Текст книги "101 ключевая идея: Эволюция"

Автор книги: Дженкинс Мортон

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 10 страниц)

ОТБОР

Естественный отбор – это процесс, сокращающий в популяции пропорцию организмов, относительно неприспособленных к выживанию и увеличивающих пропорцию организмов с фенотипом, близким к оптимальному, для определенной среды и уровня конкуренции. Здесь важен высокий показатель выживаемости, поскольку он предоставляет организму возможность произвести потомство и передать свои гены следующим поколениям, внести их в общий генофонд. Большинство фенотипических признаков определяются генами и имеют тенденцию к нормальному распределению в популяции. Положение оптимального фенотипа определяет основной тип отбора. Существуют три основных типа отбора, которые приводят к улучшению признаков популяции при определенном наборе условий. Они таковы:

1. Стабилизирующий естественный отбор. Достигает цели, отсекая крайние проявления признаков.

2. Направленный естественный отбор. Приводит к распространению одной крайней степени признака.

3. Дизруптивный (раскалывающий) естественный отбор. Приводит к распространению крайних проявлений признаков, отсекая среднее.

Хотя и можно поделить отбор на данные типы, следует помнить, что все они тем не менее считаются различными аспектами одного общего процесса. Тот факт, что некоторые организмы менее приспособлены (то есть они обладают меньшей выживаемостью и/или способностью дать потомство), означает, что те, от кого зависит выживание популяции, конкурируют с организмами, которые все более и более становятся похожими на них. Если направленный естественный отбор постепенно ликвидирует одну крайность фенотипического ряда, то в конечном итоге наступит момент случайного распределения оптимального фенотипа. Тогда в действие приводится стабилизирующий отбор, поддерживающий устойчивое положение.

Первый тип отбора (стабилизирующий) можно пояснить на примере роста людей. Если в каком-то обществе важно иметь средний рост, то очень высокие или низкие люди будут страдать от определенных неудобств. Это называется «высокое давление отбора».

См. также статьи «Искусственный отбор животные», «Искусственный отбор растений», «Естественный отбор».

ОУЭН, РИЧАРД

Ричард Оуэн (1804–1892) – известный анатом и палеонтолог, родился в Ланкастере. Он изучал медицину сначала в Эдинбургском университете, а затем в больнице св. Варфоломея в Лондоне. По совету своих наставников он занялся научными исследованиями и работал в музее Королевского хирургического колледжа, составляя многочисленные каталоги. В 1832 году он опубликовал трактат о наутилусе и следующие 50 лет посвятил изучению сравнительной анатомии многих животных, в особенности птиц. Он применял свои анатомические знания в таком трудном деле, как восстановление облика вымерших животных по разрозненным окаменелым остаткам и внес весомый вклад в развитие палеонтологии и изучение эволюции. Свое мастерство анатома Оуэн совершенствовал, препарируя животных, умерших в лондонском зоопарке. Его реконструкции вымерших рептилий часто напоминали гигантские варианты современных видов.

Одним из основных вкладов Оуэна в научный лексикон стало изобретение слова «динозавр». Он составил его в 1842 году из двух греческих корней deinos – ужасный и sauros – ящер. В канун нового 1853 года он вместе с компанией, состоящей из 21 ученого, устроил праздничный ужин в Лондонском хрустальном дворце внутри одной из реконструированных им огромных моделей динозавра.

В 1849 году он стал хранителем Королевского хирургического музея, а в 1856 году – заведующим отделом естественной истории Британского музея. В этой должности он многое сделал для открытия отдельного Музея естественной истории в лондонском Южном Кенсингтоне. На приобретение первого экспоната, почти полной окаменелости археоптерикса, он потратил денег в два раза больше, чем позволял ежегодный бюджет музея. Оуэн продолжал работать до 1884 года, когда он вышел в отставку и уехал в Ричмонд.

Несмотря на огромную работоспособность и трудолюбие, некоторые из выводов Оуэна оказались ложными. Он много писал о сравнительной анатомии и палеонтологии позвоночных, будучи пионером в этой области. Он был настроен против дарвиновской теории эволюции и отрицал возможность происхождения человека и приматов от одного общего предка.

См. также статьи «Археоптерикс», «Дарвинизм», «Динозавры».

