Существует множество теорий, которые предполагают различные пути развития человеческого тела в будущем. Учёные постоянно находятся в поиске подсказок на тему, откуда мы пришли и куда движемся. Одни специалисты утверждают, что дарвиновский естественный отбор продолжается, в то время как другие считают, что люди уже достигли своего пика развития.
Так, например, профессор Стив Джонс из Университетского колледжа Лондона, говорит, что движущие силы эволюции уже не играют важной роли в нашей жизни. Среди людей, живших миллион лет назад, в прямом смысле слова выживал сильнейший, и враждебная окружающая среда имела прямое влияние на человеческий облик. В современном мире с центральным отоплением и обилием еды мутации гораздо менее вероятны.
Однако существует вероятность того, что наши тела будут развиваться и дальше, существует. Человек может продолжить адаптироваться к изменениям, происходящим на нашей планете, которая становится всё более загрязнённой и зависимой от технологий. Согласно теории, животные эволюционируют быстрее в изолированной среде, в то время как люди, живущие в XXI веке, вообще никак не изолированы. Однако этот вопрос тоже спорный. С новыми достижениями в науке и технике люди получили возможность мгновенно обмениваться информацией, но в то же время попали в большую изоляцию, чем когда-либо прежде.
Профессор Йельского университета Стивен Стернс говорит, что глобализация, иммиграция, культурная диффузия и доступность перемещений способствуют постепенной гомогенизации населения, что приведёт к усреднению черт лица. Рецессивные признаки людей, такие как веснушки или голубые глаза, станут большой редкостью.
В 2002 году в ходе исследования, проведённого эпидемиологами Марком Грантом и Дианой Лодердейл, обнаружилось, что только 1 из 6 не испаноязычных белых американцев имели голубые глаза, в то время как 100 лет назад более половины белого населения США были голубоглазыми. По прогнозам, цвет кожи и волос среднего американца потемнеет, а блондинов и людей с очень тёмной или очень светлой кожей останется крайне мало.
В отдельных частях планеты (например, в США) генетическое смешение происходит более активно, в других - менее. В некоторых местах уникальные физические черты, адаптированные к среде обитания, имеют сильное эволюционное преимущество, поэтому люди не смогут так просто с ними распрощаться. Иммиграция в отдельных регионах протекает гораздо медленнее, так что, по словам Стернса, полной гомогенизации человеческого рода может никогда и не произойти.
Однако в целом Земля становится всё более и более похожей на большой плавильный котёл, и учёный заявил, что через несколько веков мы все станем похожими на бразильцев. Вполне возможно, что в будущем люди могут приобрести способность сознательно изменять цвет своей кожи благодаря искусственному внедрению в тело хроматофоров (пигментсодержащих клеток, присутствующих у земноводных, рыб, рептилий). Может быть, найдётся и другой метод, но в любом случае это даст некоторые преимущества. Во-первых, межрасовые предрассудки окончательно сойдут на нет. Во-вторых, будучи в состоянии изменяться, можно будет выделяться в современном обществе.
Рост
Достоверно установлена тенденция к увеличению роста. Первобытные люди, как считается, имели средний рост 160 см, и на протяжении последних веков рост человека постоянно увеличивается. Особенно заметный скачок произошёл в последние десятилетия, когда рост человека увеличился в среднем на 10 см. Эта тенденция может сохраниться и в дальнейшем, так как она во многом зависит от рациона, а еда становится всё более питательной и доступной. Конечно, на данный момент в отдельных регионах планеты из-за плохого питания с низким содержанием минералов, витаминов и белков этот тренд не наблюдается, но в большинстве стран мира люди продолжают расти. Так, например, каждый пятый житель Италии имеет рост выше 180 сантиметров, в то время как после Второй мировой войны таких людей в стране было всего 6 %.
Красота
Исследователи ранее обнаружили, что более привлекательные женщины имеют больше детей, чем менее привлекательные, причём большая часть рождённых ими детей - девочки. Их дочери вырастают в привлекательных половозрелых женщин, и эта картина повторяется. Учёные из Университета Хельсинки сделали вывод, что тенденция к увеличению числа красивых женщин усиливается с каждым новым поколением. При этом тренд не распространяется на мужчин. Тем не менее человек будущего, вполне вероятно, будет красивее, чем сейчас. Строение его тела и черты лица будут отражать то, что большинство ищут в партнёрах сегодня. У него будут более тонкие черты лица, спортивное телосложение и хорошая фигура. Другая идея, предложенная эволюционным теоретиком Оливером Карри из Лондонской школы экономики, кажется, вдохновлена идеями из классической научной фантастики. По его гипотезе, человеческий род с течением времени разделится на два подвида: низший, состоящий из коротышек, похожих на недоразвитых гоблинов, и высший класс - высоких, стройных, привлекательных и умных сверхлюдей, испорченных технологиями. По прогнозам Карри, произойдёт это не скоро - через 100 тыс. лет.
Большие головы
Если человек продолжит своё развитие, превращаясь в более сложное и разумное существо, его мозг будет становиться всё крупнее.
