Дарвин и эволюция фото

Дарвин и эволюция. Урок 2

Слова «Дарвин» и «эволюция» стали почти синонимами.Теория эволюции Дарвина объясняет, каким образом в течение времени изменялись организмы на Земле, как они приобретали разнообразные формы. Эта работа – хороший пример того, как учёный разрабатывает гипотезу, как она становится теорией и получает признание научного сообщества.

Чарльз Роберт Дарвин (1809-1882) – английский натуралист, который после 30 лет изучения и наблюдения написал одну из самых известных и влиятельных книг. Книга «О происхождении видов путём естественного отбора…» после публикации произвела сенсацию и выраженные в ней идеи сыграли ведущую роль в развитии мировоззрения людей.

Сочинения Дарвина фото
Сборник книг Дарвина из 9 томов
Источник: Коллекция Wellcome . CC BY

Идея эволюции существовала до Дарвина

Представление об эволюции ведёт своё начало не от Дарвина, но об этом мы будем говорить в отдельном разделе – эволюционной биологии.



Во времена Дарвина никто так и не смог привести неоспоримых доводов в пользу эволюции. Большинство людей считало, что виды живых организмов и их внутренняя структура сложилась по воле Творца. Многие верят в это до сих пор. Верят, что виды были созданы Творцом одновременно и остались неизменными с момента своего появления.

Ян Брейгель Младший, «Бог создаёт Солнце, Луну и звёзды» фото
Ян Брейгель Младший, «Бог создаёт Солнце, Луну и звёзды»
Автор: Общественное достояние

В противовес этим идеям ряд более ранних натуралистов и философов представляли точку зрения, согласно которой живые существа изменялись за всю историю развития жизни на Земле. Однако убедительно объяснить причину их изменения никто не смог. Важнейшим вкладом Дарвина в эти суждения стало понятие естественного отбора, которое он проанализировал и представил миру.

Дарвин и эволюция: всё началось с наблюдения

История этой теории началась в 1831 году, когда Дарвину исполнилось 22 года. В качестве бесплатного натуралиста он стал участником пятилетнего плавания на военном корабле «Бигль», экспедиция которого занималась топографической съёмкой берегов Южной Америки. Сначала он сконцентрировался на геологических исследованиях, но на Галапагосских островах его внимание привлекло сходство между их флорой и фауной с той, что встречается на материке Южная Америка.

Маршрут путешествия корабля "Бигль" фото
Маршрут путешествия корабля «Бигль»

Неоднократно Дарвин видел, что характеристики близких видов значительно отличаются от места к месту. Эти географические различия дали ему понять, что виды изменяются, когда попадают в условия, отличные от тех, в которых обитали изначально.

На Галапагоссах, расположенных в 960 км от Эквадора, Дарвин обнаружил разнообразие вьюрков, отличающихся от острова к острову. Из 14 изученных им разновидностей вьюрков все в некоторой степени отличались по внешнему виду, особенно заметными были различия в форме клюва.

Большой наземный вьюрок (Geospiza magnirostris) фото
Большой наземный вьюрок (Geospiza magnirostris)
Дятловый вьюрок (cactospiza pallida) фото
Дятловый вьюрок (cactospiza pallida)
Дарвин и эволюция: кактусовый вьюрок (Geospiza scandens) фото
Кактусовый вьюрок (Geospiza scandens)

Дарвин счёл разумным предположить, что все эти птицы произошли от одного предка, обитавшего на материке Южная Америка. Они появились на островах несколько миллионов лет назад, и их клювы изменились в зависимости от того, чем птицы питались.

Дарвина поразил тот факт, что растения и животные этих относительно молодых вулканических островов напоминали те, что на соседнем побережье Южной Америки. Если эти организмы были созданы и расположены там Творцом, то почему они не схожи с теми, которые находятся, например, на побережье Африки, а близки именно тем, что обитают и растут на берегах Южной Америки?

В течение всего путешествия Дарвин собрал данные об изменчивости организмов, которые окончательно убедили его в том, что виды нельзя считать неизменными. Так началась история неразрывной связи понятий «Дарвин» и «эволюция».

Дарвин предложил механизм эволюции

Одно дело – наблюдать за результатами эволюции, другое – понять её механизм. Величайшее достижение Дарвина в его способности выходить за рамки наблюдений. Он смог сделать вывод и предложить гипотезу о том, что эволюция происходит путём естественного отбора.

Дарвин и эволюция: искусственный и естесственный отбор

По прибытии в Англию Дарвин стал изучать практики разведения голубей и других домашних животных. Он говорил, что животноводы отбирают определённые породы голубей и других животных, например собак, с нужными для себя характеристиками. Этот процесс Дарвин назвал искусственным отбором.

Искусственный отбор часто приводит к значительному изменению черт животного. Например, породы голубей демонстрируют гораздо большее разнообразие, чем дикие виды, встречающиеся во всём мире. Дарвин подумал, что такого рода изменения могут происходить и в природе. Если голубеводы смогли получить новые породы при помощи искусственного отбора, природой мог быть сделан тот же самый процесс, который Дарвин назвал естественным отбором. Но он всё ещё не мог понять, как действует этот отбор в природе.

Дарвин и эволюция: искусственный отбор голубей фото
Голуби
Автор: Rothart

Дарвин, Мальтус и эволюция

Ключевое значение в развитии мировоззрения Дарвина сыграло его знакомство с работой священника Томаса Мальтуса о принципе народонаселения (1778), в которой он обрисовал в деталях, к чему бы мог привести рост людского населения, если бы он ничем не сдерживался. В своей книге Мальтус утверждал, что популяции всего живого: растений, животных (в том числе и человека) имеют тенденцию увеличивать свою численность в геометрической прогрессии, в то время как люди способны увеличить запасы своей пищи только в арифметической прогрессии. Это Мальтус считал сдерживающим фактором для бесконтрольного размножения людей.

Любое животное или растение, если бы оно смогло размножаться бесконтрольно, смогло бы заполнить всю Землю удивительно быстро. Вместо этого популяции видов остаются практически одинаковыми из года в год, разные причины смерти ограничивают численность особей.

Одуванчики фото
Одуванчики размножаются удивительно быстро
Автор фото:
JillWellington

Вдохновлённый идеями Мальтуса, Дарвин увидел, что хотя каждый организм имеет потенциал к произведению большого количества потомства, выживает только ограниченное число произведённых на свет особей. Соотнеся эти наблюдения с теми, что он обнаружил во время путешествия на корабле «Бигль», а также основываясь на собственном опыте разведения домашних животных и искусственном отборе, Дарвин нашёл важную ассоциацию: особи, обладающие физическими, поведенческими или другими признаками, которые дают им преимущества в их среде, скорее всего выживут и дадут потомство, в отличие от тех, что обладают менее выгодными чертами.

Выживая, эти особи получают возможность передать благоприятные признаки своему потомству. Частота этих характеристик будет увеличиваться в популяции, и характер населения в целом будет меняться. Так и проявляется естественный отбор в природе. Таким образом, естественный отбор по Дарвину – это следствие борьбы за существование и наследование признаков.

Наибольший вклад Дарвина в науку заключается не в том, что он доказал существование эволюции, а в том, что он объяснил, как она может происходить.

Дарвин и эволюция: формирование аргументов

Дарвин разрабатывал свою гипотезу с помощью основного аргумента, которым был естественный отбор. Предварительная рукопись, вышедшая в 1842 году, была показана только ближайшим друзьям из мира науки. Никто не знает, почему Дарвин не издал свою первую рукопись, а приступил к дальнейшим исследованиям, продолжавшимся ещё 16 лет.

Стимулом, который привёл гипотезу Дарвина в действие и к появлению в печати его труда в 1858 году, был следующий случай. Молодой английский натуралист Альфред Рассел Уоллес (1823-1913), много путешествующий и тоже знакомый с работой Томаса Мальтуса, прислал Дарвину свою работу, в котором он излагал гипотезу эволюции. Гипотеза развивалась независимо от Дарвина, в ней тоже приводились доводы в пользу движущей силы естественного отбора. После прочтения работы Уоллес и Дарвин устроили совместное выступление на семинаре в Лондоне. Затем Дарвин завершил свою собственную книгу, она была издана и представлена публике.

А. Р. Уоллес в 1862 году в Сингапуре фото
А. Р. Уоллес в 1862 году в Сингапуре

Позднейшие доказательства теории Дарвина

Со смерти Дарвина прошло уже более 130 лет. С этого периода появилось много доказательств его теории. Сведения, подтверждающие эволюционную теорию, поступают из разных источников, главное место среди которых занимают:

  • палеонтология;
  • биогеография;
  • систематика;
  • селекция;
  • морфология; изучение адаптивной реакции;
  • сравнительная эмбриология;
  • сравнительная химия.

Представленные в них данные подтверждают теорию эволюции путём естественного отбора, хотя и не могут являться её бесспорными доказательствами.

Палеонтологические доказательства эволюции

Палеонтология занимается изучением любых сохранившихся в земле останков, предположительно принадлежащих каким-либо живым организмам. Одних лишь палеонтологических данных недостаточно для доказательства эволюции, но они подтверждают факт прогрессивного изменения организмов и отвергают представления о неизменности видов. Большие споры вызывают так называемые переходные или промежуточные виды, характеризующиеся признаками двух таксонов, обнаружение которых оспаривается до сих пор.

Археоптерикс (Berlin_specimen) фото
Ископаемые останки археоптерикса (Berlin_specimen)
Автор: H. Raab (User: Vesta), CC BY-SA 3.0

Дарвин предсказал, что ископаемая летопись даст промежуточные связи между большими группами организмов, например, между рыбами и амфибиями, между рептилиями и птицами, ведь естественный отбор диктует относительные положения во времени таких переходных форм.