ПЕКИНСКИЙ ЧЕЛОВЕК

Пекинский человек – один из возможных ранних предков современного человека, возраст остатков которого составляет около 1,8 миллиона лет. Первое свидетельство его существования было получено в виде окаменелых зубов, которые известный немецкий палеонтолог Макс Шлоссер купил в пекинской аптеке. Во время геологических исследований в Китае в 1921 году палеонтологи, по крайней мере из семи стран пытались обнаружить останки древнего человека близ деревни Чжоукоудянь. Среди этих преданных своему делу ученых были швед Й. Гуннар Андерссон и канадец Дэвидсон Блэк. В 1926 году они обнаружили окаменелые зубы в заброшенной каменоломне близ Пекина и идентифицировали их как останки пекинского человека. Блэк дал научное название этому раннему звену или ветви человеческой эволюции: Sinanthropuspekinensis (синантроп), что значит китайский человек из Пекина. С 1927 по 1937 год палеонтологи из китайско – шведской экспедиции обнаружили останки более 40 индивидуумов, причем были найдены свидетельства каннибализма, использования огня и примитивных кварцевых орудий. В 1934 году Блэк умер и его преемник в Пекинском университете (немецкий анатом Франц Вайденрайх) в 1936–1937 годах нашел еще большее количество остатков пекинского человека.

Во время Второй мировой войны была предпринята транспортировка останков пекинского человека в США. К сожалению, в тот день, на который была назначена отправка, японцы разбомбили Перл-Хабор и объявили войну США. Японские войска захватили поезд, в котором останки везли в порт Цзиньхуандао и их больше никогда не видели. Но Вайденрайх, к счастью, успел сделать гипсовые отпечатки и отправить их в Америку. После окончания войны были предприняты поиски оригиналов бесценных останков, но без успеха. Через пятнадцать лет название Sinanthropus pekinensis было заменено на Homo erectus (человек прямоходящий), то есть пекинский человек был отождествлен с яванским человеком, которого нашел Эжен Дюбуа.

См. также статью «Дюбуа, Эжен».

ПЕРИОДИЧЕСКИ НАРУШАЕМОЕ РАВНОВЕСИЕ

Одна из наиболее важных современных концепций, представляющих собой усовершенствование эволюционной теории, – это концепция периодически нарушаемого равновесия, впервые предложенная Н. Элдриджем и Стивеном Джеем Гоулдом в 1972 году. Эти ученые заметили, что порой среди окаменелостей начинают попадаться новые виды, которых не было в отложениях предыдущих эпох, тогда как другие виды оставались неизменными на протяжении миллионов лет. Однако то, что кажется быстрым по геологической шкале, не обязательно таково с точки зрения генетического времени. В конце 1970 годов А. Р. Темплтон провел генетические исследования, в ходе которых доказал, что образование нового вида может произойти не за тысячи, а за десятки поколений и при относительно малых генетических различиях.

Среди тех окаменелостей, что были собраны ко времени Чарлза Дарвина, наблюдались большие хронологические пробелы, но при этом были и очевидные доказательства неожиданного появления многих новых форм в один и тот же геологический промежуток времени. Эволюция, как может показаться, двигалась не равномерно, а рывками. Долгие периоды времени, в течение которых определенные виды сохранялись в почти неизменном виде, чередовались с периодами бурного развития и появления новых видов, которые в свою очередь оставались неизменными на протяжении следующего периода. Таким образом, долгие периоды стабильности перемежались с быстрыми периодами перемен. Это эпизодическое, а не постепенное изменение, было названо «периодически нарушаемое равновесие». Это отличается от положений классического дарвинизма, в котором всячески подчеркивалась роль постепенных изменений и размеренного, последовательного развития.

Видообразование млекопитающих в эволюции было быстрым – около 100 семейств за 30 миллионов лет. В отличие от них моллюски развивались гораздо медленней; им потребовалось около 500 миллионов лет, чтобы достичь того же уровня многообразия, что и млекопитающим. Т. С. Уэстолл в 1949 году провел классические исследования ископаемых видов двоякодышащих рыб с целью выяснить особенности их медленной эволюции. Установив набор признаков каждого ископаемого рода, Уэстолл показал, что, начиная с середины палеозойской эры (около 400 миллионов лет назад), перемены во внешнем виде происходили быстро на протяжении первых 100 миллионов лет, но впоследствии резко замедлились, и за последние 150 миллионов лет не было никаких изменений.

