Грандиозный мир. 101 ключевая идея: Эволюция - Мортон Дженкинс

См. также статьи «Дрейф материков», «Динозавры».

Кладистика

Кладистика — это метод описания путей эволюционного развития с помощью науки о классификации (таксономии). Одна из школ таксономии придерживается схемы, первоначально предложенной немецким энтомологом Вилли Хеннингом в 1950 годах и развитой Найлсом Элдриджем и Джоэлом Кракрафтом. Она основывается на положениях генеалогии, которая пытается проследить происхождение современных организмов от их предков и составить их генеалогическое древо. Термин «кладистика» Хеннинг составил на основе греческого слова «кладос», что значит «ветвь, отросток». Основная группа, или таксон, называется в кладистике «кладон»; считается, что все организмы одного кладона произошли от одного общего предка. Важное предположение при составлении родословных линий (кладограмм) заключается в том, что ни одно из ныне существующих животных не является предком другого вида современных животных. Следовательно, два разных современных вида животных могут быть связаны только общим предком.

Кладограммы составляются на основе определенного количества совместных признаков, которые считаются гомологичными и, следовательно, указывают на общее эволюционное происхождение. Более того, эти схожие признаки являются отправной точкой для выделения отдельной ветви кладограммы. Таким образом, кладограммы представляют собой схемы регулярно ветвящихся линий, похожие на схемы семейной родословной. Похожие схемы раньше применялись для составления родословных дворянских родов и назывались «фамильное дерево».

Каждое ответвление начинается в том месте, когда появляется отдельный признак, передаваемый группе организмов, связанных между собой родством. Кладонам с общими признаками даются названия групп животных или растений. Группа может быть очень большой — значительная часть фауны — или очень маленькой, такой, как род, в который входит десяток видов, но принцип их выделения одинаков. При составлении кладограмм самая большая трудность состоит в том, чтобы определить в самом ли деле признак, по которому организмы объединяют в одну группу, считается гомологичным. Если одни представители кладона обладают общими признаками с организмами, не входящими в него, то они, по всей видимости, не являются унаследованными от общего предка и называются примитивными признаками.

Клейдоическое яйцо

Эволюционный скачок между земноводными и пресмыкающимися стал возможен, по видимому, только благодаря развитию особого типа яйца, которое можно было откладывать на сушу (так называемое клейдоическое или амниотическое яйцо).

Это основной признак, по которому земноводные отличаются от пресмыкающихся. Такое яйцо позволило производить потомство вне воды и, следовательно, дало предпосылку к тому, чтобы позвоночные вышли из водной среды обитания и распространились по всей суше. Во-первых, образовалась твердая оболочка вокруг яйца, которая предотвращала его обезвоживание. Во-вторых, появился желток, который поддерживал рост зародыша и позволял молодым рептилиям появляться из яйца уже в сформировавшейся форме. В-третьих, система оболочек внутри яйца образовывала миниатюрный «водоем», в котором мог развиваться эмбрион, и мешок для продуктов выделения.

Вместе с этим произошла эволюция экскреторной (выделительной) физиологии, которая стала полностью отличаться от физиологии водных животных. Беспозвоночные и рыбы, которые постоянно обитают в воде, выделяют токсичный аммиак. Он получается из избыточных аминокислот, потребляемых белков, в результате простых биохимических реакций. Аммиак растворяется в большом количестве воды, в которой обитают эти животные. Но в яйце, которое откладывается на сушу, эмбрион не может выжить, если будет выделять ядовитый аммиак — накопление этого химического вещества внутри оболочки яйца окажется фатальным. Поэтому развился ряд более сложных химических реакций, при котором выделяется безвредная и нерастворимая мочевая кислота, хранящаяся внутри яйца до тех пор, пока из него не вылупится детеныш. Развитие клейдоического яйца привело к следующим последствиям:

· Устранение стадии головастика с жабрами. Пресмыкающиеся появляются из яйца похожими на взрослых особей; при этом не происходит никакого метаморфоза (как у земноводных).

· Развитие способа внутреннего оплодотворения. Половые клетки уже не выделяются в воду, так как оплодотворение происходит внутри организма, до того как вокруг эмбриона в яйцеводе образуется относительно непроницаемая оболочка яйца.

Конвергенция

Конвергенция (конвергентная эволюция) — это возникновение сходства в строении у далеких по происхождению групп организмов в результате обитания в аналогичных экологических условиях. Примером конвергенции может служить развитие крыльев у позвоночных и насекомых — так различные группы животных, независимо друг от друга, приспособились к передвижению в воздухе. Крылья у этих животных можно назвать аналогичными образованиями, тогда как крылья птиц и летучих мышей произошли от одной и той же пятипальцевой конечности и, следовательно, являются гомологичными образованиями. Когда у родственных животных возникают сходные черты в результате обитания в аналогичных условиях, например развитие похожих конечностей у китов и тюленей, то это называется «параллельная эволюция».

Отдельные организмы занимают определенные экологические ниши в экосистемах. Для того чтобы выжить в определенном окружении, животные должны обладать определенными признаками, которые возникают благодаря естественному отбору. Очевидно, что крупное животное с острыми хищными клыками не сможет жить на дереве, питаясь орехами, плодами и ягодами. Идеально приспособленное к жизни на дереве животное должно быть маленьким, чтобы ветви выдержали его вес. Такому животному необходимы длинные пальцы и когти, чтобы цепляться за ветви, и точное стереоскопическое зрение, чтобы оценивать расстояние для прыжка.

Одним из лучших примеров конвергенции является адаптивная радиация австралийских сумчатых млекопитающих, которые заняли на своем материке многие ниши, в остальных частях света свойственные плацентарным млекопитающим. Там существуют сумчатые эквиваленты муравьедов, кротов, землероек, котов и мышей, обладающих значительным внешним сходством с их плацентарными «собратьями».

См. также статьи «Естественный отбор», «Ниша», «Пятипальцевая конечность».

Коэволюция

Взаимодействие между растениями и животными в процессе эволюции породило интересный феномен, называемый «коэволюция». Этот термин обычно относят к двум (или более) видам, эволюционные изменения которых оказались на пользу обоим.

Широко известна связь между птицами и некоторыми растениями. На некоторых растениях образуются плоды, которые обеспечивают птиц пищей; птицы же разносят семена, содержащиеся внутри этих плодов. В процессе эволюции появились яркие, красивые плоды с сочной и питательной мякотью, которые привлекают птиц, распространяющих семена. Опыление цветов с помощью насекомых привело к изменениям в строении обеих сторон. Форма и оттенки цветов, запахи и нектар — все это существует для того, чтобы привлечь насекомых и оставить на их теле пыльцу, которую они перенесут на другие цветы.

Некоторые специалисты определяют термином «коэволюция» любые черты, которые образовались в результате постоянно действующих отношений, служивших давлением отбора. В экосистемах существует тесная связь между животными и растениями. В процессе эволюции организмы развивали механизмы, призванные защитить их от конкуренции и уничтожения, например у растений выработались ядовитые вещества — токсины. Но тесно связанные с ними животные, особенно травоядные, выработали защиту против этих токсинов. В этом отношение интересно взаимодействие между различными видами плодовых мушек дрозофил (Drosophila) и кактусом (Lophocereus schottii), который производит токсичные алкалоиды. Кактус оказался ядовитым для восьми видов дрозофил, но Drosophila pachea выработала вещество, устраняющее влияние яда, и может откладывать яйца в гниющие стебли кактуса.

В Великобритании способность вырабатывать высокотоксичный цианистый водород (цианогенез) выработалась у многих видов цветов, папоротников и грибов, независимо друг от друга. Личинки же некоторых насекомых поедают цианогенные и ацианогенные растения. Они вырабатывают вещества, которые нейтрализуют яд.

Креационизм

Креационисты (от лат. creatio — творение, сотворение мира) по-разному объясняют происхождение мира, но все они опираются на Книгу Бытия или другие священные тексты. Некоторые полагают, что мир был создан за шесть суток и что все ныне живущие народы считаются потомками Ноя. Другие готовы признать, что так называемые дни творения, описанные в Книге Бытия, можно сопоставить с геологическими эрами, если только помнить о том, что эволюционное развитие происходило с Божественного промысла. Те, кто не придерживаются христианских догм, считают такое учение реакционным и лишний раз демонстрирующим неуместность христианского подхода в науке. Другие ученые совмещают христианские и научные взгляды. Все гипотезы креационистов можно изложить следующим образом: