Эволюция для тех, кто хочет все успеть

Все права защищены. Книга или любая ее часть не может быть скопирована, воспроизведена в электронной или механической форме, в виде фотокопии, записи в память ЭВМ, репродукции или каким-либо иным способом, а также использована в любой информационной системе без получения разрешения от издателя. Копирование, воспроизведение и иное использование книги или ее части без согласия издателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

© ИП Сирота Э. Л. Текст и оформление, 2017

© Оформление. ООО «Издательство „Э“», 2017

Самое общее определение эволюции – естественный процесс развития жизни на Земле. Эволюция – это постоянное установление хрупкого баланса между растениями, живыми организмами и средой, в которой они обитают. См. главу I

«Выживают не сильнейшие виды и не самые разумные, а предпочтительно те, кто лучше других приспосабливается к изменениям». Чарлз Дарвин. См. главу III

Это удивительное существо с птичьими крыльями и скелетом динозавра, ископаемые останки которого были впервые найдены в 1861 году. См. главу V

Причина общности строения кроется в общности происхождения – у всех позвоночных был один и тот же пятипалый предок. См. главу VII

Да, потому что киты произошли от наземных парнокопытных млекопитающих, которые когда-то вернулись в воду. См. главу IX

Расчеты показали, что для создания полноценного глаза понадобится 364 000 поколений моллюсков, или 500 тысяч лет. См. главу X

В процессе наследования участвуют гены – участки ДНК, в которых зашифрована информация о каждом конкретном признаке данной особи, от строения органов до цвета глаз. ДНК находится в ядре каждой клетки организма, в том числе и в половых клетках. См. главу XII

Это сообщество популяций, живущих на близлежащих территориях, занимающих сходные экологические ниши, особи которых могут скрещиваться между собой и давать потомство. См. главу XV

Самая простая классификация мутаций – это разделение их на полезные, вредные и нейтральные. См. главу XVI

Биологические виды сохраняют единство благодаря миграциям и скрещиванию между особями разных популяций. См. главу XXI

Паразитами называют организмы, существующие за счет других видов. Они используют хозяев в качестве источника питательных веществ или места обитания. См. главу XXIV

Начальные этапы химической эволюции происходили и происходят не только на нашей планете. В космосе присутствуют некоторые виды органических веществ, которые при определенных условиях могли бы привести к появлению живых клеток. См. главу XXVII

Рассматривая картину появления и развития жизни на Земле, невозможно не заметить, что все происходило по пути постепенного усложнения – это и называют прогрессом. См. главу XXIX

Предисловие

Однажды Томас Гексли, последователь Дарвина, выступал в научном обществе с докладом об эволюционной теории. Слово взял священнослужитель, до глубины души возмущенный утверждением, что предком человека являются приматы. «А по какой линии – бабушки или дедушки – вы произошли от обезьяны?» – язвительно спросил он. «Я бы предпочел иметь среди своих родственников обезьяну, чем болтливого недалекого человека», – парировал Гексли.

Этот исторический анекдот свидетельствует о том, какие баталии велись в свое время вокруг теории эволюции. Люди не готовы были принять тот факт, что их предки и биологические родственники лазают по деревьям и ловят на себе блох. А между тем, среди наших предшественников на древе эволюции есть не только обезьяны.

Если оглянуться на четыре миллиарда лет назад, можно обнаружить общего предка всех живых существ на планете – единственную клетку, у которой не было даже ядра, но были признаки живого организма. Через два миллиарда лет у клетки появилось ядро, еще миллиард лет понадобился для того, чтобы она соединилась с другими клетками и стала многоклеточным организмом. Ну а дальше – самое интересное. Жизнь развивалась, приобретала разнообразные формы, планета заселялась удивительными растениями и животными, сменяющими друг друга. Сегодня вершина эволюции – человек. Но этот бесконечный процесс не может завершиться, он продолжается, а что будет дальше – покажет время.

Глава I

Все всегда меняется

Эволюция живых существ

Биология приобретает смысл только в свете эволюции.

Феодосий Добржанский

Жизнь удивительна и многообразна в своих проявлениях, одно из самых удивительных ее качеств – постоянное движение и преобразование. Ничто не остается постоянным надолго, всему суждено измениться или исчезнуть.

Эмпедокл из Акраганта, живший в V веке до н. э., одним из первых заговорил о подобии естественного отбора

Когда-то, по вселенским меркам не очень давно, Земля покоилась под коркой снега и льда; сотни лет назад она представляла собой один огромный континент, окруженный океаном; до этого она была расплавленным и раскаленным шаром, а еще раньше ее не было вовсе. В природе нет постоянства – все, от галактик до микробов, непрерывно претерпевает изменения. Обычному человеку за его короткую жизнь заметить эти изменения непросто, но ученые, с их масштабным видением, давно установили, что эволюционные процессы затрагивают все системы: звезды и планеты, континенты и ландшафты, растительные и животные сообщества, социальные институты и т. д.

