биология 10-11

188				Глава 9. Изменения в популяциях
				Мимикрия: оса и е¸ подражатели
			Клюнув осу, птица до полугода
			не трогает и похожих мух, потом
			она снова начинает склевывать
			осовидных мух, пока ей вновь
			не попадется оса. Предостерегаю
			щая окраска часто сочетается с
			демонстративным отпугивающим
			поведением.
				Ярко окрашенная морская
			улитка эолис покрыта ядовитыми
			ворсинками. Удивительно, что
			жалящие (стрекательные) клетки
			она заимствует у растущих на
			морском дне актиний. В желудке
			эолис ядовитые клетки актиний
			не перевариваются, а по особым
			канальцам перемещаются к кож
			ным выростам на спине улитки,
			откуда выстреливаются в того,
			кто попытается напасть на эолис.
			Морские обитатели предпочитают
			не прикасаться ни к актиниям,
			ни к улиткам.
				Мимикрия (<греч. mimicros
			подражательный) заключается в
			подражании беззащитного орга
			низма хорошо защищенному и
			наделенному предостерегающей
			окраской или ядовитому суще
			ству. Неядовитые змеи бывают
				похожими на ядовитых. Съедоб
				ные бабочки подражают окраской
				ядовитым, мухи — осам, тарака
				ны могут походить расцветкой
				на божьих коровок. Некоторые
				цикады, сверчки и личинки куз
				нечиков по форме напоминают
				муравьев.
				Подражатели никогда не
				превосходят численностью вид
				оригинал. По какой причине?

Орхидеи (слева) бывают очень сходны

с опыляющими насекомыми (справа)

§ 42. Приспособленность видов к условиям существования

189

Оказывается, в их генофонде содержится много летальных мутаций, которые в гомозиготном состоянии вызывают гибель. Если бы подражателей было слишком много, предостерегающая окраска не имела бы смысла.

Встречается подражание, отличное от мимикрии. Яйца ку кушки, например, очень похожи на яйца высиживающей их птицы другого вида, которая не в состоянии отличить их от собственных. Удивителен внешний вид некоторых орхидей. Они настолько похожи на опыляющих насекомых (даже запахом и опушением), что те принимают их за особей своего вида. Такое подражание помогает орхидеям успешно опыляться, а опыляющим насекомым — скрываться среди них от врагов.

Кто так угрожающе смотрит из темноты? Нападать или убегать? Как хищнику отличить жертву от врага?

190	Глава 9. Изменения в популяциях

Для отдыха мурена прячется в нору, но другие хищники не решаются приблизиться: им кажется, что мурена бодрствует

Ложная голова на хвосте гусеницы способна сбить с толку любого хищника

Ложные головы вводят в замешательство, отвлекают внимание хищников

«Тьфу! Какая гадость!» —  жабе досталось от жука бомбардира

§ 42. Приспособленность видов к условиям существования

191

Этого жука защищает прочный хитиновый покров и острые шипы

Приведем примеры и дру гих приспособительных призна ков. Жуки и крабы защищены хитиновым покровом, моллю ски — твердыми раковинами, черепахи и броненосцы — пан

цирем, ежи и дикобразы — иглами. Растения имеют защитные колючки, шипы и обжигающие волоски. В вакуолях клеток некоторых растений вырастают кристаллы щавелевокислого кальция, предохраняющие растения от поедания гусеницами и грызунами.

Жук бомбардир выстреливает в своего врага реактивной струей обжигающей смеси гидрохинона и перекиси водорода. В организме жука эти вещества не вступают в реакцию благо даря стабилизирующему действию специального соединения. Перед выстреливанием особый фермент активирует взаимо действие. Чтобы эта реакция протекала эффективно и была безопасна для самого жука, соотношение химических веществ соблюдается с неизменной точностью. Паук подадора не плетет сетей, он охотится на мух с помощью «лассо» — липкой капель ки на длинной паутинке.

