101 ключевая идея: Эволюция - Дженкинс Мортон

Репродуктивной изоляцией называется неспособность членов одной популяции вида скрещиваться с другими представителями вида. Она не допускает смешения генов одной группы с генами другой; таким образом популяция накапливает собственный набор генов. Кроме географической изоляции, возможны другие виды изоляции групп.

• Поведенческая изоляция. Брачное поведение разных групп может препятствовать их скрещиванию, даже если районы их распространения пересекаются. Они могут не узнавать брачных сигналов или не понимать определенного рисунка оперения.

• Половая изоляция. Некоторые виды, особенно насекомые, могут обладать сложным механизмом половых органов. Совокупление становится невозможным, если органы одного представителя вида в точности не соответствуют органам другого. Пыльца цветковых растений попадает в бороздки только определенной формы женских органов цветков.

• Гибридная изоляция. В тех случаях, когда особи двух видов могут скрещиваться, их эмбрион может не развиться, так как неправильное сочетание хромосом препятствует нормальному процессу образованию клеток. Такие гибриды удаляются из популяции и их гены не входят в генофонд. Иногда гибриды могут выживать и даже давать потомство, но ограниченная жизнеспособность приводит к тому, что им редко удается достичь половозрелости.

См. также статьи «Аллопатрическое видообразование», «Географическая изоляция».

САМОЗАРОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ

В свое время была распространена гипотеза самопроизвольного зарождения жизни, согласно которой современные организмы при соответствующих условиях могут образовываться из неорганического материала. Этого мнения придерживались некоторые биологи до конца XIX века. Такая гипотеза уходит корнями в классическую древность времен древнегреческих философов. Самый большой вклад в развитие науки сделал Аристотель (384–322 гг. до н. э.), он же затрагивал и вопросы биологии. Глубокий и оригинальный мыслитель задумывался о природе жизни и полагал, что она может самозарождаться. В своем трактате «История животных» он писал, что некоторые небольшие рыбы (кефаль) и угри зарождаются в илистых болотах и могут порождаться непосредственно из ила. Авторитет этого мыслителя был настолько велик, что на протяжении столетий никто в его утверждении не сомневался. Неудивительно, что идея самозарождения была настолько широко распространена среди образованных людей. Усомниться в доктрине Аристотеля значило отрицать очевидные истины и пойти наперекор всем ученым своего времени. Ученые тогда редко наблюдали за природой и почти не ставили экспериментов.

Ян Баптист ван Гельмонт писал, что если в горшок с зернами пшеницы положить грязную рубашку, то благодаря взаимодействию этих предметов в нем самозародятся мыши. Сегодня это утверждение звучит нелепо, но в то время часто проводились подобные эксперименты и таким же образом объяснялись более распространенные явления, например возникновение личинок в гниющем мясе. Это считалось примером самопроизвольного зарождения жизни.

Наконец, нашелся биолог, усомнившийся в этой теории, — Франческо Реди (1626–1697). Он сравнивал результаты разных опытов. В одном случае он закрывал сосуд с мясом плотной крышкой, а в другом оставлял открытым. Оказалось, что личинки появляются только в том случае, когда на гниющее мясо садятся мухи. Ученый сделал следующий вывод: «Если удалить живые существа, то они не появляются».

См. также статью «Биогенез».

СИМПАТРИЧЕСКОЕ ВИДООБРАЗОВАНИЕ

Симпатрическое видообразование происходит внутри одной популяции (сим — вместе, патрис — родина). Оно менее распространено, чем аллопатрическое. Этим термином обозначается процесс образования разных видов внутри постоянно скрещивающейся популяции.

Среди растений новые виды могут появиться в процессе скрещивания существующих видов. Это открытие удивило исследователей, поскольку гибриды животных обычно не имеют потомства, вследствие неспособности различных хромосом участвовать в образовании нормальных половых клеток. У растений не бывает таких проблем с хромосомами, потому что растения с разным внешним видом генетически могут быть очень схожими. Если такие генетически схожие виды произрастают на одной территории, то они могут дать гибридную популяцию. Интересно, что такая гибридизация может и не привести к смешению изначальных видов или поглощению одного вида другим. Вероятно, это происходит потому, что гибридное потомство находит свою нишу в окружающей среде, отличающуюся от ниш исходных популяций, следовательно, оно становится настоящим отдельным видом.

