Эволюция для тех, кто хочет все успеть

Глава IV
Без генетики не обойтись
Вклад Менделя в теорию эволюции

Особь – это машина для выживания гена.

Ричард Докинз

Грегор Мендель блестяще разрешил одну из самых актуальных проблем дарвиновской теории – растворение наследственных признаков в ряду поколений. Он доказал, что никакого растворения не существует, каждый из признаков наследуется отдельно, поэтому накопление полезных изменений вполне возможно.

Кошмар Дженкина

Грегор Мендель (1822–1884), аббат и биолог, основоположник учения о наследственности

Первым слабым местом вучении Дарвина было отсутствие переходных форм между видами, вторым – идея о том, что любой вновь приобретенный полезный признак может раствориться при последующем скрещивании с «нормальными» особями, такого признака не имеющими. Дарвин не знал, что вскоре после того, как он опубликовал «Происхождение видов», австрийский натуралист Грегор Мендель открыл законы наследования, которые подтверждали его теорию.

Одним из самых яростных ниспровергателей идей дарвинизма, в частности постулата о наследовании полезных для выживания признаков, был инженер и биолог-любитель Флеминг Дженкин. В своей статье «Происхождение видов» Дженкин возражал против идеи естественного отбора как движущей силы эволюционных изменений. Он утверждал: если появится особь с новым, полезным для выживания признаком, ей все равно придется скрещиваться с другими особями, у которых данного признака нет. Таким образом, этот признак исчезнет.

Неудачный выбор

Мендель открыл законы наследственности, занимаясь скрещиванием разновидностей гороха. Позже он продолжил опыты с растением ястребинкой. Выводы не подтвердились, и ученый разочаровался в своих открытиях. По трагической случайности он выбрал растение, не подчиняющее общим законам

В качестве примера Дженкин приводил случай попадания белого человека на остров, населенный чернокожими. Если этот человек возьмет в жены женщину из аборигенов, их дети будут мулатами, а не белыми. А у внуков будет еще более темная кожа. Дарвин назвал эти утверждения «кошмаром Дженкина» – они могли разрушить его теорию!

Казалось бы, возразить Дженкину нечего, так и будет: белая кожа не сможет доминировать над черной. Но этот пример нельзя считать удачным, а постулат о растворении наследуемого признака – правильным. Во-первых, белая кожа – вовсе не полезный для выживания признак на африканском острове, во-вторых, гены, отвечающие за определенный признак, не растворяются и не смешиваются с другими генами, они наследуются дискретно. Это доказал своими экспериментами Грегор Мендель.

Раз горох, два горох

Во времена Дарвина считалось, что наследственность – слитное явление. При скрещивании признаки отца и матери смешиваются, и у потомства получается нечто промежуточное. На самом деле информация, заложенная в генах, не может изменяться. Из пары генов, отвечающих за определенный признак, один будет доминировать над другим, но они не смешаются.

Мендель проводил эксперименты с горохом. Так вот, если скрестить сорт гороха с желтыми семенами и сорт гороха с зелеными семенами, то у всех потомков первого поколения семена будут желтыми. Это закон единообразия гибридов первого поколения.

Непризнанный гений

При жизни Менделя его открытия остались незамеченными научным миром. Гениальные прозрения ученого, давшего ответы на самые актуальные вопросы естествознания, находились в забвении почти четыре десятилетия, пока в начале ХХ века законы наследственности не были открыты заново

Во втором поколении (при скрещивании гибридов первого между собой) будет наблюдаться расщепление признаков 3:1. То есть у большей части растений гороха семена будут желтыми, у меньшей – зелеными. Это второй закон Менделя.

Третий закон наследственности гласит: если скрестить две особи, гены которых отличны по альтернативным признакам, то гены будут наследоваться независимо друг от друга. В этом случае возможны любые комбинации генов и, соответственно, признаков, за которые они отвечают. Например, при скрещивании двух видов гороха, с белыми цветками и желтыми горошинами и красными цветками и зелеными горошинами, могут возникнуть самые разные комбинации признаков: белый цветок и желтые горошины, белый цветок и зеленые горошины и т. д.

В начале ХХ века в биологии произошел синтез теории Дарвина и генетики, начавшейся с Грегора Менделя. В результате появилось современное эволюционное учение – синтетическая теория эволюции.

Глава V
Археоптерикс – наполовину птица, наполовину рептилия – и другие переходные формы

Геология дает нам ясное доказательство, что все виды претерпели изменения, и притом эти изменения протекали медленно и постепенно.

Чарлз Дарвин

Переход от одних видов живых существ к другим можно сравнить с цепочкой – каждое звено связано с остальными. Птицы – следующая ступень после рептилий, а между ними находятся промежуточные разновидности, в частности археоптерикс.

Пробелы в летописи эволюции

Первая реконструкция археоптерикса, сделанная по отпечатку на камне в конце XIX века

Палеонтология, стремительно развивавшаяся в XIX-ХХ веках, предоставила убедительные доказательства эволюции. Еще в XVIII веке археологи заметили, что древние ископаемые останки, обнаруживаемые в нижних геологических слоях, сильнее отличаются от современных видов, чем найденные ближе к поверхности. Это привело многих ученых к мысли о возможности эволюционного развития природы. Чем древнее растения и животные, тем меньше они похожи на те, что обитают на планете в наше время.

