Embedded Files
По-видимому, периодическому закону
будущее не грозит разрушением,
а только надстройка и развитие обещается.
Д. И. Менделеев.
Вклад Ч. Дарвина в развитие науки поистине неоценим. Для своего времени он сумел изменить существовавшие тогда теории и правила, создать свою концепцию, непротиворечиво объясняющую многие процессы. Были некоторые трудности, которые сложно описать с точки зрения естественного отбора. Подробно они описаны в 6 и 7 главе, но в 10-11 главах так же есть некоторые моменты, которые было сложно объяснить в рамках теории того времени.
Какие же можно сделать дополнения, опираясь на достижения современной науки, к 10 и 11 главе Ч. Дарвина “Происхождение видов”?
Одним из недостатков своей теории, Дарвин считал отсутствие промежуточных форм между предками и потомками. Действительно, в то время геологическая летопись была крайне неполной, что не позволяло заполнить промежуточные звенья между разными таксонами животных, например между рыбами и амфибиями.
Кроме того, оценки геологических эпох были заниженными, так как отсутствовали современные абсолютные и относительные способы датировать геохронологические шкалы.
Итак, начнем с рассмотрения современных методов датировки геохронологических пластов. [1]
В настоящее время с использованием различного оборудования мы можем достаточно точно определить возраст различных объектов; однако не существует такого метода, который позволял бы определение на достаточно большом промежутке и для любого материала. В каждом случае необходимо подбирать подходящий метод, и также перепроверять результат несколько раз независимыми исследованиями.
Наиболее распространенным является радиометрическое датирование, используемое при наличии в объекте радиоактивных изотопов. Суть метода заключается в определении доли изотопа, распавшегося за время существования образца. Период полураспада постоянен и не зависит от внешних факторов – следовательно, можно достаточно точно рассчитать абсолютный возраст объекта. Один из известных примеров этого метода — датирование по изотопу С14, дающее результат до 50000 лет. Другие методы применимы для других материалов и отрезков времени: например, калиево-аргоновый – вулканические отложения возрастом от 100 тыс. до 5 млн лет, урановый – отложения CaCO3 возрастом от 50000 до 500000 лет.
В случае метода электронного парамагнитного резонанса используется подсчет электронов без нагрева объекта, что позволяет не разрушать его. Этим методом можно датировать материалы в диапазоне от 10 тыс. до миллионов лет.
Метод определения по последовательности ленточных глин в северных озерах основан на рассмотрении числа и рисунка полос, образовавшихся от оседающего на дно планктона. Можно определять возраст предмета с точностью до года.
Метод датирования по рацемизации аминокислот — применяется для определения возраста органических веществ. Живые организмы состоят из L-аминокислот, а после их гибели, аминокислоты подвергаются рацемизации (переходят из L- в D-форму). Скорость этого процесса известна и стабильна, однако может зависеть от температуры.
Благодаря использованию современных методов датировки, можно установить более точное время существования того или иного вида, а так же оценить продолжительность эпох. Например, возраст кембрия во времена Дарвина оценивали в 60 млн. лет, что казалось очень завышенной оценкой, однако сейчас, с помощью методов определения абсолютного возраста, этот период датируется более чем 540 млн. лет.
О внезапном появлении групп родственных видов в самых нижних из известных нам слоев, содержащих ископаемые. Неизвестно было и то, что континенты двигались относительно друг друга. Дарвин предполагал, что суша была некогда морем, а море – сушей, но даже эта мысль была для своего времени революционной. Что же говорить про движения континентальных плит, с помощью чего можно легко объяснить схожую фауну в местах, в настоящее время удаленных друг от друга [2]. И, соответственно, объяснить одновременное появление схожих видов в разных местах, что было не совсем понятно и теория естественного отбора объясняла не в полной мере.
О вымирании. Вымирание видов никогда не было единовременным, например в течение нескольких лет или даже десятков лет. Сейчас господствующая теория гласит, что любое вымирание, даже самое масштабное и внезапное, судя по количеству организмов, происходило довольно долго. В окружающей среде наблюдались чисто абиотические изменения, например аридизация климата, появление новых горных массивов, извержения вулканов и другие изменения, меняющие облик мира. Соответственно, животные должны были адаптироваться к этим меняющимся условиям. Происходило это не быстро. Это подтверждение изложенных Дарвином мыслей о вымирании и причинах.