С технологическим прогрессом мы всё больше будем зависеть от интеллекта и мозга и всё меньше от наших других органов. Однако палеонтолог Питер Уорд из Университета Вашингтона в Сиэттле не согласен с этой теорией. «Если вы когда-либо переживали роды или были их свидетелем, то вы знаете, что со своим анатомическим строением мы стоим на самом краю - наши большие мозги уже вызывают экстремальные проблемы при родах, и если бы они становились всё больше и больше, то это бы вызвало большую смертность матерей во время родов, а эволюция не пойдёт по этому пути».
Ожирение
Результаты недавнего исследования учёных Колумбийского и Оксфордского университетов прогнозируют, что к 2030 году половина населения США будет страдать от ожирения. То есть в стране на 65 миллионов больше станет взрослых людей с проблемным весом. Если вы думаете, что европейцы будут стройными и элегантными, то вы ошибаетесь. Согласно докладу, опубликованному парижской Организацией экономического сотрудничества и развития, за последние два десятилетия показатели ожирения выросли более чем вдвое в большинстве государств-членов Европейского союза. В итоге в среднем ожирением страдают более 15 % взрослых европейцев и каждый седьмой ребёнок, и тенденции неутешительны.
Станут ли люди будущего тучными и ленивыми существами, наподобие персонажей из мультфильма «Валли»? Всё в наших руках. Есть и другие точки зрения на этот счёт. Дело в том, что современные диеты имеют высокое содержание жиров и дешёвых «пустых калорий». В настоящее время существует достаточно негативное отношение к проблеме ожирения, что сделает людей в будущем лучше приспособленными и разборчивыми в еде. При популяризации концепции о правильном питании, а также при новых технологиях «еды будущего», всё станет на свои места. Когда человечество наконец разберётся со здоровой едой, вполне вероятно, что болезни сердца и сахарный диабет, которые являются на данный момент одними из ведущих причин смертности в развитых странах, исчезнут.
Волосяной покров
Человека Разумного часто в шутку называют голой обезьяной. Но, как и у всех млекопитающих, у людей растут волосы, конечно, гораздо в меньшем количестве, чем у наших двоюродных братьев и предков гоминидов. Ещё Дарвин в «Происхождении человека» заявлял, что волосы на наших телах являются рудиментом . Из-за повсеместного распространения отопления и доступной одежды прежнее назначение волос на теле устарело. Но эволюционную судьбу волос точно спрогнозировать нелегко, поскольку они могут выступать в качестве одного из показателей при половом отборе. Если наличие волос на теле будет оставаться привлекательным аспектом для противоположного пола, то ген, ответственный за это, останется в популяции. Но, вполне вероятно, что люди в будущем будут иметь гораздо меньше волос, чем сегодня.
Влияние технологий
Компьютерные технологии, которые стали частью нашей повседневной жизни, несомненно отразятся на развитии человеческого организма. Постоянное использование клавиатур и сенсорных экранов может привести к тому, что наши руки и пальцы станут более тонкими, длинными и ловкими, а количество нервных окончаний в них резко возрастёт. С увеличением потребности чаще использовать технические интерфейсы приоритеты изменятся. С дальнейшим техническим прогрессом интерфейсы (естественно, не без хирургического вмешательства) могут перекочевать в человеческое тело. Почему бы человеку будущего не заиметь клавиатуру в ладони и не научиться жать условную кнопку OК кивком головы, а на входящий звонок отвечать, соединив указательный и большой пальцы? Вероятно, в этом новом мире человеческое тело будет нафаршировано сотнями крошечных датчиков, передающих данные на внешние устройства. В сетчатку человеческого глаза может быть встроен дисплей с дополненной реальностью, а управлять интерфейсом пользователь будет при помощи движений языка по передним резцам.
Зубы мудрости и другие рудименты
Рудиментарные органы, такие как зубы мудрости, которые удаляются хирургическим путём, также могут со временем исчезнуть, так как они более не несут своих функций. У наших предков были более крупные челюсти с большим количеством зубов. По мере того, как их мозг начал увеличиваться, а рацион начал меняться и пища становилась менее жёсткой и легко усваиваемой, челюсти стали уменьшаться. Недавно было подсчитано, что уже около 25 % людей сегодня рождаются без зачатков зубов мудрости, что может быть следствием естественного отбора. В будущем этот процент будет только расти. Вполне возможно, что челюсти и зубы продолжат мельчать и даже пропадать.
Плохая память и низкий интеллект
Теория о том, что люди будущего будут иметь более высокие интеллектуальные способности, также вызывает сомнения. Исследование специалистов Колумбийского университета демонстрирует, что наша зависимость от интернет-поисковика сильно вредит нашей памяти. Интернет заменяет способность нашего мозга запоминать информацию, которую мы в любое время можем легко найти в Сети. Мозг начал использовать интернет в качестве резервной памяти. «Люди всё реже прилагают усилия, чтобы запомнить что-то, когда они знают, что всегда смогут найти эту информацию потом», - говорят авторы исследования.
Нейрофизиолог и лауреат Нобелевской премии Эрик Кандель в своей статье также указывает на то, что интернет делает людей глупее. Главная проблема в том, что чересчур активное использование интернета не позволяет сосредоточиться на чём-то одном. Чтобы овладеть сложными концепциями, нужно уделять серьёзное внимание новой информации и усердно пытаться ассоциировать её со знаниями, которые уже есть в памяти. Сёрфинг в Сети не даёт этой возможности: пользователь постоянно отвлекается и прерывается, из-за чего его мозг не в состоянии наладить прочные нейронные связи.
