стали рудиментарными в ходе эволюции.
Одомашнивание животных и растений . В результате направленного разведения в течение длительного времени - от нескольких лет до нескольких тысяч лет - человеку удалось вывести многочисленные разновидности отдельных видов растений и животных. Наиболее известный пример - многочисленные породы собак, очевидно, выведенные от одного первоначального вида, напоминавшего волка. Породы собак очень разнообразны по размерам, форме тела и соответствию специальным целям, хотя все они принадлежат к одному виду. Эти искусственно полученные изменения показывают возможность передачи по наследству признаков, отобранных человеком, и позволяют предполагать, что подобный процесс изменений имел место и в течение длительной истории организмов.
Процесс эволюции
После обзора наиболее убедительных доказательств происходившей эволюции, мы можем обратиться к рассмотрению самого процесса, в котором выделяются три аспекта. Первый - молекулы, которые могут копировать сами себя и передавать в закодированном виде информацию. Второй - изменения, которые происходят с отдельными организмами и могут быть унаследованы. Третий - среда и ее влияние на состав популяций. Если внимательно рассмотреть эти три аспекта, то нетрудно будет понять, как именно происходила и происходит эволюция, зафиксированная по ископаемым остаткам.
Молекулы ДНК . В любом организме каждая отдельная клетка, имеющая ядро, содержит некоторое количество очень важного вещества, называемого дезоксирибонуклеиновой кислотой (сокращенно ДНК). Молекула ДНК имеет необычные для единичной молекулы большие размеры, и все же, чтобы сделать с нее фотографию обычного размера, она должна быть увеличена в сотни тысяч раз. Фотография, сделанная с помощью электронного микроскопа, показывает, что она имеет форму двух переплетенных спиралей (фото 12). Большая спиральная молекула ДНК обладает замечательной способностью к самовоспроизводству. Она может делиться на две совершенно равные половины, каждая из которых содержит половину спирали. Затем каждая половина может достраивать недостающую часть, снова приобретая вид спирали. Результатом является удвоение - две полных спирали вместо одной, существовавшей ранее. Считается, что это удвоение возможно потому, что каждая часть исходной спирали состоит из четырех химических компонентов, которые могут располагаться в различном порядке. Подобно точкам и тире азбуки Морзе, долгое время использовавшейся при передаче телеграмм, порядок, в котором расположены химические компоненты, составляет генетический код, который содержит информацию или "инструкции", согласно которым должна строиться вторая половина спирали. Закодированное таким образом послание представляет собой своего рода чертеж. Оно определяет, какие химические элементы должны использоваться, а также в каком порядке они должны располагаться. Порядок образует химические соединения, которые нужны клетке или группе клеток для того, чтобы развиваться и функционировать. Конечно, эти химические компоненты, служащие для построения клеток, получаются из пищи, поглощенной и переработанной организмом, причем количество пищи должно быть достаточно велико.
Именно так отдельный организм (набор специализированных клеток) растет в продолжение всей своей жизни путем деления и перестройки клеток, согласно закодированным инструкциям, содержащимся в молекулах самих клеток. По мере того как клетки делятся, инструкция тоже воспроизводится, так что любая клетка, имеющая ядро, получает свою собственную копию и может немедленно ее использовать. Таким образом определяется не только рост, но и каждая черта индивидуального организма. Если трудно представить себе такую большую детальность, следует вспомнить, что молекула ДНК, какой бы большой она ни была, все же очень мала с точки зрения человека. Диаметр ее составляет около 0,0000008 сантиметра, и в теле человека может находиться почти неисчислимое количество таких молекул. Сложность процессов, которые одновременно происходят в таком большом городе, как, например, Нью-Йорк с его восьмимиллионным населением, не очень велика по сравнению со сложностью процессов образования, движения и разрушения молекул ДНК и других составных частей в теле одного обитателя этого города.
Резюмируя, можно сказать, что молекулы ДНК с записанной в них информацией и способностью воспроизводить самих себя определяют основной план роста и функционирования клеток, составляющих организм, и, следовательно, все основные черты и особенности организма. Мы должны посмотреть, каким образом передается закодированная информация, а следовательно, и особенности организма, от одного поколения к другому, так как эта информация лежит в основе наследственности.
Наследственность и изменчивость . Характеристики формы и поведения, определенные генетическим кодом, передаются от родителей к потомству, но в этом процессе они меняются, по крайней мере до некоторой степени благодаря строению клеток, участвующих в процессе полового размножения. В отдельной особи любого вида организмов, размножающихся половым путем (а сюда относятся почти все животные и растения), половые клетки содержат длинные нитевидные хромосомы, каждая из которых в свою очередь содержит многочисленные гены, - единицы, контролирующие наследственность. Ген - это часть молекулы ДНК, та часть, которая содержит в своем строении запись информации, необходимой для воспроизводства данного организма - его формы, размера, физиологии и поведения.
И вот когда мужская клетка спермы объединяется с женской яйцеклеткой, образуется новая сложная клетка, имеющая комбинацию хромосом обоих родителей. Оплодотворенная клетка начинает делиться. При этом делении точно воспроизводится новая комбинация хромосом. Код, которым обладает эта сложная клетка, конечно, отличается от кода любого из родителей. В соответствии с этим и новая особь может обладать чертами родителей почти в любом сочетании. Количество сочетаний, которые могут образовывать хромосомы в одном человеческом организме, оценивается в 2 100°. Это почти невероятно большое число. Поскольку потенциальное число комбинаций настолько велико, две особи не могут быть в точности одинаковыми. Каждая из них получает гены от обоих родителей, и эти гены образуют уникальную комбинацию. Эта комбинация содержит неповторимый набор закодированных сведений и инструкций, согласно которым развиваются индивидуальные черты организма, до некоторой степени передающиеся по наследству следующим поколениям.
Существенным результатом этого является изменчивость. Поскольку каждый индивид в каждом поколении до некоторой степени отличается от своих родителей, изменчивость постоянно проявляется в виде многочисленных мелких, незаметных изменений, которые могут быть унаследованы.
Естественный отбор . На этой стадии сказывается влияние окружающей среды. Каждый организм в каждом поколении рождается со своим собственным комплексом изменений в определенных условиях среды. Этот организм реагирует на условия, приспосабливаясь к ним, но степень этого приспособления частично будет зависеть от унаследованных изменений. Некоторые особи из большой популяции будут в большей степени соответствовать условиям среды, чем другие, просто потому, что один или несколько свойственных им признаков дали им небольшое преимущество в этом окружении. Поэтому статистически у одной группы особей будет чуть больше шансов выжить и воспроизвести себя, чем у остальных. Поскольку изменения могут наследоваться, следующее поколение будет иметь немного большее количество особей, обладающих благоприятными изменениями. Если условия останутся неизменными, то приобретение всей популяцией "благоприятных" свойств явится только вопросом времени, хотя, возможно, довольно длительного.
Это настолько важный вопрос и так часто его понимают неправильно, что мы вернемся к нему еще раз. В любой популяции изменения проявляются в каждом поколении. Из этих постоянно возникающих наборов изменений условия среды стремятся отбирать лучшие (то есть наиболее соответствующие условиям). В результате этого создается впечатление, что отдельные особи в популяции сознательно пытаются приспособиться. Однако ничто не может быть дальше от истины. Этот процесс приспособления есть не что иное, как ряд приспособительных реакций. Эволюция не имеет программы, но точность, с которой приспосабливающиеся организмы отвечают на требования среды, похожа на чудо.
Простой, но вместе с тем ясный пример этого процесса представляет история эволюции бабочек в Англии за последнее время. Если сопоставить данные наблюдений и подсчетов, сделанных в настоящее время, с теми, которые были сделаны в 1850 г., то окажется, что около 60 видов бабочек в Англии изменили свой облик. За этот период времени в результате развития промышленности здания и даже деревья покрылись копотью. В 1850 г. менее 10% популяции бабочек имели темную окраску, сейчас же темный цвет имеют более 90%. Первоначальное соотношение цветов было результатом изменчивости. Однако так как светлая окраска была более заметна на темном фоне, птицы легче находили и истребляли бабочек со светлой окраской и меньшее их количество выживало и размножалось. Для бабочек критическим фактором среды явилось наличие насекомоядных птиц. Бабочки не приспосабливались сами сознательно к более темной окраске среды; они оказались к ней приспособленными в результате деятельности птиц.
Выживание под влиянием среды и с помощью механизма наследственности определяет облик грядущих поколений и называется естественным отбором. Это процесс сортировки и перетасовки. Хотя естественный отбор действует в сфере организмов, он подобен по своим результатам отбору в неорганическом мире, сортировке и перемешиванию, которые производят другие природные процессы, создающие земную кору. Глубоко под поверхностью Земли определенные минералы "отбираются" благодаря относительно низкой точке их плавления, и их расплав движется вверх. На поверхности минералы "отбираются" в соответствии с их устойчивостью по отношению к процессам химического разрушения, их неустойчивые компоненты удаляются. Действительно, естественный отбор более понятен, если мы рассматриваем его как один из многих сложных природных процессов, протекающих на Земле.
В естественном отборе изменение от одного поколения к другому может быть незначительным, но, как и в случае врезания Большого каньона Колорадо или сортировки частиц, образующихся при выветривании гранита, кумулятивный эффект бывает огромным. Как мы отметили в предыдущих главах, на поверхности Земли непрерывно происходят геологические изменения, вызывающие изменения природных условий. Эти последние в свою очередь влияют на растения и животных, вызывая адаптацию.
