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.
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.
В статье подробно рассмотрим виды эволюции, а также поговорим в целом об этом процессе, стараясь комплексно разобраться в теме. Узнаем о том, как зарождалось учение эволюции, какими идеями оно представлено и какую роль в нём играет вид.
Вступление в тему
Эволюция органического мира представляет собой довольно сложный и длительный процесс, который одновременно проходит на разных уровнях организации живой материи. При этом он всегда затрагивает множество направлений. Так сложилось, что развитие живой природы происходит от низших форм к высшим. Всё простое со временем усложняется и приобретает более интересную форму. В отдельных группах организмов развиваются адаптационные навыки, которые позволяют живым существам лучше существовать в своих конкретных условиях. Например, у некоторых водных животных появились в результате эволюции перепонки между пальцами.
Три направления
Прежде чем говорить о видах эволюции, рассмотрим три главных направления, выделенные весомыми российскими учеными И. Шмальгаузеном и А. Северцовым. По их мнению, существует ароморфоз, идиоадаптация, дегенерация.
Ароморфоз
Ароморфоз, или арогенез, - это серьёзные эволюционные изменения, которые ведут в целом к усложнению структуры и функций каких-то организмов. Данный процесс позволяет принципиально менять некоторые стороны жизни, например места обитания. Также ароморфоз способствует повышению конкурентоспособности конкретных организмов к выживанию в окружающей среде. Главная суть ароморфозов заключается в покорении новых адаптационных зон. Именно поэтому такие процессы происходят довольно редко, но если уж они случаются, то носят принципиальный характер и оказывают влияние на всё дальнейшее развитие.
При этом надо разобраться с таким понятием, как адаптационный уровень. Это определенная зона места обитания с характерным климатом и экологическими условиями, которые свойственны для определенной группы организмов. Например, для птиц адаптивной зоной является воздушное пространство, которое защищает их от хищников и позволяет осваивать новые способы охоты. Кроме того, перемещение в воздухе дает возможность преодолевать крупные препятствия и осуществлять дальние миграции. Именно поэтому полёт по праву считается важным эволюционным ароморфозом.
Наиболее яркие ароморфозы в природе - это многоклеточность и половой способ размножения. Благодаря многоклеточности, начался процесс усложнения анатомии и морфологии практически всех организмов. Благодаря половому размножению значительно расширились адаптационные способности.
У животных такие процессы поспособствовали созданию более эффективных способов питания и улучшения обмена веществ. При этом наиболее значимым ароморфозом в животном мире считается теплокровность, благодаря которой очень повысилась выживаемость в разных условиях.
У растений подобные процессы проявляются в появлении общей и проводящей систем, которые соединяют все их части в единое целое. Благодаря этому повышается эффективность опыления.
Для бактерий ароморфозом является автотрофный способ питания, благодаря которому они смогли покорить новую адаптационную зону, которая может быть лишена органических источников питания, а бактерии всё равно на ней выживут.
Идиоадаптация
Без этого процесса невозможно представить эволюцию биологических видов. Он подразумевает конкретные адаптации к специфическим условиям окружающей среды. Для того чтобы лучше понять, что это за процесс, давайте немного порассуждаем. Идиоадаптация — это небольшие изменения, которые существенно улучшают жизнь организмов, но при этом не выводят их на новый уровень организации. Рассмотрим данную информацию на примере птиц. Крыло является следствием процесса ароморфоза, а вот форма крыльев и способы полета - это уже идиоадаптации, которые не меняют анатомического строения птиц, но при этом отвечают за их выживание в определенной среде. К таким процессам еще можно отнести окрас животных. Из-за того что они значительно влияют лишь на группу организмов, их считают признаками видов и подвидов.
Дегенерация, или катагенез
Макро- и микроэволюция
А теперь перейдем непосредственно к теме нашей статьи. Какие же бывают разновидности этого процесса? Это микро- и макроэволюция. Поговорим о них подробнее. Макроэволюция представляет собой процесс формирования крупнейших систематических единиц: видов, новых семейств и так далее. Основные движущие силы макроэволюции кроются в микроэволюции.