Как уже отмечалось выше, эволюция идёт по пути ликвидации признаков, которые становятся не нужны. И одним из них может стать физическая сила. Комфортабельный транспорт будущего, экзоскелеты и прочие машины и инструменты нашей изобретательности избавят человечество от нужды в ходьбе и каких-либо физических нагрузках. Исследования показывают, что мы уже стали гораздо слабее по сравнению с нашими далёкими предками. Со временем развитие технологий может привести к изменению конечностей. Мышцы начнут сокращаться. Ноги станут короче, а ступни меньше.
Согласно недавнему исследованию, население Соединённых Штатов попало в порочный круг постоянного стресса и депрессии. Трое из десяти американцев говорят, что они находятся в депрессии. Эти симптомы наиболее распространены среди людей в возрасте от 45 до 65 лет. 43 % сообщают о регулярных вспышках раздражительности и гнева, 39 % - о нервозности и чувстве тревоги. Даже стоматологи столкнулись с большим количеством пациентов с болями в челюстях и изношенными зубами, чем тридцать лет тому назад. Из-за чего?
Из-за того, что от напряжения люди крепко сжимают челюсти и буквально скрипят зубами во сне. Стресс, как показывают опыты на лабораторных крысах, является явным признаком того, что животное становится всё более непригодно для мира, в котором оно живёт. А как Чарлз Дарвин и Альфред Рассел Уоллес проницательно заметили более 150 лет назад, когда среда обитания более не является для живого существа комфортной, то вид вымирает.
Слабый иммунитет
Люди будущего, возможно, будут иметь ослабленную иммунную систему и станут более восприимчивыми к патогенам. Новые медицинские технологии и антибиотики значительно улучшили общее состояние здоровья и продолжительность жизни, но также сделали нашу иммунную систему более «ленивой». Мы всё больше и больше зависим от лекарств, и со временем наши тела могут перестать «думать» за себя, а вместо этого будут полностью полагаться на медикаменты для выполнения основных функций организма. Таким образом, люди из будущего могут фактически стать рабами медицинских технологий.
Избирательный слух
У человечества уже есть способность направлять своё внимание на конкретные вещи, которые они слышат. Эта особенность известна как «эффект коктейля». На шумной вечеринке среди множества разговоров вы вполне можете сфокусироваться на одном конкретном говорящем, привлёкшем ваше внимание по какой-то причине. Человеческое ухо не имеет физического механизма для этого; всё происходит в головном мозге.
Но с течением времени эта способность может стать более важной и полезной. С развитием медиа и интернета наш мир становится переполненным различными источниками информации. Человеку будущего придётся научиться более эффективно определять, что для него полезно, а что является лишь шумом. В итоге люди будут меньше подвержены стрессу, что, несомненно, пойдёт на пользу здоровью, а, соответственно, укоренится в генах.
Художник Николай Ламм и доктор Алан Кван представили свой спекулятивный взгляд на то, как будет видеть человек будущего. Исследователи основывают свои прогнозы на том, как на тело человека повлияет среда - то есть климат и технологические достижения. Одно из самых больших изменений, по их мнению, коснётся лба, который становится всё шире с XIV века. Также исследователи заявили, что наша способность контролировать собственный геном скажется на эволюции. Генная инженерия станет нормой, и вид лица будет в большей степени определяться человеческими предпочтениями. Глаза тем временем станут больше. Попытки колонизировать другие планеты приведёт к тому, что кожа станет более тёмной, ради снижения воздействия вредного ультрафиолетового излучения вне земного озонового слоя. Кван также ожидает, что люди будут иметь более толстые веки и ярко выраженные надбровные дуги из-за условий низкой гравитации.
Постгендерное общество
С развитием репродуктивных технологий воспроизведение традиционным путём может уйти в небытие. Клонирование, партеногенез и создание искусственных маток может существенно расширить потенциал для воспроизводства человека, а это в свою очередь окончательно сотрёт границы между мужчиной и женщиной. Люди будущего не будут иметь привязанности к определённому полу, наслаждаясь лучшими аспектами жизни как того, так и другого. Вероятно, что человечество полностью смешается, образуя единую андрогинную массу. Причём в новом постгендерном обществе не только не будет физических полов или их предполагаемых признаков, ликвидируется сама гендерная идентичность и сотрётся грань между ролевыми моделями поведения мужчины и женщины.
Многие существа, например, рыбы и акулы, имеют множество хрящей в скелете. Человеческие существа могли бы пойти по тому же пути развития, чтобы заиметь более гибкие кости. Пусть и не благодаря эволюции, но с помощью генной инженерии эта особенность дала бы массу преимуществ и обезопасила человека от травм. Более гибкий скелет, очевидно, был бы крайне полезен в процессе деторождения, уже не говоря о его потенциале для танцоров балета будущего.
Крылья
Как пишет обозреватель Guardian Дин Бернетт, однажды он говорил с коллегой, который не верит в эволюцию. На его вопрос, почему, главным аргументом было то, что люди не имеют крыльев. По мнению оппонента, «эволюция - это выживание наиболее приспособленных», а что может быть более удобным для приспособления к любой среде, чем крылья. Даже если теория Бернетта на этот счёт основана на незрелых наблюдениях и ограниченном понимании того, как работает эволюция, она также имеет своё право на существование.
Историческое развитие живой природы происходит по определенным законам и характеризуется совокупностью отдельных признаков. Успехи биологии в первой половине 19 века послужили предпосылкой создания новой науки - эволюционной биологии. Она сразу стала популярной. И доказала, что эволюция в биологии - это детерминированный и необратимый процесс развития как отдельных видов, так и целых их сообществ - популяций. Он происходит в биосфере Земли, затрагивая все его оболочки. Данная статья будет посвящена как изучению концепций биологического вида, так и
История развития эволюционных взглядов
Наука прошла сложный путь формирования мировоззренческих представлений о механизмах, лежащих в основе природы нашей планеты. Он начинался с идей креационизма, высказанных К. Линнеем, Ж. Кювье, Ч. Лайелеем. Первая эволюционная гипотеза была изложена французским ученым Ламарком в работе «Философия зоологии». Английский исследователь Чарльз Дарвин первым в науке высказал мысль о том, что эволюция в биологии - это процесс, базирующийся на наследственной изменчивости и естественном отборе. Его основой является борьба за существование.
Дарвин считал, что появление непрерывных изменений биологических видов является результатом их приспособления к постоянной смене факторов внешней среды. Борьба за существование, по мнению ученого, это совокупность взаимосвязей организма с окружающей природой. А её причина лежит в стремлении живых существ к увеличению своей численности и расширению мест обитания. Все вышеперечисленные факторы и включает в себя эволюция. Биология, 9 класс которую изучает на уроках, рассматривает процессы наследственной изменчивости и естественного отбора в разделе «Эволюционное учение».
Синтетическая гипотеза развития органического мира
Еще при жизни Чарльза Дарвина его идеи были раскритикованы рядом таких известных ученых, как Ф. Дженкин и Г. Спенсер. В 20 веке, в связи с бурными генетическими исследованиями и постулированием законов наследственности Менделя, стало возможным создание синтетической гипотезы эволюции. В своих трудах ее описывали такие как С. Четвериков, Д. Холдейн и С. Райд. Они утверждали, что эволюция в биологии - это явление биологического прогресса, имеющего вид ароморфозов, идиоадаптаций, затрагивающих популяции различных видов.
Согласно этой гипотезе, эволюционными факторами являются волны жизни, и изоляция. Формы исторического развития природы проявляются в таких процессах, как видообразование, микроэволюция и макроэволюция. Вышеизложенные научные взгляды можно представить, как суммацию знаний о мутациях, являющихся источником наследственной изменчивости. А также представлений о популяции, как структурной единицы исторического развития биологического вида.
Что такое эволюционная среда?
Под этим термином понимают биогеоценотический В ней происходят микроэволюционные процессы, затрагивающие популяции одного вида. В результате становится возможным возникновение подвидов и новых биологических видов. Здесь же наблюдаются процессы, приводящие к появлению таксонов - родов, семейств, классов. Они относятся к макроэволюции. Научные исследования В. Вернадского, доказывающие тесную взаимосвязь всех уровней организации живой материи в биосфере, подтверждают тот факт, что биогеоценоз - это среда эволюционных процессов.
В климаксных, то есть стабильных экосистемах, в которых наблюдается большое разнообразие популяции многих классов, изменения происходят вследствие когерентной эволюции. в таких стабильных биогеоценозах называются ценофильными. А в системах с нестабильными условиями, происходит несогласованная эволюция среди экологически пластичных, так называемых ценофобных видов. Миграции особей различных популяций одного и того же вида изменяют их генофонды, нарушая частоту встречаемости различных генов. Так считает современная биология. Эволюция органического мира, которая будет рассмотрена нами ниже, подтверждает этот факт.
Этапы развития природы
Такие ученые, как С. Разумовский и В. Красилов доказали, что темпы эволюции, лежащие в основе развития природы, неравномерны. Они представляют собой медленные и практически незаметные изменения в стабильных биогеоценозах. Они резко ускоряются в периоды экологических кризисов: техногенных катастроф, таяния ледников и т. д. В современной биосфере обитает около 3-х миллионов видов живых существ. Наиболее важных из них для жизнедеятельности человека изучает биология (7 класс). Эволюция Простейших, Кишечнополостных, Членистоногих, Хордовых представляет собой постепенное усложнение кровеносной, дыхательной, нервной систем этих животных.
Первые остатки живых организмов обнаруживаются в архейских осадочных породах. Их возраст около 2,5 миллиарда лет. Первые эукариоты появились в начале Возможные варианты происхождения многоклеточных организмов объясняют научные гипотезы фагоцителлы И. Мечникова и гастреи Э. Гетелля. Эволюция в биологии - это путь развития живой природы от первых архейских форм жизни до многообразия флоры и фауны современной кайнозойской эры.