Недавнее открытие микроскопических окаменелостей расширило известную историю жизни на Земле — учёные выяснили, что живые организмы жили уже 3,5 млрд. лет назад. Открытие других останков подтвердило предположение Дарвина и пролило свет на то, как организмы развивались от простого к сложному. Особенно богата ископаемая летопись позвоночных животных. Созданы градуированные серии эволюционной последовательности изменения формы, видимой даже внешне. Самая известная воссозданная палеонтологическая летопись – филогенетический ряд лошади.

Эволюция лошади фото
Эволюция лошади
Автор: Lantios, CC BY-SA 4.0

Примеры найденных переходных форм животных: сеймурия (амфибия-рептилия), археоптерикс (рептилия-птица), циногнатус (рептилия-млекопитающее), латимерия — как близкая форма двоякодышащих предков, обладавших признаками рыб и земноводных.

Seymouria baylorensis фото
Сеймурия (Seymouria baylorensis)
Автор: Creator:Dmitry Bogdanov, CC BY 3.0

Возраст Земли

В своей теории Дарвин предсказывал, что Земля должна быть очень старой, но в то время преобладало мнение, что планете всего несколько тысяч лет. Это беспокоило Дарвина, потому что эволюция всего живого из единственных оригинальных предков потребовала бы намного большего времени.

Данные, полученные с помощью анализа скорости радиоактивного распада доказали, что физики времён Дарвина были неправы: Земля образовалась около 4,5 млрд. лет назад.

Геохронологическая шкала фото
Геохронологическая шкала-спираль
Автор: United States Geological Survey, Общественное достояние

Механизм наследственности, роль мутации в эволюции

Больше всего теорию Дарвина критиковали за непонятный механизм передачи признаков по наследству. В то время никто не имел понятия о генах и о том, как с их помощью происходит передача наследуемых признаков. Поэтому Дарвин не смог полностью объяснить, как происходит эволюция.

Несмотря на то, что Грегор Мендель в это же время проводил эксперименты по скрещиванию гороха и присылал Дарвину свою книгу (которую тот даже не открыл), генетика как наука основалась лишь в начале XX века. Только когда генетики начали разбираться в законах наследственности, эта проблема в теории Дарвина исчезла.

Сравнительная анатомия

Сравнительные исследования животных представили убедительные доказательства теории Дарвина. У многих позвоночных, относящихся к неродственным таксонам, присутствуют одинаковые кости скелета, что доказывает общность их эволюционного прошлого.



Все передние конечности, представленные на рисунке ниже имеют общий план строения, но их внешний вид изменён в результате приспособления для разных целей. Это гомологичные органы, хотя они и имеют общее эволюционное прошлое, но отличаются по структуре и функциям. Они контрастируют с аналогичными структурами, такими как крылья птиц и бабочек, которые имеют схожую функцию, но разное эволюционное происхождение.

Гомологичные органы фото
Передние конечности млекопитающих, гомологичные органы
Автор: Lantios (talk), CC BY-SA 3.0

Молекулярные доказательства эволюции

Эволюционные закономерности проявляются и на молекулярном уровне. Сравнивая геномы (последовательности всех генов одного организма) разных организмов, мы можем более точно определить происхождение и взаимосвязи групп. В результате эволюции в ДНК постоянно накапливаются генетические изменения. Эти изменения хорошо заметны при изучении распространённого белка гемоглобина.

Макаки-резусы, которые, как и люди, относятся к приматам, имеют меньше всего отличий от нас в аминокислотной цепи гемоглобина. Чем дальше родство млекопитающих или других позвоночных, тем отличий больше.

Макака-резус (Macaca mulatta mulatta) фото
Макака-резус (Macaca mulatta mulatta)
Автор: Sharp Photography, условия просмотра CC BY-SA 4.0

Последовательность многих генов, например определяющих белок гемоглобин, была расшифрована для многих организмов, и весь временной ход их эволюции можно с уверенностью изложить, прослеживая происхождение конкретного нуклеотида и их изменений в последовательности гена.

Получаемая в результате таких исследований картина называется филогенетическим древом. Оно представляет эволюционную историю гена и его родословную. Молекулярные филогенетические деревья согласуются с летописями окаменелостей. Закономерность накопления изменений в ДНК в реальном смысле представляет следы эволюционной истории. Сегодня учёные проводят сравнительный анализ живых организмов по рибосомальной РНК.

Происхождение биологических видов и их разнообразия в результате эволюции было признано большинством учёных ещё при жизни Дарвина. Но теорию естественного отбора, как механизм эволюции, признали только в 50-х годах XX столетия. На этом примере видно, как долго и трудно внедряются в жизнь революционные теории. Какие же надо было привести аргументы, чтобы в теорию поверили ещё при жизни учёного? Дарвин и эволюция теперь — понятия неразрывно связанные.

 

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован.