Есть два взгляда на то, как возник материальный мир. Религии приписывают Богу руководящую роль в мироустройстве. В частности, Библия говорит о нескольких днях, за которые Бог создал сначала свет, потом воду, потом твердь, следом живые существа - вплоть до человека. Сейчас Церкви утверждают, что «шесть дней» - термин метафорический, где день не равен суткам, а длится намного дольше. Другой, кардинально противоположный взгляд на происхождение видимого, материального мира - научный. Эволюция Вселенной, согласно исследованиям ученых, началась с Большого Взрыва (его еще обозначают термином Big Bang), который произошел 10-15 миллиардов лет тому назад.
Что было до того, как возникло всё существующее? Современная астрономия полагает, что это была сжавшаяся до минимальных размеров сфера, внутри которой под действием высочайших температур и давления двигались свободные элементарные частицы. Все материальное, которое сейчас заполняет собой безбрежный космос, было сжато в пределах стремящейся к нулю по величине точке, с которой и началось происхождение и эволюция Вселенной. До сих пор неясно, что послужило причиной Большого Взрыва. Однако сам этот взрыв привел к расширению Вселенной, и этот процесс продолжается и сейчас. Что это значит? Что одно и то же количество материальных частиц со временем занимает все больший объем.
Будет ли расширяться материальный мир вечно, или когда-нибудь его разрастание в объеме замедлится, прекратится вовсе, наподобие того, как мы наблюдаем при взрыве гранаты? Возможно, вслед за этим эволюция Вселенной прекратится, и заменится этапом «сворачивания», сужения к первоначальной точке. Мы пока не готовы ответить на этот вопрос с определенностью. Но картина мира, созданная учеными, уже может описать последовательные фазы в разрастании и преображении материи. Первая эра - адронная - длилась всего одну миллионную часть секунды, но за это время произошел процесс аннигиляции антибарионов и барионов, образовались протоны и нейроны.
Второй и третий этапы эволюции Вселенной - лептонный и фотонный - также длились всего несколько секунд. В конце второй эры образовалось нейтринное море, а эпоха фотонов завершилась отделением вещества от антивещества (что произошло вследствие аннигиляции позитронов и электронов). Вселенная все расширялась, что привело к понижению плотности энергии частиц и фотонов. Фотонная стадия сменилась звездной, которая продолжается и сейчас. Однако формирование звезд, галактик и групп галактик происходило (да и происходит) неравномерно.
Прошли миллионы лет после Большого Взрыва, пока простейшие частицы превратились в атомы - преимущественно водорода и гелия (эти атомы являются основной составляющей Вселенной), атомы соединились в молекулы, которые вошли в соединения и образовали кристаллы, вещества, минеральные породы. На протяжении звездной эры, которой на данном этапе заканчивается эволюция Вселенной, были сформированы галактики, звездные системы, планеты, зародилась жизнь на нашей Земле. Можно ли сказать, что «эпический фейерверк» закончился, и мы стоим на остывающих углях среди рассеивающегося дыма?
Ученые пришли к выводу, что эволюция Вселенной продолжается. Завихрения гигантского скопления водорода сплющивают вещество, преображают эти скопления в водовороты. Так рождаются сферические, эллиптические и сплющенные галактики (в зависимости от скорости вращения колоссального - в сто тысяч световых лет - круговорота). К последнему типу галактик принадлежит и наша - Млечный Путь. Внутри галактик под давлением сгустков водорода формируются звезды. Они также проходят длительные стадии эволюции: от раскаленных добела сверхновых до «красных гигантов», «белых карликов» и черных дыр. Те же процессы происходят и с нашим Солнцем, в то время, как Космос продолжает расширяться.
В статье подробно рассмотрим виды эволюции, а также поговорим в целом об этом процессе, стараясь комплексно разобраться в теме. Узнаем о том, как зарождалось учение эволюции, какими идеями оно представлено и какую роль в нём играет вид.
Вступление в тему
Эволюция органического мира представляет собой довольно сложный и длительный процесс, который одновременно проходит на разных уровнях организации живой материи. При этом он всегда затрагивает множество направлений. Так сложилось, что развитие живой природы происходит от низших форм к высшим. Всё простое со временем усложняется и приобретает более интересную форму. В отдельных группах организмов развиваются адаптационные навыки, которые позволяют живым существам лучше существовать в своих конкретных условиях. Например, у некоторых водных животных появились в результате эволюции перепонки между пальцами.
Три направления
Прежде чем говорить о видах эволюции, рассмотрим три главных направления, выделенные весомыми российскими учеными И. Шмальгаузеном и А. Северцовым. По их мнению, существует ароморфоз, идиоадаптация, дегенерация.
Ароморфоз
Ароморфоз, или арогенез, - это серьёзные эволюционные изменения, которые ведут в целом к усложнению структуры и функций каких-то организмов. Данный процесс позволяет принципиально менять некоторые стороны жизни, например места обитания. Также ароморфоз способствует повышению конкурентоспособности конкретных организмов к выживанию в окружающей среде. Главная суть ароморфозов заключается в покорении новых адаптационных зон. Именно поэтому такие процессы происходят довольно редко, но если уж они случаются, то носят принципиальный характер и оказывают влияние на всё дальнейшее развитие.
При этом надо разобраться с таким понятием, как адаптационный уровень. Это определенная зона места обитания с характерным климатом и экологическими условиями, которые свойственны для определенной группы организмов. Например, для птиц адаптивной зоной является воздушное пространство, которое защищает их от хищников и позволяет осваивать новые способы охоты. Кроме того, перемещение в воздухе дает возможность преодолевать крупные препятствия и осуществлять дальние миграции. Именно поэтому полёт по праву считается важным эволюционным ароморфозом.
Наиболее яркие ароморфозы в природе - это многоклеточность и половой способ размножения. Благодаря многоклеточности, начался процесс усложнения анатомии и морфологии практически всех организмов. Благодаря половому размножению значительно расширились адаптационные способности.
У животных такие процессы поспособствовали созданию более эффективных способов питания и улучшения обмена веществ. При этом наиболее значимым ароморфозом в животном мире считается теплокровность, благодаря которой очень повысилась выживаемость в разных условиях.
У растений подобные процессы проявляются в появлении общей и проводящей систем, которые соединяют все их части в единое целое. Благодаря этому повышается эффективность опыления.
Для бактерий ароморфозом является автотрофный способ питания, благодаря которому они смогли покорить новую адаптационную зону, которая может быть лишена органических источников питания, а бактерии всё равно на ней выживут.
Идиоадаптация
Без этого процесса невозможно представить эволюцию биологических видов. Он подразумевает конкретные адаптации к специфическим условиям окружающей среды. Для того чтобы лучше понять, что это за процесс, давайте немного порассуждаем. Идиоадаптация — это небольшие изменения, которые существенно улучшают жизнь организмов, но при этом не выводят их на новый уровень организации. Рассмотрим данную информацию на примере птиц. Крыло является следствием процесса ароморфоза, а вот форма крыльев и способы полета - это уже идиоадаптации, которые не меняют анатомического строения птиц, но при этом отвечают за их выживание в определенной среде. К таким процессам еще можно отнести окрас животных. Из-за того что они значительно влияют лишь на группу организмов, их считают признаками видов и подвидов.