Современные представления о факторах эволюции
Они представляют собой условия, вызывающие адаптивные изменения организмов. Их генотип наиболее защищен от внешних влияний (консервативность генофонда биологического вида). Наследственная информация все же может изменяться под действием генных Именно таким путем - приобретением новых признаков и свойств - происходила эволюция животных. Биология изучает её в таких разделах, как сравнительная анатомия, биогеография и генетика. Размножение, как фактор эволюции, имеет исключительное значение. Оно обеспечивает смену поколений и непрерывность жизни.
Человек и биосфера
Процессы возникновения оболочек Земли и геохимическую деятельность живых организмов изучает биология. Эволюция биосферы нашей планеты имеет продолжительную геологическую историю. Она была разработана В. Вернадским в его учении. Он же ввел термин «ноосфера», понимая под ним влияние сознательной (умственной) деятельности человека на природу. Живое вещество, входящее во все оболочки планеты, изменяет их и определяет круговорот веществ и энергии.
Эволюция — процесс развития, состоящий из постепенных изменений, без резких скачков (в противовес революции). Чаще всего, говоря об эволюции, имеют ввиду биологическую эволюцию.
Биологическая эволюция — необратимое и направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, образованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом. Биологическая эволюция изучается эволюционной биологией.
Существует несколько эволюционных теорий, общим для которых является утверждение, что ныне живущие формы жизни являются потомками других форм жизни, существовавших ранее. Эволюционные теории отличаются объяснением механизмов эволюции. В данный момент наиболее распространённой является т.н. синтетическая теория эволюции, являющаяся развитием теории Дарвина.
Гены, которые передаются потомству, в результате выражения образуют сумму признаков организма (фенотип). При воспроизведении организмов у их потомков появляются новые или изменённые признаки, которые возникают в результате мутации или при переносе генов между популяциями или даже видами. У видов, которые размножаются половым путём, новые комбинации генов возникают при генетической рекомбинации. Эволюция происходит, когда наследственные различия становятся более частыми или редкими в популяции.
Эволюционная биология изучает эволюционные процессы и выдвигает теории для объяснения их причин. Изучение окаменелостей и разнообразия видов живых организмов к середине XIX века убедило большинство учёных, что виды изменяются с течением времени. Однако механизм этих изменений оставался неясен до публикации в 1859 году книги Происхождение видов английского учёного Чарльза Дарвина о естественном отборе как движущей силе эволюции. Теория Дарвина и Уоллеса, в конечном итоге, была принята научным сообществом. В 30-х годах прошлого века идея дарвиновского естественного отбора была объединена с законами Менделя, которые сформировали основу синтетической теории эволюции (СТЭ). СТЭ позволила объяснить связь субстрата эволюции (гены) и механизма эволюции (естественный отбор).
Наследственность
Наследственность, присущее всем организмам свойство повторять в ряду поколений одинаковые признаки и особенности развития; обусловлено передачей в процессе размножения от одного поколения к другому материальных структур клетки, содержащих программы развития из них новых особей. Тем самым наследственность обеспечивает преемственность морфологической, физиологической и биохимической организации живых существ, характера их индивидуального развития, или онтогенеза. Как общебиологическое явление наследственность — важнейшее условие существования дифференцированных форм жизни, невозможных без относительного постоянства признаков организмов, хотя оно нарушается изменчивостью — возникновением различий между организмами. Затрагивая самые разнообразные признаки на всех этапах онтогенеза организмов, наследственность проявляется в закономерностях наследования признаков, т. е. передачи их от родителей потомкам.
Иногда термин «Наследственность» относят к передаче от одного поколения другому инфекционных начал (так называемая инфекционная наследственность) или навыков обучения, образования, традиций (так называемая социальная, или сигнальная, наследственность). Подобное расширение понятия наследственность за пределы его биологической и эволюционной сущности спорно. Лишь в случаях, когда инфекционные агенты способны взаимодействовать с клетками хозяина вплоть до включения в их генетический аппарат, отделить инфекционную наследственность от нормальной затруднительно. Условные рефлексы не наследуются, а заново вырабатываются каждым поколением, однако роль наследственность в скорости закрепления условных рефлексов и особенностей поведения бесспорна. Поэтому в сигнальную наследственность входит компонент биологической наследственности.
Изменчивость
Изменчивость — это разнообразие признаков и свойств у особей и групп особей любой степени родства. Присуща всем живым организмам. Различают изменчивость наследственную и не наследственную, индивидуальную и групповую, качественную и количественную, направленную и ненаправленную. Наследственная изменчивость обусловлена возникновением мутаций, не наследственная — воздействием факторов внешней среды. Явления наследственности и изменчивости лежат в основе эволюции.
Мутация
Мутация — случайно возникшие, стойкие изменения генотипа,затрагивающие целые хромосомы, их части или отдельные гены. Мутации могут быть крупными, хорошо заметными, например отсутствие пигмента (альбинизм), отсутствие оперения у кур, короткопалость и др. Однако чаще всего мутационные изменения — это мелкие, едва заметные уклонения от нормы.
Мутации событие достаточно редкое. Частота возникновения отдельных спонтанных мутаций выражается числом гамет одного поколения, несущих определенную мутацию, по отношению к общему числу гамет.
