Каким образом происходило расселение предков человека по Земному шару? Почему приматы, жившие на деревьях, спустились на землю и встали на две ноги, а чернокожее население Африки является единственными чистокровными Homo sapiens? На эти вопросы попытался ответить в своей лекции, прошедшей в парке Горького в рамках проекта «Открытая среда», кандидат биологических наук, доцент кафедры антропологии биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, научный редактор портала Антропогенез.ру Станислав Дробышевский.

Происхождение человека можно отсчитывать с разных моментов - скажем, с появления приматов (около 65 миллионов лет назад), но проще всего делать это с момента прямохождения. Про появление прямохождения думали еще с XIX века, когда стало понятно, что человек, так или иначе, произошел от приматов, но промежуточные звенья эволюции, получетвероногие-полупрямоходящие, от исследователей долгое время ускользали.

От примата к человеку

Только буквально за последние десять лет появились находки костей этих существ. На данный момент самым древним из них является сахелантроп чадский, череп которого и нижние челюсти, а также зубы были найдены в республике Чад. Они имеют возраст около 7 миллионов лет.

Тогда на этой территории были саванны, озера и заросли кустарника. В это время происходило осушение климата, и приматы, которые жили в тропических лесах, покрывавших большую часть Африки, испытывали некоторые трудности.

У них было три варианта в этой ситуации. Во-первых, вымереть, потому что леса исчезали и деваться было некуда. Большая часть приматов благополучно последовала этой участи, и теперь у нас есть их кости. Второй вариант - остаться в лесах, ведь не все они исчезли (сейчас в Центральной и Западной Африке довольно много тропических лесов). Сегодня в них живут два вида шимпанзе и гориллы. Третий вариант заключался в том, чтобы приспособиться к новым условиям, что и сделали некоторые приматы.

Но на открытой местности возникала масса всевозможных проблем. Предки этих существ лазили по деревьям, а в саваннах деревьев уже нет. Появилась проблема терморегуляции, защиты от хищников, пришлось по-новому питаться. Все это и привело к тому, что они спустились на землю, встав на две ноги.

Конечно, это не единственный возможный вариант, потому что павианы примерно в это время тоже спустились с деревьев и продолжили ходить на четвереньках. Но наши предки были крупнее павианов, у них была преадаптация к вертикальному положению тела, и им оказалось проще встать на две ноги, освободив две руки.

Это, впрочем, не значит, что они начали этими руками тут же что-то полезное делать. В последующие несколько миллионов лет руки использовались для шелушения зерна, срывания плодов - не сильно интеллектуальных занятий. Эти первые прямоходящие существа (в том числе и сахелантроп) представляли собой, по сути, двуногих обезьян.

Голова у них была небольшого размера, мозга в ней помещалось где-то на 100 грамм меньше, чем у шимпанзе, а морда была очень крупной. Кроме прямохождения, у них было всего два прогрессивных признака: нижнее положение затылочного отверстия на черепе, соединяющего головной мозг со спинным, и маленькие клыки.

Небольшие клыки - очень важный признак, ведь он привел к тому, что они стали, грубо говоря, добрее. Большие клыки нужны обезьянам для того, чтобы кого-то пугать, так как они растительноядные и никого ими не грызут. Но если павиан скалит зубы, которые у него больше, чем у леопарда, то это впечатляет. Когда сахелантроп скалил зубы (которые у него были, конечно, больше, чем у нас, но сильно меньше, чем у шимпанзе) то это впечатляло не очень сильно.

В результате у него появились новые способы выражения своего «богатого внутреннего мира», чувств. Освобождение рук стало первым шагом на пути появления богатой жестикуляции, мимики и речи (на тот момент, понятно, никакой речи не возникло, но были первые предпосылки к ней).

Интересно, что, скорее всего, прямохождение возникало не один раз, а несколько. В чуть более позднее время, около 6 миллионов лет назад, в Восточной Африке обитал оррорин. Он был разрекламирован в популярной культуре как «человек тысячелетия» - millenium man, поскольку его нашли в 2000 году. От него не осталось целого черепа, только обломки, зато остались бедренные кости. Эта кость напрямую связана с типом передвижения, и она показывает, что оррорин был более-менее прямоходящим.

Исследователи даже выдвинули предположение, что оррорины были более прямоходящими, чем более поздние австралопитеки. Это выглядело странно - получается, что сначала наши предки развились, потом деградировали, а потом опять развились. Совсем недавно, в 2014 году, было сделано новое исследование бедренных костей орроринов, которое показало, что, несмотря на прогрессивные признаки, большая часть признаков роднит их с более древними четвероногими приматами, скакавшими по деревьям 10 миллионов лет назад. Есть и зубы орорринов (зубы вообще хорошо сохраняются), и эти зубы хоть и чуть поменьше, чем у сахелантропа, но значительно крупнее, чем у нас.

Ардипитеки и австралопитеки

Через некоторое время появляются ардипитеки. В настоящее время известно два их вида: Ardipithecus ramidus (жил 4,5 миллиона лет назад) и Ardipithecus kadabba (более древний, жил более 5 миллионов лет назад). Более древние мало изучены из-за небольшого количества останков. Гораздо лучше изучен Ardipithecus ramidus, так как был найден почти полный скелет, о котором и пойдет речь. Этот скелет обнаружили в 1994 году, но вплоть до 2006-го научные работы по нему не публиковали, поскольку его нашли в очень поврежденном состоянии и все это время реконструировали.

Ardipithecus ramidus - это замечательный промежуточный этап между обезьяной и человеком. Фактически это то самое «недостающее звено», о котором мечтали со времен Дарвина, и вот его, наконец, нашли. Его признаки практически 50 на 50 принадлежат как обезьяне, так и человеку. Например, его руки практически до колен, а на стопе большой палец оттопырен, примерно как у нас на руке.

Вес его мозга составляет 400 граммов, как у шимпанзе (для сравнения, у современного человека - 1400). Строение его черепа такое же, как у обезьяны, и единственное, что его отличает от обезьяны, - маленькие клыки и комплекс прямохождения. Но вместе с этими примитивными чертами есть и продвинутые.

У него довольно развитый таз. Тазовые кости у человека низкие и широкие, приспособленные к хождению на двух ногах, а у обезьян они узкие и высокие, и все тело у них вытянутое. У ардипитека все строго посередке - высота с шириной у него примерно одинаковые. И нужно отметить совершенное строение его стопы. Хотя большой палец и оттопырен, у нее есть продольные и поперечные своды, которые ни для чего, кроме как для прямохождения, не нужны. При этом по деревьям ардипитек здорово лазил, скорее всего, мог бегать на четвереньках с опорой на ладонь и мог ходить на двух ногах.

