Текст книги "101 ключевая идея: Эволюция"

Автор книги: Дженкинс Мортон

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 10 страниц)

ВИДЫ

Существует почти столько же определений термина «вид», сколько самих видов. Проблемы с определением возникают, потому что с точки зрения таксономии видом называются организмы, обладающие особыми морфологическими признаками, которые описываются по некоторым мертвым типичным представителям. Однако в природе виды различаются во времени и пространстве; существуют градации в форме, что приводит к неясности, где заканчивается один вид и начинается другой. Например, американский певчий воробей, распространенный в США, имеет много местных разновидностей, различающихся по оперению и свисту. Но все эти разновидности принадлежат к одному виду так же, как и люди разных рас. Они могут скрещиваться и давать смешанное потомство. Именно возможность скрещиваться и объединяет организмы одного вида, ограничивая их от представителей других видов. Расы и разновидности дают плодовитое потомство, что невозможно у видов. Наиболее продуктивное определение вида, которое используется в биологии, дано известным зоологом Эрнстом Майром:

«Вид – это группа скрещивающихся или обладающих такой возможностью популяций, которая репродуктивно изолирована от других подобных групп».

Такое определение, конечно же, не подходит к самооплодотворяющимся организмам или организмам, размножающимся неполовым путем. Тем не менее такие группы тоже обычно называются видами, потому что они состоят из очень похожих друг на друга организмов. Таким образом, виды – это крупнейшие группы организмов с общим генофондом. Всего на Земле в настоящее время существует около 3 миллионов таких групп, но их число и признаки со временем изменяются. Некоторые из этих видов находятся в устойчивой связи с окружающей средой, другие вымирают, а третьи развиваются и образуют новые виды.

С развитием новых генных технологий, таких, как генетический анализ, определение общего генофонда становится более плодотворным методом выделения видов, нежели субъективные таксономические методы, основанные на внешних признаках.

См. также статью «Генетический анализ».

ГАЛАПАГОС, ОСТРОВА

Чарлз Дарвин посетил острова Галапагос в 1835 году во время кругосветной экспедиции на корабле «Бигл». Там ему пришла идея о естественном отборе. Острова Галапагос получили свое название от испанского слова galapago – черепаха; иногда их также называли Заколдованными островами. Это группа островов вулканического происхождения, лежащая в 580 милях к западу от побережья Эквадора, обладает уникальной экосистемой животных, которые за время изоляции развили различные специализированные приспособления. Дарвин писал о них: «Нигде больше не найдешь маленький мир с такими обитателями». Там встречаются морские игуаны до полуметра длиной, питающиеся водорослями; их Дарвин называл «демонами тьмы, черными, как пористые камни, по которым они ползают». Он обнаружил гигантских черепах, различающихся по размеру панцирей и способу добывания пищи, в зависимости от того острова, на котором они обитают. Эти гигантские черепахи уже не живут в глубине островов, хотя там находят их ископаемые останки. Сегодня на Галапагосах существует десять различных пород черепах (изначально там было по меньшей мере 15 разновидностей, но за последние 400 лет 5 из них исчезли по вине людей). И только одна порода, потомок вида, который некогда обитал на острове Пинта, обитает сейчас на воле. Остальные разновидности содержатся на исследовательской станции имени Чарлза Дарвина на острове Санта-Крус.

В 1957 году группа ученых в сотрудничестве с защитниками окружающей среды и журналом «Лайф» предложила сделать некоторые из островов заказниками, в которых сохранялись бы уникальные фауна и флора. Была образована станция имени Чарлза Дарвина, служащая международным исследовательским центром.

Пожалуй, самым известным наблюдением Дарвина является изучение островных птиц, прежде всего вьюрков. Дарвин обнаружил 13 разновидностей, которые произошли от общего предка, прибывшего с Большой Земли. Он предположил, что птицы колонизировали острова в основном в процессе адаптации, которая позволила им эксплуатировать доступные пищевые ресурсы.

