Easy Science
4,3K subscribers

Теория эволюции Дарвина

181 full read
Последним предком современных китов, жившим на берегу, был Синоникс (вверху слева), животное, похожее на гиену. За 60 миллионов лет появилось несколько переходных форм. Сверху вниз: Индохиус, Амбулоцетус, Родоцетус, Базилозавр, Дорудон и, наконец, современный горбатый кит. (Изображение: © NOAA)
Последним предком современных китов, жившим на берегу, был Синоникс (вверху слева), животное, похожее на гиену. За 60 миллионов лет появилось несколько переходных форм. Сверху вниз: Индохиус, Амбулоцетус, Родоцетус, Базилозавр, Дорудон и, наконец, современный горбатый кит. (Изображение: © NOAA)

Теория эволюции путем естественного отбора, впервые сформулированная в книге Дарвина «Происхождение видов» в 1859 году, представляет собой процесс, с помощью которого организмы меняются с течением времени в результате изменений наследственных физических или поведенческих черт. Изменения, которые позволяют организму лучше адаптироваться к окружающей среде, помогут ему выжить и иметь больше потомства.

Эволюция путем естественного отбора - одна из наиболее обоснованных теорий в истории науки, подтвержденная данными из самых разных научных дисциплин, включая палеонтологию, геологию, генетику и биологию развития.

По словам Брайана Ричмонда, куратора исследования происхождения человека в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке, эта теория состоит из двух основных моментов. «Вся жизнь на Земле связана друг с другом», и это разнообразие жизни является продуктом «модификаций популяций в результате естественного отбора, когда одни черты и окружающая среда предпочитались другим», - сказал он.

Проще говоря, теорию можно описать как «происхождение с модификацией», - сказала Бриана Побинер, антрополог и преподаватель Национального музея естественной истории Смитсоновского института в Вашингтоне, округ Колумбия, которая специализируется на изучении происхождения человека.

Эта теория иногда описывается как «выживание наиболее приспособленных», но это может вводить в заблуждение, сказала Побинер. Здесь «приспособленность» относится не к силе или спортивным способностям организма, а скорее к способности выживать и воспроизводиться.

Например, исследование эволюции человека с участием 1900 студентов, опубликованное в Интернете в журнале Personality and Individual Differences в октябре 2017 года, показало, что у многих людей могут возникнуть проблемы с поиском партнера из-за быстро меняющихся социальных технологических достижений, которые развиваются быстрее, чем люди. «Почти каждый второй человек сталкивается со значительными трудностями во время спаривания», - сказал ведущий автор исследования Менелаос Апостолу, доцент социальных наук Университета Никосии на Кипре. «В большинстве случаев эти трудности возникают не из-за того, что что-то не так или что-то сломалось, а из-за людей, живущих в среде, которая сильно отличается от среды, в которой они эволюционировали».

Происхождение китов

В первом издании «Происхождения видов» в 1859 году Чарльз Дарвин размышлял о том, как естественный отбор может заставить наземное млекопитающее превратиться в кита. В качестве гипотетического примера Дарвин использовал североамериканских черных медведей, которые, как известно, ловили насекомых, плавая в воде с открытым ртом:

«Я не вижу никаких трудностей в том, чтобы раса медведей, благодаря естественному отбору, становилась более водной по своему строению и повадкам, с все большими и большими пастями, пока не возникло существо столь же чудовищное, как кит», - предположил он.

Идея не очень понравилась публике. Дарвин был настолько смущен насмешками, которые он получил, что отрывок о плавающем медведе был удален из более поздних изданий книги.

Ученые теперь знают, что у Дарвина была правильная идея, но неправильное животное. Вместо того, чтобы смотреть на медведей, ему следовало смотреть на коров и бегемотов.

История происхождения китов - одна из самых увлекательных историй эволюции и один из лучших примеров естественного отбора, который есть у ученых.

Естественный отбор

Чтобы понять происхождение китов, необходимо иметь общее представление о том, как работает естественный отбор. Естественный отбор может незначительно изменить вид, заставляя популяцию менять цвет или размер в течение нескольких поколений. Это называется «микроэволюция».

Но естественный отбор также способен на гораздо большее. При наличии достаточного количества времени и накопленных изменений естественный отбор может создать совершенно новые виды, известные как «макроэволюция». Он может превратить динозавров в птиц, амфибийных млекопитающих в китов, а предков обезьян - в людей.

Возьмем пример с китами: используя эволюцию в качестве ориентира и зная, как работает естественный отбор, биологи знали, что переход ранних китов с суши в воду происходил в виде ряда предсказуемых шагов. Например, эволюция дыхала могла происходить следующим образом:

Случайные генетические изменения привели к тому, что по крайней мере у одного кита ноздри были помещены дальше на голове. Животные с такой адаптацией больше подошли бы к морскому образу жизни, поскольку им не пришлось бы полностью всплывать на поверхность, чтобы дышать. Такие животные были бы более успешными и имели бы больше потомства. В более поздних поколениях произошло больше генетических изменений, в результате чего нос отодвинулся на голову.