После этого эволюция могла пойти куда угодно. Предки человека могли уйти обратно в леса, которые были рядом, могли оказаться в саванне, перемещаясь на четвереньках, как павианы, а могли на двух ногах, и, к счастью для нас, они вышли на двух ногах. Там, где жил Ardipithecus ramidus, существовало некое подобие парковых сообществ, когда кроны деревьев покрывают примерно 40 процентов территории. Нельзя скакать с ветки на ветки до бесконечности, надо иногда спускаться на землю. С другой стороны, деревья достаточно часто стоят, и на дерево можно залезть.

В более позднее время саванны расширялись, становились более открытыми, и в это время появилась группа австралопитеков. Все они жили в Африке, были полностью двуногими и ниже головы выглядели почти как люди. Почти, но не совсем, потому что на их стопе большой палец чуть-чуть, но отстоял от остальных. Кисть руки у них по пропорциям была примерно как у нас, но по строению отдельных костей больше напоминала обезьянью. Каменные орудия труда они не изготавливали.

Голова их была по большему счету обезьяньей. Масса головного мозга австралопитеков составляла 400-450 граммов, у самых одаренных - 500 граммов, то есть примерно как у шимпанзе. Рост большинства австралопитеков составлял от 1 до 1,5 метров, и если посчитать не абсолютный размер мозга, а относительный к массе тела, то получается, что они все-таки были умнее шимпанзе, но это, видимо, никак особо не проявлялось до какого-то времени.

Время пришло примерно 2,5 миллиона лет назад, когда климат стал еще суше и холоднее (стоит, впрочем, помнить, что это Африка, то есть холоднее по африканским меркам). Австралопитеки разделились на две ветви. Одну из них представляли парантропы, или массивные австралопитеки. Они отличались очень мощным жевательным аппаратом, огромными челюстями и зубами, и когда ученые нашли первого представителя, они назвали его «щелкунчиком».

Питались они, видимо, растительностью, то есть были вегетарианцами. Просуществовав миллион лет, они вымерли. Но в этот миллион лет они процветали, и на протяжении этого времени они представляли собой основной вид крупных приматов в саванне Африки. Их останки находятся в огромном количестве (на данный момент найдено уже несколько тысяч) - в разы больше чем, скажем, древних леопардов и львов, которые жили тогда же.

Первые люди

Синхронно с этими массивными австралопитеками появились первые люди - род Homo. Не стоит думать, что они выглядели как современный человек, поскольку Homo это лишь род. Homo Habilis, человек умелый, не сильно отличался по строению от австралопитека. Его рост составлял все те же 1,5 метра, оставалось очень много примитивного в строении кисти и стопы, мозг при этом хотя и не был запредельно большим, но его масса была существенно больше, чем у австралопитека, не 450-500 граммов, а 600-700 и даже больше.

Это уже много. Для современного человека это минимум - есть понятие «мозговой Рубикон», граница, по массе мозга отделяющая человека от обезьяны, и она составляет 750-800 граммов. Она же отличает австралопитеков от человека умелого и она же отличает современных психически нормальных людей от ненормальных, микроцефалов, у которых есть какие-то врожденные дефекты и мозг которых не вырастает. Например, у человека может быть мозг массой 300 граммов - меньше, чем у шимпанзе, и он жить будет, но думать при этом не сможет.

Что показательно, примерно 2,5 миллиона лет назад появились первые каменные орудия труда, которые мы находим в Африке. Самые древние из них найдены в месте Гона в Эфиопии, и буквально только что, месяц назад, пришла информация о том, что на месте раскопок Ломекви, тоже в Африке, найдены более древние орудия, возраст которых составляет 3,3 миллиона лет. Научной публикации относительно этой находки пока нет, так что достоверным можно считать срок в 2,5 миллиона.

Первые каменные орудия были весьма примитивны. Они представляли собой галечную культуру - гальку или любой большой булыжник раскалывали пополам и двумя-тремя ударами подравнивали. Но какими бы они ни были примитивными, сделать их сложно. Даже самое примитивное орудие человека умелого современный человек сделать не сможет. Я наблюдал, как археологи с огромным стажем пытались повторить орудия древних людей, и на тот момент достигли в этом деле уровня питекантропов.

Все это говорит о том, что координация движений к моменту появления человека умелого выросла, мозгов стало достаточно, чтобы спланировать свои действия - повторяемость типов орудий говорит о том, что у них был план, они знали, что хотели получить.

Прогресс не стоял на месте, и примерно 1,5 миллиона лет назад, опять же в Восточной Африке, появились первые свидетельства использования людьми огня. Еще раньше, 1 миллион 750 тысяч лет назад, появились первые жилища. Слово это звучит гордо, но на самом деле они представляли собой нечто вроде ветрового заслона, сделанного из веток, придавленных камнями. Нормальные жилища появились намного позже на севере, в Евразии.

Около 2 миллионов лет назад люди наконец-то вышли за пределы Африки. В настоящий момент самые древние известные люди за пределами Африки жили на территории современной Грузии. Понятно, что Грузия с Африкой не сообщается, люди туда не телепортировались, и их следы должны быть где-то по пути, но пока они не найдены. По уровню развития они были такими же, как в Африке, у них были каменные орудия, но они были очень примитивными, с небольшим мозгом (700-800 граммов), маленького роста (1,4 метра) и с крупным лицом, имеющим тяжелое надбровье.

Скорее всего, эти первые выходы из Африки заканчивались печально. Но примерно около 1,5-1,2 миллиона лет назад люди заселили всю тропическую зону: Африку, Средиземноморье и Азию - вплоть до Явы. По пути этого расселения они эволюционировали в новый вид - человек прямоходящий Homo Erectus. Конечно, прямохождение возникло гораздо раньше, но для Эжена Дюбуа, который в конце XIX века нашел первые кости этого вида на Яве, это был самый древний прямоходящий.

Этот вид более похож на человека, чем его предшественники. Масса их мозга составляет около 1 килограмма. У них сформировалась новая культура - ашельская (она появилась еще в Африке, а потом распространялась в другие места). Они делали каменные рубила - крупные орудия, обработанные со всех сторон. Более того, поздние каменные рубила имели весьма симметричную форму, даже слишком симметричную, поскольку в плане функционала это было не нужно.