Во-первых, это наследственность, естественный отбор, изменчивость и репродуктивная изоляция. Дивергентный характер свойственен для микро- и макроэволюции. При этом данные понятия, о которых мы говорим сейчас, получали много разных интерпретаций, но до сих пор окончательного понимания не достигнуто. Одна из самых популярных заключается в том, что макроэволюция является изменением системного характера, которое не требует большого количества времени.
Однако, что касается изучения этого процесса, то он занимает очень много времени. Более того, макроэволюция носит глобальный характер, поэтому освоить всё её многообразие очень сложно. Важным методом изучения этого направления является компьютерное моделирование, которое особенно активно начало развиваться в 1980-х годах.
Виды доказательств эволюции
А теперь поговорим о том, какие существуют доказательства макроэволюции. Во-первых, это сравнительно-анатомическая система умозаключений, которая основывается на том, что у всех животных единый тип строения. Именно это указывает на то, что все мы имеем общее происхождение. Здесь большое внимание уделяется гомологичным органам, также атавизмам. Атавизмы человека — это возникновение хвоста, многососковость и сплошной волосяной покров. Важное доказательство макроэволюции заключается в наличии рудиментарных органов, которые больше не нужны человеку и постепенно исчезают. Рудименты - это аппендикс, волосяной покров и остатки третьего века.
Теперь рассмотрим эмбриологические доказательства, которые заключаются в том, что все позвоночные животные имеют похожие зародыши на ранних стадиях развития. Конечно, со временем это сходство становится всё менее заметным, так как начинают преобладать характерные черты для определённого вида.
Палеонтологические доказательства процесса эволюции видов заключаются в том, что по остаткам некоторых организмов можно исследовать переходные формы других вымерших существ. Благодаря ископаемым останкам ученые могут узнавать о том, что существовали переходные формы. Например, такая форма жизни существовала между пресмыкающимися и птицами. Также благодаря палеонтологии ученые смогли построить филогенетические ряды, в которых можно четко отследить последовательность сменяющих друг друга видов, развивающихся в процессе эволюции.
Биохимические доказательства основываются на том, что у всех живых организмов на земле единообразный химический состав и генетический код, что также следует отметить. Более того, мы все схожи по энергетическому и пластическому обмену, а также ферментативному характеру некоторых процессов.
Биогеографические доказательства строятся на том, что процесс эволюции отлично отражается в характере распространения животных и растений по поверхности Земли. Так, учёные условно поделили массив планеты на 6 географических зон. Подробно рассматривать их мы здесь не будем, но заметим то, что наблюдается очень тесная связь между континентами и родственными видами живых организмов.
Благодаря макроэволюции мы можем понимать, что все виды произошли путем эволюции от ранее живших организмов. Таким образом раскрывается суть самого процесса развития.
Преобразования на внутривидовом уровне
Микроэволюция подразумевает под собой мелкие изменения в аллелях в популяции на протяжении поколений. Также можно сказать, что эти преобразования происходят на внутривидовом уровне. Причины кроются в мутационных процессах, искусственном и естественном дрейфе и переносе генов. Все эти изменения приводят к видообразованию.
Мы рассмотрели основные виды эволюции, но ещё не знаем, что микроэволюция делится на некоторые ветви. Во-первых, это популяционная генетика, благодаря которой производятся математические расчёты, необходимые для изучения многих процессов. Во-вторых, это экологическая генетика, которая позволяет наблюдать за процессами развития в действительности. Эти 2 вида эволюции (микро- и макро-) имеют огромное значение и вносят свой определенный вклад в целом в процессы развития. Стоит заметить, что их часто противопоставляют друг другу.
Эволюция современных видов
Для начала заметим, что это постоянный процесс. Другими словами, он никогда не прекращается. Все живые организмы эволюционируют с разной скоростью. Однако проблема состоит в том, что некоторые животные живут очень долго, поэтому заметить какие-то изменения очень сложно. Чтобы их отследить, должны пройти сотни или даже тысячи лет.
