101 ключевая идея: Эволюция - Дженкинс Мортон

См. также статьи «Искусственный отбор растений», «Мутация».

МУТАЦИЯ

Мутация — это непредвиденное изменение наследственных свойств организма в результате перестроек и нарушений отдельных генов или хромосом. Хотя термин «мутация» обычно используется именно в этом смысле, исторически он имел более широкое значение, включающее изменения порядка и структуры хромосом. Мутации предоставляют «сырой» материал для эволюции и считаются основой изменчивости представителей популяции, на базе которой и осуществляется естественный (или искусственный) отбор комбинаций генов, наиболее приспособленных к окружающей среде.

Многие мутации могут быть нейтральными или «молчащими» (то есть не оказывающими заметного влияния на организм). Вредные мутации становятся очевидными, поскольку изменяют выживаемость организма. Мутации происходят случайно, но их могут вызывать различные факторы внешней среды. Спонтанные мутации возникают в результате ошибок при репликации; разные гены могут подвергаться мутации с различной частотой.

Многие обусловленные мутации могут возникать в результате влияния на организм факторов внешней среды (мутагенов), таких, как:

• Рентгеновские лучи. Вызывают нарушения в цепочках ДНК, что приводит к перестановкам (блоковые мутации) и удалению фрагментов.

• Ультрафиолетовые лучи. Вызывают точковые мутации, включая замену оснований, вставки и удаление.

•Химические вещества. Включают:

— аналоги оснований, которые подставляются вместо нормальных оснований при синтезе ДНК, что приводит к ошибочному спариванию;

— реактивы, которые добавляют в химические группы или удаляют их из нормальных оснований, что приводит к ошибочному спариванию во время репликации ДНК (например, бензол, формалин, четыреххлористый углерод).

Гены мутируют с определенной частотой, которая зависит от вида генов — некоторые из них обладают весьма высокой частотой спонтанной мутации. Большинство мутаций происходит в соматических клетках (клетках тела) и не наследуется. Те мутации, что совершаются в половых клетках, могут наследоваться.

См. также статью «Мутагены».

НАПРАВЛЕННАЯ ЭВОЛЮЦИЯ

Против теории эволюции Дарвина было выдвинуто несколько возражений, в том числе и то, что концепция изменчивости признаков и естественного отбора не объясняет, почему некоторые организмы эволюционировали в определенном направлении, как если бы их развитие было каким-то образом направлено ко вполне определенной цели.

Представление о том, что в своем развитии организмы преследуют какую — то цель, не ново. В теорию Ламарка входило предположение о том, что все организмы обладают стремлением к усовершенствованию. Но оно было отвергнуто Дарвином при работе над первым изданием «Происхождения видов». Позже высказывались соображения, что эволюция некоторых животных, например лошадей (в направлении увеличения роста и сокращения количества пальцев), была каким-то образом предопределена заранее. Стремление родственных групп организмов развиваться в одном и том же направлении, независимо от естественного отбора, следует считать основным положением в теории ортогенеза. Поскольку эта теория предполагает, что эволюция происходит независимо от естественных законов, ее нельзя проверить экспериментально. Таким образом, теория ортогенеза противостоит общепринятой теории эволюции, неодарвинизму.

Однако некоторые положения ортогенеза пришлись по душе креационистам, которые нашли в них подтверждение своим идеям о надзоре Творца над своим творением и о наличии Божественного плана. Популярности теории ортогенеза в постдарвиновскую Викторианскую эпоху способствовал недостаток окаменелостей, подтверждающих теорию эволюции. Теперь нам известно, что почти все примеры прямонаправленной эволюции, в том числе и эволюция лошади, представляют собой более сложные, включающие адаптивную радиацию по нишам. Многие из боковых ветвей вскоре исчезли, но некоторые животные выжили и долгое время обитали в разных частях света. Как только появлялась особая вариация, шансы на развитие в том же направлении значительно увеличивались.

См. также статьи «Дарвинизм», «Ламарк Жан Батист», «Ламаркизм», «Естественный отбор», «Неодарвинизм».

НАУТИЛУС

Основной интерес, проявляемый биологами к наутилусу (Nautilus — кораблик), заключается в том, что это единственный ныне живущий представитель большой группы головоногих моллюсков с многокамерной раковиной (аммонитов), широко распространенных в раннекембрийский и позднемеловой периоды (475 миллионов лет назад). Этот период времени охватывает самую сложную и обширную стадию развития беспозвоночных. После долгой эпохи доминирования среди морских животных в мезозое (45–65 миллионов лет назад) их число неожиданно сократилось и ныне среди головоногих моллюсков можно назвать только осьминогов, кальмаров и каракатиц.

Аммониты названы по имени древнеегипетского бога Амона, изображавшегося с витыми рогами на голове. По прекрасно сохранившимся окаменелостям хорошо изучены тысячи их исчезнувших видов. Начиная с триасового периода (245 миллионов лет назад) быстро появлялись новые семейства, роды и виды. Их различают по форме и рисунку завитков, особенно по типу соединения витков раковины. Сегодня существует по крайней мере шесть видов наутилуса, обитающих на умеренных глубинах в юго-западной части Тихого океана. Наутилус плавает преимущественно ночью, используя принцип реактивного движения. Несмотря на то что раковина по сравнению с телом моллюска довольно тяжела, ее поддерживает газ в пустых камерах. Из-за того что центр плавучести располагается ниже центра тяжести, тело наутилуса всегда направлено вниз, подобно тому, как корзина воздушного шара всегда находится ниже самого воздушного шара.

Несмотря на то что раковины наутилуса были известны еще в XVI веке, само животное не было как следует изучено до 1831 года, когда Ричард Оуэн, сотрудник Королевского хирургического колледжа в Лондоне, не составил описание экземпляра, доставленного ему из Тихого океана.

Живой экземпляр был изучен лишь полтора века спустя. В 1962 году профессор Оксфордского университета Анна Биддер посетила Новую Каледонию, где изучала наутилусы, содержащиеся в аквариуме. С тех пор их успели снять в естественной среде обитания при помощи подводной камеры.

См. также статьи «Живые ископаемые», «Оуэн, Ричард».

НЕОДАРВИНИЗМ

Неодарвинизм — это основанная Чарлзом Дарвином теория эволюции методом естественного отбора, согласованная с современной теорией генетики, которая берет начало в работах Грегора Менделя, и усовершенствованная в соответствии с исследованиями современных генетиков. Эти исследования ответили на многие вопросы, которые были в свое время поставлены до теории Дарвина и на которые без знания генетики ответить было просто невозможно. Суть неодарвинизма заключается в том, что приспособление организмов к среде обитания совершается благодаря естественному отбору, который действует на основе наследования изменяющихся мелких признаков, большинство из которых изначально неадаптивны. Основной источник изменчивости — мутации, которые сохраняются и передаются посредством механизма дискретной наследственности. Изменения в генном наборе различных популяций, при условии географической изоляции и ограничения дрейфа генов, в конечном итоге приводят к образованию нового вида. Хотя давление отбора всегда, как правило, очень велико, образование новых видов — процесс чрезвычайно медленный.

Критики неодарвинизма утверждают, что он не может объяснить периоды ускоренного видообразования, чередующиеся с периодами замедления эволюционной активности. Но их можно объяснить тем, что в истории планеты периоды экологического равновесия чередовались с периодами быстрых изменений окружающей среды. Однако медлительность, присущая механизму видообразования, каким его понимает неодарвинизм, породило представление о крупных мутациях, приводящих к большим фенотипическим изменениям, которые, возможно, тоже сыграли свою роль в эволюции.

Наряду с проблемой больших скачков в ходе эволюции существует проблема так называемых переходных стадий. Такие стадии должны предшествовать адаптированным структурам, доказавшим в конце концов свою надежность. Например, предполагается, что развитию глаза предшествовали стадии «полуразвитого глаза», то есть ряд приспособлений, фокусирующих свет переменной яркости, но не формирующих изображение. Однако любое образование, увеличивающее способность воспринимать свет переменной яркости, будет преимуществом, так как оно позволит воспринимать тень и движения и будет способствовать выживанию.