ПЕРИПАТУС

В горных породах кембрийского периода (540–505 миллионов лет назад) находят останки животных, которые, вероятно, свидетельствуют о родственной связи между кольчатыми червями (такими, как земляные черви) и членистоногими. Это, в частности, окаменелые останки животного Aysheaia, которые обнаружили в сланце Бёрджесс. Это маленькое морское животное было поделено на кольцевые доли, как и кольчатые черви, но имело ножки, с помощью которых передвигалось, подобно современным сороконожкам. Их потомки вышли на Землю и, возможно, от них произошли современные реликтовые (живое ископаемое) виды перипатуса (Peripatus).

Перипатус довольно сильно напоминает своего кембрийского предка. 70 различных его видов встречаются в тропической Америке, Африке и Австралазии. Они имеют червеобразное тело, уменьшающееся к задней части. Перипатус около 7 сантиметров в длину, но он может вытягиваться и сокращаться. Цвет может варьироваться от темно – серого до красновато-коричневого. Кожа сухая и шершавая; каждая из 20 (или около того) пар ног оканчивается крючками, причем ноги тоже кольчатые, как и тело. Наиболее примечательно в перипатусе то, что он обитает исключительно на суше, но сохраняет дыхательную систему, указывающую на его водное происхождение.

Еще в 1874 году, когда X. Н. Мосли первым из натуралистов исследовал перипатуса, было решено, что он относится скорее к членистоногим, чем к кольчатым червям. Интересно, что перипатус встречаются в лесах, хотя Мосли в то время занимался океанографическими исследованиями на корабле «Челленджер». Он воспользовался семинедельной передышкой в Кейптауне и исследовал окрестные земли. По этой причине первому найденному виду присвоили название Peripatus moseleyi, по фамилии его первооткрывателя.

Ископаемый предок перипатуса, Aysheaia, имеет возраст около 500 миллионов лет. Было найдено 19 образцов этого животного, но большинство из них имеет вид невзрачного ржавого пятна на известняке. Однако этого оказалось достаточно, чтобы специалисты определили строение его тела и ног. Теперь уже нет сомнений, что он был дальним родственником перипатуса, которого иначе называют еще «бархатный червь» и который до сих пор ползает по влажным тропическим лесам.

См. также статьи «Сланец Бёрджесс», «Живые ископаемые».

ПИЛТДАУНСКИЙ ЧЕЛОВЕК

Пилтдаунский человек вошел в историю антропологии как один из самых скандально известных розыгрышей. Его открытие относится к 1912 году, но о том, что это подделка, узнали только в 1953 году. Череп пилтдаунского человека был реконструирован на основе окаменелостей, найденных при раскопках близ селения Пилтдаун – Коммон в английском графстве Суссекс. Их нашли Чарлз Доусон и смотритель отдела геологии Лондонского музея естественной истории Артур Смит Вудворд. В результате тщательного осмотра местности они обнаружили 11 фрагментов черепа, правую половину нижней челюсти с двумя коренными зубами, несколько кремневых орудий и окаменелые кости вымерших животных. Было высказано предположение, что черепу около 200 000 лет.

Средства массовой информации окрестили пилтдаунского человека недостающим звеном, а официально ему было дано название Eoanthropus dawsoni – человек зари Доусона. В течение последующих 30 лет останки древних гоминидов были найдены в Африке и Азии, но ни один из них не походил на пилтдаунского человека. В 1 948 году его останки были подвергнуты экспертизе при помощи фторового анализа и у экспертов возникли серьезные вопросы по поводу подлинности пилтдаунского человека. Оказалось, что челюсть была позаимствована у средневекового орангутанга, умершего в 10 лет. Фрагменты черепа были древнее челюсти, но все равно не такими древними, как хотелось бы. Некоторые из зубов были специально подпилены, чтобы показаться стершимися. Так что, вне всякого сомнения, это была хорошо организованная подделка.

В свое время пилтдаунский человек пришелся как раз к месту – ученые начала века были озабочены поисками «недостающего звена» эволюции, совмещающего черты человека и обезьян. Как видно, иногда предвзятые идеи и ожидания оказываются сильнее доводов разума. Злоумышленника, ответственного за этот розыгрыш, так и не нашли (и, видимо, уже никто не узнает, кем он был). В 1954 году Джозеф Сидни Вайнер применил к этому эпизоду некоторые методы судебной экспертизы и описал свои выводы в книге «Пилтдаунская подделка». Несмотря на его тщательные исследования, пилтдаунская подделка так и осталась загадкой.

См. также статьи «Люси», «Пекинский человек».

ПЛЕЗИОЗАВРЫ

Плезиозавры – это большая группа водоплавающих рептилий триасового и мелового периодов (245–144 миллиона лет назад). Две основные линии этих животных произошли от общего предка, жившего в триасе, но они сильно отличались друг от друга. Их предком, по всей видимости, был 3 – метровый нотозавр (Nothosaurus) с вытянутыми зубастыми челюстями, длинной шеей, перепончатыми лапами и плавниками в верхней части длинного хвоста, обитавший у берегов и питавшийся рыбой.

Плезиозавры были более приспособленными для жизни в море, но не настолько хорошо, как ихтиозавры. Представители одной из групп, эласмозавры, обладали длинной шеей и коренастым телом. Их конечности развились в плавники, при помощи которых они передвигались в воде в «летающей» манере. Рулить им помогал ромбообразный плавник на конце короткого хвоста. Они, скорее всего, ловили рыбу у поверхности океана, благодаря длинной шее быстро забрасывая голову в косяки рыбы. Так они могли поймать несколько рыб за один раз, не производя телом никаких движений.

Находка 1868 года окаменелого скелета эласмозавра (Elasmosaurus) в США послужила поводом для полемики двух соперничающих палеонтологов, Эдварда Коупа и Отниела Марша. Окаменелость описал Коуп, но он по ошибке поместил череп на конце хвоста, а не на шее. Марш публично указал ему на это, и, говорят, Коуп никогда не простил Маршу того, что он высмеял его перед общественностью.

Другая группа водных рептилий – пилозавры обладали короткой шеей и были крупнее эласмозавров. Некоторые, например кронозавр (Kronosaurus), найденный в меловых отложениях Австралии, в длину достигали 12 метров. Все они имели большие головы, до одной пятой от длины тела, и обтекаемую форму. Должно быть, они считались эквивалентом современного кашалота и охотились на предков современных гигантских кальмаров. Ихтиозавры, эласмозавры и пилозавры, по всей видимости, не составляли друг другу конкуренции, так как ловили добычу на различных глубинах древних морей.

См. также статью «Ихтиозавры».

ПОСТЕПЕННАЯ ЭВОЛЮЦИЯ

Спор о том, происходит ли эволюция непрерывно и постепенно или же она идет эпизодическими скачками, уходит корнями еще в начало 1940 годов. Тогда Эрнст Майр предположил, что некоторые современные роды птиц эволюционировали очень быстро, каждый как небольшая маргинальная популяция вида-предка. В таких небольших и изолированных популяциях эволюционные перемены происходят быстро, и если подобные процессы в прошлом происходили часто, то вероятность, что среди окаменелых останков мы найдем подробные стадии этого процесса, очень мала, если она вообще есть. В 1970 годах его точку зрения активно поддержали Найлс Элдридж и Стивен Джей Гоулд. Именно они впервые назвали две различных гипотезы в эволюционной теории периодически нарушаемым равновесием (скачкообразная эволюция) и градуализмом (постепенная эволюция). Как только был брошен вызов классическим представлениям, современные приверженцы эволюционной теории разделились на два лагеря – убежденных сторонников скачкообразной эволюции и не менее решительно настроенных сторонников постепенной эволюции. С тех пор продолжались непрерывные споры, и постепенно многие неспециалисты пришли к мнению, что споры идут о том, имела ли вообще место эволюция или нет. На самом деле обе стороны признают, что современные виды произошли от других видов и речь идет только о возможном механизме, ответственном за процесс происхождения видов, который продолжается и в наше время.

Свидетельства неожиданного появления новых видов в те или иные геологические эпохи могут быть взяты на вооружение теми креационистами, которые не ограничиваются написанным в Библии. Они могут рассматривать эти случаи как периодические акты творения сверхъестественного существа, а исчезновение старых видов объяснять катастрофами. Такие взгляды невозможно доказать научными методами.

Эти два взгляда – гипотеза постепенной эволюции и гипотеза скачкообразной эволюции – призваны объяснить механизм возникновения новых видов. Основной проблемой при сравнении этих двух гипотез является то, что данные об ископаемых видах ограничиваются скелетными остатками. У нас нет почти никаких сведений о том, какими были мягкие части организмов, не говоря уже о характере их поведения или об экологических сообществах, в которых проходило образование новых видов.

См. также статьи «Креационизм», «Периодически нарушаемое равновесие».

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ

Основные теории, предложенные на этот счет, можно свести к четырем гипотезам:

1. Жизнь не имеет начала. Жизнь, материя и энергия сосуществуют в бесконечной и вечной Вселенной.

2. Жизнь была создана в результате сверхъестественного события в особый момент в прошлом.

3. Жизнь на этой планете появилась откуда-то из другого места Солнечной системы или Вселенной.

4. Жизнь возникла на этой планете в строгом согласии с химическими и физическими законами.

Из этих гипотез первая не соотносится с фактами, известными на сегодняшний день. Вторую невозможно проверить научными методами, и она касается исключительно вопроса веры. Третья теория неудовлетворительна тем, что просто переносит проблему в другое место; к тому же она тоже маловероятна, поскольку трудно представить, будто жизнь может пересечь межпланетные и межзвездные пространства. Для этого потребовалось бы полностью остановить метаболические процессы и обладать необычайной защитой от сильного космического излучения. Космическая радиация и вакуум оказываются летальными для любого живого организма. То же самое относится и к «семенам жизни» первой гипотезы.

Четвертая гипотеза кажется наиболее достоверной и ее можно проверить научными методами. В 1936 году советский биохимик А. И. Опарин опубликовал работу «Возникновение жизни на Земле», в которой предполагал, что атмосфера древней Земли состояла из смеси аммиака, воды и метана. В 1953 году Стэнли Ллойд Миллер смоделировал такую атмосферу в особом аппарате, через нее он в течение недели постоянно пропускал электрические разряды. Таким образом из неорганических молекул ему удалось получить нечто вроде аминокислот (строительных кирпичиков белков). К 1968 году подобным образом были синтезированы все известные аминокислоты. К началу 1990 годов из простых химических соединений были синтезированы все основные фрагменты ДНК, а ближе к концу столетия – самореплицирующиеся молекулы.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПРИМАТОВ

Приматы произошли от бокового ответвления насекомоядных (предков современных землероек). Большинство из современных приматов обладают общими признаками, в том числе высокоразвитым мозгом, хорошим зрением, относительно слабым обонянием и цепкими конечностями. Хвосты, которыми можно хвататься за ветки, распространены только среди обезьян Нового Света (Южная Америка). У более крупных обезьян Старого света, таких, как горилла, хвост исчез.

Считается, что предком приматов была плезиаспида (Plesiadaspis), обитавшая в Северной Америке и Европе около 60 миллионов лет назад. Это животное обладало чертами грызунов, такими, как острые резцы, и выглядело, по всей видимости, как современная белка. У него была вытянутая мордочка, а чувство обоняния играло довольно важную роль. Мозг же был небольшой и простой по строению. Скелет также был примитивным с передними и задними ногами приблизительно равной длины, с когтями на пальцах; конечности животного не были цепкими.

Около 50 миллионов лет назад в Северной Америке и Европе появилась группа более развитых приматов. Члены этой группы гораздо более напоминали современных лемуров, чем плезиаспида, например, формой зубов, увеличенным мозгом, уплощенной мордой и прямо расположенными глазами. Они разошлись на несколько ветвей, представители одной приобрели большее количество зубов и утратили признаки, которые можно обнаружить у многих современных низших приматов.

Различные группы отличались и по тому, как они передвигались по деревьям. Многие современные низшие приматы передвигаются прыжками в вертикальном положении, цепляясь за стволы и большие ветки, отталкиваясь от них мощными задними ногами. Их предки еще не развили такой специализации: они были четвероногими и передвигались по небольшим ветвям деревьев. При этом им пришлось расширить свой рацион и включить в него наряду с насекомыми фрукты и почки.

Но ни один из этих ископаемых видов, по всей видимости, не являлся предком высших приматов (обезьян). В эоцене широко распространились омомииды (Omomyidae), которые были менее специализированными. Они – то, скорее всего, и были предками высших приматов.