См. также статьи «Дарвинизм», «Дарвиновы вьюрки», «Естественный отбор», «Экспедиция „Бигла“».

ГЕККЕЛЬ, ЭРНСТ ГЕНРИХ

Эрнст Генрих Геккель (1834–1919) – известный немецкий натуралист, пропагандировавший теорию Дарвина и первый составивший генеалогическое древо животного мира. Он родился в Потсдаме; в 1862 году стал профессором сравнительной анатомии и директором Зоологического института в Йене. Основную часть жизни провел в Йене, за исключением экспедиций и поездок с курсом лекций.

В то время в ученом мире велось много споров по поводу работы «Происхождение видов», которую Дарвин опубликовал в 1859 году. Геккель стал убежденным сторонником этой теории и сделал многое для популяризации идей дарвинизма в Германии. Он известен прежде всего тем, что сформулировал биогенетический закон и теорию рекапитуляции. Впервые свои взгляды на процесс формирования индивида (онтогенез) еще в 1828 году изложил Карл Эрнст фон Бэр; в 1863 году последовало более подробное исследование Иоганнеса Мюллера.

Однако именно Геккель интерпретировал законы развития эмбрионов с точки зрения эволюционной теории и расширил границы первоначальных идей, так что начиная с 1866 года авторство этих законов стали приписывать ему.

Биогенетический закон гласит, что эмбрион любого вида повторяет в своем развитии основные этапы эволюции своего вида или, выражаясь научным языком, что «онтогенез повторяет филогенез».

Карл Эрнст фон Бэр в своей публикации писал, что ранние стадии развития зародыша животных не повторяют поздние стадии развития животных, находящиеся на нижних ступенях формирования, а соответствуют ранним стадиям развития этих животных. Геккель в своей теории рекапитуляции утверждал, что у эмбриона повторяются признаки поздних этапов развития взрослых животных. В качестве примера он приводил жаберный карман эмбриона птицы, который якобы повторяет по структуре жаберные щели взрослых рыб. Данная теория рекапитуляции оказалась ложной, поскольку жаберный карман эмбриона птицы имеет сходство с жаберными щелями эмбрионов рыб.

См. также статьи «Дарвинизм», «Биогенетический закон как свидетельство эволюции».

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

В 1980 годах профессор Алек Джеффрис из Лестерского университета доказал наличие многочисленных участков ДНК, которые не следует считать кодом аминокислот. Эти участки назвали минисателлитные ДНК. Тысячи ДНК разбросаны по всем хромосомам; возможно, это результат ошибок при воспроизведении ДНК. Количество раз, которое повторяются эти участки, почти уникально для каждого индивида. Если изучить участки ДНК, то можно получить генный профиль человека.

Шанс, что два человека имеют один и тот же генный профиль, равен одной миллионной, если только они не однояйцовые близнецы.

Генный профиль получают следующим образом:

1. Из любой ткани выделяют клетки.

2. Из ядра клеток выделяют ДНК.

3. ДНК разрезают на фрагменты при помощи рестрикционных ферментов.

4. Фрагменты отделяют друг от друга при помощи электрофореза. Это процесс, при котором смесь взвешенных частиц в электропроводящем растворе подвергают действию электрического поля. Электрически заряженные ДНК движутся к противоположно заряженным электродам: позитивно заряженные движутся к катоду, а негативно заряженные – к аноду. Скорость передвижения различна и зависит от размеров фрагмента.

5. Фрагменты переносят на нейлоновую мембрану и подвергают так называемому саузерн-блоттингу. Нейлоновая мембрана помещается между гелем и листами промокательной бумаги. Фрагменты ДНК переходят в мембрану.

6. На мембрану наносят гидроокись натрия. Она разделяет ДНК на отдельные нити, не повреждая последовательности оснований.

7. Фрагменты ДНК идентифицируются посредством ДНК – зонда. Это часть ДНК с базовым основанием, комплементарным (взаимно дополняющим) к основанию минисателлитной ДНК. Зонд метят радиоактивным индикатором, который оставляет следы на рентгеновской пленке.