Некоторые археологи считают, что это свидетельство зарождения искусства - когда камень красивый, на него приятно посмотреть, от этого получаешь эстетическое удовольствие. Есть находки рубил, в центре которых имелось включение красного цвета, и человек прямоходящий его не сбил, а оставил специально. Или в породе была ископаемая ракушка, и он ее не уничтожил, а оформил специально в рукоять.

Фото: Kenneth Garrett / Danita Delimont / Global Look

Расселялись они сначала преимущественно по берегу Индийского океана, это были люди, собиравшие то, что выбросило море. Когда они шли из Африки, справа был океан, слева - по большей части пустыня. Впереди много всего вкусного, позади - голодные родственники. В такой ситуации они расселялись очень быстро. Расчеты показывают, что за 5 тысяч лет они могли «добежать» от Африки до Явы. С учетом погрешности методов датировки, которые у нас есть, мы видим, что они появились практически сразу и везде. То же самое потом происходило неоднократно, из Африки они выходили не один раз, а многократно.

Примерно 500 тысяч лет назад появился новый вид - Homo heidelbergensis, человек гейдельбергский (в честь немецкого города Гейдельберг, где первая челюсть представителя этого вида была найдена еще в начале XX века). Сейчас ясно, что они жили практически везде в Африке и в Евразии. Масса их мозга была сопоставима с нашей - 1300 граммов, а у некоторых и 1450, что сопоставимо с современным человеком.

Считается, что они были первыми, кто зашел в зону с умеренным климатом, где бывает зима. Впрочем, в 2014 году в Англии были найдены более ранние следы людей Homo antecessor, но насколько они там задержались - неясно. Homo heidelbergensis строили более-менее нормальные жилища в виде хижин, причем достаточно приличного размера - до девяти метров длиной и четырех метров шириной, иногда с несколькими камерами.

Около 300 тысяч лет назад люди часто начинают использовать огонь.

Коренные евразийцы

130 тысяч лет назад те Homo heidelbergensis, которые жили в Европе, постепенно превратились в неандертальцев. Границы между Homo heidelbergensis и Homo neanderthalensis, строго говоря, никакой нет, но классические неандертальцы, жившие 70 тысяч лет назад, отличаются от предшественников существенно. У них очень большой мозг - весом в среднем 1400 граммов, а то и 1500, то есть больше, чем в среднем у нас.

Их лицо было очень крупным и тяжелым, большой ширины нос и очень массивное телосложение: широкие плечи, мощная бочкообразная грудная клетка, немного укороченные руки-ноги. Это так называемые «гиперарктические» пропорции, приспособленные к холодному климату - в это время пошли чередования ледниковых и межледниковых периодов. В очень холодные места, правда, они не заходили, но и огонь не слишком часто использовали. Когда всю зиму минус 10 и нужно жить без огня - это не очень здорово, поэтому пропорции их тела были приспособлены для сохранения тепла. У современных людей то же самое. Если мы посмотрим на выходцев из Африки, то они все будут вытянуты как палки - так тело быстрее остывает. Те же, что на севере - эскимосы, чукчи, - будут, фактически, квадратными.

Неандертальцы появились в Европе - это ее коренное население. Оттуда они расселялись на Ближний Восток и дальше в Азию, примерно до Алтая. На Ближнем Востоке они встречались с Homo sapiens, человеком разумным, который возник в Африке (оттуда уходили не все, и те, кто оставался, постепенно превращались в людей разумных).

А вот в Восточной Азии не очень понятно кто жил. Буквально несколько лет назад был сделан анализ останков человека, найденного на Алтае в Денисовой пещере. Оказалось, что его ДНК (из зубов и фаланги пальца) отличается и от ДНК современного человека, и от ДНК неандертальца, которую расшифровали в 2001 году. Получилось, что в Восточной Азии жили некие денисовцы.

Большинство ископаемых людей мы знаем по их скелетам, а не по их ДНК, а вот денисовцев мы знаем по ДНК, но не знаем, на кого они были похожи, ведь для изучения имеются только два их зуба и фаланга пальца. Зубы у этого человека были большие, фаланга толстая, и на основе этого можно предположить, что они были крупными, хотя размеры зубов не сильно связаны с размерами тела.

Впрочем, как ДНК транслируется во внешность, ученым частично известно. Как в ней кодируется нос или губы, нам неизвестно, но мы знаем, что у денисовцев была темная кожа, темные волосы и темные глаза. Эти гены были рассмотрены и в случае с неандертальцами. Оказалось, что кожа у них была светлая, волосы были и темные, и светлые, и глаза тоже были светлые. Интересно, что у неандертальцев волосы были светлыми по-другому, чем у нас. Этот признак может обеспечиваться разными мутациями - гены, кодирующие темный пигмент можно по-разному «поломать». У европейского человека разумного они «поломаны» одним способом, у неандертальцев - другим, а, скажем, у современных меланезийцев - третьим.

Фото: Werner Forman Archive / Global Look

Неандертальцы использовали орудия мустьерской и микокской культур (были и другие, но эти самые главные). Эти культуры были более продвинутыми по сравнению с ашельской, культурой питекантропов и людей прямоходящих. Орудия в них изготавливались путем отбивания отщепов. Брали камень-заготовку, от него отбивали осколки, которые затем подравнивали. Разнообразие и количество орудий выросло, а трудозатраты на их изготовление уменьшились. Если раньше из одной заготовки можно было сделать одно рубило, то теперь из нее делалась куча отщепов, а значит и множество инструментов - остроконечники, скребла и разные другие.

Тем не менее неандертальцы были довольно отсталыми по сравнению с нами. До недавнего времени их отсталость, видимо, даже преувеличивалась. Считалось, что они были практически полностью хищниками, но несколько лет назад был проведен анализ зубного камня с зуба неандертальца, и выяснилось, что они питались и растительной пищей.

Самое интересное заключается в том, что у бельгийских неандертальцев были найдены крупицы крахмала специфической формы - судя по всему, они варили кашу из ячменя. Как они ее варили - не очень понятно, ведь керамики у них не было, но этнография показывает, как это можно сделать. Например, в яме, в корзине, в кожаном мешке, желудке бизона - если налить в него воду и бросить раскаленные камни, вода быстро закипает и кашу сварить можно. Многие народы до XIX века так и делали.