Мутации возникают, в основном, в результате действия двух причин: спонтанных ошибок репликации последовательности нуклеотидов и действия различных мутагенных факторов, вызывающих ошибки репликации.
Мутации, вызванные действием мутагенов (облучение, химические вещества, температура и др.) , называют индуцированными, в отличие от спонтанных мутаций, происходящих при случайных ошибках действия ферментов, обеспечивающих репликацию, или (и) в результате тепловых колебаний атомов в нуклеотидах.
Типы мутаций. По характеру изменения генетического аппарата мутации делят на геномные, хромосомные и генные, или точковые. Геномные мутации заключаются в изменении числа хромосом в клетках организма. К ним относятся: полиплоидия — увеличение числа наборов хромосом, когда вместо обычных для диплоидных организмов 2 наборов хромосом их может быть 3, 4 и т. д.; гаплоидия — вместо 2 наборов хромосом имеется лишь один; анеуплоидия — одна или несколько пар гомологических хромосом отсутствуют (нуллисомия) или представлены не парой, а лишь одной хромосомой (моносомия) либо, напротив, 3 или более гомологичными партнёрами (трисомия, тетрасомия и т. д.). К хромосомным мутации, или хромосомным перестройкам, относятся: инверсии — участок хромосомы перевёрнут на 180°, так что содержащиеся в нём гены расположены в обратном порядке по сравнению с нормальным; транслокации — обмен участками двух или более негомологичных хромосом; делеции — выпадение значительного участка хромосомы; нехватки (малые делеции) — выпадение небольшого участка хромосомы; дупликации — удвоение участка хромосомы; фрагментации — разрыв хромосомы на 2 части или более. Генные мутации представляют собой стойкие изменения химического строения отдельных генов и, как правило, не отражаются на наблюдаемой в микроскоп морфологии хромосом. Известны также мутации генов, локализованных не только в хромосомах, но и в некоторых самовоспроизводящихся органеллах цитоплазмы (например, в митохондриях, пластидах).
Причины мутаций и их искусственное вызывание. Полиплоидия чаще возникает, когда хромосомы в начале клеточного деления — митоза — разделились, но деления клетки почему-либо не произошло. Искусственно полиплоидию удаётся вызвать, воздействуя на вступившую в митоз клетку веществами, нарушающими цитотомию. Реже полиплоидия бывает следствием слияния 2 соматических клеток или участия в оплодотворении яйцеклетки 2 спермиев. Гаплоидия — большей частью следствие развития зародыша без оплодотворения. Искусственно её вызывают, опыляя растения убитой пыльцой или пыльцой др. вида (отдалённого). Основная причина анеуплоидии — случайное нерасхождение пары гомологичных хромосом при мейозе, в результате чего обе хромосомы этой пары попадают в одну половую клетку или в неё не попадает ни одна из них. Реже возникают анеуплоиды из немногих оказавшихся жизнеспособными половых клеток, образуемых несбалансированными полиплоидами.
Причины хромосомных перестроек и наиболее важной категории мутации — генных — долгое время оставались неизвестными. Это давало повод для ошибочных автогенетических концепций, согласно которым спонтанные генные Мутации возникают в природе якобы без участия воздействий окружающей среды. Лишь после разработки методов количественного учёта генных мутации выяснилась возможность вызывать их различными физическими и химическими факторами — мутагенами.
Рекомбинация
Рекомбинация - перераспределение генетического материала родителей в потомстве, приводящее к наследственной комбинативной изменчивости живых организмов. В случае несцепленных генов (лежащих в разных хромосомах) это перераспределение может осуществляться при свободном комбинировании хромосом в мейозе, а в случае сцепленных генов — обычно путём перекреста хромосом — кроссинговера. Рекомбинация — универсальный биологический механизм, свойственный всем живым системам — от вирусов до высших растений, животных и человека. Вместе с тем в зависимости от уровня организации живой системы процесс Рекомбинация (генетич.) имеет ряд особенностей. Проще всего рекомбинация происходит у вирусов: при совместном заражении клетки родственными вирусами, различающимися одним или несколькими признаками, после лизиса клетки обнаруживаются не только исходные вирусные частицы, но и возникающие с определённой средней частотой частицы-рекомбинанты с новыми сочетаниями генов. У бактерий существует несколько процессов, заканчивающихся рекомбинация: конъюгация, т. е. объединение двух бактериальных клеток протоплазменным мостиком и передача хромосомы из донорской клетки в реципиентную, после чего происходит замена отдельных участков хромосомы реципиента на соответствующие фрагменты донора; трансформация — передача признаков молекулами ДНК, проникающими из среды сквозь клеточную оболочку; трансдукция — передача генетического вещества от бактерии-донора к бактерии-реципиенту, осуществляемая бактериофагом. У высших организмов рекомбинация происходит в мейозе при образовании гамет: гомологичные хромосомы сближаются и устанавливаются бок о бок с большой точностью (т. н. синапсис), затем происходит разрыв хромосом в строго гомологичных точках и перевоссоединение фрагментов крест-накрест (кроссинговер). Результат рекомбинация обнаруживается по новым сочетаниям признаков у потомства. Вероятность кроссинговера между двумя точками хромосом приблизительно пропорциональна физическому расстоянию между этими точками. Это даёт возможность на основании экспериментальных данных по рекомбинация строить генетические карты хромосом, т. е. графически располагать гены в линейном