В современном мире происходит активная эволюция африканских слонов. Правда, при содействии человека. Так, у этих животных быстро уменьшается длина бивня. Дело в том, что охотники всегда охотились на слонов, которые обладали массивными бивнями. Одновременно с этим другие особи интересовали их гораздо меньше. Таким образом, у них увеличивались шансы на выживание, а также на передачу своих генов другим поколениям. Именно поэтому в течение нескольких десятилетий постепенно отмечалось уменьшение длины бивней.
Очень важно понимать, что отсутствие внешних признаков ещё не означает прекращение процесса эволюции. Например, очень часто разные исследователи ошибаются по поводу кистеперой рыбы латимерии. Ходит мнение, что она не эволюционировала миллионы лет, но это не так. Добавим, что на сегодняшний день латимерия является единственным живым представителем отряда целакантообразных. Если сравнить первых представителей этого вида и современных особей, то можно найти множество существенных различий. Единственная схожая черта заключается во внешних признаках. Именно поэтому очень важно комплексно смотреть на эволюцию, не судить о ней исключительно по внешним признакам. Интересно, что современная латимерия имеет больше схожих черт с селёдкой, чем со своим прародителем целакантом.
Факторы
Как мы знаем, виды произошли путем эволюции, но какие факторы этому способствовали? Во-первых, наследственная изменчивость. Дело в том, что различные мутации и новые комбинации генов создают базу для наследственного разнообразия. Заметим: чем активнее мутационный процесс, тем более эффективным будет естественный отбор.
Второй фактор - это случайное сохранение признаков. Чтобы уяснить суть этого явления, давайте разберёмся с такими понятиями, как дрейф генов и популяционные волны. Последние представляют собой колебания, которые происходят периодами и влияют на численность популяции. Например, каждые четыре года зайцев становится очень много, а сразу после этого их численность резко падает. Но что же такое дрейф генов? Здесь подразумевается сохранение или исчезновение каких-либо признаков в случайном порядке. То есть, если в результате каких-то событий популяция сильно уменьшается, то некоторые признаки будут сохраняться полностью или частично в хаотичном порядке.
Третий фактор, который мы рассмотрим — это борьба за существование. Её причина кроется том, что рождается очень много организмов, но лишь часть из них способна выжить. Более того, для всех не хватит пищи и территорий. В целом понятие борьбы за существование можно описать как особые взаимоотношения организма с окружающей средой и другими особями. При этом существует несколько форм борьбы. Она может быть внутривидовой, которая происходит между особями одного и того же вида. Вторая форма - межвидовая, когда за выживание борются представители разных видов. Третья форма заключается в борьбе с условиями окружающей среды, когда животным необходимо приспосабливаться к ним или же погибать. При этом по праву самой жестокой считается борьба внутри видов.
Теперь мы знаем, что роль вида в эволюции огромна. Именно с одного представителя может начаться мутация или дегенерация. Однако эволюционный процесс регулируется сам по себе, так как действует закон естественного отбора. Так, если новые признаки будут неэффективны, то особи, имеющие их, рано или поздно погибнут.
Рассмотрим еще одно важное понятие, которое характерно для всех движущих видов эволюции. Это изоляция. Данный термин подразумевает накопление определенных различий между представителями одной популяции, которая долгое время была изолирована друг от друга. В итоге это может привести к тому, что особи просто не смогут между собой скрещиваться, таким образом появится два совершенно разных вида.
Антропогенез
Теперь поговорим о видах людей. Эволюция - процесс, характерный для всех живых организмов. Часть биологической эволюции, которая привела к появлению человека, называется антропогенезом. Благодаря этому произошло отделение человеческого вида от человекообразных обезьян, млекопитающих и гоминид. Какие мы знаем виды людей? Эволюционная теория делит их на австралопитеков, неандертальцев и т. д. Характеристики каждого из этих видов знакомы нам ещё со школьной скамьи.
Вот мы и ознакомились с основными видами эволюции. Биология порой может рассказать очень много о прошлом и настоящем. Именно поэтому к ней стоит прислушиваться. Заметим: некоторые ученые считают, что следует выделять 3 вида эволюции: макро-, микро- и эволюцию человека. Однако такие мнения единичны и субъективны. В данном материале мы представили вниманию читателя 2 основных вида эволюции, благодаря которым развивается всё живое.
