Текст книги "Эволюция для тех, кто хочет все успеть"

Глава V
Археоптерикс – наполовину птица, наполовину рептилия – и другие переходные формы

Геология дает нам ясное доказательство, что все виды претерпели изменения, и притом эти изменения протекали медленно и постепенно.

Чарлз Дарвин

Переход от одних видов живых существ к другим можно сравнить с цепочкой – каждое звено связано с остальными. Птицы – следующая ступень после рептилий, а между ними находятся промежуточные разновидности, в частности археоптерикс.

Пробелы в летописи эволюции

Первая реконструкция археоптерикса, сделанная по отпечатку на камне в конце XIX века

Палеонтология, стремительно развивавшаяся в XIX-ХХ веках, предоставила убедительные доказательства эволюции. Еще в XVIII веке археологи заметили, что древние ископаемые останки, обнаруживаемые в нижних геологических слоях, сильнее отличаются от современных видов, чем найденные ближе к поверхности. Это привело многих ученых к мысли о возможности эволюционного развития природы. Чем древнее растения и животные, тем меньше они похожи на те, что обитают на планете в наше время.

В то время, когда Дарвин работал над «Происхождением видов», в палеонтологической летописи было больше пробелов, чем заполненных участков. Сейчас пробелы успешно заполняются.

Методы современной науки позволяют с удивительной точностью определять, к какому периоду относятся те или иные ископаемые останки, как выглядели животные, которым они принадлежали, чем они питались, какой образ жизни вели и т. д.

Зубы крокодила вместо клюва

У археоптерикса, несмотря на то, что он почти птица, не было клюва. Зато у него были угрожающего вида зубы, по строению близкие к зубам крокодила. Его челюсть также была похожа на челюсть рептилии

Доказано, что первые простейшие микроорганизмы появились на Земле почти 4 млрд лет назад, многоклеточные организмы возникли около 1,7 млрд лет назад, высшие наземные растения образовались 450 млн лет назад, чуть раньше появились позвоночные животные. Усложнение и появление новых форм происходило постепенно и последовательно, между привычными нам видами существовало множество переходных форм, которые вымерли, но оставили после себя палеонтологические свидетельства.

Четырехкрылый птицезавр

Первые ископаемые останки археоптерикса, удивительного существа с птичьими крыльями и скелетом динозавра, были найдены в 1861 году. За два года до этого Дарвин обнародовал свою эволюционную теорию, вызвав взрыв в научном мире, так что эта находка пришлась как нельзя кстати. В переиздании «Происхождения видов» ученый пишет об археоптериксе как о промежуточном виде, находящемся на стыке между рептилиями и птицами.

Отпечатки крыльев и перьев позволяли отнести найденный экземпляр к птицам, но его скелет – когтистые пальцы на передних конечностях, строение хвоста, хищные зубы – говорил о том, что это динозавр. Динозавры появились раньше птиц, птицы – следующее звено эволюции. И, конечно же, этот переход произошел не мгновенно, из яйца динозавра не вылуплялся птичий птенец. Возникла переходная форма – археоптерикс. Он был найден не в единственном экземпляре; те археоптериксы, что жили позже него (на 30–40 млн лет), больше похожи на птиц и меньше на динозавров.

Древние европейцы

Первый археоптерикс был найден в окрестностях Лондона, впоследствии новые экземпляры обнаруживали недалеко от Берлина, Мюнхена и в Баварии

В начале нашего столетия археологи обнаружили предка археоптерикса – микрораптора. Этот динозавр, начавший понемногу превращаться в птицу, имел четыре функциональных крыла, по крылу на каждой из четырех конечностей. Вполне вероятно, что в этой длинной цепочке постепенного преобразования динозавра в птицу, растянувшейся более чем на 100 млн лет, были и другие существа, останки которых пока еще не найдены.

Отличия живых существ от неживой природы

1. Границы тела

2. Рост и развитие

3. Воспроизводство

4. Обмен веществ

Жизнь и приключения археоптериксов

Археоптерикс жил в конце Юрского периода (180–144 млн лет назад).

В то время территория современной Европы, где он обитал и где найдены его останки, была ближе к экватору и представляла собой архипелаг из островов, окруженных теплыми водами. Растения, покрывающие сушу, в основном были чем-то вроде современных южных кустарников, высотой около трех метров.