Более того, на зубах одной женщины из пещеры Сидрон в Испании были найдены частицы ромашки и тысячелистника. Просто так жевать эти растения мало кому в голову придет, поскольку они горькие, это говорит о том, что у них существовала медицина, так как эти растения - лекарственные. Другое свидетельство такого рода - из пещеры Шанидар в Ираке. Когда захоронение древнего человека в ней начали анализировать, оказалось, что споры пыльцы растения в могиле лежат кучками (то есть, это были именно цветы, брошенные в нее), и все это - исключительно лекарственные растения.

Homo heidelbergensis начали пользоваться так называемыми «санитарными погребениями». Когда человек умирает и лежит под ногами, это неприятно, поэтому они его брали, тащили метров 500 и бросали в глубокую яму. Есть скала с 16-метровой трещиной, в которую накидали кучу народа, и теперь у нас есть такой замечательный слоеный «пирог» из костей, который копают с 70-х годов и до сих пор еще не закончили. Уже найдено около двух тысяч костей.

Фото: Caro / Oberhaeuser / Global Look

Mettmann, North Rhine-Westphalia, Germany - The Neanderthal Museum in Mettmann

У неандертальцев уже были настоящие погребения. Их специфика заключается в том, что в одну могилу никогда не укладывалось больше одного человека, всегда в одинаковой позе - тело скорчено, на боку, для того, чтобы меньше копать. Присыпали труп буквально 20 сантиметрами земли, чтобы снаружи не торчало. Самое главное, в могилах никогда не находят погребальный инвентарь, нет украшений, тело не посыпано охрой, никаких костей животных - просто тело, и все. При этом неандертальцы знали, что рядом похоронен кто-то предыдущий - могилы ориентированы взаимно, идут одна за другой, параллельно.

Но постулат об отсутствии у этих людей фантазии в последнее время также подвергнут сомнению. Найдены свидетельства искусства неандертальцев - в этом году опубликована информация об исследовании когтей птиц со стоянки Крапина в Хорватии. Там были обнаружены когти хищных птиц, вроде орлана-белохвоста, затертые и лежащие в характерном порядке в кучке - видимо, это было ожерелье из когтей. Еще раньше были найдены подвески из зубов и другие подобные вещи. Но все равно в этом плане неандертальцы катастрофически отстают от людей разумных.

Человек разумный

Homo sapiens появился в Африке в интервале от 200 до 50 тысяч лет назад. В этом интервале есть находки останков вроде бы человека разумного, но в то же время и не совсем. Если одного такого товарища посадить рядом с современными людьми, кто-то, возможно, заметит нечто странное, но если группу современных людей посадить напротив группы древних людей, то различия будут явными. Например, не у всех протосапиенсов есть подбородок, надбровье у них мощное, голова большая. И вот, в интервале от 200 до 50 тысяч лет тому назад все это приходило в более-менее современное состояние.

Около 50 тысяч лет назад они от нас уже почти не отличались. Это не значит, что эволюция, как некоторые представляют, остановилась. Просто за такое время эволюционные изменения просто не могли проявиться. Они шли, зубы уменьшались, надбровье уменьшалось, кости черепа утончались, но эти различия очень небольшие. Если мы возьмем питекантропов, которые жили 400 тысяч лет назад и 450 тысяч лет назад, то между ними разница тоже будет не ахти какая.

В это время люди в очередной раз вышли за пределы Африки. Насчет того, почему это произошло, есть много гипотез, в том числе и катастрофическая, приписывающая решающую роль извержению вулкана Тоба на Суматре. Оно могло уничтожить население Азии, в результате чего людям разумным стало легче заселять безлюдные территории. Но под новый год была опубликована информация о находке, сделанной в Израиле. Там нашли самого древнего человека совершенно сапиентного строения.

Между 50 и 40 тысячами лет назад люди оказались в Австралии, не позже 12,4 тысяч лет назад они появились в Америке (по последним данным - 20 тысяч лет назад). На этом заселение планеты завершилось. Около 28 тысяч лет назад неандертальцы исчезли, в Азии денисовцы исчезли еще раньше, но и те, и другие сделали генетический вклад в нас, так что единственные чистокровные Homo sapiens - это негры в Африке.

Единственный вид человека, который продержался дольше неандертальцев и денисовцев, это так называемые «хоббиты» на острове Флорис в Восточной Индонезии. Их предки заселились туда около миллиона лет назад. За последующее время они измельчали и превратились в людей около метра ростом с мозгом массой 400 грамм, очень странного телосложения со странными пропорциями. Исчезли они 17 тысяч лет назад, когда везде были люди разумные. Но есть свидетельства местных жителей о неких мохнатых человечках, живущих в горах, которых они, впрочем, загнали в пещеру и спалили, так что, возможно, «хоббиты» и дожили и до XVI века.

Идея образования и расплавления земной коры и движения континентальных плит, сопровождающего эти процессы, поражает воображение как огромными размерами и весом движущихся глыб, так и колоссальной энергией, которая необходима для поддержания всей этой системы в движении. Однако не менее поразителен процесс эволюции живых организмов, проходящий через всю историю планеты Земля; он вызывает изумление огромным количеством участвующих в нем организмов и крайней сложностью биохимических процессов, в совокупности образующих Жизнь. В течение всей исгории Земли отдельные растения и животные, умирая, захоронялись под отложениями, а их форма и строение "консервировались" в виде ископаемых остатков, включенных в пласты пород. В наши дни многие ископаемые были найдены и собраны воедино. Если расположить их по порядку, то видно, что они образуют непрерывные ряды. Некоторые изменения, прослеживающиеся в поколениях современных организмов, представляют собой непосредственное продолжение цепи изменений, установленных по ископаемым остаткам. Все вместе эти ряды образуют сложную цепь со многими звеньями, которая постоянно удлиняется уже более 3 миллиардов лет, с тех самых пор, как химическая эволюция была замещена самовоспроизводством организмов. Теория этой цепи, теория эволюции живых организмов, позволяет понять историю жизни, ранее представлявшуюся беспорядочным скоплением ископаемых форм. А кроме того, как мы уже отметили в главе третьей, эта теория сделала возможной корреляцию слоев в различных районах и таким образом способствовала построению геохронологической шкалы.

Когда мы делаем попытку обрисовать историю организмов, мы закономерно начинаем с рассмотрения процесса эволюции, который восстанавливаем по ископаемым остаткам. Мы начнем с данных, на которых основано наше понимание этого процесса, а затем перейдем к рассмотрению того, как работает его механизм.