порядке в соответствии с их расположением в хромосомах, и притом в определённом масштабе. Молекулярный механизм рекомбинация детально не изучен, однако установлено, что ферментативные системы, обеспечивающие рекомбинация, принимают участие и в таком важнейшем процессе, как исправление повреждений, возникающих в генетическом материале. После синапсиса вступает в действие эндонуклеаза — фермент, осуществляющий первичные разрывы в цепях ДНК. По-видимому, эти разрывы у многих организмов происходят в структурно детерминированных участках — рекомбинаторах. Далее происходит обмен двойными или одинарными цепями ДНК и в заключение специальные синтетические ферменты — ДНК-полимеразы — заполняют бреши в цепях, а фермент лигаза замыкает последние ковалентные связи. Ферменты эти выделены и изучены лишь у некоторых бактерий, что позволило приблизиться к созданию модели рекомбинация in vitro (в пробирке). Одно из важнейших следствий рекомбинация — образование реципрокного потомства (т. е. при наличии двух аллельных форм генов АВ и ав должны получиться два продукта рекомбинации — Ав и aB в равных количествах). Принцип реципрокности соблюдается, когда рекомбинация происходит между достаточно удалёнными точками хромосомы. При внутригенной рекомбинации это правило часто нарушается. Последнее явление, изученное главным образом на низших грибах, называется генной конверсией. Эволюционное значение рекомбинация заключается в том, что благоприятными для организма часто оказываются не отдельные мутации, а их комбинации. Однако одновременное возникновение в одной клетке благоприятного сочетания из двух мутаций маловероятно. В результате рекомбинации осуществляется сочетание мутаций, принадлежащих двум независимым организмам, и тем самым ускоряется эволюционный процесс.
Механизмы эволюции
Естественный отбор
Существуют два основных эволюционных механизма. Первый — это естественный отбор, то есть процесс, в результате которого наследственные признаки, благоприятные для выживания и размножения, распространяются в популяции, а неблагоприятные становятся более редкими. Это происходит потому, что особи с благоприятными признаками размножаются с большей вероятностью, поэтому больше особей следующего поколения имеют те же признаки. Адаптации к окружающей среде возникают в результате накопления последовательных, мелких, случайных изменений и естественного отбора варианта, наиболее приспособленного к окружающей среде.
Генетический дрейф
Второй основной механизм — это генетический дрейф, независимый процесс случайного изменения в частоте признаков. Генетический дрейф происходит в результате вероятностных процессов, которые обуславливают случайные изменения в частоте признаков в популяции. Хотя изменения в результате дрейфа и селекции в течение одного поколения довольно малы, различие в частотах накапливаются в каждом последующем поколении и со временем приводят к значительным изменениям в живых организмах. Этот процесс может завершиться образованием нового вида. Более того, биохимическое единство жизни указывает на происхождение всех известных видов от общего предка (или пула генов) в результате процесса постепенной дивергенции.
Эволюцией называют такой естественный процесс развития живой природы, в котором генетический состав популяций постепенно меняется, в результате чего происходит преобразование биосферы. Такие механизмы объясняются несколькими теориями, самой известной является учение Дарвина о естественном отборе.
Сегодня считается, что эволюция, как естественный процесс, является твердо установленным научным фактом. Тем не менее это довольно широкое понятие, которое допускает довольно много толкований и неверных представлений вокруг себя. Именно поэтому есть мифы, которые нуждаются в пояснении.
Теория эволюции посвящена происхождению жизни. На самом деле это научное учение рассказывает о том, как развивалась жизнь уже после ее зарождения. Не стоит отрицать, что эволюцию интересует и четкое понимание того, как появилась жизнь на планете. Однако это не самое главное, для этого учения.
В процессе эволюции организмы всегда получают лучшие качества. Известно, что в результате естественного отбора выживали самые сильные. Но природа наградила нас многими примерами, когда это были далеко не самые совершенные организмы. В качестве примера можно упомянуть мхи, раков, акул и грибки. Эти организмы довольно долгое время оставались неизменными. Они смогли так приспособиться к изменяющейся окружающей среде, чтобы и дальше жить без улучшений. Другие организмы претерпевали серьезные изменения, но не всегда это был скачок вперед. С изменением окружающей среды даже эволюционировавшие организмы не всегда могли приспособиться к новым условиям.
В ходе эволюции жизнь менялась случайным образом. Нельзя считать естественный обзор каким-то случайным процессом. Чтобы выжить и воспроизводить свое потомство, многие существа, живущие в водной среде, должны были более быстро передвигаться. В итоге выживали те, кто лучше справлялся с такой задачей. Потомство же этих существ уже получало эти полезные характеристики, продолжая цикл. Так что не стоит считать, что эволюция является случайным процессом, такое мнение не имеет под собой оснований.
Естественный отбор представляет собой попытку организмов адаптироваться к новым условиям жизни. На самом деле в ходе естественного отбора организмы вовсе не пытались приспособиться. Такой процесс позволял разным существам размножаться и выживать. Генетической же адаптацией к новым условиям сам развивающийся организм заняться не в состоянии.