Мы должны помнить, что такие изменения происходят не сознательно и не целенаправленно. Они действуют автоматически, слегка изменяя вероятность выживания каждой особи в популяции. Каждая особь, со своим набором присущих только ей свойств, сталкивается с требованиями среды. Некоторые особи выживают, другие оказываются истребленными, и каждое новое поколение становится немного лучше приспособленным к условиям среды, чем были приспособлены его родители.
Повсюду в мире мы наблюдаем растения и животных, которые в процессе приспособления приобрели строение и черты, наиболее соответствующие данному виду среды. Белый медведь, обладающий толстой шкурой с жировой подкладкой, прекрасно умеющий плавать, хорошо приспособлен к жизни на полярных льдах. Длинноногий верблюд, со своей способностью сохранять воду в организме, приспособлен к жизни в обширных районах континентов, отличающихся малым количеством воды и скудной растительностью. Другие организмы приспособились к жизни в тропических лесах, в воздухе над обширными океанами, в пещерных водоемах и ко многим другим условиям среды. Каждое из этих приспособлений явилось результатом эволюции, направлявшейся естественным отбором. Если мы внимательно изучим ископаемые, мы можем прийти к выводу, что в течение большей части истории организмы приспосабливались к тем же видам природной среды, которые существуют и сейчас. Но эти организмы меняли свое пространственное размещение вследствие геологических изменений, затрагивавших и поверхность континентов, и океаны. Такое приспособление организмов в прошлом явилось еще одним следствием принципа актуализма.
Мутации . Имеется и другой вид наследуемых изменений. Он увеличивает разнообразие живых организмов, среди которых под влиянием окружающих условий происходит отбор. Это мутации. Они происходят в яйцеклетке или сперматозоидах одной особи и могут наследоваться потомством. Мутации заключаются в изменении кодового механизма внутри молекулы ДНК, так что некоторый ген у особи нового поколения отличается от соответствующего гена у любого из родителей. Происходят они неожиданно и непредсказуемо и, будучи наследуемыми, вызывают изменения структуры, черт или характеристик, которые проявляются в последующих поколениях. Взаимодействуя со средой, эти изменения закрепляются в потомстве, если они благоприятны, или "выбраковываются", если они неблагоприятны. Химические основы мутаций в деталях еще не изучены, но можно полагать, что эти изменения имели существенное влияние на направление эволюционных изменений организмов.
Дискуссия
Эволюция в основе своей состоит в адаптации - приспособлении к окружающей среде. Изменения происходят постоянно - они имеют или характер мутаций или происходят в результате новых сочетаний свойств, возникающих в последующих поколениях. Они поставляют сырой материал, над которым работает естественный отбор. При этом испытываются всевозможные виды новых приспособлений, и те из них, которые оказались "успешными" в данных условиях, сохраняются и в будущем, неудачные же постепенно отсеиваются.
Когда Чарлз Дарвин впервые описал естественный отбор в 1859 г., он рассматривал этот процесс с точки зрения приспособленности организма для жизни в данной среде, конкуренции между отдельными особями, преуспевания некоторых групп и исчезновения менее приспособленных.
В рамках геологической истории успех групп организмов зависит от двух факторов: 1) способности эффективно воспроизводиться и 2) способности занимать территорию и удерживать ее в условиях конкуренции. В истории динозавров, цветковых растений или мамонтов ледникового периода все эти вопросы не имели никакого отношения к морали. Мораль - это человеческое понятие, и оно вступает в силу лишь на поздних.этапах истории человека.
Следует добавить, что изучение летописи ископаемых остатков не приводит нас к установлению какой-либо общей цели эволюции. Не доказано, что эволюция следовала в каком-либо определенном направлении и стремилась к определенной цели. Другими словами, эволюция, очевидно, не имеет программы. Очевидно, она не следует также и по прямой линии. Ее пути часто переплетаются (как мы видели на рис. 30) и отклоняются от прямого направления, но они никогда не повторяются в точности. Такой путь развития мы определяем как вероятностный, являющийся результатом непрерывного ряда ответных реакций живых организмов на новые возможности, возникающие при изменении среды.
Сколько времени потребовалось для того, чтобы процесс эволюции создал все то огромное разнообразие растений и животных - более миллиона видов, - которое существует сейчас? В начале этого процесса, как,мы отмечали в седьмой главе, постепенно возникли первые одноклеточные организмы. Это было более 3 миллиардов лет назад. Ближе к нашему времени органический мир достиг в основном своего современного состояния к концу плиоцена, возможно 2-3 миллиона лет назад. Большая часть эволюционных процессов протекла в интервале между этими двумя моментами. Никого, кто изучал этот процесс, не удивит то обстоятельство, что развитие организмов могло достичь современной степени приспособленности и разнообразия за отрезок времени немногим более 3 миллиардов лет. Ученые считают, что этого времени было вполне достаточно. Действительно, если бы геологические процессы, которые вызывали изменения среды обитания, протекали быстрее, то возможно, что та же степень эволюционного развития, которую мы видим сейчас, могла быть достигнута за более короткое время.