Доказательства эволюции

За последние сто лет среди ученых стало господствующим убеждение, что эволюция действовала всегда и действует и в настоящее время. Это убеждение основано на огромном количестве фактов, в том числе на данных различных отраслей науки. В частности, оно основано на анализе соотношения различных ископаемых и соотношения между зародышами различных животных, анатомических данных, опыте целенаправленного разведения растений и животных.

Ископаемые . Пожалуй, наиболее убедительным обоснованием теории эволюции являются собранные воедино сведения об ископаемых остатках. При сравнении ископаемых, собранных из различных пластов, становится очевидно, что чем моложе породы, тем более сложные организмы в них обнаруживаются; усложнение происходит в направлении от основания к вершине геохронологической колонки. Это подтверждается на примере слоев, выходящих в Большом каньоне Колорадо. Как мы отмечали в седьмой главе, наиболее древние ископаемые остатки принадлежат одноклеточным организмам, следующие по возрасту - растения, а затем - наиболее простые животные. Это прогрессирующее усложнение прослеживается к вышележащим (то есть более молодым) слоям, и наконец, последним в позднекайнозойских слоях появляется человек. Едва ли будет ошибкой считать это соотношение доказательством того, что со времени начала эволюционного процесса биологическая эволюция непрерывно создавала новые формы и структуры.

Если сравнивать различные ископаемые остатки не с их "родными" слоями, а между собой и с другими организмами, которые живут сейчас, выявляется другая удивительная закономерность. Если объединить между собой наиболее близкие группы, то графически соотношение между ними может быть представлено в виде дерева, со стволом, большими и малыми ветвями, причем существующие сейчас виды помещаются на вершинах ветвей (рис. 30). Если проследить распределение этих организмов по ветвям, сверху вниз, изменения кажутся незаметными, но общий эффект при переходе от малых ветвей к большим может оказаться весьма значительным. При переходе от малых ветвей, к большим ископаемые организмы становятся все более простыми, причем самые простые располагаются у основания ствола. Так или иначе, но все эти жизненные формы связаны друг с другом, как имена предков в родословном древе. Даже крошечные простейшие являются предками человека, как мы можем установить, проследив эту линию достаточно далеко вниз.

Рис. 30. "Древо жизни", показывающее соотношение между различными формами жизни, как современными, так и ископаемыми. Приведенная схема далеко не полная; в нее включены только наиболее известные группы животных и не дано подразделений растительного мира

Конечно, "древо жизни" до сих пор еще не "укомплектовано", и хотя это и не показано на рисунке 30, но в некоторых случаях связи между отдельными ветвями еще не прослежены. Пробелы в ряду ископаемых остатков представляют собой недостающие звенья в цепи наших данных. Но постепенно одно за другим недостающие звенья находятся и занимают свое место. Таким звеном явилась, например, одна из древнейших и наиболее примитивных ископаемых амфибий - Ichthyost$ga, найденная в девонских слоях в Гренландии в 1948 г. Она настолько похожа на девонских рыб, что только конечности указывают на принадлежность ее к наземным животным (рис. 31). Это указывает на связь между рыбами и амфибиями.

Другое некогда недостающее звено - археоптерикс (Archeopterух), самая примитивная из известных нам птиц, впервые обнаруженная в юрских пластах в Германии в 1861 г. Эта "покрытая перьями рептилия" представляет собой промежуточное звено между рептилиями и птицами и отнесена к птицам потому, что она покрыта перьями. Наконец, древнейший человек - австралопитек (Australopithecus, africanus) (фото 64), обнаруженный в Южной Африке в 1924 г., значительно более примитивный, чем известные нам до сих пор по ископаемым остаткам древние люди. Он образовал новое звено в цепи примитивных предков человека.

Некоторые ветви эволюционной цепи оказались гораздо длиннее, чем это предполагалось раньше. Например, в 1938 г. рыбаки в Индийском океане поймали очень большую странного облика рыбу, целаканта (фото 10). Эта примитивная рыба со своеобразными лопастевидными плавниками была хорошо известна в ископаемом состоянии и встречалась в пластах начиная от девонского и до мелового возраста, однако считалась вымершей еще до начала кайнозоя. Открытие живого целаканта продлило историю существования этого вида еще на 70 миллионов лет. Эти рыбы - близкие родственники девонских рыб с лопастевидными плавниками, из которых развились амфибии, как мы уже отмечали выше, - также образуют звено в цепи предков человека.

Фото 10. Целакант, "живое ископаемое". Экземпляр, пойманный в марте 1966 г

Другим "живым ископаемым" является разновидность секвойи, Metasequoia (фото 11), которая до 1941 г. считалась исчезнувшей в среднекайнозойское время. В 1941 г., однако, она была открыта в одном из внутренних районов Китая. Сейчас эти деревья, родственные хорошо знакомой нам секвойе, выращиваются из привезенных из Китая семян и в других странах.

Сходство зародышей . Другие доказательства эволюции были получены при изучении зародышей. Развивающиеся зародыши различных видов позвоночных обнаруживают поразительное сходство между собой на ранних стадиях своего развития, но по мере Дальнейшего развития утрачивают это сходство. Чем ближе родство между видами животных (как, например, между человеком и обезьяной), тем дольше сохраняется сходство между их развивающимися зародышами.

Особо следует отметить наличие одинаковых жаберных щелей, которые видны на ранних стадиях развития у различных видов животных. Эти щели, однако, изменяются у различных животных по мере развития. У рыб жаберные щели и связанные с ними органы образуют приспособление для дыхания жабрами. Но птицам и млекопитающим, которые дышат иначе, жаберные щели не нужны для дыхания. Они преобразовались в органы, с помощью которых животные издают или слышат звуки. У человека, например, из эмбриональных жаберных щелей развилась часть уха и горла. Это является достаточно веским доказательством того, что человек и другие дышащие воздухом позвоночные сохранили эмбриональные черты, унаследованные от далеких предков, которые дышали жабрами и жили по крайней мере 360 миллионов лет назад.

Сходство скелетов . Если сравнивать скелеты древних и современных наземных позвоночных (рис. 31), они свидетельствуют приблизительно о том же, о чем и зародыши. Скелеты состоят из сходного количества костей, располагающихся приблизительно в одном и том же порядке. Только размеры отдельных костей и их относительные пропорции меняются у различных животных. Это сходство, столь устойчиво прослеживающееся, может означать только одно: скелет современных наземных позвоночных в основе своей представляет очень старомодную конструкцию. Хотя с течением времени его отдельные части удлинялись или укорачивались, увеличивались или уменьшались, но в целом он никогда не был заменен чем-то совершенно новым. Он только постоянно, и то очень медленно, преобразовывался путем многочисленных, но очень небольших изменений. Таково еще одно неопровержимое доказательство того, что современные высшие животные развились из своих отдаленных предков, многое от них унаследовав.

