Что такое эволюция? Как она работает? Почему обезьяны не превращаются в людей?
Что такое эволюция?
Основные принципы теории эволюции через естественный отбор сформировал Чарльз Дарвин в своем труде 1859 «О происхождении видов». Согласно ей, эволюция – это изменение различных типов растений, животных и других живых существ на Земле в результате модификаций в последующих поколениях. Теория эволюции является основой для современной биологии.
Как она происходит?
Для понимания процесса эволюции необходимо выяснить, что такое естественный отбор, адаптация и мутации.
Адаптация в биологии – это процесс, с помощью которого вид приспосабливается к окружающей среде. Организмы могут делать это разными способами: с помощью своего строения, физиологии и генетики; благодаря своим перемещением или распространением; развивая различные средства защиты и нападения и так далее.
Естественный отбор является одним из центральных механизмов эволюционных изменений и отвечает за развитие адаптационных особенностей. В результате естественного отбора выживают и размножаются наиболее приспособленные к окружающим условиям организмы, что приводит к увеличению доли полезных унаследованных характеристик в популяции от одного поколения к следующему.
Физические и поведенческие изменения, которые делают возможным естественный отбор, происходят на уровне ДНК и генов. Такие изменения называются мутациями. Они могут быть вызваны случайными ошибками при репликации или восстановлении ДНК, а также химическим или радиационным повреждением. Естественный отбор направляет эволюционный процесс, сохраняя полезные мутации. Таким образом, мутации случайны, но отбор – нет.
Немецкий биолог Эрнст Майр обобщил теорию Дарвина относительно естественного отбора, изложив ее в пяти фактах, которые можно наблюдать, и трех выводах из них.
Факты:
- Если бы все потомство вида выживало бы и размножалось, популяция неуклонно росла бы;
- Численность популяций остается примерно одинаковой после того, как они достигают определенного размера;
- Природные ресурсы ограничены;
- Особи в популяции не идентичны друг другу, они существенно различаются между собой;
- Многие характеристики являются наследственными.
Выводы:
- Существует борьба за выживание и из-за нехватки ресурсов не все потомство существует достаточно долго, чтобы размножиться;
- Некоторые особи больше приспособлены к окружающей среде, поэтому они имеют больше шансов выжить, размножиться и оставить свои наследственные черты будущим поколениям;
- Разница между способностью к выживанию и размножению у разных особей приводит к тому, что популяции меняются, чтобы адаптироваться к своей среде, и, в конечном счете, эти вариации накапливаются со временем, образуя новые виды.
Так что, все живые организмы имеют общего предка?
Да, и он получил соответствующее название – последний универсальный общий предок. На английском его называют LUCA (Last Common Universal Ancestor). В своей работе «О происхождении видов» Дарвин предположил, что «все органические существа, когда-либо живших на Земле, происходят от некой единой первоначальной формы». Позже эту теорию развили другие ученые. Согласно ей, вся существующая жизнь генетически связана. Среди доказательств, в частности, есть разные ключевые общие черты для организмов на молекулярном уровне и почти универсальность генетического кода.
Последнего универсального общего предка не следует путать с первой жизнью на Земле вообще. Этот тип организма, который мог существовать более 3,8 миллиарда лет назад, все еще имеет живых потомков. От него происходят две базовые группы живых организмов: археи и бактерии. И хотя LUCA не представлен в окаменелостях, ученые могут делать выводы о его особенностей или метаболизма на основе анализа универсальных генов современных организмов.
Но мутации – это что-то плохое?
Не обязательно. Мутации являются источником новых изменений. Они происходят с тремя возможными результатами: нейтральным, вредным и полезным. Полезные мутации могут быть редкими и давать только незначительное преимущество, но они пропорционально увеличиваются в популяции в течение многих поколений путем естественного отбора. Таким образом, естественный отбор является эффективным, ведь вызывает накопление этих самых улучшений.
Направление, в котором происходят адаптационные изменения, зависит от окружающей среды. Изменение этой среды может сделать раньше полезные черты нейтральными или даже вредными, и наоборот.
Когда закончилась эволюция?
Эволюция не является явлением прошлого. Это активный процесс, который продолжается до сих пор. Например, появляются новые штаммы гриппа или устойчивые к пестицидам виды насекомых, а бактерии изменяются под воздействием антибиотиков, вырабатывая резистентность к ним. Лабораторные эксперименты демонстрируют эволюцию в действии. Используя способности к быстрой репродукцивности вида, такие как бактерии, дрожжи и плодовые мушки, ученые показали, что изменение условий окружающей среды, в которых существуют эти организмы, может вызвать генетические изменения в популяции.
Почему же тогда обезьяны не становятся разумными?
Все приматы, живущие сегодня, прекрасно себя чувствуют в своих природных средах обитания. Обезьяны продолжают эволюционировать, но в другом направлении, чем человек. Сейчас они не нуждаются в кардинальных изменениях и в развитии мышления. Древнейшие предки человека заняли новую экологическую нишу, в которой, вероятно, было значительно меньше деревьев. Вследствие этого у них развился бипедализм – способ передвижения на задних конечностях. Шимпанзе не надо было спускаться с деревьев, поэтому их эволюция пошла другим путем.