В то время, когда Дарвин работал над «Происхождением видов», в палеонтологической летописи было больше пробелов, чем заполненных участков. Сейчас пробелы успешно заполняются.

Методы современной науки позволяют с удивительной точностью определять, к какому периоду относятся те или иные ископаемые останки, как выглядели животные, которым они принадлежали, чем они питались, какой образ жизни вели и т. д.

Зубы крокодила вместо клюва

У археоптерикса, несмотря на то, что он почти птица, не было клюва. Зато у него были угрожающего вида зубы, по строению близкие к зубам крокодила. Его челюсть также была похожа на челюсть рептилии

Доказано, что первые простейшие микроорганизмы появились на Земле почти 4 млрд лет назад, многоклеточные организмы возникли около 1,7 млрд лет назад, высшие наземные растения образовались 450 млн лет назад, чуть раньше появились позвоночные животные. Усложнение и появление новых форм происходило постепенно и последовательно, между привычными нам видами существовало множество переходных форм, которые вымерли, но оставили после себя палеонтологические свидетельства.

Четырехкрылый птицезавр

Первые ископаемые останки археоптерикса, удивительного существа с птичьими крыльями и скелетом динозавра, были найдены в 1861 году. За два года до этого Дарвин обнародовал свою эволюционную теорию, вызвав взрыв в научном мире, так что эта находка пришлась как нельзя кстати. В переиздании «Происхождения видов» ученый пишет об археоптериксе как о промежуточном виде, находящемся на стыке между рептилиями и птицами.

Отпечатки крыльев и перьев позволяли отнести найденный экземпляр к птицам, но его скелет – когтистые пальцы на передних конечностях, строение хвоста, хищные зубы – говорил о том, что это динозавр. Динозавры появились раньше птиц, птицы – следующее звено эволюции. И, конечно же, этот переход произошел не мгновенно, из яйца динозавра не вылуплялся птичий птенец. Возникла переходная форма – археоптерикс. Он был найден не в единственном экземпляре; те археоптериксы, что жили позже него (на 30–40 млн лет), больше похожи на птиц и меньше на динозавров.

Древние европейцы

Первый археоптерикс был найден в окрестностях Лондона, впоследствии новые экземпляры обнаруживали недалеко от Берлина, Мюнхена и в Баварии

В начале нашего столетия археологи обнаружили предка археоптерикса – микрораптора. Этот динозавр, начавший понемногу превращаться в птицу, имел четыре функциональных крыла, по крылу на каждой из четырех конечностей. Вполне вероятно, что в этой длинной цепочке постепенного преобразования динозавра в птицу, растянувшейся более чем на 100 млн лет, были и другие существа, останки которых пока еще не найдены.

Отличия живых существ от неживой природы

1. Границы тела

2. Рост и развитие

3. Воспроизводство

4. Обмен веществ

Жизнь и приключения археоптериксов

Археоптерикс жил в конце Юрского периода (180–144 млн лет назад).

В то время территория современной Европы, где он обитал и где найдены его останки, была ближе к экватору и представляла собой архипелаг из островов, окруженных теплыми водами. Растения, покрывающие сушу, в основном были чем-то вроде современных южных кустарников, высотой около трех метров.

В этих кустарниках и обитали археоптериксы. Большинство ученых склоняется к мысли, что они не умели полноценно летать, размахивая крыльями, как настоящие птицы, но были способны к планирующему полету. При помощи длинных пальцев и когтей, имеющихся и на передних, и на задних конечностях, археоптериксы могли забираться на деревья и кусты и планировать вниз.

Чтобы летать, нужен мозг

Строение мозга археоптерикса занимает промежуточное положение между птицами и рептилиями. По объему его мозг в три раза больше мозга динозавра, другие модификации – увеличение зрительной доли и мозжечка – говорят о том, что у него появилась способность к полету

Очень вероятно, что археоптериксы были ночными хищниками (на ночной образ жизни указывает строение их глаз). Они охотились на мелких существ, обитавших на земле и у побережья лагуны. По сути, археоптериксы занимали ту экологическую нишу, в которой в наши дни находятся морские птицы: чайки, утки, пеликаны, бакланы. Их соседями были птерозавры – небольшие летающие динозавры, не склонные к превращению в птиц, компсогнаты – двуногие динозавры ростом около метра и маленькие ящерицы.

Археоптерикс – наполовину птица, наполовину пресмыкающееся – жил 150 млн лет назад

Утконос был впервые обнаружен европейцами в конце XVIII века на юго-востоке Австралии. Жан Батист Ламарк, узнавший о существовании данного вида, переходного между млекопитающими и рептилиями, пришел к мысли, что в природе происходит постоянное усложнение организмов

Знаменитое судно «Бигль», на котором Дарвин совершил кругосветное путешествие, у берегов Огненной Земли (Южная Америка). Рисунок кисти Конрада Мартенса