Дегенерация, или катагенез
Макро- и микроэволюция
А теперь перейдем непосредственно к теме нашей статьи. Какие же бывают разновидности этого процесса? Это микро- и макроэволюция. Поговорим о них подробнее. Макроэволюция представляет собой процесс формирования крупнейших систематических единиц: видов, новых семейств и так далее. Основные движущие силы макроэволюции кроются в микроэволюции.
Во-первых, это наследственность, естественный отбор, изменчивость и репродуктивная изоляция. Дивергентный характер свойственен для микро- и макроэволюции. При этом данные понятия, о которых мы говорим сейчас, получали много разных интерпретаций, но до сих пор окончательного понимания не достигнуто. Одна из самых популярных заключается в том, что макроэволюция является изменением системного характера, которое не требует большого количества времени.
Однако, что касается изучения этого процесса, то он занимает очень много времени. Более того, макроэволюция носит глобальный характер, поэтому освоить всё её многообразие очень сложно. Важным методом изучения этого направления является компьютерное моделирование, которое особенно активно начало развиваться в 1980-х годах.
Виды доказательств эволюции
А теперь поговорим о том, какие существуют доказательства макроэволюции. Во-первых, это сравнительно-анатомическая система умозаключений, которая основывается на том, что у всех животных единый тип строения. Именно это указывает на то, что все мы имеем общее происхождение. Здесь большое внимание уделяется гомологичным органам, также атавизмам. Атавизмы человека — это возникновение хвоста, многососковость и сплошной волосяной покров. Важное доказательство макроэволюции заключается в наличии рудиментарных органов, которые больше не нужны человеку и постепенно исчезают. Рудименты - это аппендикс, волосяной покров и остатки третьего века.
Теперь рассмотрим эмбриологические доказательства, которые заключаются в том, что все позвоночные животные имеют похожие зародыши на ранних стадиях развития. Конечно, со временем это сходство становится всё менее заметным, так как начинают преобладать характерные черты для определённого вида.
Палеонтологические доказательства процесса эволюции видов заключаются в том, что по остаткам некоторых организмов можно исследовать переходные формы других вымерших существ. Благодаря ископаемым останкам ученые могут узнавать о том, что существовали переходные формы. Например, такая форма жизни существовала между пресмыкающимися и птицами. Также благодаря палеонтологии ученые смогли построить филогенетические ряды, в которых можно четко отследить последовательность сменяющих друг друга видов, развивающихся в процессе эволюции.
Биохимические доказательства основываются на том, что у всех живых организмов на земле единообразный химический состав и генетический код, что также следует отметить. Более того, мы все схожи по энергетическому и пластическому обмену, а также ферментативному характеру некоторых процессов.
Биогеографические доказательства строятся на том, что процесс эволюции отлично отражается в характере распространения животных и растений по поверхности Земли. Так, учёные условно поделили массив планеты на 6 географических зон. Подробно рассматривать их мы здесь не будем, но заметим то, что наблюдается очень тесная связь между континентами и родственными видами живых организмов.
Благодаря макроэволюции мы можем понимать, что все виды произошли путем эволюции от ранее живших организмов. Таким образом раскрывается суть самого процесса развития.
Преобразования на внутривидовом уровне
Микроэволюция подразумевает под собой мелкие изменения в аллелях в популяции на протяжении поколений. Также можно сказать, что эти преобразования происходят на внутривидовом уровне. Причины кроются в мутационных процессах, искусственном и естественном дрейфе и переносе генов. Все эти изменения приводят к видообразованию.
Мы рассмотрели основные виды эволюции, но ещё не знаем, что микроэволюция делится на некоторые ветви. Во-первых, это популяционная генетика, благодаря которой производятся математические расчёты, необходимые для изучения многих процессов. Во-вторых, это экологическая генетика, которая позволяет наблюдать за процессами развития в действительности. Эти 2 вида эволюции (микро- и макро-) имеют огромное значение и вносят свой определенный вклад в целом в процессы развития. Стоит заметить, что их часто противопоставляют друг другу.
Эволюция современных видов
Для начала заметим, что это постоянный процесс. Другими словами, он никогда не прекращается. Все живые организмы эволюционируют с разной скоростью. Однако проблема состоит в том, что некоторые животные живут очень долго, поэтому заметить какие-то изменения очень сложно. Чтобы их отследить, должны пройти сотни или даже тысячи лет.
В современном мире происходит активная эволюция африканских слонов. Правда, при содействии человека. Так, у этих животных быстро уменьшается длина бивня. Дело в том, что охотники всегда охотились на слонов, которые обладали массивными бивнями. Одновременно с этим другие особи интересовали их гораздо меньше. Таким образом, у них увеличивались шансы на выживание, а также на передачу своих генов другим поколениям. Именно поэтому в течение нескольких десятилетий постепенно отмечалось уменьшение длины бивней.
Очень важно понимать, что отсутствие внешних признаков ещё не означает прекращение процесса эволюции. Например, очень часто разные исследователи ошибаются по поводу кистеперой рыбы латимерии. Ходит мнение, что она не эволюционировала миллионы лет, но это не так. Добавим, что на сегодняшний день латимерия является единственным живым представителем отряда целакантообразных. Если сравнить первых представителей этого вида и современных особей, то можно найти множество существенных различий. Единственная схожая черта заключается во внешних признаках. Именно поэтому очень важно комплексно смотреть на эволюцию, не судить о ней исключительно по внешним признакам. Интересно, что современная латимерия имеет больше схожих черт с селёдкой, чем со своим прародителем целакантом.
Факторы
Как мы знаем, виды произошли путем эволюции, но какие факторы этому способствовали? Во-первых, наследственная изменчивость. Дело в том, что различные мутации и новые комбинации генов создают базу для наследственного разнообразия. Заметим: чем активнее мутационный процесс, тем более эффективным будет естественный отбор.
Второй фактор - это случайное сохранение признаков. Чтобы уяснить суть этого явления, давайте разберёмся с такими понятиями, как дрейф генов и популяционные волны. Последние представляют собой колебания, которые происходят периодами и влияют на численность популяции. Например, каждые четыре года зайцев становится очень много, а сразу после этого их численность резко падает. Но что же такое дрейф генов? Здесь подразумевается сохранение или исчезновение каких-либо признаков в случайном порядке. То есть, если в результате каких-то событий популяция сильно уменьшается, то некоторые признаки будут сохраняться полностью или частично в хаотичном порядке.
Третий фактор, который мы рассмотрим — это борьба за существование. Её причина кроется том, что рождается очень много организмов, но лишь часть из них способна выжить. Более того, для всех не хватит пищи и территорий. В целом понятие борьбы за существование можно описать как особые взаимоотношения организма с окружающей средой и другими особями. При этом существует несколько форм борьбы. Она может быть внутривидовой, которая происходит между особями одного и того же вида. Вторая форма - межвидовая, когда за выживание борются представители разных видов. Третья форма заключается в борьбе с условиями окружающей среды, когда животным необходимо приспосабливаться к ним или же погибать. При этом по праву самой жестокой считается борьба внутри видов.
Теперь мы знаем, что роль вида в эволюции огромна. Именно с одного представителя может начаться мутация или дегенерация. Однако эволюционный процесс регулируется сам по себе, так как действует закон естественного отбора. Так, если новые признаки будут неэффективны, то особи, имеющие их, рано или поздно погибнут.
Рассмотрим еще одно важное понятие, которое характерно для всех движущих видов эволюции. Это изоляция. Данный термин подразумевает накопление определенных различий между представителями одной популяции, которая долгое время была изолирована друг от друга. В итоге это может привести к тому, что особи просто не смогут между собой скрещиваться, таким образом появится два совершенно разных вида.