Стоит отметить, что в эволюции не было конечной цели создать человека — это просто процесс, благодаря которому организмы вписываются в свою среду. И он необязательно ведет к прогрессу. Существует немало примеров, когда в результате эволюции виды не усложнялись, а наоборот, становились проще, чтобы лучше адаптироваться.
Может ли эволюция пойти в обратном направлении?
Нет. В любом случае организм не возвращается в прежнее состояние, а меняется, теряя определенные черты, которые в новых условиях стали ненужными, и развивая новые. Например, пингвины адаптировались к новой среде, в которой способность к полету оказалась ненужной. Зато у них появилась способность эффективно перемещаться под водой.
А как насчет китов?
Китообразные – потомки парнокопытных. Их ближайшим наземным родственником является бегемот.
Все тот же Чарльз Дарвин в первом издании «О происхождении видов» размышлял над тем, как естественный отбор может привести к превращению наземного млекопитающего в кита. Правда, в качестве такого млекопитающего он выбрал не ту животное – североамериканского черного медведя, у которого нет ничего общего с китами.
Одним из первых китообразных был пакицет – вымерший род млекопитающих, живший на территории современного Пакистана. Он все еще сохранял много особенностей, свойственных наземным животным, включая слуховую систему, которая была лучше приспособлена для распознавания звуков в воздухе, чем в воде, а также функциональные конечности, способные двигаться по земле. Это животное было не больше волка или большой собаки. Но потомки пакицета уже были полностью водными.
![](https://new-discoveries.ru/wp-content/uploads/2021/06/8558.jpg)
Киты эволюционировали во время эоценовой эпохи около 50000000 лет назад в теплом, неглубоком тропическом море Тетис. Этот процесс сопровождался значительными анатомическими, физиологическими и поведенческими преобразованиями, позволили китообразным адаптироваться и процветать в новой среде обитания. В частности, к таким изменениям относятся: потеря волос на теле для уменьшения сопротивления во время плавания, гораздо толще кожа, толстый слой жира для утепления, потеря задних конечностей. Для эффективного хранения кислорода во время длительного погружения с задержкой дыхания китообразные также разработали различные механизмы приспособления: эффективная дыхательная система, гибкая грудная клетка, увеличен объем крови, повышенные концентрации необходимых гормонов.
Что именно заставило китообразных оставить сушу, трудно сказать. Возможно, они сделали это в поисках пищи или, наоборот, пытаясь скрыться от хищников. О переходе китов от суши к воде свидетельствует ряд промежуточных окаменелостей. Кроме того, некоторые из китообразных сохранили определенные присущие наземным млекопитающим черты. Например, существуют виды, которые сохраняют волосы на лице, а у некоторых видов эмбрионы имеют усы и зачатки задних конечностей. К тому же, в отличие от рыб, китообразные дышат воздухом и иначе двигаются.
А что с человеком? Мы тоже продолжаем эволюционировать?
Да. Самым простым примером того, как люди эволюционировали в течение последних веков, является то, как их организм приспособился переносить самые распространенные в определенных регионах источники пищи.
Дети почти всегда умеют производить лактазу – фермент, позволяет им переваривать молоко матери. Но лишь 35% взрослого человеческой популяции могут усваивать лактозу после семи-восьми лет. Большинство людей, которые сохраняют способность употреблять молоко, происходят из Европы, причем такая устойчивость к лактозе у этого населения появилась примерно 7500 назад. Таким образом, люди, происходят из регионов, в которых распространено молочное скотоводство, более толерантны к лактозе в своем рационе. Например, среди людей, которые происходят из стран Северной Европы, лактозу не переносят около 5 процентов по сравнению с более 90 процентами людей восточноазиатского происхождения.
Откуда мы все это знаем?
Исследуя окаменелости, ученые смогли связать много вымерших видов с видами, которые существуют сегодня. Также палеонтологи нашли достаточное количество «переходных ископаемых», то есть промежуточных звеньев между видами. Например, археоптерикс и микрораптор демонстрируют эволюционные отношения между динозаврами и птицами, а тиктаалик, род ископаемых рыб девонского периода, уже имеет присущие наземным позвоночным черты.
Но записи окаменелостей являются неполными и не для всех животных можно отыскать прямых предков. Однако мы можем наблюдать эволюцию в лабораторных условиях, как это сделал Ричард Ленски.
В 1988 он начал долгосрочный проект по эволюции кишечной палочки, или Escherichia coli, вырастив 12 ее культур из одного штамма. Исследователь и его команда оставили бактерии в контейнерах с питательными веществами и наблюдали за их размножением. Они занимаются этим и до сих пор, ежедневно отбирая новые культуры и размещая их в новых контейнерах. Сейчас с момента начала эксперимента бактерии пережили более 60 000 поколений.
Каждые 75 дней команда замораживает образцы. Это позволяет отследить генетические мутации бактерий с высокой точностью. Эксперимент показал, что во всех 12 популяциях бактерии эволюционировали и росли быстрее, чем их предки. Они также адаптировались к конкретной смеси химических питательных веществ, что им давали. Так, спустя примерно 31 500 поколений одна линия одной из 12 начальных популяций развила способность питаться цитратом, а не глюкозой. Обычно кишечная палочка не потребляет цитрат, поскольку не может транспортировать его в свои клетки. Но в результате мутации одна из культур создала особый белок, который позволяет цитрату проходить сквозь мембрану и попадать в клетку.