8. Рентгеновскую пленку помещают на мембрану и проявляют. В результате получают рисунок полосок, похожий на штрих-код товара. По ним видно, где зонд соединился с ДНК.

ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ИЗОЛЯЦИЯ

Географические барьеры оказывали основное влияние на образование новых видов. Если особи одной популяции не могут достичь особей другой популяции, то они нескрещиваются. Дрейф материков, образование гор и вулканическая активность часто создавали барьеры, разделявшие представителей одного вида. В озерах, представляющих собой остатки более крупных пресных водоемов, развивались различные подвиды рыб. Возьмем для примера радужную форель, обитающую в США. Все современные подвиды произошли от одного вида, который когда – то мог достичь любой точки водоема, ныне поделенного на отдельные озера и реки. В Великобритании сохранилась озерная форель, оказавшаяся в некоторых изолированных озерах, сохранившихся после таяния ледника.

В Австралии распространение разнообразных сумчатых и отсутствие плацентарных млекопитающих произошло в результате физического отделения материка от остальных частей света. Сумчатые возникли в Северной Америке, затем распространились по Южной Америке и Европе. Но в Северной Америке и в Европе они вымерли, потому что не могли выдержать конкуренции с плацентарными.

Однако из Южной Америки они пересекли Антарктиду и достигли Австралии. При отсутствии конкуренции со стороны плацентарных они образовали большое количество современных видов благодаря дивергенции и адаптивной радиации.

Острова возникают различными способами, такими, как прибрежная эрозия, вулканическая активность или образование кораллов, но в любом случае окружающая среда оказывает глубочайшее воздействие на эволюцию организмов. Естественный отбор приводит к быстрому изменению и разветвлению «иммигрантов».

Естественный отбор привел к образованию форм, значительно отличающихся от тех видов, что обитали изначально на островах, например дарвиновы вьюрки.

См. также статьи «Адаптивная радиация», «Аллопатрическое видообразование», «Дрейф материков», «Дарвиновы вьюрки», «Галапагос, острова», «Естественный отбор», «Ниша», «Репродуктивная изоляция».

ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКАЯ ШКАЛА

ГИНКГО ДВУЛОПАСТНЫЙ

В свое время появление группы саговниковых растений создало настоящий эволюционный прорыв. Эти растения внешне напоминают пальму и имеют большие стволы с жесткими листьями у основания. Около 120 миллионов лет назад они были широко распространены по всей планете, но сегодня встречаются только в тропических и субтропических регионах. Это одни из первых семенных растений. Близкий родственник древних саговниковых вполне может претендовать на роль самого древнего растения в мире и с полным правом называться живым ископаемым. Это гинкго двулопастный (Ginkgo biloba), единственный уцелевший вид семейства и отдела гинкговых, современник динозавров. Он имеет уникальные вееровидные двулопастные листья, окаменелые останки которых встречаются в отложениях пермского периода (286–245 миллионов лет назад). По всей видимости, эти растения появились в каменноугольный период (360–286 миллионов лет назад).

На территории Великобритании гинкго сохранялся до середины третичного периода (около 50 миллионов лет назад). Во время юрского периода (около 200 миллионов лет назад) он достиг наивысшего расцвета и распространился по всему миру. Этому во многом способствовал тот факт, что его семена долгое время могут находиться в морской воде, не теряя жизнеспособности. Но с тех времен ареал его распространения постепенно сокращался, и в настоящее время, по всей видимости, в диком виде он уже не встречается.

Известные гинкговые деревья лондонского Кьюгарденз были посажены в 1760 году. В Китае и Японии гинкго с незапамятных времен сажали возле храмов. Вероятно, он и сохранился только потому, что китайцы считали его священным растением. Сегодня его можно встретить во многих городах, в парках или даже на улицах в качестве зеленых насаждений, поскольку он хорошо переносит болезни, загрязнения воздуха и устойчив к насекомым-вредителям.