Удивительная сложность и целесообразность признаков окружающих нас организмов поражает воображение. Могли ли они появиться у существ сами по себе: расцветка крыльев бабочек, похожая на глаза животного, мимикрия осовидных мух и львиного зева, чужие ядовитые ворсинки улитки эо лис или реактивные камеры жука бомбардира? Удивительная приспособленность организмов к условиям существования подсказывает человеку мысль о созданности мира. По словам М. В. Ломоносова, «природа есть в некотором смысле Еванге лие, благовествующее громко творческую силу, премудрость

ивеличие Бога».

1.Перечислите основные приспособительные признаки.

2.Охарактеризуйте каждый признак.

3.Чем отличается предостерегающая окраска от мимикрии?

3.Могли ли в процессе естественного отбора улитки эолис постепенно научиться поедать и перемещать на спину ядо витые клетки актиний, а жуки бомбардиры — вырабатывать, безопасно содержать и благополучно возжигать гремучую смесь?

4.Случайно ли сходство орхидей с насекомыми опылителями?

192	Глава 10. Гипотеза эволюции и сотворение мира

Глава 10. ГИПОТЕЗА ЭВОЛЮЦИИ

ÈСОТВОРЕНИЕ МИРА

Впервых главах Книги Бытия сказано, что Вселенная, Зем ля и все на ней созданы Творцом в шесть дней сотворения мира. Об этом же свидетельствуют святые всех веков (см. приложе ния). По мере отхода общества от веры, в XIX в. стали набирать силу эволюционные воззрения о том, что жизнь появилась сама по себе в процессе исторического саморазвития материи — эво люции. Птицы и млекопитающие стали считаться развивши мися из пресмыкающихся, пресмыкающиеся — из земноводных, земноводные — из рыб, а рыбы — из беспозвоночных форм.

Гипотетические изменения организмов, вызывающие эти

макроэволюционные крупные переходы, ученые назвали аромор фозами (<греч. airo поднимаю + morphe форма), в отличие от из менений адаптационного характера, идиоадаптаций (<греч. idios

своеобразный + лат. adaptatio приспособление). Предполагаемое историческое саморазвитие особей назвали филогенезом.

К ароморфозам стали относить появление челюстей у по звоночных (более активное питание), появление скелета для крепления мышц (большая подвижность организма), разделение венозного и артериального кровотоков (максимальное насыще ние крови кислородом и теплокровность), возникновение жабр, легких (дыхательной функции) и сердца (функции кровообра щения), у растений — возникновение фотосинтеза, цветка и плода — у покрытосеменных и т.д.

Предполагалось, что возникновение класса птиц вызвано рядом крупных ароморфозов, а их громадное разнообразие обу словлено идиоадаптациями. Ароморфозами считается появление у птиц губчатых легких, возникновение полной перегородки между правым и левым желудочками сердца, полное разделение кровотока и теплокровность. Этими признаками птицы суще ственно отличаются от пресмыкающихся. Приспособлениями к полету — идиоадаптациями — считается преобразование передних конечностей в крылья, возникновение перьевого покрова и ро гового клюва, двойное дыхание и воздушные мешки, наличие киля, укорочение кишечника и отсутствие мочевого пузыря.

В современной эволюционной теории ароморфозами называ ют гипотетическое возникновение в ходе эволюции приспособле ний, существенно повышающих уровень организации существ, идиоадаптациями — приспособление к среде без принципиальной перестройки биологической организации.

Выделяют также дегенерацию — гипотетическое резкое упро щение, связанное с исчезновением целых систем органов и функ ций, например при переходе к паразитическому образу жизни.

§ 43. Развитие эволюционных идей

193

Соотношение между ароморфозом,

идиоадаптацией Ароморфоз Идиоадаптация

и дегенерацией (по А. Н. Северцову)

Идиоадаптация

Идиоадаптация

Дегенерация

Идиоадаптация

Предполагается, что у червей паразитов редуцировались (<лат. reductio возвращение, отодвигание назад) органы чувств, упрости лось строение нервной и пищеварительной систем, у растений паразитов утратилась способность к фотосинтезу. Утрата глаз кро том также считается примером дегенеративного пути развития.

