Теория эволюции

На сегодняшний день известно, что все живые организмы на Земле произошли от общего предка, первой формы жизни, существовавшей примерно 3,7 миллиарда лет назад. Однако примерно до конца XIX века большинство людей верили, что все живое на Земле создано Богом. Считалось, что виды не находятся в родстве друг с другом, их признаки неизменны и постоянны, а сходство между различными видами является ничем иным, как волей Творца.

Мысли об изменчивости видов зародились уже в античные времена. Некоторые философы античной Греции, например, Анаксимандр и Эмпедокл, полагали, что определенные виды животных (в том числе и люди) могли произойти от других видов. Однако эти идеи померкли на фоне учений других влиятельных философов – Аристотеля и Платона. Платоновское учение об идеях, согласно которому все существующее является лишь несовершенной копией некоей совершенной формы, было популярно не только среди его современников, но и среди многих последователей возникшего позднее христианского учения. Именно по этой причине для сторонников теории эволюции Платон стал своеобразным "антигероем научного мира". Детальные наблюдения Аристотеля за природой, а также многие их довольно современные толкования были большим шагом на пути развития естественных наук. Однако и Аристотель в своих работах исходил прежде всего из того, что все живое создано с некоей высшей целью, и в мире нет места случайности. 

Поскольку христианская картина мира основывалась на вере, а церковь не допускала никаких сомнений относительно библейских писаний, то учение об эволюции долгое время оставалось в тени. Однако были и ученые-естествоиспыта­тели, чьи труды указывали на противоречия между природой и главенствую­щими в обществе теориями. Так, французский натуралист Жорж-Луи Леклерк де Бюффон составил энциклопедию по естественной истории в 44 томах, в которой, в том числе, поставил под сомнение библейское утверждение о том, что возраст Земли составляет всего 6000 лет. Бюффон полагал, что все существующие виды произошли от небольшого числа общих предков, но не смог убедительно обосновать ни механизм изменчивости видов, ни свои сомнения в возрасте Земли. Современник Бюффона, шведский естествоиспыта­тель Карл Линней, внесший огромный вклад в развитие биологической систематики, хоть и упоминал возможность межвидового скрещивания (он заметил это при изучении растений), но при этом считал, что изменчивость видов и ее пределы предопределены свыше. 

В начале XIX века Жан-Батист Ламарк представил обществу революционную теорию об изменчивости видов. До сих пор полагалось, что все живое неизменно с момента своего создания. Ламарк полагал, что простейшие формы жизни возникают в природе постоянно и сами по себе, а из них со временем развиваются новые, более сложные. Он пришел к понимаю того, что живые организмы приспосаб­ливаются к условиям окружающей среды. В качестве механизма адаптации Ламарк предложил идею, что приобретенные родителями в течение жизни свойства передаются их потомкам. В его честь эта теория получила название ламаркизма.

Идея об изменчивости видов подверглась резкой критике со стороны влиятельного французского натуралиста Жоржа Кювье. На основе найденных фоссилий он доказал, что в прошлом имело место вымирание видов. Однако, являясь сторонником теории постоянства видов, Кювье обосновал это тем, что вначале было создано огромное множество различных живых организмов, часть из которых позже вымерла в результате катастроф. Английские геологи Джеймс Геттон (Хаттон) и Чарлз Лайель высказали предположение, что возраст Земли значительно больше указанного в Библии, а формирующие планету силы действуют постоянно и очень медленно. По их мнению, для вымирания видов не требовалось никаких катастроф, и оно с тем же успехом могло произойти под влиянием происходя­щих на Земле процессов.

Таким образом, в XIX веке общество было готово к рождению теории эволюции: идея об изменчивости видов витала в воздухе; стало известно, что Земля достаточно стара и что в прошлом имело место вымирание видов. У молодых ученых появлялось все больше возможностей для путешествий и изучения видового разнообразия планеты. Поэтому неудивительно, что теорию эволюции сформулировали почти одновременно и независимо друг от друга сразу двое ученых: Чарлз Дарвин и Альфред Уоллес.

В 1858 году на заседании общества натуралистов в Лондоне был представлен доклад, содержащий основные положения теории Дарвина и Уоллеса об изменчивости и возникновении новых видов в результате естественного отбора. Этот доклад и изданная годом позже книга Дарвина "О происхождении видов" (The Origin of Species) изменили представления биологов о развитии жизни на Земле. Теория эволюции и принципы естественного отбора, сформулиро­ван­ные Дарвином, на сегодняшний день дополнены множеством установленных современными биологами фактов. Такие науки, как генетика, палеонтология, экология и другие отрасли биологии, помогли лучше понять ход эволюции и основы теории наследственности.

Эволюция – это изменение наследственных признаков организмов в течение поколений. Именно эволюция лежит в основе изменчивости и постоянного развития живой природы.

Основные положения теории эволюции заключаются в следующем.

Палеонтология – это наука, занимающаяся изучением древних организмов на основе фоссилий. Фоссилии, или окаменелости – это ископаемые остатки живших в далекие времена организмов. Часть организмов даже сохранилась целиком, например, насекомые внутри янтаря или найденные в Сибири в вечной мерзлоте мамонты. Однако основанные на фоссилиях исследования имеют и свои недостатки, поскольку не все обитавшие на Земле организмы дошли до наших дней в виде окаменелостей. Например, фоссилий доисторических грибов и морских организмов, состоящих преимущественно из мягких тканей, найдено очень мало. 