В этих кустарниках и обитали археоптериксы. Большинство ученых склоняется к мысли, что они не умели полноценно летать, размахивая крыльями, как настоящие птицы, но были способны к планирующему полету. При помощи длинных пальцев и когтей, имеющихся и на передних, и на задних конечностях, археоптериксы могли забираться на деревья и кусты и планировать вниз.

Чтобы летать, нужен мозг

Строение мозга археоптерикса занимает промежуточное положение между птицами и рептилиями. По объему его мозг в три раза больше мозга динозавра, другие модификации – увеличение зрительной доли и мозжечка – говорят о том, что у него появилась способность к полету

Очень вероятно, что археоптериксы были ночными хищниками (на ночной образ жизни указывает строение их глаз). Они охотились на мелких существ, обитавших на земле и у побережья лагуны. По сути, археоптериксы занимали ту экологическую нишу, в которой в наши дни находятся морские птицы: чайки, утки, пеликаны, бакланы. Их соседями были птерозавры – небольшие летающие динозавры, не склонные к превращению в птиц, компсогнаты – двуногие динозавры ростом около метра и маленькие ящерицы.

Археоптерикс – наполовину птица, наполовину пресмыкающееся – жил 150 млн лет назад

Утконос был впервые обнаружен европейцами в конце XVIII века на юго-востоке Австралии. Жан Батист Ламарк, узнавший о существовании данного вида, переходного между млекопитающими и рептилиями, пришел к мысли, что в природе происходит постоянное усложнение организмов

Знаменитое судно «Бигль», на котором Дарвин совершил кругосветное путешествие, у берегов Огненной Земли (Южная Америка). Рисунок кисти Конрада Мартенса

Глава VI
Вся эволюция за девять месяцев
Эмбрион как доказательство

Зародыши млекопитающих, птиц, ящериц и змей, в высшей степени сходны между собой на самых ранних стадиях, как в целом, так и по способу развития отдельных частей.

Карл Берн

То, что зародыши разных животных похожи, было замечено еще до появления дарвиновской теории. Сам Дарвин считал данный факт доказательством происхождения от общего предка – и был абсолютно прав.

Сразу или постепенно?

С зиготы – оплодотворенной яйцеклетки – начинается путь развития каждого многоклеточного организма

В XVII веке, на заре зарождения науки эмбриологии, среди исследователей превалировал преформизм. Согласно этой доктрине либо в сперматозоидах, либо в яйцеклетке (преформисты делились на два лагеря) содержится готовая уменьшенная копия человека, так называемый гомункулус. Этот гомункулус, оказываясь в матке, начинает расти, не претерпевая никаких трансформаций.

Преформисты и не подозревали о тех грандиозных изменениях, которые происходят с зародышем за время вынашивания беременности. Об этом заговорили последователи другого учения, эпигенеза. Правда, в XVII–XVIII веках не было представления о том, как передается наследственная информация, и эмбриональное развитие представлялось довольно загадочным процессом.

Как же все происходит на самом деле? Каждый многоклеточный организм, будь то ящерица, птица или человек, появляясь на свет в виде крошечной зиготы в результате слияния яйцеклетки и сперматозоида, проходит невероятно сложный путь развития. Первый этап этого развития – дробление. Зигота, не меняясь в массе и объеме, делится на мелкие клетки, образуя зародыш. На следующем этапе происходит движение клеток и образование зародышевых листков, из которых впоследствии будут сформированы ткани и органы. Дальше зародыш растет, накапливает клеточную массу, клетки обретают специализацию, постепенно превращаются в специализированные органы.

Пуп Адама

Во времена перформизма, когда считалось, что зародыш – это крошечная копия взрослого человека, шли споры о пупе Адама. Раз Адам был создан, а не рожден, то у него не должно быть пупа. Но так как у его потомков есть пуп, он должен быть и у прародителя

Самое интересное в этом процессе то, что на ранней стадии развития зародыши схожих видов, к примеру, всех позвоночных, практически неотличимы друг от друга. Хотя впоследствии у них, конечно, появляются характерные признаки.