Подводя итоги статьи, скажем о том, что эволюционный процесс — настоящее чудо природы, которое само регулирует и координирует жизнь. В статье мы рассмотрели основные теоретические понятия, но на практике всё гораздо интереснее. Каждый биологический вид представляет собой уникальную систему, способную саморегулироваться, приспосабливаться и эволюционировать. В этом и состоит прелесть природы, которая позаботилась не только о созданных видах, но и о тех, в которые они могут мутировать.
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.
14 марта 2013Есть два взгляда на то, как возник материальный мир. Религии приписывают Богу руководящую роль в мироустройстве. В частности, Библия говорит о нескольких днях, за которые Бог создал сначала свет, потом воду, потом твердь, следом живые существа - вплоть до человека. Сейчас Церкви утверждают, что «шесть дней» - термин метафорический, где день не равен суткам, а длится намного дольше. Другой, кардинально противоположный взгляд на происхождение видимого, материального мира - научный. Эволюция Вселенной, согласно исследованиям ученых, началась с Большого Взрыва (его еще обозначают термином Big Bang), который произошел 10-15 миллиардов лет тому назад.
Что было до того, как возникло всё существующее? Современная астрономия полагает, что это была сжавшаяся до минимальных размеров сфера, внутри которой под действием высочайших температур и давления двигались свободные элементарные частицы. Все материальное, которое сейчас заполняет собой безбрежный космос, было сжато в пределах стремящейся к нулю по величине точке, с которой и началось происхождение и эволюция Вселенной. До сих пор неясно, что послужило причиной Большого Взрыва. Однако сам этот взрыв привел к расширению Вселенной, и этот процесс продолжается и сейчас. Что это значит? Что одно и то же количество материальных частиц со временем занимает все больший объем.
Будет ли расширяться материальный мир вечно, или когда-нибудь его разрастание в объеме замедлится, прекратится вовсе, наподобие того, как мы наблюдаем при взрыве гранаты? Возможно, вслед за этим эволюция Вселенной прекратится, и заменится этапом «сворачивания», сужения к первоначальной точке. Мы пока не готовы ответить на этот вопрос с определенностью. Но картина мира, созданная учеными, уже может описать последовательные фазы в разрастании и преображении материи. Первая эра - адронная - длилась всего одну миллионную часть секунды, но за это время произошел процесс аннигиляции антибарионов и барионов, образовались протоны и нейроны.
Второй и третий этапы эволюции Вселенной - лептонный и фотонный - также длились всего несколько секунд. В конце второй эры образовалось нейтринное море, а эпоха фотонов завершилась отделением вещества от антивещества (что произошло вследствие аннигиляции позитронов и электронов). Вселенная все расширялась, что привело к понижению плотности энергии частиц и фотонов. Фотонная стадия сменилась звездной, которая продолжается и сейчас. Однако формирование звезд, галактик и групп галактик происходило (да и происходит) неравномерно.
Прошли миллионы лет после Большого Взрыва, пока простейшие частицы превратились в атомы - преимущественно водорода и гелия (эти атомы являются основной составляющей Вселенной), атомы соединились в молекулы, которые вошли в соединения и образовали кристаллы, вещества, минеральные породы. На протяжении звездной эры, которой на данном этапе заканчивается эволюция Вселенной, были сформированы галактики, звездные системы, планеты, зародилась жизнь на нашей Земле. Можно ли сказать, что «эпический фейерверк» закончился, и мы стоим на остывающих углях среди рассеивающегося дыма?
Ученые пришли к выводу, что эволюция Вселенной продолжается. Завихрения гигантского скопления водорода сплющивают вещество, преображают эти скопления в водовороты. Так рождаются сферические, эллиптические и сплющенные галактики (в зависимости от скорости вращения колоссального - в сто тысяч световых лет - круговорота). К последнему типу галактик принадлежит и наша - Млечный Путь. Внутри галактик под давлением сгустков водорода формируются звезды. Они также проходят длительные стадии эволюции: от раскаленных добела сверхновых до «красных гигантов», «белых карликов» и черных дыр. Те же процессы происходят и с нашим Солнцем, в то время, как Космос продолжает расширяться.