Антропогенез
Теперь поговорим о видах людей. Эволюция - процесс, характерный для всех живых организмов. Часть биологической эволюции, которая привела к появлению человека, называется антропогенезом. Благодаря этому произошло отделение человеческого вида от человекообразных обезьян, млекопитающих и гоминид. Какие мы знаем виды людей? Эволюционная теория делит их на австралопитеков, неандертальцев и т. д. Характеристики каждого из этих видов знакомы нам ещё со школьной скамьи.
Вот мы и ознакомились с основными видами эволюции. Биология порой может рассказать очень много о прошлом и настоящем. Именно поэтому к ней стоит прислушиваться. Заметим: некоторые ученые считают, что следует выделять 3 вида эволюции: макро-, микро- и эволюцию человека. Однако такие мнения единичны и субъективны. В данном материале мы представили вниманию читателя 2 основных вида эволюции, благодаря которым развивается всё живое.
Подводя итоги статьи, скажем о том, что эволюционный процесс — настоящее чудо природы, которое само регулирует и координирует жизнь. В статье мы рассмотрели основные теоретические понятия, но на практике всё гораздо интереснее. Каждый биологический вид представляет собой уникальную систему, способную саморегулироваться, приспосабливаться и эволюционировать. В этом и состоит прелесть природы, которая позаботилась не только о созданных видах, но и о тех, в которые они могут мутировать.
Жизнь на Земле появилась миллиарды лет назад, и с тех пор живые организмы становились всё сложнее и разнообразнее. Существует множество доказательств того, что всё живое на нашей планете имеет общее происхождение. Хотя механизм эволюции ещё не до конца понятен учёным, сам её факт не подлежит сомнению. В этом посте — о том, какой путь прошло развитие жизни на Земле от самых простейших форм до человека, какими были много миллионов лет назад наши далёкие предки. Итак, от кого же произошёл человек?
Земля возникла 4,6 миллиардов лет назад из газопылевого облака, окружавшего Солнце. В начальный период существования нашей планеты условия на ней были не очень комфортными — в окружающем космическом пространстве летало ещё много обломков, которые постоянно бомбардировали Землю. Считается, что 4,5 млрд лет назад Земля столкнулась с другой планетой, в результате этого столкновения образовалась Луна. Первоначально Луна была очень близко к Земле, но постепенно отдалялась. Из-за частых столкновений в это время поверхность Земли находилась в расплавленном состоянии, имела очень плотную атмосферу, а температура на поверхности превышала 200°C. Через некоторое время поверхность затвердела, образовалась земная кора, появились первые материки и океаны. Возраст самых древних исследованных горных пород составляет 4 миллиарда лет.
1) Древнейший предок. Археи.
Жизнь на Земле появилась, согласно современным представлениям, 3,8-4,1 млрд лет назад (самому раннему из найденных следов бактерий 3,5 млрд лет). Как именно возникла жизнь на Земле, до сих пор надёжно не установлено. Но вероятно, уже 3,5 млрд. лет назад, существовал одноклеточный организм, который имел все черты, присущие всем современным живым организмам и был для всех них общим предком. От этого организма всем его потомкам достались черты строения (все они состоят из клеток, окружённых оболочкой), способ хранения генетического кода (в закрученных двойной спиралью молекулах ДНК), способ хранения энергии (в молекулах АТФ) и т. д. От этого общего предка произошли три основные группы одноклеточных организмов, существующих до сих пор. Сначала разделились между собой бактерии и археи, а затем от архей произошли эукариоты — организмы, клетки которых имеют ядро.
Археи почти не изменились за миллиарды лет эволюции, вероятно примерно так же выглядели и древнейшие предки человека
Хотя археи дали начало эволюции, многие из них дожили до наших дней почти в неизменном виде. И это не удивительно — с древних времён археи сохранили способность выживать в самых экстремальных условиях — при отсутствии кислорода и солнечного света, в агрессивных — кислых, солёных и щелочных средах, при высоких (некоторые виды прекрасно чувствуют себя даже в кипятке) и низких температурах, при высоких давлениях, также они способны питаться самыми разными органическими и неорганическими веществами. Их далёкие высокоорганизованные потомки совсем не могут этим похвастаться.
2) Эукариоты. Жгутиковые.
Длительное время экстремальные условия на планете мешали развитию сложных форм жизни, и на ней безраздельно господствовали бактерии и археи. Примерно 3 млрд. лет назад на Земле появляются цианобактерии. Они начинают использовать процесс фотосинтеза для поглощения углерода из атмосферы, выделяя при этом кислород. Выделяющийся кислород сначала расходуется на окисление горных пород и железа в океане, а затем начинает накапливаться в атмосфере. 2,4 млрд. лет назад происходит «кислородная катастрофа» — резкое повышение содержание кислорода в атмосфере Земли. Это приводит к большим изменениям. Для многих организмов кислород оказывается вреден, и они вымирают, заменяясь такими, которые наоборот, используют кислород для дыхания. Меняется состав атмосферы и климат, становится значительно холоднее из-за падения содержания парниковых газов, но появляется озоновый слой, защищающий Землю от вредного ультрафиолетового излучения.
Примерно 1,7 млрд лет назад от архей произошли эукариоты — одноклеточные организмы, клетки которых имели более сложное строение. Их клетки, в частности, содержали ядро. Впрочем, возникшие эукариоты имели не одного предшественника. Например, митохондрии, важные составляющие клеток всех сложных живых организмов, произошли от свободноживущих бактерий, захваченных древними эукариотами.
Существует много разновидностей одноклеточных эукариот. Считается, что все животные, а значит и человек, произошли от одноклеточных организмов, которые научились передвигаться при помощи жгутика, расположенного сзади клетки. Жгутики также помогают фильтровать воду в поисках пищи.
Хоанофлагеллаты под микроскопом, как полагают учёные, именно от подобных существ некогда произошли все животные
Некоторые виды жгутиковых живут, объединяясь в колонии, считается, что из таких колоний простейших жгутиковых некогда произошли первые многоклеточные животные.
3) Развитие многоклеточных. Билатерии.
Примерно 1,2 млрд. лет назад появляются первые многоклеточные организмы. Но эволюция всё ещё медленно продвигается, вдобавок развитию жизни мешают . Так, 850 млн. лет назад начинается глобальное оледенение. Планета более чем на 200 млн. лет покрывается льдом и снегом.
Точные детали эволюции многоклеточных, к сожалению, неизвестны. Но известно, что через некоторое время первые многоклеточные животные разделились на группы. Дожившие до наших дней без особых изменений губки и пластинчатые не имеют отдельных органов и тканей и отфильтровывают питательные вещества из воды. Ненамного сложнее устроены кишечнополостные, имеющие лишь одну полость и примитивную нервную систему. Все же остальные более развитые животные, от червей до млекопитающих, относятся к группе билатерий, и их отличительным признаком является двусторонняя симметрия тела. Когда появились первые билатерии, доподлинно неизвестно, вероятно это произошло вскоре после окончания глобального оледенения. Формирование двусторонней симметрии и появление первых групп билатеральных животных, вероятно, происходило между 620 и 545 млн. лет назад. Находки ископаемых отпечатков первых билатерий относятся ко времени 558 млн. лет назад.