Скорость эволюционных изменений, конечно, менялась в широких пределах в зависимости от времени и места, была неодинаковой у различных видов организмов и зависела, как и сейчас, от скорости и пространственного распределения изменений окружающей среды. Например, набор ископаемых остатков показывает, что за 63 миллиона лет геологического времени, то есть за кайнозойскую эру, беспозвоночные морские организмы развивались медленно и изменились незначительно, а большинство наземных животных развивалось гораздо быстрее и при этом сильно изменялось. Эта разница отражает различия в скорости изменения среды. Природная обстановка на суше быстро реагировала на поднятия, горообразование и изменение температур и атмосферных осадков, в то время как природные условия в море оставались сравнительно стабильными. И все же с точки зрения человеческого календаря любая скорость эволюции кажется малой. За период, предположительно составляющий 10 000 лет, в течение которого собаки и скот были одомашнены и подверглись воздействию искусственного отбора, не образовалось ни одного нового вида. Искусственные изменения привели не более чем к появлению разновидностей в пределах одного вида.
Мы должны подчеркнуть этот основной принцип. Пока окружающие условия остаются стабильными, популяция организмов тоже остается стабильной, с небольшими эволюционными изменениями. Когда же среда начинает изменяться и, таким образом, становится неустойчивой, населяющие ее организмы также становятся нестабильными. Таким образом, окружающая среда создает предпосылки для проверки биологических "изобретений", которые постоянно появляются. Когда мы проследим историю живых организмов, восстановленную по ископаемым остаткам, мы увидим много примеров таких "изобретений"; некоторые из них оказались успешными, а другие, не выдержав испытаний, исчезли с лица Земли.
Тесная связь организмов со средой, их восприимчивость к изменениям среды, которая ясно прослеживается по ископаемым остаткам, найденным в древних пластах, должна послужить уроком современному человеку. На территориях, где в сильной степени развита промышленность, подчас происходят резкие изменения условий жизни. Некоторые из этих изменений более заметны и невыгодны для организмов (по крайней мере некоторых), чем изменения, обусловленные климатическими колебаниями или другими природными процессами. Изменения обоих видов, как можно ожидать, вызывают соответствующие ответные реакции (приспособление или постепенное вымирание) в биосфере этих территорий. Возможные последствия этого не следует недооценивать человеку - единственному виду, который вызывает изменения и может их контролировать с учетом конечных результатов - благоприятных или катастрофических для животных и растений Земли.
Литература
Blum H. F., 1951. Time"s arrow and evolution: Princeton University Press.
De Вeer G. R., 1964. Atlas of evolution: Thomas Nelson 8c Sons Ltd., Lodnon.
Dobzhansky Theodosius. 1950. The genetic basis of evolution: "Scientific American", January 1950, p. 2-11.
Mood у Р. A., 1962, Introduction to evolution: 3d ed., Harper 8c Row, Inc., New York.
Smith H. W.. 1961, From fish to philosopher: The Natural History Library. Anchor Books. Doubleday 8cCo., Garden City, New York. (Paperback.)
Stebbins G. L.. 1966, Processes of organic evolution: Prentice-Hall, Englewood Cliffs. N. J.
Volpe E. P., 1967. Understanding evolution: W. C. Brown Co., Dubuque. la. (Paperback.).
Yanofsky Charles. 1967, Gene structure and protein structure: "Scientific American", v. 216, p. 80-94.
Жизнь на Земле появилась миллиарды лет назад, и с тех пор живые организмы становились всё сложнее и разнообразнее. Существует множество доказательств того, что всё живое на нашей планете имеет общее происхождение. Хотя механизм эволюции ещё не до конца понятен учёным, сам её факт не подлежит сомнению. В этом посте — о том, какой путь прошло развитие жизни на Земле от самых простейших форм до человека, какими были много миллионов лет назад наши далёкие предки. Итак, от кого же произошёл человек?
Земля возникла 4,6 миллиардов лет назад из газопылевого облака, окружавшего Солнце. В начальный период существования нашей планеты условия на ней были не очень комфортными — в окружающем космическом пространстве летало ещё много обломков, которые постоянно бомбардировали Землю. Считается, что 4,5 млрд лет назад Земля столкнулась с другой планетой, в результате этого столкновения образовалась Луна. Первоначально Луна была очень близко к Земле, но постепенно отдалялась. Из-за частых столкновений в это время поверхность Земли находилась в расплавленном состоянии, имела очень плотную атмосферу, а температура на поверхности превышала 200°C. Через некоторое время поверхность затвердела, образовалась земная кора, появились первые материки и океаны. Возраст самых древних исследованных горных пород составляет 4 миллиарда лет.
1) Древнейший предок. Археи.
Жизнь на Земле появилась, согласно современным представлениям, 3,8-4,1 млрд лет назад (самому раннему из найденных следов бактерий 3,5 млрд лет). Как именно возникла жизнь на Земле, до сих пор надёжно не установлено. Но вероятно, уже 3,5 млрд. лет назад, существовал одноклеточный организм, который имел все черты, присущие всем современным живым организмам и был для всех них общим предком. От этого организма всем его потомкам достались черты строения (все они состоят из клеток, окружённых оболочкой), способ хранения генетического кода (в закрученных двойной спиралью молекулах ДНК), способ хранения энергии (в молекулах АТФ) и т. д. От этого общего предка произошли три основные группы одноклеточных организмов, существующих до сих пор. Сначала разделились между собой бактерии и археи, а затем от архей произошли эукариоты — организмы, клетки которых имеют ядро.
Археи почти не изменились за миллиарды лет эволюции, вероятно примерно так же выглядели и древнейшие предки человека
Хотя археи дали начало эволюции, многие из них дожили до наших дней почти в неизменном виде. И это не удивительно — с древних времён археи сохранили способность выживать в самых экстремальных условиях — при отсутствии кислорода и солнечного света, в агрессивных — кислых, солёных и щелочных средах, при высоких (некоторые виды прекрасно чувствуют себя даже в кипятке) и низких температурах, при высоких давлениях, также они способны питаться самыми разными органическими и неорганическими веществами. Их далёкие высокоорганизованные потомки совсем не могут этим похвастаться.
2) Эукариоты. Жгутиковые.
Длительное время экстремальные условия на планете мешали развитию сложных форм жизни, и на ней безраздельно господствовали бактерии и археи. Примерно 3 млрд. лет назад на Земле появляются цианобактерии. Они начинают использовать процесс фотосинтеза для поглощения углерода из атмосферы, выделяя при этом кислород. Выделяющийся кислород сначала расходуется на окисление горных пород и железа в океане, а затем начинает накапливаться в атмосфере. 2,4 млрд. лет назад происходит «кислородная катастрофа» — резкое повышение содержание кислорода в атмосфере Земли. Это приводит к большим изменениям. Для многих организмов кислород оказывается вреден, и они вымирают, заменяясь такими, которые наоборот, используют кислород для дыхания. Меняется состав атмосферы и климат, становится значительно холоднее из-за падения содержания парниковых газов, но появляется озоновый слой, защищающий Землю от вредного ультрафиолетового излучения.
Примерно 1,7 млрд лет назад от архей произошли эукариоты — одноклеточные организмы, клетки которых имели более сложное строение. Их клетки, в частности, содержали ядро. Впрочем, возникшие эукариоты имели не одного предшественника. Например, митохондрии, важные составляющие клеток всех сложных живых организмов, произошли от свободноживущих бактерий, захваченных древними эукариотами.
Существует много разновидностей одноклеточных эукариот. Считается, что все животные, а значит и человек, произошли от одноклеточных организмов, которые научились передвигаться при помощи жгутика, расположенного сзади клетки. Жгутики также помогают фильтровать воду в поисках пищи.
Хоанофлагеллаты под микроскопом, как полагают учёные, именно от подобных существ некогда произошли все животные
Некоторые виды жгутиковых живут, объединяясь в колонии, считается, что из таких колоний простейших жгутиковых некогда произошли первые многоклеточные животные.
3) Развитие многоклеточных. Билатерии.
Примерно 1,2 млрд. лет назад появляются первые многоклеточные организмы. Но эволюция всё ещё медленно продвигается, вдобавок развитию жизни мешают . Так, 850 млн. лет назад начинается глобальное оледенение. Планета более чем на 200 млн. лет покрывается льдом и снегом.
Точные детали эволюции многоклеточных, к сожалению, неизвестны. Но известно, что через некоторое время первые многоклеточные животные разделились на группы. Дожившие до наших дней без особых изменений губки и пластинчатые не имеют отдельных органов и тканей и отфильтровывают питательные вещества из воды. Ненамного сложнее устроены кишечнополостные, имеющие лишь одну полость и примитивную нервную систему. Все же остальные более развитые животные, от червей до млекопитающих, относятся к группе билатерий, и их отличительным признаком является двусторонняя симметрия тела. Когда появились первые билатерии, доподлинно неизвестно, вероятно это произошло вскоре после окончания глобального оледенения. Формирование двусторонней симметрии и появление первых групп билатеральных животных, вероятно, происходило между 620 и 545 млн. лет назад. Находки ископаемых отпечатков первых билатерий относятся ко времени 558 млн. лет назад.
Кимберелла (отпечаток, внешний вид) — один из первых обнаруженных видов билатерий
Вскоре после своего возникновения билатерии разделяются на первичноротых и вторичноротых. От первичноротых происходят почти все беспозвоночные животные — черви, моллюски, членистоногие и т. д. Эволюция вторичноротых приводит к появлению иглокожих (таких, как морские ежи и звёзды), полухордовых и хордовых (к которым относится и человек).
Недавно в Китае были найдены остатки существ, получивших название Saccorhytus coronarius. Они жили примерно 540 млн. лет назад. По всем признакам это маленькое (размером всего около 1 мм) существо было предком всех вторичноротых животных, а значит, и человека.
Saccorhytus coronarius
4) Появление хордовых. Первые рыбы.
540 млн. лет назад происходит «кембрийский взрыв» — за очень короткий период времени появляется огромное число самых разных видов морских животных. Фауну этого периода удалось хорошо изучить благодаря сланцам Бёрджес в Канаде, где сохранились остатки огромного числа организмов этого периода.
Некоторые из животных кембрийского периода, останки которых найдены в сланцах Бёрджес
В сланцах нашли множество удивительных животных, к сожалению, давно вымерших. Но одной из наиболее интересных находок стало обнаружение останков небольшого животного, получившего название пикайя. Это животное — самый ранний из найденных представителей типа хордовых.
Пикайя (останки, рисунок)
У пикайи были жабры, простейший кишечник и кровеносная система, а также небольшие шупальца возле рта. Это небольшое, размером около 4 см. животное напоминает современных ланцетников.
Появление рыб не заставило себя долго ждать. Первым из найденных животных, которое можно отнести к рыбам, считается хайкоуихтис. Он был ещё меньше пикайи (всего 2,5 см), но у него уже были глаза и головной мозг.
Примерно так выглядел хайкоуихтис
Пикайя и хайкоуихтис появились между 540 и 530 млн. лет назад.
Вслед за ними в морях вскоре появилось множество рыб большего размера.
Первые ископаемые рыбы
5) Эволюция рыб. Панцирные и первые костные рыбы.
Эволюция рыб продолжалась довольно долго, и поначалу они совсем не были доминирующей группой живых существ в морях, как сегодня. Напротив, им приходилось спасаться от таких крупных хищников, как ракоскорпионы. Появились рыбы, у которых голова и часть туловища были защищены панцирем (считается, что череп впоследствии развился из такого панциря).
Первые рыбы были бесчелюстными, вероятно, они питались мелкими организмами и органическими остатками, втягивая и фильтруя воду. Лишь около 430 млн. лет назад появились первые рыбы, имеющие челюсти — плакодермы, или панцирные рыбы. Голова и часть туловища у них была прикрыта костным панцирем, обтянутым кожей.
Древняя панцирная рыба
Некоторые из панцирных рыб приобрели большие размеры и стали вести хищный образ жизни, но дальнейший шаг в эволюции был сделан благодаря появлению костных рыб. Предположительно, от панцирных рыб произошёл общий предок хрящевых и костных рыб, населяющих современные моря, а сами панцирные рыбы, появившиеся примерно в одно с ними время акантоды, а также почти все бесчелюстные рыбы впоследствии вымерли.
Entelognathus primordialis — вероятная промежуточная форма между панцирными и костными рыбами, жил 419 млн. лет назад
Самой первой из обнаруженных костных рыб, а значит, и предком всех сухопутных позвоночных, включая человека, считается живший 415 млн. лет назад Guiyu Oneiros. По сравнению с хищными панцирными рыбами, достигавшими в длину 10 м, эта рыба была небольшой — всего 33 см.
Guiyu Oneiros
6) Рыбы выходят на сушу.
Пока рыбы продолжали эволюционировать в море, растения и животные других классов уже выбрались на сушу (следы присутствия на ней лишайников и членистоногих обнаруживаются ещё 480 млн. лет назад). Но в конце концов освоением суши занялись и рыбы. От первых костных рыб произошли два класса — лучепёрые и лопастопёрые. К лучепёрым относится большинство современных рыб, и они прекрасно приспособлены для жизни в воде. Лопастепёрые, напротив, приспособились к жизни на мелководье и в небольших пресных водоёмах, в результате чего их плавники удлинились, а плавательный пузырь постепенно превратился в примитивные лёгкие. В результате эти рыбы научились дышать воздухом и ползать по суше.
Эвстеноптерон () — одна из ископаемых кистепёрых рыб, которая считается предком сухопутных позвоночных. Эти рыбы жили 385 млн. лет назад и достигали длины 1,8 м.
Eusthenopteron (реконструкция)
— ещё одна кистепёрая рыба, которая считается вероятной промежуточной формой эволюции рыб в земноводных. Она уже могла дышать лёгкими и выползать на сушу.
Panderichthys (реконструкция)
Тиктаалик, найденные останки которого относятся ко времени 375 млн. лет назад, был ещё ближе к земноводным. У него были рёбра и лёгкие, он мог вертеть головой отдельно от туловища.
Тиктаалик (реконструкция)
Одними из первых животных, которых причисляют уже не к рыбам, а к земноводным, стали ихтиостеги. Они жили около 365 млн. лет назад. Эти небольшие животные длиной около метра, хотя уже и имели лапы вместо плавников, всё ещё с трудом могли передвигаться по суше и вели полуводный образ жизни.