Не чертеж, а компьютерная программа

По легенде, однажды во время лекции английского эволюциониста Джона Холдейна, читаемой для широкой публики, в аудитории прозвучало: «Невозможно поверить, что, пусть даже за миллиарды лет, одна-единственная клетка настолько усложнилась и превратилась в такое совершенное устройство, как человеческий организм». Автором скептического замечания была дама. «Мадам, – обратился к ней мэтр, – вы тоже можете проделать этот фокус, и не за миллиард лет, а всего за девять месяцев».

Древний шифр

Ген – это единица наследственности, участок ДНК, в котором зашифрована информация об отдельной клетке или признаке. В современной науке генам придается первостепенное значение. К примеру, биолог Ричард Докинз называл человека машиной для хранения генов

Каким же образом происходит это чудо – постепенное строительство сложного многоклеточного живого организма из единственной клетки? Автор этого чуда – ДНК, которую часто называют чертежом или проектом будущего существа. На самом деле ДНК – не совсем чертеж, это скорее компьютерная программа, которая определяет, что и когда нужно сделать, чтобы в нужный момент у будущего птенца образовались и развились зачатки крыльев, у зародыша ящерицы – длинный хвост, способный к регенерации, а у человека – четыре конечности с пятью пальцами.

В молекуле ДНК, этом микроскопическом кладезе генетической информации, хранятся все сведения о том, как должен развиваться организм, как он будет функционировать после формирования. Все наследственные особенности данной особи зашифрованы в ДНК, и они самопроизвольно расшифровываются, когда это нужно.

То ли птица, то ли ящерица

Основоположником эмбриологии был русский ученый Карл Максимович Бэр. Он первым доказал, что развитие всех живых существ начинается в яйцеклетке, оплодотворенной сперматозоидом, и что зародыши разных животных очень похожи между собой. «У меня в спирту сохраняются два маленьких зародыша, – писал ученый, – которые я забыл пометить, и теперь я совершенно не в состоянии сказать, к какому классу они принадлежат. Может быть, это ящерицы, может быть – маленькие птицы, а может быть – и очень маленькие млекопитающие, до того велико сходство в устройстве головы и туловища у этих животных. Конечностей, впрочем, у этих зародышей еще нет. Но если бы даже они и были на самых ранних стадиях своего развития, то и тогда мы ничего не узнали бы, потому что ноги ящериц и млекопитающих, крылья и ноги птиц, а также руки и ноги человека развиваются из одной и той же основной формы».

Законы Бэра

1. На ранней стадии развития зародыша проявляются общие признаки данной группы видов.

2. Затем – менее общие и в самом конце – особенные.

3. По мере развития зародыш одного вида все сильнее отличается от зародышей других видов.

Дарвин, знавший об открытиях Бэра и сам наблюдавший описанную им закономерность, придавал ей очень большое значение. Он был уверен, что сходство зародышей прямо указывает на происхождение от общих предков. Данные современной генетики полностью подтвердили выводы Дарвина. Процессы, происходящие при формировании и раннем развитии зародыша, у животных близких видов контролируются одними и теми же генами.

Глава VII
Пятипалые руки, лапы и крылья
Наследие общих предков

Природа не делает скачков.

Готфрид Вильгельм Лейбниц

У человека, кошки, собаки, летучей мыши и многих других, очень разных по строению животных имеется одинаковое количество пальцев. Причина такого удивительного сходства кроется в нашем далеком общем прошлом.

Разложить по полочкам

Карл Линней (1707–1778), шведский ботаник и зоолог, заложивший основы современной классификации растений и животных

Человек, особенно наделенный аналитическим складом ума, стремится все систематизировать. Многообразие живого мира – растений, животных, насекомых – издавна бросало вызов ученым, вызывая в них желание соединить его в упорядоченную систему. Первые известные нам попытки предпринимались еще древними греками, в частности Аристотелем, Теофастом и Гептодором. Они делили животных на хладнокровных и обладающих горячей кровью, а растения – на травы и деревья.

За прошедшие с тех пор века биологическая систематика не раз менялась, ее современный вид сложился в начале ХХ века, когда уже существовала теория Дарвина, зародилась генетика и сформировалось представление о постепенном развитии живых организмов от простейших к самым сложным.

