Анна Юдкина

После прочтения «Теории эволюции» Чарльза Дарвина, в частности, четырнадцатой главы, можно выделить основные идеи, которые меня особо заинтересовали. Начнем по-порядку.

В этой главе Дарвин касается вопросов сложности классификации живых организмов. Многие исследователи пытались систематизировать полученное к тому времени многообразие живых организмов в единую схему, связывающую их в группы, позволяющую быстро ориентироваться в этом великом множестве, как, в свое время, пытались упорядочить химические элементы. Натуралисты сталкивались со сложностями, когда предложенные ими искусственные группы, были крайне неоднозначными или, например, не могли охватить весь набор живых организмов. Наиболее продвинутыми были варианты классификации по иерархии, предложенные Линеем. Дарвин же в этом вопросе приходит к концепции, что общность происхождения, единственная причина близкого сходства организмов и есть основа для классификации. Современная наука до сих пор находит этому подтверждение и с развитием молекулярно-генетических методов, и на основании полученных за это время сравнительно - морфологических данных.

Несмотря на, казалось бы, стройную теорию, все равно возникает масса сложностей при классификации, которые являются прямыми морфологическими доказательствами эволюции.

Так, невозможно выделить какие-либо особо значимые для определенной группы организмов органы, для описания сходства. Вследствие освоения близкородственными группами различных экологических ниш и соответствующей им приспособленности, у близких родственников отличия, скажем, сердца, могут наблюдаться гораздо выраженнее, чем у филогенетически далеких организмов. Именно поэтому Дарвин поясняет – классификационные признаки не должны быть тесно связаны с жизнью организма, такими органами являются, например, половая система, рудименты и т.д., а так же признаки, на которые естественный отбор оказал минимальное влияние.

Непрерывный процесс возникновения новых мутаций, их комбинация при скрещивании, сохранение в генофонде популяции под влиянием естественного отбора обеспечивает гетерогенность адаптивной радиации в пределах таксона.

Рудиментарные органы - находка для исследователя-систематика. Естественный отбор на них влияния не оказывает, жизненноважными они не являются. Например, остатки волосяного покрова и тазовых костей у китообразных подсказывают нам об их таксономическом положении. Хотя тазовые кости все еще необходимы китообразным для поддержания мышц и защиты органов, все же уменьшение и полное исчезновение рудиментов можно интерпретировать как энергетически выгодное для организма. Мутации, ведущие к редукции рудиментов, поддерживаются естественным отбором. А почему же они не исчезли сразу, после того как орган оказался ненужным, ведь в ходе онтогенеза на рудимент необходимо тратить ценный пластический материал? Это лишь еще раз подтверждает один из базовых законов эволюции - не поломано - не чини.

Из-за смены образа жизни могут оказаться ненужными и некоторые гены. Так называемые псевдогены представляют собой настоящие генетические рудименты. Как и морфологически рудименты, псевдогены активно анализируются для определения степени родства между организмами.

Кроме рудиментов, встречаются атавизмы, в норме не появляющиеся, которые наглядно демонстрируют нам «возврат к предкам».

Позволим себе сделать вывод, что несовершенство в строении органов обусловлено эволюционной историей.

Итак, мы классифицируем организмов по нисходящим степеням на основе сходства. Чем больше морфологических отличий, тем меньше степень родства. Однако Дарвин пишет: «Сравнительное значение различий между организмами, находящимися в одной и той же степени кровного родства с друг другом, может быть весьма разным».

Еще одной проблемой, возникающей при классификации тех или иных существ, является сходство их адаптивных признаков. У неродственных организмов независимо могут возникнуть схожие признаки, направленные на выполнение одной функции, они возникают когда неродственные таксоны приспосабливаются к одинаковым условиям. Речь идет о конвергенции.

В результате конвергенции возникают аналогичные органы.

Я приведу в пример строение глаза головоногих моллюсков и человека. Органы, очевидно, направлены на выполнение одной функции, однако появились независимо в ходе эволюции и развиваются из разных зачатков. У растений так же можно наблюдать существование аналогичных органов: колючки барбариса возникают из листьев, боярышника - из побега, ежевики – из коры. Здесь можно упомянуть и о мимикрии, явление, при котором наблюдается чрезвычайное внешнее сходство среди различных видов животных и растений, принадлежащим, зачастую к разным родам, семействам и даже отрядам.

Обратная ситуации заставляет исследователя задуматься не меньше – явление, когда различные структуры имеют одинаковое происхождение или гомология. «Единство типа - члены одного класса независимо от их образа жизни, сходны между собой по общему плану строения». Главной причиной возникновения гомологии (параллелизма), как и конвергенции, является сходное направление естественного отбора. Кроме того, другой причиной параллелизма может быть относительно высокая вероятность сходных мутаций одних и те же генах. Согласно закону гомологических рядов Н.И.Вавилова родственные виды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости. В качестве примера можно привести неоднократное и явно независимое явление появления саблезубых форм. Всем известен саблезубый тигр, неудивительно, что были и другие саблезубые кошки. Кроме того, палеонтология говорит нам о существовании австралийского саблезубого волка.

На самом деле, само по себе дифференцирование конвергенции и параллелизма так же вызывает сложности.

Особняком стоит и проблема субъективности видообразования. Примером, иллюстрирующим всю сложность этой ситуации, являются известные современной науке, так называемые криптические виды или «виды-двойники», при изучении которых показано, что генетические различия в ходе видообразования могут возникать раньше морфологических.

Рассмотрев сложности, возникающие при классификации и так же морфологические доказательства теории эволюции, перейдем к другим доказательствам дарвиновского учения.