И все же, когда речь заходит об эволюции, чаще всего говорят о биологии и живых организмах. Таким образом, самое общее определение эволюции – естественный процесс развития жизни на Земле. К эволюционным процессам относят формирование приспособлений и адаптаций, образование новых видов и вымирание нежизнеспособных, генетические изменения, трансформацию экологических систем и биосферы планеты.

Еще одно определение

Эволюцией в общем смысле этого слова называют изменение любых сложных систем во времени

Эволюция – это постоянное установление хрупкого баланса между растениями, живыми организмами и средой, в которой они обитают. Условия меняются, организмы приспосабливаются, в результате их приспособления возникают новые факторы, которые, в свою очередь, снова требуют перемен. Условия жизни на нашей планете весьма многообразны, поэтому мы можем наблюдать огромное количество кардинально отличающихся друг от друга разновидностей живых существ.

Голова плюс ноги

В античные времена высказывалось немало необычных идей о происхождении жизни. К примеру, древнегреческий философ Эмпедокл считал, что органы человеческого тела зарождались по отдельности, самые приспособленные выживали и соединялись в организмы

Как получилось, что от одного общего предка произошли гиппопотамы, морские звезды, попугаи и мы с вами? Какие механизмы работали на протяжении миллионов лет, чтобы создать такую сложную систему, как глаз млекопитающего? Почему животные одного вида, живущие на разных континентах, отличаются? Каким образом изменения и приспособления передаются по наследству? На эти и многие другие вопросы, касающиеся развития жизни на Земле, дает ответы эволюционная биология. Сфера исследований этой науки – пути, по которым осуществляется эволюция, ее процессы, закономерности и механизмы.

Изучая историю разнообразных изменений, произошедших за миллионы лет в мире растений и животных, эволюционная биология создает целостную картину существования всего живого на нашей планете. Ее можно сравнить с фундаментом здания, в котором располагаются все остальные науки о жизни: генетика, экология, физиология, антропология, психология и т. п.

Лестница Аристотеля

Аристотель одним из первых высказал предположение о постепенном усложнении живых организмов. Он даже описал «Лестницу существ», где все животные были разделены на группы в зависимости от сложности строения

В наше время многие виды флоры и фауны находятся под угрозой вымирания, а какие-то уже исчезли с лица Земли из-за нарушения экологического баланса. Знание механизмов эволюции позволяет разработать превентивные меры для их сохранения. Оно же помогает противостоять мутациям вирусов и бактерий, вызывающих инфекционные заболевания, распознавать гены, вызывающие наследственные патологии, культивировать полезные для человека сельскохозяйственные растения. Практическая сфера применения эволюционной биологии очень широка, а ее теоретическая часть позволяет понять устройство живого мира и места человека в нем.

За время своего существования наука прошла долгий путь: возникали и рушились теории, гипотезы находили подтверждение или опровергались. В ХХI веке существует несколько эволюционных теорий, общепринятой считается синтетическая теория эволюции.

Глава II

Природа стремится к совершенству

Ламарк и его «философия зоологии»

Поднимитесь до рыб, рептилий, птиц, даже до млекопитающих, и вы увидите повсюду постепенные переходы между соседними видами и даже родами.

Жан Батист Ламарк

Несмотря на то что многие концепции Ламарка сегодня отвергнуты, его учение продолжает жить и в наши дни. Основное его отличие от доминирующего дарвинизма – признание стремления к совершенствованию, заложенного в каждом живом существе.

Жан Батист Ламарк (1744–1829), французский естествоиспытатель, создавший одну из первых в биологии эволюционных теорий

В античные века и во времена Средневековья ученые и естествоиспытатели были уверены в низменности видов флоры и фауны. Но уже в эпоху Возрождения возникли отдельные предположения о том, что виды могут меняться. Тогда были совершены многочисленные археологические открытия и стало очевидно: при том, что древние животные и растения схожи с современными, у них есть вполне заметные отличия. Ученые заговорили о трансмутации – изменении видов, заимствовав этот термин из алхимии. Тогда же было высказано предположение о вымерших разновидностях живых существ.

Всего четырнадцать

В своем знаменитом трактате «Философия зоологии» Ламарк описал 14 классов животных. Он впервые произвел разделение на позвоночных и беспозвоночных, отделил паукообразных от насекомых

Разрозненных идей об изменчивости в XVII–XVIII веках существовало немало, но первым, кто разработал систематическое учение, стал Жан Батист Ламарк, разносторонний ученый из Франции. Он был человеком верующим, считал, что природу создал Бог, заложив в ней стремление к развитию и самосовершенствованию. А уж природа, реализуя свой потенциал, из пассивной материи создала все растения и животных, начав с простейших и постепенно перейдя к более сложным.

Название, витавшее в воздухе

Ламарк самостоятельно придумал название новой науки о растительном и животном мире – биология. Правда, позже выяснилось, что одновременно с ним этот же термин предложили еще несколько ученых в разных странах

Свои революционные идеи Ламарк изложил в труде «Философия зоологии», опубликованном в 1809 году. Наименование «философия» не случайно, оно говорит об умозрительности теории и довольно вольной интерпретации известных фактов. Это был ранний этап развития науки, когда выводы делались логически, на основе принятых за аксиому нескольких постулатов, а не после экспериментальной проверки фактов. Поэтому многие из идей Ламарка в свете сегодняшних знаний не выдерживают никакой критики. Тем не менее для своего времени «Философия зоологии» была передовым трактатом, а изложенное в ней учение давало ответы на многие вопросы естествознания и задавало верное направление развитию биологии.

Движущей силой всех изменений, происходящих в природе, Ламарк объявил изначально присущее всему живому «стремление к совершенствованию».

Откуда оно взялось, естествоиспытатель не объяснял, да это и не было нужно: его современники понимали, что оно было изначально заложено Творцом. Благодаря этому стремлению, простейшие формы жизни стремятся стать более сложными, приобретая все новые черты, органы и привычки и поднимаясь вверх по эволюционной лестнице.

Эволюция не торопится

«Допустим, что человеческая жизнь длится не более одной секунды в сравнении с жизнью вселенной, в этом случае ни один человек, занявшийся созерцанием часовой стрелки, не увидит, как она выходит из своего положения», – говорил Ламарк, когда его спрашивали, почему эволюционные изменения не заметны

При этом простые существа, вроде инфузорий, по мысли Ламарка, постоянно самопроизвольно зарождаются из соединения живой и неживой материи. В трактате «Философия зоологии» описана концепция пяти элементов материи, из которых важнейшим является эфир – он, как тончайший флюид, циркулирует в материи и инициирует ее «оживление».

При жизни Ламарка были открыты такие необычные животные, как ехидна и утконос, находящиеся на стыке млекопитающих и рептилий; это открытие дало новый толчок размышлениям ученого. Он понял: виды непостоянны, они меняются, трансформируются, переходят один в другой. Люди этого заметить не могут, так как эволюция – процесс медленный, занимающий сотни и тысячи лет.

Главными эволюционными механизмами Ламарк считал упражнение органов и адаптацию. В качестве наглядного примера он обычно приводил жирафа: это животное, чтобы прокормиться высоко растущими листьями, было вынуждено постоянно вытягивать шею, в результате она достигла необыкновенной длины.

Глава III

Побеждает сильнейший

Естественный отбор и другие постулаты дарвинизма

Выживают не сильнейшие виды и не самые разумные, а предпочтительно те, кто лучше других приспосабливается к изменениям.

Чарлз Дарвин

Биологическая эволюция – это реальность, существующая с момента зарождения жизни. Первым, кто смог обоснованно это доказать, был Чарлз Дарвин, посвятивший созданию теории практически всю жизнь.

Чарлз Дарвин (1809–1882), английский натуралист, автор самой знаменитой теории эволюции

В 1831 году Чарлз Дарвин, двадцатидвухлетний выпускник Кембриджского университета, отправился в кругосветное путешествие на экспедиционном судне «Бигль». Это путешествие не только дало ему уникальный опыт, но и поставило перед ним вопросы, пытаясь ответить на которые он написал книгу «Происхождение видов», совершившую подлинный переворот в естествознании.

Первый из вопросов возник в Уругвае, где путешественники обнаружили останки древнего ископаемого, напоминающего современного броненосца, но гораздо более крупного и с отличающимся строением панциря. Размышляя об интересной находке, Дарвин задумался: неужели виды животных могут со временем подвергаться изменениям?

Позже, неспешно перемещаясь по южноамериканскому материку в составе экспедиции, ученый заметил, что по мере изменения ландшафта растения и животные близкородственных видов сменяют друг друга. Почему на пятьдесят километров дальше обитает один вид попугаев, а в этом месте другой? Этому должна быть какая-то причина. Позже он ответит на данный вопрос: все дело в лучшей приспособленности к конкретным условиям среды.

Доказательства вдогонку

Дарвин знал слабые места своей теории и, хоть и предвидел нападки оппонентов, не боялся о них говорить. К примеру, почти не существует переходных видов животных. Дарвин считал: это потому, что они вымерли. Последующие археологические открытия подтвердили его уверенность

Похожий феномен Дарвин наблюдал на богатых разнообразной флорой и фауной Галапагосских островах. Небольшие птички, называемые земляными вьюрками, обитали на каждом острове, но на одном они имели более широкий клюв, на другом – более яркую окраску перьев, на третьем – небольшой клюв и меньшие размеры. Было очевидно, что виды меняются. Но почему это происходит? «Эта проблема стала преследовать меня», – записал естествоиспытатель в дневнике.

Сразу по возвращении Дарвин занялся обработкой собранного материала, от чучел животных и засушенных растений до десятков исписанных блокнотов. Постепенно он включался в работу над главным трудом своей жизни – «Происхождением видов». От момента начала написания работы до момента публикации прошло около двадцати лет. За это время были перепроверены сотни фактов, разобраны десятки теорий и предположений, исследованы многочисленные возражения, которые могли бы возникнуть у противников. Решившись на издание революционной книги, Дарвин предстал перед ученым миром во всеоружии и был готов отразить все нападки, которые не замедлили последовать.