§ 43. Развитие эволюционных идей

Живые существа характеризуются невероятной сложнос тью организации, изумительно четким взаимодействием частей ор ганизма, поразительной целесообразностью строения и поведения, удивительным разнообразием форм от простейших до человека. Как все это появилось? До середины XIX в. в науке торже ствовала концепция креационизма (<лат. creatio создание): весь растительный и животный мир, сам человек — творения Божии, сохраняющие основные первозданные свойства.

В XVIII в. появилась трансформистская концепция, соглас но которой изначально были сотворены только очень простые организмы, которые затем в соответствии с замыслом Творца развились в более сложные современные формы. Трансфор мистской концепции придерживались И. Кант, М. де Мопертюи, Р. Гук, Эразм Дарвин (дед Чарльза Дарвина), Э. Ж. Сент Иллер, Ж. Бюффон (полагал, что обезьяна — выродившийся человек).

Некоторые эволюционные идеи присутствовали еще у фило софов древности: Фалеса, Анаксимандра, Эпикура, Лукреция, но наиболее развернутую форму эволюционная гипотеза приоб рела в трудах Жан Батиста Ламарка, опубликованных в начале XIX в. Порядок в природе, по Ламарку, «насажден Верховным Творцом всего сущего». Ламарк предположил, что жизнь за рождается и движется к высокоорганизованным формам в соответствии с заложенным Творцом стремлением к совершен ству. Группы существ, появившиеся ранее других, достигли уровня высших организмов, возникшие недавно пока еще про сты в устройстве, а человек — сотворен непосредственно Богом.

194	Глава 10. Гипотеза эволюции и сотворение мира

Подробное изложение гипотезы о происхождении человека от древних обезьян (в труде «Философия зоологии», 1809 г.), он заключил словами: «Вот к каким выводам можно было прийти, если бы происхождение человека не было иным».

Ламарк предложил и механизм эволюции: усиленное упраж нение одних органов ведет к их усовершенствованию, неупраж нение других — к упрощению и исчезновению. Ламарк полагал, что длинная шея жирафа сформировалась вследствие упражне ния многих поколений в вытягивании шеи, а глаза крота пре терпели редукцию вследствие неупражнения. Птицы, обитающие на илистых берегах рек, имеют длинные ноги, поскольку их предки всячески старались их вытянуть, чтобы не увязнуть в иле. Ламарк считал, что развитые особью признаки передаются по наследству. Разобраться в ошибочности воззрений Ламарка стало возможным лишь на основе знания генетики.

Эволюционная гипотеза Ламарка не получила широкого при знания, в XIX в. преобладала креационная модель Ж. Кювье и его последователей. Кювье пересмотрел зоологическую классифи кацию и ввел категории «тип» и «семейство». Изучая строение позвоночных, он понял, что все органы существ являются ча стями целостной системы. Так, если у животного есть копыта, то и весь его организм отражает травоядный образ жизни: зубы и челюсти приспособлены к перетиранию растительности, а ки шечник — очень длинный. Если у существа — острые зубы для разрывания жертвы, то у него должны быть и челюсти, своим строением позволяющие захватывать и удерживать добычу, когти, гибкий позвоночник, удобный для охоты, и короткий пищеварительный тракт. Такое взаимное соответствие частей тела Кювье назвал принципом корреляций (<лат. correlatio со отношение). Руководствуясь этим принципом, ученый описал многие виды ископаемых организмов и основал две новые на учные дисциплины — сравнительную анатомию и палеонтологию.