Естественный отбор дает организмам то, что им и требуется. Этот природный процесс не обладает каким-то интеллектом, естественный отбор не может четко указать, какому виду что требуется. Просто если в популяции присутствуют генетические вариации, помогающие выжить в природной среде, то такие особенности будут переданы по наследству следующим поколениям. Сама же популяция будет увеличиваться. А если генетической вариации не существует, то она либо появится со временем, либо сама популяция продолжит жить без существенных изменений.
Эволюция – всего лишь теория. Научным языком теорией является хорошо доказанная фактами идея, которая может с помощью логики определить какие-то свойства природы. А вот другие определения понятия «теория», в частности, подразумевающие «догадку» или «предположение» привносят в ненаучный мир только еще большую путаницу. Те, кто имеет дело с наукой, но не понимает ее основ, путает два разных понятия.
Эволюция является теорией кризиса. В науке нет сомнений о том, происходила ли на самом деле эволюция или нет. Есть некие сомнения по поводу того, как это было на самом деле. Внимание уделяется каждой мелочи этого сложного процесса. Некоторые нюансы заставляют анти-эволюционистов предполагать, что теория эволюции является теорией кризиса. На самом деле это учение является рупором науки, к которому прислушиваются ученые во всем мире.
Есть некоторые пробелы в истории окаменелостей, которые опровергают эволюцию. Среди окаменелостей есть много свидетельств переходных форм. Некоторые из них свидетельствуют о превращении динозавров в современных птиц, другие – об эволюции китом и их предков в наземных млекопитающих. К сожалению, множество переходных форм было утрачено. Однако они не сохранились только потому, что существовали в таких условиях, которые не дали возможности сохраниться окаменелости. Наука действительно говорит о том, что среди эволюционных изменений существует довольно много пробелов. Однако саму теорию эволюции это никак не опровергает.
Эволюционная теория на самом деле неполная. Эта наука еще только находится в состоянии разработке. Новые изыскания постоянно дополняют теорию поправками, новыми фактами, что может даже слегка изменить представление об эволюции. В данном случае эта теория похожа на все другие в подобном отношении. И только эволюция является тем самым единственно возможным правдоподобным объяснением всего существующего разнообразия жизни на планете.
Теория эволюции содержит много неточностей. Наука является довольно конкурентным полем деятельности. В случае эволюционной теории все выявленные недостатки быстро исправлялись, а учение корректировалось с их учетом. Креационисты выдвинули немало доводов против эволюции. Ученые исследовали их, критики такие тезисы просто не выдерживали. На самом деле все эти «неточности» появились из-за непонимания самой теории или же искажения ее понятий.
Эволюция наукой не является, так как ее нельзя наблюдать. Такое мнение ошибочное, так как эволюцию можно и проверять, и наблюдать. Заблуждение кроется в том, что для многих наука – это эксперименты в лаборатории, проводимые учеными в белых халатах. А ведь большое количество научной информации может быть собрано и из реального мира. Например, астрономы не могут физически контактировать с объектами своих исследований – звездами и галактиками. Зато информацию они получают путем наблюдений и опытов. Аналогичная ситуация сложилась и в случае эволюции.
Практически все биологи отвергают дарвинизм. Ученые не опровергают учение Дарвина, просто эта теория постоянно изменяется в связи с получением новых данных и знаний. Великий ученый считал, что эволюция происходит медленно и размеренно. Но сегодня есть свидетельства того, что при некоторых обстоятельствах этот процесс может и ускориться. А вот каких-то серьезных научных вызовов принципам теории Дарвина так и не было брошено. Зато ученые смогли углубить его учение о естественном отборе и даже улучшить. Таким образом биологи не отвергают дарвинизм, а просто модифицируют.
Эволюция влечет за собой аморальное поведение. Все животные обладают каким-то вариантом поведения, который разделяется с другими представителями этого же вида. Собаки ведут себя, как собаки, у червей своя жизнь, у людей – своя. Как может ребенок вести себя, как иное существо? Именно поэтому нет никакого смысла связывать эволюцию с каким-то неестественным или аморальным поведением.
Эволюция поддерживает понятие правильного правосудия. Около ста лет назад в философии общества появилось такое направление, как социальный дарвинизм. Учение стало настолько популярным, что даже осуществлялись попытки применить теорию биологической эволюции на общественных нормах. Считалось, что общество должно помочь умереть слабым. При этом это будет не просто идеальным подтверждением теории отбора, но еще и верным с точки зрения морали. Такая идея была даже неким образом научно подтверждена, ссылались на биологическую эволюцию, что делало такой подход весьма рациональным. Но то было время попыток использовать науку в посторонних делах. Хорошо, что человечество вовремя отвергло социальный дарвинизм.
Ученые должны уделять внимание не только теории эволюции, но и другим вариантам создания жизни. Есть довольно много теорий создания нашего мира, в основном они носят религиозный характер. Всех их представить попросту невозможно. Но ни одна из них в своей основе не несет научных исследований. Поэтому нет нужды обучать школьников таким антинаучным теориям. Ведь школьники и студенты изучают именно науку, а попытки заменить ее религиозными верованиями могут направить молодых людей в другую сторону.
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.