Название «гинкго» является в некотором роде этимологической загадкой. Предполагается, что оно происходит от искаженного японского «гинко», соответствующего двум китайским иероглифам со значением «серебряный плод», что указывает на плоды этого дерева, похожие на сливы.

Их семена часто продаются на китайских рынках в виде соленых орешков.

См. также статью «Живые ископаемые».

ДАРВИН, ЧАРЛЗ

Теория эволюции обычно связывается с именем Чарлза Дарвина, который в конце 1850 годов предложил на рассмотрение ученому миру свою гениальную гипотезу естественного отбора.

Дарвин родился в английском городе Шрусбери в семье состоятельного доктора. В местной частной школе он получил обычное для того времени образование, в которое входило заучивание стихов на латинском и греческом языках, а также классическая история и география. В учебный план естественная история не входила, и потому он удовлетворял свой интерес в этой области, читая книги. В сарае сада он проводил эксперименты и гулял по окрестностям, ловил рыбу, охотился и собирал минералы, камни и насекомых. Его отец относился к этим занятиям неодобрительно.

«Ленивого» мальчика отослали в Эдинбург изучать медицину. Вид двух операций, проведенных без обезболивания, вызвал в нем отвращение, и через два года, когда стало ясно, что медицина не для него, 17-летний юноша вернулся в Шрусбери. Семья решила, что он должен стать священником, и в 1828 году он начал изучать богословие в Кембридже. Но Чарлз по-прежнему не проявлял особого интереса к учебе и только сердил отца, которому не нравились образ жизни его сына и его друзья.

Окончив в 1831 году обучение со скромной степенью бакалавра, Дарвин уже приготовился принять посвящение, но вмешался случай. По совету своего профессора и наставника, Джона Хенслоу, Дарвин записался в кругосветную экспедицию на военном корабле королевского флота «Бигл» в качестве неоплачиваемого натуралиста. Это был поворотный пункт в его жизни, потому что отплыл из Англии неизвестный молодой человек без особых целей в жизни, а вернулся гениальный наблюдатель природы. Наблюдения и выводы, сделанные им во время путешествия, легли в основу одной из самых знаменитых в истории человечества книг. В 1859 году Дарвин опубликовал труд «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь», более известный как «Происхождение видов».

См. также статьи «Дарвинизм», «Экспедиция „Бигла“».

Дарвинизм

Дарвинизм – это предложенная Дарвином теория, объясняющая механизм эволюционного развития. Она утверждает, что в любой популяции организмов с различными признаками только наиболее приспособленным удается выжить и произвести потомство. Менее приспособленные к условиям окружающей среды особи погибают, не оставив потомства. Поэтому неблагоприятные признаки, которыми обладают менее приспособленные особи, не передаются по наследству и исчезают, а благоприятные признаки становятся более распространенными. С течением времени характерные черты вида меняются, и это приводит к образованию нового вида.

Слабость теории Дарвина состоит в том, что она не объясняет причины изменчивости, на основе которой действует естественный отбор. В то время полагали, что признаки родителей смешиваются во всем потомстве. Этот недостаток теории был восполнен работами Грегора Менделя и его описанием дискретной наследственности.

Другая слабость дарвинизма состояла в том, что Дарвин не мог доказать теорию на практике. Он был знаком с принципами искусственного отбора, но ничего не мог знать о генах, так как труды Менделя признали только в 1900 году. Из многотысячелетнего опыта человечества известно, что благодаря отбору животных и растений с желаемыми признаками можно вывести новые разновидности. Дарвин продемонстрировал применение принципов искусственного отбора на примере получения новых пород голубей в графстве Кент. По всей видимости, это было единственное экспериментальное свидетельство в пользу его теории естественного отбора. Он сделал вывод, что природа может действовать как человек и направлять отбор организмов. Дарвин предположил, что этот процесс носит более случайный и непредсказуемый характер, чем искусственный отбор под надзором людей.

См. также статьи «Искусственный отбор животные», «Искусственный отбор растений», «Дарвин, Чарлз», «Дарвиновы вьюрки», «Менделизм», «Естественный отбор», «Естественный отбор под влиянием хищников».

