Современные представления об эволюции органического мира
Все виды возникли в процессе эволюции и продолжают эволюционировать. Но есть организмы, популяции которых так хорошо приспособлены к среде обитания, что их видовые особенности практически не изменялись на протяжении десятков и сотен миллионов лет. К ним относятся первые автотрофы – синезеленые водоросли, потомки первых хрящевых рыб – акулы, ровесники динозавров – крокодилы. Уже более четырехсот миллионов лет в Африке, Южной Америке и Австралии, почти не меняясь, обитают рыбы, которые могут дышать не только жабрами, но и через плавательный пузырь, мало отличающийся от настоящих легких. Они прекрасно приспособились к засухе, которая длится в тех местах от 6 до 9 месяцев в году. Когда водоемы пересыхают, эти рыбы (протоптеры) впадают в спячку – засыпают носом кверху в своеобразных вырытых в илистом дне норах, до тех пор, пока сезон дождей не разбудит их. Впрочем, в лабораторном эксперименте подопытная рыба без воды и еды проспала более 3 лет... Загадки появления таких удивительных природных феноменов объясняет современная теория эволюции.
Тема – «Современные представления об эволюции органического мира».
Основа этих представлений – «Эволюционная теория Чарльза Дарвина». Однако Дарвин предложил свою теорию 150 лет назад, и с тех пор успели произойти многие важнейшие открытия популяционной экологии, генетики, молекулярной биологии. Важнейшими из них были: переоткрытие законов Г. Менделя в начале ХХ века, внедрение представления о гене В. Йохансена, формулирование хромосомной теории наследования Т. Моргана, мутационной теории Г. Фриза, популяционных идей С. С. Четверикова и многие другие (см. Рис. 1, 2).
Рис. 1
Рис. 2
Первые открытия генетики, а это генная природа наследственности и мутационная теория, вызвали кризис эволюционной теории.
Ученые того времени не смогли правильно совместить эти открытия и положения теории эволюции. Крупным прорывом в области эволюционных представлений стала работа английского биолога Дж. Хаксли – «Эволюция – современный синтез». Она послужила толчком к формулированию синтетической теории эволюции. В настоящий момент синтетическая теория эволюции содержит следующие положения:
1. Материалом для эволюционного процесса являются мутации, а также их комбинации в ходе полового процесса.
2. Основной движущей силой эволюции является естественный отбор, возникающий на фоне борьбы за выживание.
Избыточная численность особей более не является движущей силой эволюции, как ранее предполагал Дарвин.
3. Наименьшей единицей эволюции является популяция.
Одна особь не способна к размножению и передаче своих признаков потомству, поэтому особь не может рассматриваться как единица эволюции.
4. Эволюция носит дивергентный характер, то есть, как правило, один вид дает начало сразу нескольким другим видам.
5. Эволюция носит постепенный и длительный характер.
Видообразование представляет собой непрерывную череду смены разных признаков. Невозможно выделить начало и конец видообразования.
6. Вид представляет собой совокупность популяций.
Между популяциями возможен поток генов в результате скрещивания. Когда по каким-то причинам поток генов прерывается, говорят об изоляции. Изоляция ведет к накоплению различий между популяциями и, в конечном итоге, к видообразованию.
7. Макроэволюция идет тем же путем, что и микроэволюция.
Не существует специфических путей макроэволюции, которые не были бы характерны для микроэволюции.
8. Все таксоны имеют монофилетическое происхождение.
Это значит, что все виды одного таксона имеют общего предка.
9. Эволюция имеет ненаправленное течение, то есть ее движение не подвержено какой бы то ни было логике.
Действительно, совершенно одинаковые популяции, которые подверглись изоляции, будут развиваться, как правило, в совершенно независимых направлениях.
Эти положения современной эволюционной теории позволяют объяснить многообразие видов на Земле. Однако до сих пор существует множество экспериментальных данных, противоречащих этим тезисам. Но будем надеяться, что дальнейшие открытия смогут преодолеть эти противоречия.
Эксперименты первых эволюционистов
Современная синтетическая эволюционная теория базируется на сотнях сложнейших генетических и молекулярно-биологических экспериментов. В то же время, она практически ни в чем не противоречит базовой теории эволюции Дарвина. Совершенно непостижимо, как один ученый смог создать 150 лет назад эту теорию, не опираясь даже на такие понятия, как ген или хромосома. Гениальность Дарвина состоит в том, что он создал свою теорию, базируясь лишь на палеонтологическом методе и методе наблюдения за живой природой.
Предотвращение краха дарвинизма
Работа Хаксли – «Эволюция – современный синтез» практически спасла дарвинизм от краха (см. Рис. 3). Дело в том, что в середине века многие ученые готовы были отказаться от дарвинизма, основываясь только на том, что некоторые эксперименты противоречили ему. Однако Хаксли смог доказать, что эти эксперименты не только не противоречат дарвинизму, но и, более того, – подтверждают его.
Рис. 3
Эксперимент, подтверждающий микроэволюцию
Эволюция практически недоступна для эксперимента. Смена поколений у живых существ длится месяцы, годы или даже десятилетия, поэтому проследить эволюционный путь какого-то вида просто невозможно. Большим успехом в области экспериментов с эволюцией стало наблюдение за микроорганизмами. Дело в том, что новое поколение кишечной палочки образуется уже за 10 – 20 минут, поэтому в течение нескольких суток, недель или месяцев можно накопить огромное количество поколений (см. Рис. 4). В таком масштабе мутации будут достаточно проявляться, позволяя оценивать их роль для естественного отбора. Эти эксперименты с блеском подтвердили теорию эволюции Дарвина.
Рис. 4 Кишечная палочка