Кимберелла (отпечаток, внешний вид) — один из первых обнаруженных видов билатерий
Вскоре после своего возникновения билатерии разделяются на первичноротых и вторичноротых. От первичноротых происходят почти все беспозвоночные животные — черви, моллюски, членистоногие и т. д. Эволюция вторичноротых приводит к появлению иглокожих (таких, как морские ежи и звёзды), полухордовых и хордовых (к которым относится и человек).
Недавно в Китае были найдены остатки существ, получивших название Saccorhytus coronarius. Они жили примерно 540 млн. лет назад. По всем признакам это маленькое (размером всего около 1 мм) существо было предком всех вторичноротых животных, а значит, и человека.
Saccorhytus coronarius
4) Появление хордовых. Первые рыбы.
540 млн. лет назад происходит «кембрийский взрыв» — за очень короткий период времени появляется огромное число самых разных видов морских животных. Фауну этого периода удалось хорошо изучить благодаря сланцам Бёрджес в Канаде, где сохранились остатки огромного числа организмов этого периода.
Некоторые из животных кембрийского периода, останки которых найдены в сланцах Бёрджес
В сланцах нашли множество удивительных животных, к сожалению, давно вымерших. Но одной из наиболее интересных находок стало обнаружение останков небольшого животного, получившего название пикайя. Это животное — самый ранний из найденных представителей типа хордовых.
Пикайя (останки, рисунок)
У пикайи были жабры, простейший кишечник и кровеносная система, а также небольшие шупальца возле рта. Это небольшое, размером около 4 см. животное напоминает современных ланцетников.
Появление рыб не заставило себя долго ждать. Первым из найденных животных, которое можно отнести к рыбам, считается хайкоуихтис. Он был ещё меньше пикайи (всего 2,5 см), но у него уже были глаза и головной мозг.
Примерно так выглядел хайкоуихтис
Пикайя и хайкоуихтис появились между 540 и 530 млн. лет назад.
Вслед за ними в морях вскоре появилось множество рыб большего размера.
Первые ископаемые рыбы
5) Эволюция рыб. Панцирные и первые костные рыбы.
Эволюция рыб продолжалась довольно долго, и поначалу они совсем не были доминирующей группой живых существ в морях, как сегодня. Напротив, им приходилось спасаться от таких крупных хищников, как ракоскорпионы. Появились рыбы, у которых голова и часть туловища были защищены панцирем (считается, что череп впоследствии развился из такого панциря).
Первые рыбы были бесчелюстными, вероятно, они питались мелкими организмами и органическими остатками, втягивая и фильтруя воду. Лишь около 430 млн. лет назад появились первые рыбы, имеющие челюсти — плакодермы, или панцирные рыбы. Голова и часть туловища у них была прикрыта костным панцирем, обтянутым кожей.
Древняя панцирная рыба
Некоторые из панцирных рыб приобрели большие размеры и стали вести хищный образ жизни, но дальнейший шаг в эволюции был сделан благодаря появлению костных рыб. Предположительно, от панцирных рыб произошёл общий предок хрящевых и костных рыб, населяющих современные моря, а сами панцирные рыбы, появившиеся примерно в одно с ними время акантоды, а также почти все бесчелюстные рыбы впоследствии вымерли.
Entelognathus primordialis — вероятная промежуточная форма между панцирными и костными рыбами, жил 419 млн. лет назад
Самой первой из обнаруженных костных рыб, а значит, и предком всех сухопутных позвоночных, включая человека, считается живший 415 млн. лет назад Guiyu Oneiros. По сравнению с хищными панцирными рыбами, достигавшими в длину 10 м, эта рыба была небольшой — всего 33 см.
Guiyu Oneiros
6) Рыбы выходят на сушу.
Пока рыбы продолжали эволюционировать в море, растения и животные других классов уже выбрались на сушу (следы присутствия на ней лишайников и членистоногих обнаруживаются ещё 480 млн. лет назад). Но в конце концов освоением суши занялись и рыбы. От первых костных рыб произошли два класса — лучепёрые и лопастопёрые. К лучепёрым относится большинство современных рыб, и они прекрасно приспособлены для жизни в воде. Лопастепёрые, напротив, приспособились к жизни на мелководье и в небольших пресных водоёмах, в результате чего их плавники удлинились, а плавательный пузырь постепенно превратился в примитивные лёгкие. В результате эти рыбы научились дышать воздухом и ползать по суше.
Эвстеноптерон () — одна из ископаемых кистепёрых рыб, которая считается предком сухопутных позвоночных. Эти рыбы жили 385 млн. лет назад и достигали длины 1,8 м.
Eusthenopteron (реконструкция)
— ещё одна кистепёрая рыба, которая считается вероятной промежуточной формой эволюции рыб в земноводных. Она уже могла дышать лёгкими и выползать на сушу.
Panderichthys (реконструкция)
Тиктаалик, найденные останки которого относятся ко времени 375 млн. лет назад, был ещё ближе к земноводным. У него были рёбра и лёгкие, он мог вертеть головой отдельно от туловища.
Тиктаалик (реконструкция)
Одними из первых животных, которых причисляют уже не к рыбам, а к земноводным, стали ихтиостеги. Они жили около 365 млн. лет назад. Эти небольшие животные длиной около метра, хотя уже и имели лапы вместо плавников, всё ещё с трудом могли передвигаться по суше и вели полуводный образ жизни.
Ихтиостега (реконструкция)
На время выхода позвоночных на сушу пришлось очередное массовое вымирание — девонское. Оно началось примерно 374 млн. лет назад, и привело к вымиранию почти всех бесчелюстных рыб, панцирных рыб, многих кораллов и других групп живых организмов. Тем не менее первые земноводные выжили, хотя им и понадобился ещё не один миллион лет, чтобы более-менее адаптироваться к жизни на суше.
7) Первые рептилии. Синапсиды.
Начавшийся примерно 360 млн. лет назад и продолжавшийся 60 млн. лет каменноугольный период был очень благоприятен для земноводных. Значительную часть суши покрывали болота, климат был тёплым и влажным. В таких условиях многие земноводные продолжали жить в воде или около неё. Но примерно 340-330 млн. лет назад некоторые из земноводных решили освоить и более сухие места. У них развились более сильные конечности, появились более развитые лёгкие, кожа, наоборот стала сухой, чтобы не терять влагу. Но чтобы действительно длительное время жить далеко от воды, нужно было ещё одно важное изменение, ведь земноводные, как и рыбы, метали икру, и их потомство должно было развиваться в водной среде. И около 330 млн. лет назад появились первые амниоты, т. е. животные, способные откладывать яйца. Оболочка первых яиц была ещё мягкой, а не твёрдой, тем не менее, их уже можно было откладывать на суше, а значит, потомство уже могло появляться вне водоёма, минуя стадию головастиков.
Учёные до сих пор путаются в классификации земноводных каменноугольного периода, а также в том, считать ли некоторые ископаемые виды уже ранними рептилиями, либо всё ещё земноводными, приобретшими лишь некоторые черты рептилий. Так или иначе, эти то ли первые рептилии, то ли рептилоподобные земноводные выглядели примерно так:
Вестлотиана — небольшое животное длиной около 20 см., сочетавшее черты рептилий и земноводных. Жило примерно 338 млн. лет назад.
А затем ранние рептилии разделились, дав начало трём большим группам животных. Палеонтологи выделяют эти группы по строению черепа — по числу отверстий, через которые могут проходить мышцы. На рисунке сверху вниз черепа анапсида , синапсида и диапсида :
При этом анапсидов и диапсидов часто объединяют в группу завропсидов . Казалось бы, отличие совершенно незначительное, тем не менее, дальнейшая эволюция этих групп пошла совершенно разными путями.