Кювье утверждал, что все живые организмы сотворены Богом и появились на планете в совершенном виде. Он счи тал, что геолого палеонтологические отложения — это результат катастроф, погребавших организмы в массовом количестве, а вовсе не летопись длительного эволюционного развития. По сле каждой катастрофы включая Всемирный потоп живые организмы расселялись заново. Более поздние и современные креационисты, рассматривают лишь одну общепланетарную катастрофу — Всемирный потоп, под которым понимается не просто наводнение, а гораздо более многогранное и велико масштабное геологическое явление, включающее перестройку земной коры с формированием месторождений угля и нефти и изменение планетарного климата, а с ним — всего животного и растительного мира. Один из последователей Кювье, Жан Луи

§ 43. Развитие эволюционных идей

195

Агассис, автор основательного труда по изучению ископаемых рыб и иглокожих, развивавший теорию катастроф на основе данных палеонтологии, геологии и библейского повествова ния о потопе, лаконично выразил суть творческих поисков ученых катастрофистов XIX века: «Наука — перевод мыслей Творца на человеческий язык».

Существенным этапом в формировании эволюционных идей стали труды Чарльза Дарвина. Ученый подметил, что многие организмы представлены несколькими сходными видами, каж дый из которых адаптирован к конкретным внешним условиям. Дарвин заключил, что новые виды постепенно зарождаются в популяциях прежнего вида, приспосабливаясь и изменяясь. По степенно он дополнил свою гипотезу положением о том, что все современные обитатели планеты за миллионы лет постепенно саморазвились из простейших организмов. Творческую преоб разующую роль Дарвин отводил естественному отбору. Широ ким распространением эта гипотеза обязана прежде всего духу времени с его преувеличенным представлением о могуществе человеческого разума, стремлением объяснить все явления на туралистически. Дарвин окончил богословский факультет зна менитого Кембриджа, в своей книге «О происхождении видов» он утверждал, что 4-5 первоначальных простых форм животных и столько же растений были созданы на планете Богом, и уже после их сотворения начался эволюционный процесс. Утверж дая сотворенность мира, Дарвин ошибался лишь в возможных масштабах эволюционного процесса, преувеличивал творческую роль естественного отбора.

В первой половине ХХ в. стала очевидной неспособность дарвинизма объяснить формирование надвидовых таксонов. Данные генетики резко расходились с дарвиновским механиз мом постепенных накоплений особью адаптивных признаков (обеспечивающих приспособленность). Пытаясь преодолеть не состоятельность гипотезы Дарвина, целый ряд ученых — С. Чет вериков, Дж. Холдейн, Дж. Гексли, Ф. Добжанский, Э. Майр, И. Шмальгаузен, А. Н. и А. С. Северцовы, Л. Татаринов — соз дали так называемую синтетическую теорию эволюции (СТЭ, или неодарвинизм), рассматривающую видообразование на по пуляционном уровне. Основное предположение СТЭ состоит в том, что мутантные гены сначала накапливаются (вследствие размножения особей) в генофондах популяций в рецессивной форме, а затем при резком изменении внешних условий (изоля ции, перемене климата или кормовой базы) естественный отбор концентрирует накопленные полезные аллели (адаптивные) и формирует новый вид, неприспособившиеся особи вымирают. Одновременно в науке складывались взгляды, противоречащие СТЭ или существенно ее модифицирующие.

196	Глава 10. Гипотеза эволюции и сотворение мира

Новые научные данные показывали несостоятельность гипо тезы о возникновении и формировании посредством естествен ного отбора каждого признака во всех его деталях. Поэтому в 1968 г. молекулярные биологи М. Кимура, Т. Джукс и Д. Кинг предложили гипотезу эволюции на основе нейтральных мута ций, не подвергающихся действию естественного отбора. Их «нейтралистская эволюция» подверглась резкой критике сто ронниками творческой роли естественного отбора (по Дарвину), утверждавшими, что только отбор может формировать признаки.

В 1972 г. два известных палеонтолога Н. Элдридж из Амери канского музея естественной истории и С. Гулд из Гарварда на основе факта полного отсутствия переходных ископаемых форм между крупными таксонами пришли к выводу о невозможности эволюции путем постепенных изменений. Они выдвинули кон цепцию неравномерного темпа эволюции с продолжительными периодами стабильности и быстрыми эволюционными скачка ми — гипотезу «прерывистого равновесия». Споры о ней не пре кращаются до сих пор, но механизм таких скачков не найден.