Еще более ясно это можно увидеть, если мы подробно рассмотрим какие-либо части скелета, например переднюю конечность (рис. 32). У всех позвоночных передняя конечность имеет одинаковое в основном строение, но у каждого вида она изменилась таким образом, чтобы обеспечить наибольшее удобство при передвижении в данных условиях среды обитания - в воздухе (птицы), в море (киты), на обширных травянистых равнинах (лошади) и в лесу (кошки). Таким образом, как мы вскоре увидим, среда оставляет свой отпечаток на скелетах.

Рудиментарные органы . Как кости, так и мягкие части тел многих животных организмов образуют органы, которые не несут очевидных функций, но сходны с органами других живущих или вымерших организмов, у которых эти органы выполняли вполне определенные функции. У тех животных, у которых эти органы бесполезны, они носят название рудиментарных, потому что являются остатками - рудиментами - приспособлений, существовавших у предков. Только в теле человека таких органов более 150; наиболее известен из них аппендикс, слепой отросток, который может воспаляться и во многих случаях подлежит хирургическому удалению. У некоторых менее развитых животных, однако, соответствующий орган функционирует как полезная часть пищеварительного тракта. Менее известным органом является копчик. Он состоит из семи позвонков с соответствующими мускулами и нервами и расположен у основания позвоночника. Это рудиментарное образование, которое в более развитом виде образует хвост у большинства животных. Малые берцовые кости, у современных лошадей не выполняющие никаких функций, представляют собой остатки когда-то использовавшихся пальцев у предков лошади, имевших три опорных пальца. Киты и некоторые змеи имеют рудиментарные кости, которые соответствуют костям задних конечностей у четвероногих животных. Некоторые нелетающие птицы, например страус, имеют рудиментарные крылья - остатки крыльев, которые другие птицы используют для полета. Таковы немногие примеры, выбранные нами из огромного множества рудиментарных органов, существование которых может быть объяснено только тем фактом, что они стали рудиментарными в ходе эволюции.

Одомашнивание животных и растений . В результате направленного разведения в течение длительного времени - от нескольких лет до нескольких тысяч лет - человеку удалось вывести многочисленные разновидности отдельных видов растений и животных. Наиболее известный пример - многочисленные породы собак, очевидно, выведенные от одного первоначального вида, напоминавшего волка. Породы собак очень разнообразны по размерам, форме тела и соответствию специальным целям, хотя все они принадлежат к одному виду. Эти искусственно полученные изменения показывают возможность передачи по наследству признаков, отобранных человеком, и позволяют предполагать, что подобный процесс изменений имел место и в течение длительной истории организмов.

Процесс эволюции

После обзора наиболее убедительных доказательств происходившей эволюции, мы можем обратиться к рассмотрению самого процесса, в котором выделяются три аспекта. Первый - молекулы, которые могут копировать сами себя и передавать в закодированном виде информацию. Второй - изменения, которые происходят с отдельными организмами и могут быть унаследованы. Третий - среда и ее влияние на состав популяций. Если внимательно рассмотреть эти три аспекта, то нетрудно будет понять, как именно происходила и происходит эволюция, зафиксированная по ископаемым остаткам.

Молекулы ДНК . В любом организме каждая отдельная клетка, имеющая ядро, содержит некоторое количество очень важного вещества, называемого дезоксирибонуклеиновой кислотой (сокращенно ДНК). Молекула ДНК имеет необычные для единичной молекулы большие размеры, и все же, чтобы сделать с нее фотографию обычного размера, она должна быть увеличена в сотни тысяч раз. Фотография, сделанная с помощью электронного микроскопа, показывает, что она имеет форму двух переплетенных спиралей (фото 12). Большая спиральная молекула ДНК обладает замечательной способностью к самовоспроизводству. Она может делиться на две совершенно равные половины, каждая из которых содержит половину спирали. Затем каждая половина может достраивать недостающую часть, снова приобретая вид спирали. Результатом является удвоение - две полных спирали вместо одной, существовавшей ранее. Считается, что это удвоение возможно потому, что каждая часть исходной спирали состоит из четырех химических компонентов, которые могут располагаться в различном порядке. Подобно точкам и тире азбуки Морзе, долгое время использовавшейся при передаче телеграмм, порядок, в котором расположены химические компоненты, составляет генетический код, который содержит информацию или "инструкции", согласно которым должна строиться вторая половина спирали. Закодированное таким образом послание представляет собой своего рода чертеж. Оно определяет, какие химические элементы должны использоваться, а также в каком порядке они должны располагаться. Порядок образует химические соединения, которые нужны клетке или группе клеток для того, чтобы развиваться и функционировать. Конечно, эти химические компоненты, служащие для построения клеток, получаются из пищи, поглощенной и переработанной организмом, причем количество пищи должно быть достаточно велико.

Именно так отдельный организм (набор специализированных клеток) растет в продолжение всей своей жизни путем деления и перестройки клеток, согласно закодированным инструкциям, содержащимся в молекулах самих клеток. По мере того как клетки делятся, инструкция тоже воспроизводится, так что любая клетка, имеющая ядро, получает свою собственную копию и может немедленно ее использовать. Таким образом определяется не только рост, но и каждая черта индивидуального организма. Если трудно представить себе такую большую детальность, следует вспомнить, что молекула ДНК, какой бы большой она ни была, все же очень мала с точки зрения человека. Диаметр ее составляет около 0,0000008 сантиметра, и в теле человека может находиться почти неисчислимое количество таких молекул. Сложность процессов, которые одновременно происходят в таком большом городе, как, например, Нью-Йорк с его восьмимиллионным населением, не очень велика по сравнению со сложностью процессов образования, движения и разрушения молекул ДНК и других составных частей в теле одного обитателя этого города.

Резюмируя, можно сказать, что молекулы ДНК с записанной в них информацией и способностью воспроизводить самих себя определяют основной план роста и функционирования клеток, составляющих организм, и, следовательно, все основные черты и особенности организма. Мы должны посмотреть, каким образом передается закодированная информация, а следовательно, и особенности организма, от одного поколения к другому, так как эта информация лежит в основе наследственности.