От завропсидов произошли более продвинутые рептилии, включая динозавров, а затем птицы. Синапсиды же дали начало ветви звероподобных ящеров, а затем и млекопитающим.
300 млн. лет назад начался Пермский период. Климат стал более сухим и холодным и на суше стали доминировать ранние синапсиды — пеликозавры . Одним из пеликозавров был Диметродон, имевший в длину до 4х метров. На спине у него был большой «парус», который помогал регулировать температуру тела: быстро охладиться при перегреве или, наоборот, быстро согреться, подставив спину солнцу.
Считается, что огромный диметродон является предком всех млекопитающих, а значит, и человека.
8) Цинодонты. Первые млекопитающие.
В середине Пермского периода от пеликозавров происходят терапсиды, больше уже похожие на зверей, чем на ящеров. Выглядели терапсиды примерно так:
Типичный терапсид Пермского периода
В течение Пермского периода возникло много видов терапсид, больших и маленьких. Но 250 млн. лет назад происходит мощный катаклизм. Из-за резкого усиления вулканической активности температура повышается, климат становится очень сухим и жарким, большие площади суши заливает лава, а атмосферу наполняют вредные вулканические газы. Происходит Великое Пермское вымирание, самое масштабное в истории Земли массовое вымирание видов, вымирают до 95% морских и около 70% сухопутных видов. Из всех терапсид выживает лишь одна группа — цинодонты .
Цинодонты были животными преимущественно небольшого размера, от нескольких сантиметров до 1-2 метров. Среди них были как хищники, так и травоядные.
Циногнат — вид хищных цинодонтов, живших около 240 млн. лет назад. Был в длину около 1.2 метра, один из возможных предков млекопитающих.
Однако, после того, как климат наладился, цинодонтам было не суждено захватить планету. Диапсиды перехватили инициативу — от мелких рептилий произошли динозавры, которые вскоре заняли большинство экологических ниш. Цинодонты не могли с ними тягаться, они измельчали, им пришлось прятаться в норах и выжидать. Реванш удалось взять нескоро.
Однако цинодонты выживали, как могли, и продолжали эволюционировать, всё больше становясь похожими на млекопитающих:
Эволюция цинодонтов
Наконец, от цинодонтов произошли первые млекопитающие. Они были маленькими и вели, предположительно, ночной образ жизни. Опасное существование среди большого количества хищников способствовало сильному развитию всех органов чувств.
Одним из первых настоящих млекопитающих считается Мегазостродон.
Мегазостродон жил примерно 200 млн. лет назад. Его длина была всего около 10 см. Мегазостродон питался насекомыми, червями и другими мелкими животными. Вероятно, он или другой похожий зверёк и был предком всех современных млекопитающих.
Дальнейшую эволюцию — от первых млекопитающих до человека — мы рассмотрим в .
Эволюцией называют такой естественный процесс развития живой природы, в котором генетический состав популяций постепенно меняется, в результате чего происходит преобразование биосферы. Такие механизмы объясняются несколькими теориями, самой известной является учение Дарвина о естественном отборе.
Сегодня считается, что эволюция, как естественный процесс, является твердо установленным научным фактом. Тем не менее это довольно широкое понятие, которое допускает довольно много толкований и неверных представлений вокруг себя. Именно поэтому есть мифы, которые нуждаются в пояснении.
Теория эволюции посвящена происхождению жизни. На самом деле это научное учение рассказывает о том, как развивалась жизнь уже после ее зарождения. Не стоит отрицать, что эволюцию интересует и четкое понимание того, как появилась жизнь на планете. Однако это не самое главное, для этого учения.
В процессе эволюции организмы всегда получают лучшие качества. Известно, что в результате естественного отбора выживали самые сильные. Но природа наградила нас многими примерами, когда это были далеко не самые совершенные организмы. В качестве примера можно упомянуть мхи, раков, акул и грибки. Эти организмы довольно долгое время оставались неизменными. Они смогли так приспособиться к изменяющейся окружающей среде, чтобы и дальше жить без улучшений. Другие организмы претерпевали серьезные изменения, но не всегда это был скачок вперед. С изменением окружающей среды даже эволюционировавшие организмы не всегда могли приспособиться к новым условиям.
В ходе эволюции жизнь менялась случайным образом. Нельзя считать естественный обзор каким-то случайным процессом. Чтобы выжить и воспроизводить свое потомство, многие существа, живущие в водной среде, должны были более быстро передвигаться. В итоге выживали те, кто лучше справлялся с такой задачей. Потомство же этих существ уже получало эти полезные характеристики, продолжая цикл. Так что не стоит считать, что эволюция является случайным процессом, такое мнение не имеет под собой оснований.
Естественный отбор представляет собой попытку организмов адаптироваться к новым условиям жизни. На самом деле в ходе естественного отбора организмы вовсе не пытались приспособиться. Такой процесс позволял разным существам размножаться и выживать. Генетической же адаптацией к новым условиям сам развивающийся организм заняться не в состоянии.
Естественный отбор дает организмам то, что им и требуется. Этот природный процесс не обладает каким-то интеллектом, естественный отбор не может четко указать, какому виду что требуется. Просто если в популяции присутствуют генетические вариации, помогающие выжить в природной среде, то такие особенности будут переданы по наследству следующим поколениям. Сама же популяция будет увеличиваться. А если генетической вариации не существует, то она либо появится со временем, либо сама популяция продолжит жить без существенных изменений.
Эволюция – всего лишь теория. Научным языком теорией является хорошо доказанная фактами идея, которая может с помощью логики определить какие-то свойства природы. А вот другие определения понятия «теория», в частности, подразумевающие «догадку» или «предположение» привносят в ненаучный мир только еще большую путаницу. Те, кто имеет дело с наукой, но не понимает ее основ, путает два разных понятия.
Эволюция является теорией кризиса. В науке нет сомнений о том, происходила ли на самом деле эволюция или нет. Есть некие сомнения по поводу того, как это было на самом деле. Внимание уделяется каждой мелочи этого сложного процесса. Некоторые нюансы заставляют анти-эволюционистов предполагать, что теория эволюции является теорией кризиса. На самом деле это учение является рупором науки, к которому прислушиваются ученые во всем мире.
Есть некоторые пробелы в истории окаменелостей, которые опровергают эволюцию. Среди окаменелостей есть много свидетельств переходных форм. Некоторые из них свидетельствуют о превращении динозавров в современных птиц, другие – об эволюции китом и их предков в наземных млекопитающих. К сожалению, множество переходных форм было утрачено. Однако они не сохранились только потому, что существовали в таких условиях, которые не дали возможности сохраниться окаменелости. Наука действительно говорит о том, что среди эволюционных изменений существует довольно много пробелов. Однако саму теорию эволюции это никак не опровергает.
Эволюционная теория на самом деле неполная. Эта наука еще только находится в состоянии разработке. Новые изыскания постоянно дополняют теорию поправками, новыми фактами, что может даже слегка изменить представление об эволюции. В данном случае эта теория похожа на все другие в подобном отношении. И только эволюция является тем самым единственно возможным правдоподобным объяснением всего существующего разнообразия жизни на планете.
Теория эволюции содержит много неточностей. Наука является довольно конкурентным полем деятельности. В случае эволюционной теории все выявленные недостатки быстро исправлялись, а учение корректировалось с их учетом. Креационисты выдвинули немало доводов против эволюции. Ученые исследовали их, критики такие тезисы просто не выдерживали. На самом деле все эти «неточности» появились из-за непонимания самой теории или же искажения ее понятий.