В основе классификации всего живого лежит иерархический принцип. Начальный элемент классификации – вид – это совокупность организмов, объединенных общими признаками (строение, поведение и т. п.), общей территорией проживания, способных к скрещиванию и производству потомства. Сколько же на нашей планете различных видов? Ответить на этот вопрос не так просто. Количество видов, описанных на сегодняшний день наукой, составляет приблизительно 1,7 млн. Неописанных гораздо больше. Исследователи считают, что одних лишь грибов на Земле около 5 млн видов (на сегодняшний день известно 100 тысяч).

Зубы птиц и муравьедов

У птиц нет зубов, но есть их зачатки, потому что у динозавров, от которых они произошли, зубы были. Муравьеды тоже рождаются беззубыми, но у их зародышей имеются вполне заметные зубы, так как они присутствовали и предков

Виды объединяются в более крупный элемент классификации – в роды. Те, в свою очередь, в семейства, семейства – в отряды, отряды – в классы, классы – в типы. На вершине иерархии находятся царства.

Когда мышь была кошкой

Дети одних родителей обычно похожи, у двоюродных братьев и сестер тоже имеется определенное сходство, но оно менее заметно, у троюродных еще меньше общего. Сходство, как нетрудно заметить, зависит от степени родства. Чем меньше поколений между сравниваемыми особями и их предками, тем выше степень родства и больше сходство. Родные братья и сестры имеют общего предка в первом поколении, двоюродные – во втором, троюродные – в третьем.

Если взять виды одного рода в биологической классификации, то можно обнаружить их общего предка, отделенного относительно небольшим числом поколений. Если же виды будут принадлежать к разным отрядам, то количество поколений, за которыми скрывается общий предок, значительно вырастет.

По закону эволюции

Современная биологическая классификация называется филогенетической (основанной на филогенезе, историческом развитии организмов). Ее фундамент – эволюционная теория, сформулированная Чарлзом Дарвином

К примеру, общий предок обычных домовых мышей существовал на Земле около 10 млн лет назад. Общий предок всех известных на сегодня кошек жил приблизительно в то же самое время. Так же, как и в наши дни, кошки охотились на мышей, а мыши убегали от кошек. Как ни трудно это представить, когда-то давно ситуация была совсем другой – кошки и мыши не враждовали, более того, они были одним существом. Общий предок современных мышей и кошек жил на нашей планете приблизительно 70 млн лет назад.

Магическое число 5

Все живые существа, наделенные четырьмя конечностями, имеют по пять пальцев на каждой из этих конечностей. Почему именно пять, а не четыре, три или семь? В чем магия этого числа? Никакой магии нет, все дело в общем предке.

Около 400 млн лет назад на Земле обитало некое пятипалое существо.

Среди его друзей и врагов были существа с другим количеством пальцев. Для нас это непривычно, а тогда было в порядке вещей. По прихоти эволюции все соседи нашего пятипалого предка вымерли, а он выжил и дал многочисленное потомство, разветвившееся в очень непохожие друг на друга роды и виды. Таким образом, причина общности строения кроется в общности происхождения.

Совершенству нет предела

Процесс упорядочивания всего живого еще не закончен, в наше время для совершенствования классификации используется компьютерный анализ, методы математической статистики, сравнение ультрастуктуры клеток и т. п.

Может возникнуть закономерный вопрос: разве у всех четвероногих имеется четыре пальца? У коров или лошадей, к примеру, никаких пальцев не наблюдается. Это действительно так. У сформировавшихся особей парнокопытных пальцев нет, но на стадии эмбрионального развития они присутствуют, преобразуясь затем в копыта. То же касается дельфинов и китов, у эмбрионов этих млекопитающих есть пальцы, и их тоже пять, правда, по мере развития они соединяются вместе.

Семь основных категорий систематизации живого мира

• Царство

• Тип

• Класс

• Отряд (Порядок у растений)

• Семейство

• Род

• Вид

«Что может быть любопытнее того, что пригодная для хватания рука человека, роющая лапа крота, нога лошади, ласт дельфина и крыло летучей мыши построены по тому же самому образцу и содержат одинаковые кости с одним и тем же относительным расположением? – восклицал в свое время Чарлз Дарвин. – Ничто не может быть более безнадежным, как попытка объяснить эту общность строения у членов одного и того же класса с точки зрения полезности или учения о конечных причинах».