Были так же и биотические изменения: появление новых видов, их распространение, изменения растительного покрова. Вымирание видов растений приводило к вымиранию животных, связанных с ними экологически и к дальнейшему вымиранию растений, так как в природе все взаимосвязано. Следовательно, здесь действовал принцип положительной обратной связи, то есть процесс катализировал сам себя. Все это хорошо согласуется с теорией естественного отбора и подтверждает Дарвина. Согласно наиболее общепринятой точке зрения, глобальная катастрофа как метеорит или что-то не менее глобальное и катастрофичное, была всего лишь последней соломинкой, сломавшей спину таким гигантам как динозавры.
Об отсутствии многочисленных промежуточных разновидностей в каждой отдельной формации. Безусловно, наука далеко шагнула вперед, и археологи открыли немало потенциальных промежуточных форм и переходных звеньев между разными таксонами.
Был найден Тиктаалик, возможное промежуточное звено между рыбами и амфибиями. Однако, согласно современным положениям в науке, он считается не переходной формой, а тупиковой ветвью эволюции. Четвероногая рыба с успехом претендовала на положение предка ихтиостеги и класса амфибий, но по современным датировкам, этот организм жил уже после появления амфибий, следовательно, не может являться их предком.
Археоптерикс был описан уже при Дарвине, но его точное систематическое положение не было определено. В то время он считался промежуточным звеном между рептилиями и птицами, но сейчас на эволюционном древе является только боковой ветвью. В настоящее время открыто множество ящеров, покрытых перьями, которые скорее всего не могли летать, но планировали между деревьями. Пожалуй, это те самые необходимые промежуточные формы, про существование которых не знали противники Дарвина!
Семенные папоротники – своеобразная группа организмов, сочетающая примитивные (плезиоморфные) признаки папоротникообразных и прогрессивные (апоморфные) признаки голосеменных. Например, сочетание морфологического облика, свойственного папоротникообразным, и семязачатки, характерные для голосеменных. В целом эта группа сборная и полиморфная, считается что голосеменные произошли не от них, а от более ранних организмов. Тем не менее, как одну из промежуточных форм/боковых веток эволюции, эти растения вполне допустимо рассматривать.
Камбалообразные рыбы имеют столь странный по сравнению с другими рыбами внешний вид, что неудивителен тот факт, что они быстро стали аргументом противников Дарвина. Как же, спрашивали они, при естественном отборе могли возникнуть такие формы? Ведь если бы перемещение одного глаза на другую сторону происходило постепенно, то это не давало бы на начальных этапах никаких преимуществ, и, следовательно, не закреплялось бы. Придумывались различные теории, каким образом это могло произойти – ведь, помимо камбалы, других подобных рыб не наблюдалось.
Гольдшмидт предположил, что перенесение глаза было следствием крупной мутации, а получившееся существо оказалось более приспособленным в тех условиях, его потомки размножились и заместили «нормальных» камбал. В настоящее время такая идея выглядит неубедительной. Да, крупные мутации хоть и редко, но случаются, но они в подавляющем своем большинстве не являются полезными; вероятность того, что вследствие такой мутации повысится приспособленность, крайне низка. Также стоит помнить о том, что подобные мутации вызывают множественные изменения, а не только лишь в каком-то одном органе, что значительно влияет на жизнеспособность. Поэтому более распространенной точкой зрения является «дарвиновская», постепенная эволюция.
И, наконец, не так давно было найдено то самое недостающее звено между камбалообразными и другими, «обычными» рыбами [3]. Одна из этих рыб, Heteronectes chaneti, прежде не была известна науке. Вторая и третья (Amphistium paradoxum и Amphistium altum) уже были открыты, но ключевым моментом стала реконструкция их черепов современными методами.
Эти рыбы имеют искомое «промежуточное» строение черепа – он резко асимметричен: оба глаза еще находятся по разные стороны головы, но одна глазница уже сместилась наверх. Это не результат ошибки или посмертной деформации скелета. Как выяснилось, дело в асимметрии лобных костей: правая – крупная и прямоугольная, а левая превратилась в узкую изогнутую пластинку, которая и ограничивает верхний край сместившейся глазницы. Было исследовано множество экземпляров рода Amphistium, и кости черепа у всех оказались более-менее одинакового строения. Все найденные формы крупнее мальков, у которых глаз проходит стадию перемещения на другую сторону головы. Следовательно, рыбы взрослые и сформировавшие свой скелет окончательно.
Нахождение переходной формы между предком камбалы и современными формами убедительно доказывает правоту Дарвина. Эволюция происходила все-таки медленно и постепенно, а не скачкообразно в результате крупной мутации.
Список найденных промежуточных форм можно продолжать бесконечно, но хотелось бы разобрать некоторые другие аспекты главы.