Изменились и другие части тела ранних китов. Передние лапы превратились в ласты. Задние ноги исчезли. Их тела стали более обтекаемыми, и они развили хвостовые плавники, чтобы лучше двигаться по воде.

Дарвин также описал форму естественного отбора, которая зависит от успеха организма в привлечении партнера, процесс, известный как половой отбор. Красочное оперение павлинов и рога оленей-самцов являются примерами черт, развившихся в результате этого типа отбора.

Но Дарвин не был первым или единственным ученым, разработавшим теорию эволюции. Французский биолог Жан Батист Ламарк выдвинул идею о том, что организм может передать черты своего потомству, хотя он был неправ в некоторых деталях. Примерно в то же время, что и Дарвин, британский биолог Альфред Рассел Уоллес независимо разработал теорию эволюции путем естественного отбора.

Современное понимание

По словам Побинер, Дарвин ничего не знал о генетике. «Он наблюдал закономерность эволюции, но на самом деле ничего не знал о механизме». Это произошло позже, с открытием того, как гены кодируют различные биологические или поведенческие черты и как гены передаются от родителей к потомству. Объединение генетики и теории Дарвина известно как «современный эволюционный синтез».

Физические и поведенческие изменения, делающие возможным естественный отбор, происходят на уровне ДНК и генов. Такие изменения называются мутациями. «Мутации - это, по сути, сырье, на котором работает эволюция», - сказала Побинер.

Мутации могут быть вызваны случайными ошибками при репликации или репарации ДНК, а также химическим или радиационным повреждением. В большинстве случаев мутации вредны или нейтральны, но в редких случаях мутация может оказаться полезной для организма. Если так, то он станет более распространенным в следующем поколении и распространится среди населения.

Таким образом, естественный отбор направляет эволюционный процесс, сохраняя и складывая полезные мутации и отклоняя плохие. «Мутации случайны, но выбор их не случаен», - сказала Побинер.

Но естественный отбор - не единственный механизм, с помощью которого развиваются организмы, сказала она. Например, гены могут передаваться от одной популяции к другой при миграции или иммиграции организмов, этот процесс известен как поток генов. Частота некоторых генов также может изменяться случайным образом, что называется генетическим дрейфом.

Множество доказательств

Несмотря на то, что ученые могли предсказать, как должны выглядеть ранние киты, им не хватало окаменелостей, подтверждающих это утверждение. Креационисты восприняли это отсутствие как доказательство того, что эволюции не было. Они высмеивали идею о том, что когда-либо могло существовать такое существо, как ходячий кит. Но с начала 1990-х это именно то, что обнаружили ученые.

Важнейшее свидетельство было получено в 1994 году, когда палеонтологи обнаружили окаменелые останки Ambulocetus natans, животного, имя которого буквально означает «хоящий кит». У его передних конечностей были пальцы и маленькие копыта, но задние лапы были огромными, учитывая его размер. Он был явно приспособлен для плавания, но также был способен неуклюже передвигаться по суше, как тюлень.

Плавая, древнее существо двигалось, как выдра, отталкиваясь задними лапами и волнообразно покачивая позвоночником и хвостом.

Современные киты продвигаются по воде с помощью мощных ударов своих горизонтальных хвостовых плавников, но у Амбулоцетуса все еще был хлыстоподобный хвост, и ему приходилось использовать свои ноги для обеспечения большей движущей силы, необходимой для движения в воде.

В последние годы обнаруживается все больше и больше этих переходных видов или «недостающих звеньев», что еще больше подтверждает теорию Дарвина, сказал Ричмонд.

Также было обнаружено, что ископаемые «звенья» поддерживают эволюцию человека. В начале 2018 года были обнаружены окаменелые челюсть и зубы, возраст которых оценивается до 194000 лет, что делает их как минимум на 50 000 лет старше, чем современные окаменелости человека, ранее найденные за пределами Африки. Это открытие дает еще один ключ к пониманию того, как эволюционировали люди.

Полемика

Несмотря на обилие свидетельств из летописи окаменелостей, генетики и других областей науки, некоторые люди все еще сомневаются в их достоверности. Некоторые политики и религиозные лидеры отвергают теорию эволюции, ссылаясь на высшее существо как на создателя, чтобы объяснить сложный мир живых существ, особенно людей.

Школьные советы обсуждают, следует ли преподавать теорию эволюции наряду с другими идеями, такими как разумный замысел или креационизм.

В основном ученые не видят разногласий. «Многие люди имеют глубокие религиозные убеждения и также принимают эволюцию, - сказала Побинер, добавив, - что может быть настоящее примирение».

Эволюция хорошо подтверждается множеством примеров изменений в различных видах, ведущих к разнообразию существующей сегодня жизни. «Если бы кто-то действительно мог продемонстрировать лучшее объяснение, чем эволюция и естественный отбор, [этим человеком] был бы новый Дарвин», - сказал Ричмонд.