Растения могут образовывать виды и более любопытным образом, когда набор хромосом удваивается (или удваивается повторно). Это явление называется «полиплоидия» (полиплоос — многократный, эйдос — образ, набор хромосом). Фактически это — тип мутации, когда хромосомы в процессе образования клеток удваиваются и не могут разделиться. Она может привести к появлению тетраплоидных (тетра — четыре) растений с четырьмя полными наборами хромосом в каждой клетке. Гибридизация и полиплоидия приводят к почти мгновенному появлению нового вида, с которым можно работать, подвергая его давлению отбора окружающей среды. Так возникли многие культурные растения, и это объясняет, почему цветковые растения так быстро появились и стали удивительно многообразной группой растений, какую они представляют собой в наше время.

Симпатрическое видообразование среди животных происходит гораздо реже, чем среди растений.

См. также статьи «Аллопатрическое видообразование», «Аллополиплоидия», «Аутополиплоидия», «Мутация», «Ниша».

СЛАНЕЦ БЁРДЖЕСС

Сланец Бёрджесс — это особая горная формация, которая дала много уникальных ископаемых окаменелостей, их редкие представители имеют аналоги среди ныне живущих организмов. Сланец Бёрджесс располагается на территории национального парка Йохо, на склонах горы Маунт-Стивен, в канадской провинции Британская Колумбия. Он назван так в честь губернатора, жившего в XIX веке, его имя носит и перевал Бёрджесс, ведущий от города Филд к местной каменоломне. В палеонтологии этот район прославил Чарлз Дулитл Уолкотт, который в 1909 году обнаружил здесь большое количество останков животных. Легкий слой осадков быстро засыпал умерших животных, и отпечатки их мягких тел сохранились до наших дней в качестве окаменелостей.

Согласно легенде, когда Уолкотт проезжал мимо этого места, его мул потерял подкову, он остановился и заметил нечто блестящее на черной поверхности сланца. Эта порода относилась к кембрийскому периоду (540–505 миллионов лет назад) и при дальнейшем исследовании в ней обнаружилось много отпечатков организмов, неизвестных современной науке. Уолкотт проследил ход пластов до подножия холмов, где позже были собраны сотни образцов, хранящихся в Вашингтонском музее США. Окаменелости выглядели настолько необычно, что пробудили интерес во всем мире, и было разослано много образцов для анализа в разные страны. Самыми удивительными оказались останки членистоногих беспозвоночных, к которым относятся и трилобиты. Ранее считалось, что трилобиты были в кембрий чуть ли не единственными представителями этого типа. Оказалось, что это совершенно неверно, так как в сланцах нашли потрясающее разнообразие видов животных, говорящее о том, что океаны того времени буквально кишели беспозвоночными вроде современных ракообразных.

Стивен Джей Гоулд в своем бестселлере «Удивительная жизнь» подробно касается темы важности этих странных окаменелостей для развития представления об эволюции животных. Многие кинолюбители, без сомнения, вспомнят известный фильм Фрэнка Капры 1946 года «Эта удивительная жизнь», который и подсказала Гоулду название для серии книг.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ АНАТОМИЯ

Биологам, занимающимся сравнительной анатомией, давно известно, что виды, образующие более крупные группы (тип, класс или отряд), имеют в своем строении много схожих черт. Развитие техники генетического анализа позволило установить более прочные связи между представителями конкретных групп, так как выяснилось, что строение ДНК у них тоже схоже. Например, все виды, принадлежащие к типу хордовых, имеют хотя бы в один из периодов своего развития спинную хорду (предшествующую позвоночнику), жаберные щели в глотке и полый спинной нервный тяж (канатик). Виды внутри одного класса имеют больше общих черт, а внутри отряда — больше сходства. Виды, принадлежащие к одному роду, могут быть настолько похожи, что различить их по внешним чертам способен только специалист. В таких обстоятельствах приходит на помощь генетический анализ.

Сходство между представителями родственных групп объясняется тем, что они произошли от одного предка. Классы типа хордовых схожи между собой потому, что в прошлом имели одного и того же предка. Сходство между представителями одного класса (например, млекопитающими) более заметно, так как у них был общий предок, обладающий всеми основными чертами млекопитающего.