ДаРВиноВЫ ВЬюРки

В 1835 году Чарлз Дарвин, находясь в составе экспедиции на борту корабля «Бигл», посетил острова Галапагос. Вьюрки, которых он там обнаружил, позже назвали «дарвиновыми», поскольку наблюдение за этими птицами послужило одним из толчков к составлению теории эволюции методом естественного отбора. Предков этих вьюрков предположительно занес на эти острова сильный ветер, и, оказавшись на неосвоенной территории, они эволюционировали в несколько различных разновидностей, заполнив пустые ниши, имеющиеся на островах. Во многих аспектах их жизни можно наблюдать процесс дивергенции от общего предка и различные приспособления к условиям обитания.

Эти вьюрки характерны исключительно для Галапагосов. За исключением одного вида, обитающего на острове Кокос, в 600 милях к северо-западу, нигде в мире они больше не встречаются. Их предки прибыли сюда из Южной Америки, в 600 милях к востоку.

Внешне дарвиновы вьюрки не особо интересны – они имеют серовато-коричневую окраску, с черными пятнами у некоторых самцов, и среди 14 видов (из которых Дарвин открыл 13) наблюдается очень мало вариаций, за исключением строения клюва и рациона. Это как раз и необычно, так как на материке вьюрки отличаются преимущественно по оперенью, а не по строению тела.

Формы клювов связаны с типом пищи, которую потребляют вьюрки. Они варьируются от твердых до мягких, и от них зависит выживание вьюрков в той или иной нише. На Галапагосах мало других видов птиц, и потому предки вьюрков не встретили особой конкуренции. Там, где есть конкуренция, например на морском побережье, вьюркам не удалось занять эти ниши. По всей видимости, из – за конкуренции с хищными птицами, вьюрки не стали питаться мясом, хотя один вид потребляет кровь олуш, сидящих на гнездах, и питается яйцами. Ниша дятлов была занята одним из вьюрков, который при помощи кактусовой колючки выковыривает личинок жуков из коры деревьев.

См. также статьи «Галапагос, острова», «Естественный отбор», «Ниша», «Экспедиция „Бигла“».

ДАРТ, РАЙМОНД

Когда в 1924 году южноафриканский анатом австралийского происхождения, Раймонд Дарт, рассматривал окаменелости в кусках известняка, собранных управляющим карьера Туанга (место львов) на северо-востоке пустыни Калахари, он обнаружил окаменелый череп ребенка. Этот объект стал одним из самых важных доказательств происхождения человека из Африки. Дарт как раз собирался уйти из дома, чтобы быть шафером на свадьбе друга, когда решил взглянуть на куски известняка и окаменелости, которые ему доставили в тот день. То, что он увидел, чрезвычайно его поразило; позже он заявил, что обнаружил «недостающее звено» между обезьянами и человеком и, следовательно, нашего прямого предка. Эти останки назвали ребенком Дарта.

В свое время Дарта называли еретиком, потому что тогда считалось, будто первым шагом на пути эволюционного расхождения людей от обезьян было развитие крупного мозга. Черты ребенка из Туанга были прямо противоположными: у него была небольшая черепная коробка (указывающая на маленький мозг), а также челюсти и зубы, похожие на человеческие. До открытия Дарта родиной человечества называли Азию, но Дарт и Луис Лики развеяли этот миф.

Эксперты-антропологи 1920 годов опровергли теорию Дарта о том, что ребенок из Туанга, так называемый австралопитек (Australopithecus africanus – южная африканская обезьяна), является предком людей. Дарт расстроился и почти прекратил поиски родины гоминидов. В каменоломнях больше не находили останков, похожих на останки ребенка из Туанга. В 1990 годах было сделано предположение, что в то место ребенка притащила хищная доисторическая птица, поскольку отметки на его черепе могли быть оставлены когтями или клювом. И только Роберт Грум в 1938 году опроверг заключение экспертов и доказал правоту Дарта.

См. также статьи «Брум, Роберт», «Лики, Луис».