Ихтиостега (реконструкция)
На время выхода позвоночных на сушу пришлось очередное массовое вымирание — девонское. Оно началось примерно 374 млн. лет назад, и привело к вымиранию почти всех бесчелюстных рыб, панцирных рыб, многих кораллов и других групп живых организмов. Тем не менее первые земноводные выжили, хотя им и понадобился ещё не один миллион лет, чтобы более-менее адаптироваться к жизни на суше.
7) Первые рептилии. Синапсиды.
Начавшийся примерно 360 млн. лет назад и продолжавшийся 60 млн. лет каменноугольный период был очень благоприятен для земноводных. Значительную часть суши покрывали болота, климат был тёплым и влажным. В таких условиях многие земноводные продолжали жить в воде или около неё. Но примерно 340-330 млн. лет назад некоторые из земноводных решили освоить и более сухие места. У них развились более сильные конечности, появились более развитые лёгкие, кожа, наоборот стала сухой, чтобы не терять влагу. Но чтобы действительно длительное время жить далеко от воды, нужно было ещё одно важное изменение, ведь земноводные, как и рыбы, метали икру, и их потомство должно было развиваться в водной среде. И около 330 млн. лет назад появились первые амниоты, т. е. животные, способные откладывать яйца. Оболочка первых яиц была ещё мягкой, а не твёрдой, тем не менее, их уже можно было откладывать на суше, а значит, потомство уже могло появляться вне водоёма, минуя стадию головастиков.
Учёные до сих пор путаются в классификации земноводных каменноугольного периода, а также в том, считать ли некоторые ископаемые виды уже ранними рептилиями, либо всё ещё земноводными, приобретшими лишь некоторые черты рептилий. Так или иначе, эти то ли первые рептилии, то ли рептилоподобные земноводные выглядели примерно так:
Вестлотиана — небольшое животное длиной около 20 см., сочетавшее черты рептилий и земноводных. Жило примерно 338 млн. лет назад.
А затем ранние рептилии разделились, дав начало трём большим группам животных. Палеонтологи выделяют эти группы по строению черепа — по числу отверстий, через которые могут проходить мышцы. На рисунке сверху вниз черепа анапсида , синапсида и диапсида :
При этом анапсидов и диапсидов часто объединяют в группу завропсидов . Казалось бы, отличие совершенно незначительное, тем не менее, дальнейшая эволюция этих групп пошла совершенно разными путями.
От завропсидов произошли более продвинутые рептилии, включая динозавров, а затем птицы. Синапсиды же дали начало ветви звероподобных ящеров, а затем и млекопитающим.
300 млн. лет назад начался Пермский период. Климат стал более сухим и холодным и на суше стали доминировать ранние синапсиды — пеликозавры . Одним из пеликозавров был Диметродон, имевший в длину до 4х метров. На спине у него был большой «парус», который помогал регулировать температуру тела: быстро охладиться при перегреве или, наоборот, быстро согреться, подставив спину солнцу.
Считается, что огромный диметродон является предком всех млекопитающих, а значит, и человека.
8) Цинодонты. Первые млекопитающие.
В середине Пермского периода от пеликозавров происходят терапсиды, больше уже похожие на зверей, чем на ящеров. Выглядели терапсиды примерно так:
Типичный терапсид Пермского периода
В течение Пермского периода возникло много видов терапсид, больших и маленьких. Но 250 млн. лет назад происходит мощный катаклизм. Из-за резкого усиления вулканической активности температура повышается, климат становится очень сухим и жарким, большие площади суши заливает лава, а атмосферу наполняют вредные вулканические газы. Происходит Великое Пермское вымирание, самое масштабное в истории Земли массовое вымирание видов, вымирают до 95% морских и около 70% сухопутных видов. Из всех терапсид выживает лишь одна группа — цинодонты .
Цинодонты были животными преимущественно небольшого размера, от нескольких сантиметров до 1-2 метров. Среди них были как хищники, так и травоядные.
Циногнат — вид хищных цинодонтов, живших около 240 млн. лет назад. Был в длину около 1.2 метра, один из возможных предков млекопитающих.
Однако, после того, как климат наладился, цинодонтам было не суждено захватить планету. Диапсиды перехватили инициативу — от мелких рептилий произошли динозавры, которые вскоре заняли большинство экологических ниш. Цинодонты не могли с ними тягаться, они измельчали, им пришлось прятаться в норах и выжидать. Реванш удалось взять нескоро.
Однако цинодонты выживали, как могли, и продолжали эволюционировать, всё больше становясь похожими на млекопитающих:
Эволюция цинодонтов
Наконец, от цинодонтов произошли первые млекопитающие. Они были маленькими и вели, предположительно, ночной образ жизни. Опасное существование среди большого количества хищников способствовало сильному развитию всех органов чувств.
Одним из первых настоящих млекопитающих считается Мегазостродон.
Мегазостродон жил примерно 200 млн. лет назад. Его длина была всего около 10 см. Мегазостродон питался насекомыми, червями и другими мелкими животными. Вероятно, он или другой похожий зверёк и был предком всех современных млекопитающих.
Дальнейшую эволюцию — от первых млекопитающих до человека — мы рассмотрим в .
Эволюция – это процесс исторического развития органического мира. Сущность этого процесса состоит в непрерывном приспособлении живого к разнообразным и постоянно меняющимся условиям окружающей среды, в возрастающем со временем усложнении организации живых существ. В ходе эволюции осуществляется преобразование одних видов в другие.
Главные в эволюционной теории – идея исторического развития от сравнительно простых форм жизни к более высокоорганизованным. Основы научной материалистической теории эволюции заложил великий английский натуралист Чарльз Дарвин. До Дарвина в биологии в основном господствовало неправильное понятие об исторической неизменности видов, о том, что их столько, сколько создано богом. Однако и до Дарвина наиболее проницательные биологи понимали несостоятельность религиозных воззрений на природу и некоторые из них умозрительно пришли к эволюционным представлениям.
Наиболее крупным естествоиспытателем, предшественником Ч. Дарвина был известный французский ученый Жан Батист Ламарк. В своей знаменитой книге «Философия зоологии» он доказывал изменяемость видов. Ламарк подчеркивал, что постоянство видов – явление только кажущееся, оно связано с кратковременностью наблюдений за видами. Высшие формы жизни, по Ламарку, произошли от низших в процессе эволюции. Эволюционное учение Ламарка не было достаточно доказательным и не получило широкого признания среди его современников. Лишь после выдающихся трудов Ч. Дарвина эволюционная идея стала общепринятой.
Современная наука обладает очень многими фактами, доказывающими существование эволюционного процесса. Это данные биохимии, эмбриологии, анатомии, систематики, биографии, палеонтологии и многих других дисциплин.
Эмбриологические доказательства – сходство начальных стадий эмбрионального развития животных. Изучая эмбриональный период развития у различных групп , К. М. Бэр обнаружил сходство этих процессов у различных групп организмов, особенно на ранних стадиях развития. Позже, основываясь на этих выводах, Э. Геккель высказывает мысль о том, что это сходство имеет эволюционное значение и на его основе формулируется «биогенетический закон» – онтогенез есть краткое отображение филогенеза. Каждая особь в своем индивидуальном развитии (онтогенезе) проходит зародышевые стадии предковых форм. Изучение только ранних стадий развития зародыша любого позвоночного не позволяет определить с точностью, к какой группе они относятся. Различия формируются на более поздних стадиях развития. Чем ближе группы, к которым относятся исследуемые организмы, тем дольше в эмбриогенезе будут сохраняться общие черты.?
Морфологические – многие формы сочетают в себе признаки нескольких крупных систематических единиц. При изучении различных групп организмов становится очевидным, что по целому ряду особенностей они в основе сходны. Например, в основе строения конечности у всех четвероногих животных лежит пятипалая конечность. Эта основная структура у различных видов преобразована в связи с различными условиями существования: это и конечность непарнокопытного животного, которое при ходьбе опирается всего на один палец, и ласта морского млекопитающего, и роющая конечность крота, и крыло летучей мыши.
Органы, построенные по единому плану и развивающиеся из единичных зачатков, называются гомологичными. Гомологичные органы не могут сами по себе служить доказательствами эволюции, но их наличие свидетельствует о происхождении сходных групп организмов от общего предка. Ярким примером эволюции служит наличие рудиментарных органов и атавизмов. Рудиментарными называются органы, утратившие свою первоначальную функцию, но сохраняющиеся в организме. Примерами рудиментов могут служить: у человека, который у жвачных млекопитающих выполняет пищеварительную функцию; тазовые кости змей и китов, которые не выполняют у них никакой функции; копчиковые позвонки у человека, которые считаются рудиментами хвоста, имевшегося у наших далеких предков. называют проявление у организмов структур и органов, характерных для предковых форм. Классическими примерами атавизмов является многососковость и хвостатость у человека.
Палеонтологические – ископаемые останки многих животных можно сравнивать между собой и обнаружить сходство. Основаны на изучении ископаемых останков организмов и сравнении с ныне живущими формами. Имеют свои преимущества и недостатки. К преимуществам относится возможность воочию убедиться, каким образом шло изменение данной группы организмов в различные периоды. К недостаткам относится то, что палеонтологические данные являются очень неполными из-за множества причин. К ним относятся такие, как быстрое размножение мертвых организмов животными, питающимися падалью; мягкотелые организмы крайне плохо сохраняются; и, наконец, то, что обнаруживается только небольшая часть ископаемых останков. В виду этого, в палеонтологических данных существует множество пробелов, которые и являются основным объектом критики противников теории эволюции.