Эволюция наукой не является, так как ее нельзя наблюдать. Такое мнение ошибочное, так как эволюцию можно и проверять, и наблюдать. Заблуждение кроется в том, что для многих наука – это эксперименты в лаборатории, проводимые учеными в белых халатах. А ведь большое количество научной информации может быть собрано и из реального мира. Например, астрономы не могут физически контактировать с объектами своих исследований – звездами и галактиками. Зато информацию они получают путем наблюдений и опытов. Аналогичная ситуация сложилась и в случае эволюции.
Практически все биологи отвергают дарвинизм. Ученые не опровергают учение Дарвина, просто эта теория постоянно изменяется в связи с получением новых данных и знаний. Великий ученый считал, что эволюция происходит медленно и размеренно. Но сегодня есть свидетельства того, что при некоторых обстоятельствах этот процесс может и ускориться. А вот каких-то серьезных научных вызовов принципам теории Дарвина так и не было брошено. Зато ученые смогли углубить его учение о естественном отборе и даже улучшить. Таким образом биологи не отвергают дарвинизм, а просто модифицируют.
Эволюция влечет за собой аморальное поведение. Все животные обладают каким-то вариантом поведения, который разделяется с другими представителями этого же вида. Собаки ведут себя, как собаки, у червей своя жизнь, у людей – своя. Как может ребенок вести себя, как иное существо? Именно поэтому нет никакого смысла связывать эволюцию с каким-то неестественным или аморальным поведением.
Эволюция поддерживает понятие правильного правосудия. Около ста лет назад в философии общества появилось такое направление, как социальный дарвинизм. Учение стало настолько популярным, что даже осуществлялись попытки применить теорию биологической эволюции на общественных нормах. Считалось, что общество должно помочь умереть слабым. При этом это будет не просто идеальным подтверждением теории отбора, но еще и верным с точки зрения морали. Такая идея была даже неким образом научно подтверждена, ссылались на биологическую эволюцию, что делало такой подход весьма рациональным. Но то было время попыток использовать науку в посторонних делах. Хорошо, что человечество вовремя отвергло социальный дарвинизм.
Ученые должны уделять внимание не только теории эволюции, но и другим вариантам создания жизни. Есть довольно много теорий создания нашего мира, в основном они носят религиозный характер. Всех их представить попросту невозможно. Но ни одна из них в своей основе не несет научных исследований. Поэтому нет нужды обучать школьников таким антинаучным теориям. Ведь школьники и студенты изучают именно науку, а попытки заменить ее религиозными верованиями могут направить молодых людей в другую сторону.
Естественное явление изменения популяций, видов, высших таксонов, биоценозов, флора и фауна, генов и признаков во времени в ходе истории Земли.
Научные теории эволюции объясняют, как происходит эволюция, которые ее механизмы.
Общая характеристика
Строго говоря, биологическая эволюция — процесс изменения с течением времени в наследственных характеристиках, или поведении популяции живых организмов. Наследственные вехи есть закодированные в генетическом материале организма (обычно ДНК). Эволюция согласно синтетической теории эволюции, прежде всего, является следствием трех процессов: случайных мутаций генетического материала, случайного генетического отклонения (англ. Genetic drift) и не случайного естественного отбора в пределах групп и видов.
Естественный отбор, один из процессов, который управляет эволюцией, является результатом различий в шансах на воспроизведение между особями популяции. Это обязательно следует из следующих фактов:
- Естественная, наследственная вариация существует в пределах групп и среди видов
- Организмы надродючи (количество потомков превышает предел гарантированного выживания)
- Организмы в отличные по способности выжить и возродиться
- В любом поколении, те, что воспроизводятся успешно обязательно передают свои наследственные цихи к следующему поколению, когда же неудачные воспроизводители этого не делают.
Если свойства увеличивают эволюционную пригодность индивидуумов, которые несут их, то те индивидуумы вероятнее выживают и воспроизводятся, чем другие организмы популяции. Так они передают больше копий удачных наследственных черт к следующему поколению. Соответствующее уменьшение пригодности из-за вредных цихи приводит к их зридшення. Со временем, это может приводить к приспособлению: постепенное накопление новых этих (и сохранение существующих, которые в целом приспосабливают популяцию живых организмов к их окружения и экологической ниши.
Хотя естественный отбор не случаен по своей форме действия, другие капризны силы имеют сильное влияние на процесс эволюции. В поло воспроизводимых организмах, случайное генетическое отклонение приводит к наследственным этих, которые становятся достаточно общими просто благодаря стечению обстоятельств и случайном спариванию. Этот бесцельный процесс может быть влиятельными от естественного отбора в определенных ситуациях (особенно в маленьких группах).
В разных окружениях, естественный отбор, случайные генетические отклонения и крошка случайности в мутациях, которые появляются и хранятся, могут заставить различные группы (или части группы) эволюционировать в разных направлениях. При достаточном разногласия, две группы поло воспроизводимых организмов могут стать достаточно отличными, чтобы образовать отдельные вид, особенно, если способность к межвидового скрещивания между двумя группами потеряно.
Опыты показывают, что все живые организмы на Земле имеют общего предка. Этот вывод был сделан, основываясь на общей наличии Л-аминовых кислот в белках, наличия общего генетического кода во всех живых существ, возможности классификации по наследству по категориям, вкладываемые, гомологии последовательностей ДНК и общности найпидставовиших биологических процессов.
Хотя первые упоминания об идее эволюции достигают давности, новейшей, современной формы она приобрела в трудах Альфреда Уоллеса и Чарльза Дарвина в их совместной статье в Линнеевського общества в Лондоне (Linnean Society of London) и позже в книге Дарвина «Происхождение видов» (1859). В 1930-х гг. Синтетическая теория эволюции объединила эволюционную теорию с генетикой Грегора Менделя.
Эволюция организмов происходит из-за изменений в наследственных признаках. Например, цвет глаз у человека есть наследственным признаком, которую индивид получает от своих родителей. Наследственные признаки контролируются генами. Совокупность генов одного организма является его генотипом.
Совокупность всех признаков, формирующих структуру и поведение организма называется фенотипом. Эти признаки возникают в результате взаимодействия генотипа этого организма с условиями внешней среды. То есть не каждый фенотипической признак организма наследуется. Например, загар обусловлена взаимодействием генотипа человека с солнечным светом, таким образом загар не успадкуеться. В общем, люди загорают по-разному, что следует из их генотипа. Например, у некоторых людей присутствует такая наследственный признак как альбинзим. Альбиносы не загорают и очень чувствительны к солнечному излучению — они легко получают солнечные ожоги.
Причины эволюции
Матричное копирование с ошибками
В основе жизни на Земле лежит процесс копирования молекул нуклеиновых кислот — ДНК и РНК. Процесс копирования осуществляется матричным принципом комплементарности: одна молекулы нуклеиновой кислоты может образовать парную для себя, а с этой парной молекулы считывается молекула, идентична исходной. Таким образом, молекулы ДНК и РНК способны к неограниченному размножению.
При копировании непременно возникают ошибки из-за несовершенства системы репликации. Через эти ошибки копии ДНК и РНК содержат небольшие различия, которые, однако, нарастают с течением времени. Такой процесс самовитворення с изменениями называют конвариантною редупикациею.