Если не установить возраст фоссилий, то для изучения истории развития организмов пользы от них будет немного. Относительный возраст рассчитывается при помощи содержащихся в тех же слоях пород часто встречающихся фоссилий, возраст которых уже известен – так называемых индексных окаменелостей. Например, аммониты (Ammonoidea), относящиеся к головоногим моллюскам, обитали во всех морях Мирового океана в период 400–65 миллионов лет назад. Многие из видов аммонитов являются важными индексными окаменелостями. Поскольку возраст пород, как правило, увеличивается вместе с глубиной их залегания, то при помощи индексных окаменелостей найденные фоссилии можно расположить в хронологическом порядке. Для точного определения возраста используются методы радиоизотопного датирования на основе содержащихся в небольших количествах во всех организмах радиоактивных элементов и продуктов их распада.

Список наиболее часто используемых индексных окаменелостей и соответствующие им геологические периоды (протяженность последних вы можете посмотреть в следующей главе). При помощи индексных окаменелостей можно определить относительный возраст найденных вместе с ними фоссилий.

Фоссилии позволяют проследить историю развития вида или же группы организмов. Так, на основании найденных окаменелостей была сделана серия рисунков, показывающих развитие лошади: за 55 миллионов лет из пятипалого млекопитающего размером примерно с лисицу она превратилась в крупное парнокопытное животное.

Среди фоссилий встречаются и находки организмов, у которых есть признаки как давно вымерших, так и живущих в наши дни животных. Так, доисторические птицы археоптериксы (Arhaeopteryx) представляют собой нечто среднее между пресмыкающимися и птицами: у них есть характерные для пресмыкающихся зубы и хвост, а вот строение пальцев на лапах и наличие перьев делают их похожими на птиц. Окаменелости таких организмов наглядно демонстрируют существование эволюции.

Поскольку изучение фоссилий не дает полного представ­ления об эволюции организмов, то ученые часто прибегают к другим методам исследования. В основном это методы, используемые в биологической систематике.

Сравнительная анатомия занимается изучением сходств и различий в строении организмов. Чем больше сходства в строении двух видов, тем в большем родстве они состоят друг с другом и тем позже произошло разделение эволюционных ветвей их предков. Например, анатомическое строение слонов и вымерших мамонтов очень похоже, и у них был общий предок. Гомологичные органы при всей своей схожести имеют, однако, различия в функциях. Это видно, например, по конечностям позвоночных. Но крыло птицы состоит из тех же костей, что и передние конечности млекопитающих, хотя и видоизменилось в ходе эволюции. Это доказывает общность их происхождения. Аналогичные органы могут иметь разное происхождение, но выполняют одни и те же функции. Например, и мухи, и птицы пользуются крыльями для полета, но по строению эти крылья кардинально различаются. У этих видов нет общего предка, и поэтому в строении их крыльев нет ничего общего. Аналогичные органы не могут служить доказательством эволюции.

Важным свидетельством эволюции являются также рудиментарные органы (рудименты) – остаточные органы, утратившие у какого-либо вида свое первоначальное предназначение, но которые, однако, могут быть развиты и функционировать у других видов. Так, у змей и китов есть зачатки неразвитых задних конечностей. У человека тоже имеется много рудиментов, например, копчик, частичный волосяной покров на теле, зубы мудрости, ушные мышцы и аппендикс.

Эмбриональное развитие плода (эмбриогенез) помогает выяснить общность происхождения животных. В 1866 году немецкий ученый Эрнст Геккель впервые озвучил биогенетический закон, согласно которому в ходе эмбриогенеза каждое живое существо повторяет основные этапы развития своих предков. Например, у всех позвоночных в самом раннем эмбриогенезе имеется характерный для всех первичных хордовых спинной хрящ, который позднее заменяется на позвоночник.

Самые точные доказательства эволюции заключены в клетке, их помогает понять молекулярная биология. На основе структуры ДНК и последовательности аминокислот в белках можно составить генеалогическое древо животного царства. Чем больше у двух видов сходств в последовательностях нуклеотидов ДНК и аминокислот в белках, тем в более близком родстве они находятся.

Биогеография – наука о временных и пространственных закономерностях распространения организмов и распределения по земному шару различных биологических сообществ. Распространение видов на Земле связано с их родством и географическим развитием планеты. Относящиеся к одной таксономической группе (например, отряду или семейству) виды, распространенные в граничащих между собой областях, схожи в большей степени, чем обитающие в отдаленных областях виды той же группы.

Еще одним доказательством эволюции служит селекция культурных растений и домашних животных. Еще Дарвин отмечал некоторое сходство между искусственным разведением и естественным отбором. Первым процессом руководит человек, а второй происходит естественным путем, но результат в обоих случаях сводится к многообразию. Результаты селекции доказывают, что виды способны эволюционировать, что приводит к увеличению их многообразия. Используя различные способы (например, скрещивание, искусственный отбор), человек смог изменить внешний вид и род деятельности многих организмов. Хорошим примером здесь являются породы собак, которые во многих случаях до неузнаваемости отличаются от их природного предка – волка.