Глава VIII
Почему кенгуру есть только в Австралии и другие вопросы биогеографии

Ни сходство, ни различия между обитателями разных областей не могут быть вполне объяснены климатическими и другими физическими условиями.

Чарлз Дарвин

На жизнедеятельность живых организмов влияют многие факторы, в том числе климат, особенности земной поверхности, наличие ресурсов. Всеми этими вопросами ведает наука биогеография, основанная, в том числе, и на эволюционном учении.

Помни о предках

Представители сумчатых животных: кенгуру, виргинский опоссум, коала и сумчатый волк

Биогеография, наука, изучающая, как различные виды живых организмов распределяются по поверхности земного шара, зародилась в эпоху великих географических открытий. Отважные путешественники, бороздившие просторы неизвестных территорий, привозили из дальних странствий образцы невиданных растений и животных. Позже натуралисты и естествоиспытатели стали сравнивать их с видами, обитающими в их родных краях, и задумываться: почему они в чем-то похожи, а в чем-то различны, как можно объяснить то, что некоторые виды обитают лишь на отдельных территориях, а другие распространены по всему миру?

Думал об этом и Чарлз Дарвин, вернувшийся из кругосветного путешествия, где ему удалось наблюдать удивительное разнообразие флоры и фауны. Большинство ученых того времени объясняли многообразие видов разницей в климате, географическом положении и тому подобных физических параметрах. Но Дарвина, как и некоторых других исследователей, подобные объяснения не устраивали. Если говорить о климате, то в Южной Америке, некоторых частях Африки и Юго-Восточной Азии он почти идентичен, но при этом растительный и животный мир этих регионов имеет совсем немного общего. В Австралии обитают десятки видов сумчатых – от кенгуру до мышей и волков. В Африке, где условия жизни почти такие же, сумчатых нет вообще.

Великое разделение

Разделение Пангеи, единого континента, происходило так: сначала она раскололась на две части, северную и южную. Позже из северной сформировались Евразия и Северная Америка, а из южной – Южная Америка, Африка, Индия, Австралия и Антарктида

Климат и другие составляющие физического мира, конечно же, воздействуют на внешний облик растений и животных. Но важнейшим фактором, оказывающим гораздо более существенное влияние, является наличие или отсутствие общих предков и история их эволюционных изменений.

Живая оболочка

Объектом исследования биогеографии является биосфера нашей планеты – оболочка, в которой обитают живые организмы. Ее еще называют глобальной экосистемой или «пленкой жизни»

Крот с сумкой и крот без сумки

Удивительны не только различия у животных, но и сходства. Например, в Европе существует обыкновенный крот с почти отсутствующими глазами и короткими лапками, приспособленными к рытью подземных ходов. А в Австралии живет сумчатый крот, очень похожий на европейского, но с сумкой, в которой он вынашивает детенышей.

Австралия, как известно, особенный материк, удаленный от остальных и потому обладающий уникальной флорой и фауной. Здесь обитает огромное разнообразие сумчатых животных, которых нет больше нигде в мире (за редкими исключениями, например, опоссум в Америке). Так что наличие сумки у крота, вроде бы, понятно. Но почему сумчатый крот так похож на крота европейского? Первый ответ на этот вопрос: сходные условия, в которых протекала эволюция. И австралийскому, и европейскому кроту понадобились сильные лапы и не понадобились глаза. Вторая причина их сходства – общий предок.

Влияние условий

На Галапагосских островах, которые исследовал Дарвин, существует 13 разных видов вьюрков. Они так отличаются друг от друга, что ученый поначалу отнес их к разным семействам. На самом деле это один вид, изменившийся в разных условиях

На первый взгляд это кажется фантастическим: как у австралийского и европейского крота мог быть общий предок, ведь между их континентами пролегают тысячи километров воды? Сейчас это действительно так. Но когда-то никаких преград между Австралией и Европой не существовало, они были частью единого континента, включающего и все остальные современные материки. 230 млн лет назад большую часть земного шара занимала суша, меньшую – один гигантский материк, названный учеными Пангея. Вот на этой-то Пангее и обитали предки многих современных животных, в том числе и крота.

Три периода

По одной из периодизаций, история биогеографии делится на следующие периоды:

• Вера в сотворение мира

• Теория катастроф

• Эволюционное учение