К неограниченного воспроизведения с ошибками способны некоторые неодушевленные системы, например, кристаллы или некоторые химические циклы. Но живое отличается тем, что может передавать эти ошибки в неизменном виде следующим поколениям. Эти ошибки, или мутации, практически не меняют физико-химические свойства молекул нуклеиновых кислот, но влияют на информацию, считывается из них живыми организмами. Таким образом, живые организмы проявляют наследственность и изменчивость своих признаков, к которым приводят соответственно копирования и мутации в молекулах нуклеиновых кислот.
Гомеостаз и стабильность онтогенеза
Постоянное воспроизводство ДНК с ошибками приводит к тому, что имеется в каждой молекуле генетическая информация со временем сильно меняется. Современные живые организмы имеют системы защиты от избыточного изменения последовательности нуклеотидов молекулы ДНК. К ним относятся ферменты репарации, подавители мобильных элементов генома, противовирусные защитные механизмы и т.
Тем не менее, гены все равно передаются в следующее поколение с некоторыми изменениями, в результате чего популяция живых организмов одного вида обычно не содержит особей, в которых вся последовательность ДНК одинакова. При этом фенотипическая изменчивость зачастую меньше генетическую, поскольку взаимодействия между различными генами в онтогенезе подавляют влияние изменений в отдельных генах. Таким образом, многоклеточные организмы достигают стабильности индивидуального развития, приводит к сохранению видового нормы.
Выборочное выживания и размножения
Молекулы РНК и ДНК, а также живые организмы размножаются с разной эффективностью в зависимости от собственных свойств и условий окружающей среды. Организмы могут погибнуть, не дожив до времени размножения, а те, что выжили, оставляют разное количество потомков. Те организмы, выживших и эффективно размножились, смогли это сделать через две группы причин: соответствие их вариантов генов условиям среды или стечения обстоятельств, не связанные с «качеством» аллелей. Согласно влияние первой группы на распространение аллелей в популяции описывается понятием естественный отбор, а второй группы — понятием генетический дрейф.
Естественный отбор
Естественный отбор — это выборочное переживания (длительное выживание) и размножения наиболее приспособленных к условиям окружающей среды особей в популяции. Чем больше приспособлена растение или животное, тем больше вероятность ее дожития до репродуктивного периода, а также тем больше потомков она оставит. Приспособленность зависит от наличия в генотипе особи аллелей генов, способствующих переживанию и размножению. Поскольку все организмы в популяции имеют различные генотипы, то при стабильных условиях количество носителей более выгодных в этих условиях аллелей генов будет расти в поколениях.
Кроме того, условия среды создают конкуренцию за выживание и размножение между организмами. В связи с этим, организмы, обладающие аллелями, которые предоставляют им преимущество перед их конкурентами, передают эти аллели потомкам. Аллели, которые не предоставляют такого преимущества, не передаются следующим поколениям.
Генетический дрейф
Дрейф генов — это процесс изменений частоты аллелей, который вызывается причинами, которые не связаны с влиянием аллелей на приспособленность особей. Поэтому генетический дрейф относят к нейтральным механизмов эволюции генов и популяций. Соотношение между влиянием естественного отбора и дрейфа генов в популяции меняется в зависимости в силу отбора и эффективного размера популяции (число особей, способных к размножению). Естественный отбор обычно играет большую роль в больших популяциях, а дрейф генов преобладает в малых. Преобладание дрейфа генов в малых популяциях может даже приводить к фиксации вредных мутаций. Как результат, изменение численности популяции может значительно изменять ход эволюции. Эффект бутылочного горлышка, когда численность популяции резко снижается и в результате теряется генетическое разнообразие, приводит к большей однородности популяций.
Общий ход эволюции
Первые следы жизни на Земле датированы 3,5-3,8 млрд лет назад. Это остатки прокариотических жизни — строматолиты. Около 3 млрд лет назад появляются первые фотосинтетики, которыми были цианобактерии. Первые эукариот появились около 1,6-1,8 млрд лет назад. Это приводит к «кислородной катастрофы» — резкое повышение концентрации кислорода в атмосфере Земли. Многоклеточные эукариот возникали многократно в разных группах, однако первые надежные окаменелости имеют возраст около 750 млн лет назад (криогеновий период), а появление разнообразной океанической биоты связана с Вендский периодом (едиакарська биота, около 600 млн лет назад). Появление скелетных животных и их богатых остатков произошла в кембрийском периоде около 550-520 млн лет назад. Тогда появилось большинство современных типов животных.
В силурийском периоде растения впервые вышли на сушу. В девоне на суше поселились первые земноводные и членистоногие животные. В пермском периоде появились рептилии, которые доминировали на Земле на протяжении мезозойской эры. Несколько групп терапсидних рептилий дальше начало млекопитающим. В меловом периоде появились птицы и начался расцвет цветковых растений. В кайнозойскую эру доминировали млекопитающие, а также достигли расцвета насекомые. В антропогене одна из групп приматов, гоминиды дала начало эволюции человека. В плейстоцене-голоцении человек становится геологической силой, влияющей на эволюцию всей биосферы.
Свойства эволюции
Ход эволюции жизни обнаруживает несколько сквозных закономерностей, которые являются объективными и часто описаны математически. Эволюционная биология изучает дополнительные механизмы эволюции или новые возможности реализации исходных принципов, которые позволят коренным образом понять сущность этих закономерностей. Основные свойства эволюции таковы: появление адаптированных к среде организмов, морфо-функциональный прогресс, появление новых органов и структур (эмерджентность), переход к половому размножению, вымирание видов, рост биоразнообразия.
Адаптация
Современные виды выглядят хорошо приспособленными к условиям среды, в которой они существуют. При этом адаптации ограничены той средой, где они обычно используются: при перемещении организма в новую среду он часто становится полностью неприспособленным или по крайней мере менее приспособленным, чем «коренные» жители других условий. До появления эволюционной картины мира достаточно четкое соответствие свойств организма условиям его «родного» среды настолько поражала исследователей, они считали ее следствием действия сверхъестественных сил. Тем не менее, адаптация является почти обязательным следствием эволюции, поскольку менее адаптированы к условиям среды организмы делают все меньший вклад в генетическое разнообразие популяции благодаря естественному отбору. Вместе с тем, происхождение самых адаптаций необязательно зависит от отбора, а может быть побочным следствием других адаптаций или вообще стечению обстоятельств (следствием генетического дрейфа).
Прогресс и автономизация
В ходе эволюции безъядерные бактериальные клетки дают начало сложным клеткам эукариот. Эукариот в дальнейшем приобретают многоклеточности, образуют ткани и органы. Животные развивают нервную систему, имеют сложное поведение, которая позволяет им выживать во многих средах. Человек как верхушка эволюции животных достигла возможности жить в любых средах, в том числе и внеземных.
Эмерджентность
По ходу эволюции часто происходит перекомбинация частей организмов и генов, изменение функции старых структур. Однако некоторые процессы и части организмов возникали впервые. Фотосинтез у цианобактерий, белки репликации ДНК, аппарата трансляции, чешуя рыб и тому подобное.
Раздельнополость
Первые животные были гермафродитами, а среди высших гермафродитов почти нет.
Пол и рекомбинация
В бесполых организмов гены наследуются вместе (они привитыми) и не смешиваются с генами других индивидов во время размножения. Потомки же половых организмов содержат случайную смесь хромосом их родителей за счет независимого сортировки. В течение родственного процесса гомологичной рекомбинации половые организмы обмениваются ДНК между двумя гомологичными хромосомами. Рекомбинация и независимое сортировки не меняют частот аллелей, но меняют их ассоциативность друг с другом, производя потомков с новыми комбинациями аллелей. Пол обычно увеличивает генетическую изменчивость и может увеличить скорость эволюции. Однако, бесполость может иметь преимущества в определенных условиях, поскольку в некоторых организмов она эволюционировала повторно. Бесполость может позволить двум наборам аллелей генома дивергуваты и, как следствие, привести к возникновению новых функций. Рекомбинация позволяет равноправным аллелям, которые находятся вместе наследоваться независимо. Однако частота рекомбинаций низкая (примерно два случая в одну хромосому за одно поколение). Как результат, гены, размещаются рядом на одной хромосоме не всегда розтасовуються друг от друга в процессе генетической рекомбинации и имеют тенденцию наследоваться вместе. Этот феномен носит название сцепления генов. Сцепление генов оценивается путем измерения частоты появления двух аллелей на одной хромосоме (измерение неравновесного сцепления генов). Набор аллелей, которые обычно успадковуютсья вместе называется гаплотипом. Это имеет важное значение когда один из аллелей определенного гаплотипа предоставляет большое преимущество в борьбе за существование: положительный естественный отбор приведет селективное чистки (англ. Selective sweep), которое приведет к тому, что частота других аллелей этого гаплотипа тоже возрастет. Этот эффект называется генетическим автостопом (генетический хитчхайкинг). Когда аллели не могут быть разделены за счет рекомбинации (например в Y-хромосоме млекопитающих), тогда происходит аккумуляция вредных мутаций (см. Храповик Мюллера). Изменяя комбинации аллелей, половое размножение приводит изъятие вредных и распространение полезных мутаций в популяции. Кроме того рекомбинация и сортировки генов могут обеспечивать организмы новыми выгодными комобинациямы генов. Но этот положительный эффект балансуетсья тем, что пол снижает скорость размножения (см. Эволюция полового размножения) и может вызывать разрушение выгодных комбинаций генов. Причины эволюционирования полового размножения до сих пор остаются не совсем понятными и этот вопрос пока активной областью исследований в области эволюционной биологии. Оно стимулировало новые идеи о механизмах эволюции, например гипотезу Красной Королевы.
Вымирание
В истории Земли неоднократно происходили массовые вымирания живых организмов. Такими были вымирания на границе вендского и кембрийского периода, когда погибла едиакарська биота, пермского и триасового периодов, мелового и эоценового периодов. После массовой гибели старых групп организмов начинался расцвет тех групп, которые пережили вымирание. Вымирание меньших масштабов, такие как пост-ледниковое вымирания крупных млекопитающих после последнего ледникового периода, тоже приводят к изменению групп организмов. Человек привела к вымиранию видов, наиболее уязвимых к ее техногенной деятельности.
Рост биоразнообразия
Палеонтологические находки, несмотря на свою неполноту и ограниченность, демонстрируют наличие роста биоразнообразия как в океане, так и на суше.
Уровни эволюции
На разных уровнях организации живого свойства эволюции и ее механизмы играют разную роль.
- генный
- геномный
- популяционный
- видовой
- таксонний
- экосистемный
- биосферный
Мутации
Генетическая вариация возникает за счет случайных мутаций, возникающих в геномах организмов. Мутации — это изменения в последовательности нуклеотидов ДНК, вызываемых радиоактивным излучением, вирусами, транспозонами, химическими мутагенами, а также ошибками копирования, которые возникают во время мейоза или репликации ДНК. Эти мутагены производят несколько различных типов изменений в последовательности нуклеотидов ДНК: они могут не вызвать никакого эффекта, изменять продукт гена, или вообще прекратить функционирование гена. Исследования на дрозофилах показали, что если мутации вызывают изменения белка, который кодируется определенным геном, то последствия скорее всего будут губительными. Примерно 70% таких мутаций приводят к определенным нарушениям, остальные являются нейтральными или полезными. Поскольку мутации часто вредно влияют на клетки, то в процессе эволюции у организмов возникли механизмы репарации ДНК, которые устраняют мутации. Таким образом, оптимальная частота мутаций это компромисс между платой за высокую частоту вредных мутаций и платой за метаболические затраты (например, синтез ферментов репарации) для уменьшения этой частоты. Некоторые организмы, например ретровирусы, имеют такую высокую частоту мутаций, почти каждый их потомок будет владеть мутированным геном. Такая высокая частота мутаций может быть преимуществом, поскольку эти вирусы эволюционируют очень быстро, таким образом избегая ответов иммунной системы.
Мутации могут включать значительные участки ДНК, например дупликации генов, является сырым материалом для эволюции новых генов. У животных в среднем за каждый миллион лет происходят дупликации от десятков до сотней генов. Большинство генов, которые имеют общий предковый ген, принадлежат к одной генетической семьи. Новые гены образуются несколькими способами, в целом за счет дупликации предковых генов, либо за счет рекомбинации частей различных генов, в результате чего формируются новые комбинации нуклеотидов с новыми функциями. Новые гены формируют новые белки с новыми функциями. Например, для формирования структур глаза человека, которые ответственны за восприятие света используются четыре гена: трех для цветного зрения (колбочки) и один для ночного (палочки) все эти гены произошли от одного предкового гена. Другое преимущество дупликации гена, или даже целого генома состоит в том, что увеличивается избыточность (избыточность) генома; это позволяет одному гену приобретать новых функций, в то время как копия этого гена выполняет начальную функцию. Изменения в хромосомах могут проходить в результате крупных мутаций, когда сегменты ДНК внутри хромосомы отделяются, а затем снова встраиваются в другом месте хромосомы. Нариклад, две хромосомы рода Homo слились с образованием хромосомы 2 человека. Это слияние не состоялось в филогенетических рядах других обезьян, то есть они имеют эти хромосомы разделенными. Важнейшей ролью таких хромосомных перестроек в эволюции является ускорение дивергенции популяций с формированием новых видов за счет того, что происходит меньше межпопуляционных скрещиваний.
Последовательности ДНК, которые могут перемещаться по геному (Мобильные генетические элементы), такие как транспозонов, формируют большую часть генетического материала генетического материала растений и животных и имеют важное значение в эволюции геномов. Например, более миллиона последовательностей Alu представлены в геноме человека и сейчас эти последовательности служат для выполнения регуляции экспрессии генов. Другой эффект этих мобильных ДНК состоит в том, что они могут вызывать мутации существующих генов, или даже удалять их, увеличивая таким образом генетическое разнообразие.
Проблема происхождения жизни
Признание эволюции Католической церковью
Католическая церковь признала в энциклике папы Пия XII лат. Humani Generis, что теория эволюции может объяснять происхождение тела человека (но не его души), призвав, однако, к осторожности в суждениях и назвав теорию эволюции гипотезой. 1996 Папа Иоанн Павел II в послании к Папской академии наук подтвердил признание теистического эволюционизма как допустимой для католицизма позиции, заявив, что теория эволюции — это более чем гипотеза. Поэтому среди католиков буквальный, младоземельный, креационизм жидкий (в качестве одного из немногочисленных примеров можно привести Дж. Кина). Склоняясь к теистического эволюционизма и теории «разумного замысла», католицизм в лице своих высших иерархов, в том числе и выбранного 2005 папы Бенедикта XVI, тем не менее, безусловно отвергает эволюционизм материалистический.