Несомненно, эмбриологические признаки особенно важны в классификации. Дарвин утверждает, что эмбриология является весьма сильным свидетельством родства организмов, так как на примере эмбриона мы можем наблюдать черты строения общего предка (прим. - однако, различия вовсе не говорят об отсутствии родства). Действительно, у всех позвоночных на стадии эмбриона есть жаберные щели, двухкамерное сердце, характерные для рыб. Разгадка же кроется в существовании гомеозисных генов, которые контролируют процессы роста и дифференцировки на ранних стадиях эмбриогенеза, как только включается собственный геном зародыша. Еще до открытия гомеозисных генов, в эмбриологии было проведено множество опытов подтверждающих наличие этих морфогенетических детерминант (опыты Шпелена, Гильды и Отто Мангольд). Они достаточно консервативны - их пересадка между разными видами (очень далекими между собой филогенетически, например, мухи и курицы) не приводила к последствиям в развитии. А вот мутации в этих морфогенах, контролирующих транскрипцию других генов, может привести к трансформации одного органа в другой. «Зародыши самых различных видов одного и того же класса весьма сходны, но, достигнув полного развития, различаются весьма сильно».

Молекулярно-генетические доказательства эволюции.

Дарвин опубликовал свое учение задолго до расшифровки генетического кода – события, которое стало ключевым моментом истины и в эволюционном учении тоже. Вполне могло оказаться что, например, у человека и шимпанзе носители генетической информации разные биополимеры, что сломало бы всю концепцию эволюции.

Однако, с развитием молекулярной науки, мы встречаемся лишь с молекулярными доказательствами эволюции. Анализируя ДНК можно предположить время дивергенции интересующих видов, а значит, время существования общего предка. Молекулярные данные здесь согласуются с палеонтологическими. Таким образом, мы получаем закон, по которому чем ближе родство, тем меньше различий в строении ДНК и белков.

Несомненным доказательством так же является эволюция систем сигнальной трансдукции.

Сейчас существует целая наука – молекулярная эволюция, с рядом законов и методов (примеры наиболее распространенных методов:

· методы поиска гомологичных последовательностей в базах данных (Blast searсh, PSI–Blast searсh);

· методы выравнивания последовательностей нуклеиновых кислот · и белков (Сlustal W Protein, Multalin DNA);

· методы изучения эволюционных изменений аминокислотных · последовательностей;

· методы определения характера аминокислотных замен (дистанция · Грэнтхэма, индекс Танга);

· методы изучения синонимичных и несинонимичных · нуклеотидных замен (методы Ней–Годжобори, Кумара);

· различные селекционные и вспомогательные методы а так же многие и многие другие).

Молекулярная эволюция и палеонтология взаимодополняют друг друга и позволяют более точно построить филогенетическое дерево.

Палеонтология помогает нам достроить недостающие звенья в стройной цепочке генеалогической классификации. В своей десятой главе, о неполноте геологической летописи, Дарвин говорит о том, что разрывы летописи, отсутствие некоторых промежуточных видов является лишь следствием бедноты наших палеонтологических коллекций. Я приведу известные на данный момент яркие примеры переходных форм. Первые амфибии, появившиеся в пресных водоемах в конце девона – ихтеостегиды (Iсhtyostegidae), были настоящими переходными формами между кистеперыми рыбами и земноводными. Так у них были рудименты жаберной крышки, настоящий рыбий хвост, кожа была покрыта мелкой рыбьей чешуей, однако наряду с этим они имели пятипалые конечности и жили не только в воде, но и на суше. Появление панцирных амфибий или стегоцефалов послужило предпосылкой для появления рептилий. В прошлом столетии в юрских отложениях была найдена переходная форма между рептилиями и птицами – археоптерикс (Arсhaeopteryx litographiсa). У этих животных, безусловно, птичьими чертами являются перьевой покров, видоизмененные в крылья передние конечности, саблевидные лопатки, сросшиеся в дужку ключицы, строение таза, наличие цевки. Наряду с этим, археоптериксам свойственны многие черты рептилий: отсутствие рогового клюва, наличие зубов, длинный хвостовой отдел позвоночника, узкая без киля грудина, брюшные ребра, таз соединенный с позвонками.

Заключение.

«Наконец, различные группы фактов, рассмотренные в этой главе, по-моему, столь ясно указывают, что бесчисленные виды, роды и семейства, населяющие земной шар, произошли каждый в пределах своего класса или группы от общих предков и затем модифицированы в процессе наследования сопровождаемого их модификацией посредством вариации и естественного отбора, с вымиранием и дивергенцией признаков, что я без колебаний принял бы этот взгляд, если бы даже он не был подкреплен другими фактами или аргументами» - такими словами заканчивает Дарвин свои рассуждения в этой главе. А ведь этот взгляд подтвержден другими фактами. И с каждым днем, с развитием современной науки, этих фактов все больше и больше. На сегодняшний день родство всех организмов и существование единого предка не подлежит сомнению.

Литература:

1. Ч. Дарвин «Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь», перевод с шестого издания (Лондон, 1872), СПб «Наука», 1991.

2. В. М. Константинов, С.П.Наумов, С.П. Шаталова «Зоология позвоночных», М.:Академия, 2006.

3. «Сборник тезисов международных научных конференций Чарльз Дарвин и современная наука»: Спб 2009.

4. http://evolution2.narod.ru/evo20.htm

5. «Справочник терминов молекулярной эволюции и филогенетики» учебно-методическое пособие: Минск 2006.