Пытаясь согласовать эволюционные представления с фактом отсутствия переходных форм, немецкий палеонтолог О. Шин девольф и американский генетик Р. Гольдшмидт в противовес малым мутационным изменениям СТЭ предложили гипотезу «системных мутаций», приводящих к крупным преобразованиям генома с появлением так называемых обнадеживающих уродов. Согласно Шиндевольфу, «первая птица вылетела из яйца реп тилии». Н. Воронцов выдвинул гипотезу мозаичной эволюции посредством изменения фрагментов организма.

Современная эволюционная гипотеза представляет собой мно жество противоречащих друг другу предположений, неспособных сформулировать основной механизм эволюции.

Работы российских ученых (1970—2006 гг.) Ю. П. Алтухова, Ю. Г. Рычкова, Л. И. Корочкина, Е. А. Салменковой и др. стали принципиально новым этапом в осмыслении проблемы вида и видообразования.

Исследовав рыб, моллюсков, насекомых, земноводных, пре смыкающихся, птиц, млекопитающих, ученые показали, что геном эукариот состоит из мономорфной и полиморфной частей. Вариации полиморфных генов имеют широкий спектр и обе спечивают внутривидовую изменчивость, определяя адаптивные признаки, которые второстепенны. Мономорфные же гены совер шенно одинаковы у всех особей одного вида, изменения в них ле тальны для организма, они кодируют жизненно важные, наиболее существенные признаки вида, свойственные только этому виду. Поэтому вид определяется как совокупность особей, идентич ных по видовым признакам, кодируемым мономорфными генами (виды могут различаться лишь несколькими мономорфными

§ 43. Развитие эволюционных идей

197

Вертикальные колонки —  электрофореграммы (распределение в электрическом поле) белков 11 особей кеты. Вверху — полиморфный белок крови альбумин, видна индивидуальная измен

чивость; внизу — мономорфный белок хрусталика глаза кристаллин, индивидуальная изменчивость отсутствует (по данным Ю. П. Алтухова)

генами). Определение подходит также для однополых и вымер ших видов, критерий скрещиваемости для которых неприменим.

Благодаря этому открытию (ученые удостоены Госпремии РФ) стало понятно, почему виды консервативны и не преобра зуются в другие: оказывается, каждый вид имеет отличитель ные видовые признаки, кодируемые мономорфными генами, изменения в которых пагубны.

Поскольку все особи одного вида по своим мономорфным ге нам идентичны некоторой особи с типичным набором генов, этот подход в биологии получил название типологического, в отличие от популяционного, в котором вид рассматривается как совокуп ность особей, образующих популяцию. В типологическом под ходе важно именно то, что все наиболее характерные признаки вида заключены в типовой особи, а их вариации второстепенны. В популяционном подходе, наоборот, основное внимание уделя ется широте диапазона изменчивости вида, а понятие о типовой особи не рассматривается, как второстепенное и преходящее.

Изучив генетические процессы в природных популяциях животных и растений, а также палеонтологический материал, Ю. П. Алтухов с сотрудниками показали, что любая совокупность популяций обладает удивительной устойчивостью во времени и в пространстве. И эта устойчивость достигается уже через не сколько поколений после расселения популяции по ареалу, не оставляя никакой возможности для длительных и постепенных макроэволюционных изменений.

На обширном фактическом материале показано, что внешние воздействия (давление отбора), сколь бы существенны они ни были, вплоть до гибели вида, при значительных вариациях в различных частях ареала, не изменяют генетической структуры вида в целом. Если часть популяции, накопившая необычные аллели, оказывается изолированной, она вовсе не формирует новый вид: такой изолят либо погибает, либо быстро становится устойчивым и стабильным, не подверженным действию отбора. Следовательно, дарвинизм, предполагающий постепенное за