О внезапном появлении групп родственных видов в самых нижних из известных нам слоев, содержащих ископаемые. Во время Дарвина кембрий считался самым древним периодом, когда на планете появилась жизнь. Однако иногда находились ископаемые, которые лежали в более глубоких слоях. Сейчас они называются вендобионты или эдиакарская фауна. Докембрийские животные имели принципиально иной план строения по сравнению с современными формами, поэтому их нельзя отнести ни к одному из современных типов или классов животных. Эти животные вымерли в конце венда, не оставив прямых потомков. Их систематическое положение по-прежнему остается спорным.
Но уже в кембрии возникло огромное множество хорошо сохранившихся ископаемых, относящихся ко всем известным сегодня типам животных.
С чем же связан столь бурный расцвет жизни в кембрийском периоде?
Кислорода в атмосфере стало достаточно много, для того чтобы строить скелеты, возможно его уровень стал близок к современному. Произошло это в результате изымания органики для смещения равновесия вправо в уравнении nCO2+nH2O -> (CH2O)n + nO2. Процесс построения минеральных скелетов достаточно энергозатратен и требует большое количество кислорода, больше чем точка Пастера (необходимый минимум для поддержания жизни многоклеточного животного). В кембрийском периоде, судя по оценке скорости захоронения органического углерода, происходило накопление О2 в атмосфере и гидросфере [4]. Это довольно интересная теория, называемая теорией кислородного контроля. Конечно, никто не может однозначно утверждать, что все происходило именно так, однако теория заслуживает рассмотрения.
После повышения содержания кислорода в окружающей среде, в кембрии организмы научились строить минеральные скелеты, сначала жертвы, потом хищники и началась своеобразная гонка вооружений. Благодаря этому, мы находим богатые находки в кембрийских и последующих слоях, из-за чего ученые предполагали, что жизнь зародилась именно тогда. Но сейчас самые ранние доказательства жизни датируются почти в 3,5-4,5 млрд. лет, что сопоставимо с возрастом Земли.
Однако, уже в кембрии были все современные типы животных. Появились ли они именно тогда или же существовали раньше, но не сохранялись из-за отсутствия скелета? Для рассмотрения этого вопроса можно составить то самое эволюционное древо.
У древа есть корень, он же общий предок, ствол и отходящие от ствола ветви. Вертикаль, вдоль которой расположено древо — время. Те ветви, которые не доходят до современности, являются вымершими. [5]
В данном случае можно выделить две группы по принципу «дожил/не дожил до современности»: кроновая и стволовая. Кроновая группа представлена ветвями, представители которых дожили до нашего времени (включая их ответвления с вымершими представителями), и их общим предком. Вся остальная часть древа включается в стволовую группу – а именно те ветви, которые не имеют живого представителя на сегодняшний день.
Существует несколько теорий возникновения современных типов животных. По одной из них, кроновые группы возникли еще в докембрии (так называемая «долгая скрытая докембрийская эволюция»); по другой же, они возникли уже после кембрийского взрыва – в кембрии и даже ордовике, а их стволовые группы, соответственно, могут уходить и в докембрийские периоды.
Если мы взглянем на палеонтологическую летопись, то увидим, что для большинства современных типов животных кроновые группы образовались в середине кембрия (примерно 515 млн лет назад). Те ископаемые животные, что входят в эти типы, но существовали в раннем кембрии, относятся к стволовым группам – а значит, раннекембрийская фауна не относится к современным классам животных [6].
Таким образом, история взятого наугад современного типа животных, вероятно, будет разделена на два этапа:
(1) эволюция стволовой группы – с конца докембрия (или начала кембрия) до середины кембрия,
(2) эволюция кроновой группы – примерно с середины кембрия и до нынешнего времени.
Второй этап, как мы можем заметить, по длительности примерно на порядок больше первого. Так выглядит описание скорости кембрийского взрыва.
В заключение можно сказать, что большая часть идей Дарвина не опровергается, а находит подтверждение и в настоящее время, даже самые, казалось бы, безумные и невозможные идеи для того времени. Думаю, что уместно провести аналогию с периодическим законом Д.И. Менделеева, которому не грозит разрушение, а лишь надстройки и развитие.
Ссылки на источники
3. Ископаемые рыбы в очередной раз подтвердили правоту Дарвина. Элементы, 8.07.2008, Александр Марков.
4. Удивительная палеонтология: Удивительная палеонтология. История земли и жизни на ней. К.Ю. Еськов. — Москва, ЭНАС, 2012.
5. Древнейшие предки кольчатых червей могли быть похожи на брахиопод. Элементы, 26.02.2016, Сергей Ястребов
6. Членистоногие подтверждают реальность кембрийского взрыва. Элементы, 17.11.2013, Сергей Ястребов
Google Sites
Report abuse