Наследственность и изменчивость . Характеристики формы и поведения, определенные генетическим кодом, передаются от родителей к потомству, но в этом процессе они меняются, по крайней мере до некоторой степени благодаря строению клеток, участвующих в процессе полового размножения. В отдельной особи любого вида организмов, размножающихся половым путем (а сюда относятся почти все животные и растения), половые клетки содержат длинные нитевидные хромосомы, каждая из которых в свою очередь содержит многочисленные гены, - единицы, контролирующие наследственность. Ген - это часть молекулы ДНК, та часть, которая содержит в своем строении запись информации, необходимой для воспроизводства данного организма - его формы, размера, физиологии и поведения.

И вот когда мужская клетка спермы объединяется с женской яйцеклеткой, образуется новая сложная клетка, имеющая комбинацию хромосом обоих родителей. Оплодотворенная клетка начинает делиться. При этом делении точно воспроизводится новая комбинация хромосом. Код, которым обладает эта сложная клетка, конечно, отличается от кода любого из родителей. В соответствии с этим и новая особь может обладать чертами родителей почти в любом сочетании. Количество сочетаний, которые могут образовывать хромосомы в одном человеческом организме, оценивается в 2 100°. Это почти невероятно большое число. Поскольку потенциальное число комбинаций настолько велико, две особи не могут быть в точности одинаковыми. Каждая из них получает гены от обоих родителей, и эти гены образуют уникальную комбинацию. Эта комбинация содержит неповторимый набор закодированных сведений и инструкций, согласно которым развиваются индивидуальные черты организма, до некоторой степени передающиеся по наследству следующим поколениям.

Существенным результатом этого является изменчивость. Поскольку каждый индивид в каждом поколении до некоторой степени отличается от своих родителей, изменчивость постоянно проявляется в виде многочисленных мелких, незаметных изменений, которые могут быть унаследованы.

Естественный отбор . На этой стадии сказывается влияние окружающей среды. Каждый организм в каждом поколении рождается со своим собственным комплексом изменений в определенных условиях среды. Этот организм реагирует на условия, приспосабливаясь к ним, но степень этого приспособления частично будет зависеть от унаследованных изменений. Некоторые особи из большой популяции будут в большей степени соответствовать условиям среды, чем другие, просто потому, что один или несколько свойственных им признаков дали им небольшое преимущество в этом окружении. Поэтому статистически у одной группы особей будет чуть больше шансов выжить и воспроизвести себя, чем у остальных. Поскольку изменения могут наследоваться, следующее поколение будет иметь немного большее количество особей, обладающих благоприятными изменениями. Если условия останутся неизменными, то приобретение всей популяцией "благоприятных" свойств явится только вопросом времени, хотя, возможно, довольно длительного.

Это настолько важный вопрос и так часто его понимают неправильно, что мы вернемся к нему еще раз. В любой популяции изменения проявляются в каждом поколении. Из этих постоянно возникающих наборов изменений условия среды стремятся отбирать лучшие (то есть наиболее соответствующие условиям). В результате этого создается впечатление, что отдельные особи в популяции сознательно пытаются приспособиться. Однако ничто не может быть дальше от истины. Этот процесс приспособления есть не что иное, как ряд приспособительных реакций. Эволюция не имеет программы, но точность, с которой приспосабливающиеся организмы отвечают на требования среды, похожа на чудо.

Простой, но вместе с тем ясный пример этого процесса представляет история эволюции бабочек в Англии за последнее время. Если сопоставить данные наблюдений и подсчетов, сделанных в настоящее время, с теми, которые были сделаны в 1850 г., то окажется, что около 60 видов бабочек в Англии изменили свой облик. За этот период времени в результате развития промышленности здания и даже деревья покрылись копотью. В 1850 г. менее 10% популяции бабочек имели темную окраску, сейчас же темный цвет имеют более 90%. Первоначальное соотношение цветов было результатом изменчивости. Однако так как светлая окраска была более заметна на темном фоне, птицы легче находили и истребляли бабочек со светлой окраской и меньшее их количество выживало и размножалось. Для бабочек критическим фактором среды явилось наличие насекомоядных птиц. Бабочки не приспосабливались сами сознательно к более темной окраске среды; они оказались к ней приспособленными в результате деятельности птиц.

Выживание под влиянием среды и с помощью механизма наследственности определяет облик грядущих поколений и называется естественным отбором. Это процесс сортировки и перетасовки. Хотя естественный отбор действует в сфере организмов, он подобен по своим результатам отбору в неорганическом мире, сортировке и перемешиванию, которые производят другие природные процессы, создающие земную кору. Глубоко под поверхностью Земли определенные минералы "отбираются" благодаря относительно низкой точке их плавления, и их расплав движется вверх. На поверхности минералы "отбираются" в соответствии с их устойчивостью по отношению к процессам химического разрушения, их неустойчивые компоненты удаляются. Действительно, естественный отбор более понятен, если мы рассматриваем его как один из многих сложных природных процессов, протекающих на Земле.

В естественном отборе изменение от одного поколения к другому может быть незначительным, но, как и в случае врезания Большого каньона Колорадо или сортировки частиц, образующихся при выветривании гранита, кумулятивный эффект бывает огромным. Как мы отметили в предыдущих главах, на поверхности Земли непрерывно происходят геологические изменения, вызывающие изменения природных условий. Эти последние в свою очередь влияют на растения и животных, вызывая адаптацию.

Мы должны помнить, что такие изменения происходят не сознательно и не целенаправленно. Они действуют автоматически, слегка изменяя вероятность выживания каждой особи в популяции. Каждая особь, со своим набором присущих только ей свойств, сталкивается с требованиями среды. Некоторые особи выживают, другие оказываются истребленными, и каждое новое поколение становится немного лучше приспособленным к условиям среды, чем были приспособлены его родители.

Повсюду в мире мы наблюдаем растения и животных, которые в процессе приспособления приобрели строение и черты, наиболее соответствующие данному виду среды. Белый медведь, обладающий толстой шкурой с жировой подкладкой, прекрасно умеющий плавать, хорошо приспособлен к жизни на полярных льдах. Длинноногий верблюд, со своей способностью сохранять воду в организме, приспособлен к жизни в обширных районах континентов, отличающихся малым количеством воды и скудной растительностью. Другие организмы приспособились к жизни в тропических лесах, в воздухе над обширными океанами, в пещерных водоемах и ко многим другим условиям среды. Каждое из этих приспособлений явилось результатом эволюции, направлявшейся естественным отбором. Если мы внимательно изучим ископаемые, мы можем прийти к выводу, что в течение большей части истории организмы приспосабливались к тем же видам природной среды, которые существуют и сейчас. Но эти организмы меняли свое пространственное размещение вследствие геологических изменений, затрагивавших и поверхность континентов, и океаны. Такое приспособление организмов в прошлом явилось еще одним следствием принципа актуализма.

Мутации . Имеется и другой вид наследуемых изменений. Он увеличивает разнообразие живых организмов, среди которых под влиянием окружающих условий происходит отбор. Это мутации. Они происходят в яйцеклетке или сперматозоидах одной особи и могут наследоваться потомством. Мутации заключаются в изменении кодового механизма внутри молекулы ДНК, так что некоторый ген у особи нового поколения отличается от соответствующего гена у любого из родителей. Происходят они неожиданно и непредсказуемо и, будучи наследуемыми, вызывают изменения структуры, черт или характеристик, которые проявляются в последующих поколениях. Взаимодействуя со средой, эти изменения закрепляются в потомстве, если они благоприятны, или "выбраковываются", если они неблагоприятны. Химические основы мутаций в деталях еще не изучены, но можно полагать, что эти изменения имели существенное влияние на направление эволюционных изменений организмов.

Дискуссия

Эволюция в основе своей состоит в адаптации - приспособлении к окружающей среде. Изменения происходят постоянно - они имеют или характер мутаций или происходят в результате новых сочетаний свойств, возникающих в последующих поколениях. Они поставляют сырой материал, над которым работает естественный отбор. При этом испытываются всевозможные виды новых приспособлений, и те из них, которые оказались "успешными" в данных условиях, сохраняются и в будущем, неудачные же постепенно отсеиваются.

Когда Чарлз Дарвин впервые описал естественный отбор в 1859 г., он рассматривал этот процесс с точки зрения приспособленности организма для жизни в данной среде, конкуренции между отдельными особями, преуспевания некоторых групп и исчезновения менее приспособленных.

В рамках геологической истории успех групп организмов зависит от двух факторов: 1) способности эффективно воспроизводиться и 2) способности занимать территорию и удерживать ее в условиях конкуренции. В истории динозавров, цветковых растений или мамонтов ледникового периода все эти вопросы не имели никакого отношения к морали. Мораль - это человеческое понятие, и оно вступает в силу лишь на поздних.этапах истории человека.

Следует добавить, что изучение летописи ископаемых остатков не приводит нас к установлению какой-либо общей цели эволюции. Не доказано, что эволюция следовала в каком-либо определенном направлении и стремилась к определенной цели. Другими словами, эволюция, очевидно, не имеет программы. Очевидно, она не следует также и по прямой линии. Ее пути часто переплетаются (как мы видели на рис. 30) и отклоняются от прямого направления, но они никогда не повторяются в точности. Такой путь развития мы определяем как вероятностный, являющийся результатом непрерывного ряда ответных реакций живых организмов на новые возможности, возникающие при изменении среды.

Сколько времени потребовалось для того, чтобы процесс эволюции создал все то огромное разнообразие растений и животных - более миллиона видов, - которое существует сейчас? В начале этого процесса, как,мы отмечали в седьмой главе, постепенно возникли первые одноклеточные организмы. Это было более 3 миллиардов лет назад. Ближе к нашему времени органический мир достиг в основном своего современного состояния к концу плиоцена, возможно 2-3 миллиона лет назад. Большая часть эволюционных процессов протекла в интервале между этими двумя моментами. Никого, кто изучал этот процесс, не удивит то обстоятельство, что развитие организмов могло достичь современной степени приспособленности и разнообразия за отрезок времени немногим более 3 миллиардов лет. Ученые считают, что этого времени было вполне достаточно. Действительно, если бы геологические процессы, которые вызывали изменения среды обитания, протекали быстрее, то возможно, что та же степень эволюционного развития, которую мы видим сейчас, могла быть достигнута за более короткое время.

Скорость эволюционных изменений, конечно, менялась в широких пределах в зависимости от времени и места, была неодинаковой у различных видов организмов и зависела, как и сейчас, от скорости и пространственного распределения изменений окружающей среды. Например, набор ископаемых остатков показывает, что за 63 миллиона лет геологического времени, то есть за кайнозойскую эру, беспозвоночные морские организмы развивались медленно и изменились незначительно, а большинство наземных животных развивалось гораздо быстрее и при этом сильно изменялось. Эта разница отражает различия в скорости изменения среды. Природная обстановка на суше быстро реагировала на поднятия, горообразование и изменение температур и атмосферных осадков, в то время как природные условия в море оставались сравнительно стабильными. И все же с точки зрения человеческого календаря любая скорость эволюции кажется малой. За период, предположительно составляющий 10 000 лет, в течение которого собаки и скот были одомашнены и подверглись воздействию искусственного отбора, не образовалось ни одного нового вида. Искусственные изменения привели не более чем к появлению разновидностей в пределах одного вида.

Мы должны подчеркнуть этот основной принцип. Пока окружающие условия остаются стабильными, популяция организмов тоже остается стабильной, с небольшими эволюционными изменениями. Когда же среда начинает изменяться и, таким образом, становится неустойчивой, населяющие ее организмы также становятся нестабильными. Таким образом, окружающая среда создает предпосылки для проверки биологических "изобретений", которые постоянно появляются. Когда мы проследим историю живых организмов, восстановленную по ископаемым остаткам, мы увидим много примеров таких "изобретений"; некоторые из них оказались успешными, а другие, не выдержав испытаний, исчезли с лица Земли.

Тесная связь организмов со средой, их восприимчивость к изменениям среды, которая ясно прослеживается по ископаемым остаткам, найденным в древних пластах, должна послужить уроком современному человеку. На территориях, где в сильной степени развита промышленность, подчас происходят резкие изменения условий жизни. Некоторые из этих изменений более заметны и невыгодны для организмов (по крайней мере некоторых), чем изменения, обусловленные климатическими колебаниями или другими природными процессами. Изменения обоих видов, как можно ожидать, вызывают соответствующие ответные реакции (приспособление или постепенное вымирание) в биосфере этих территорий. Возможные последствия этого не следует недооценивать человеку - единственному виду, который вызывает изменения и может их контролировать с учетом конечных результатов - благоприятных или катастрофических для животных и растений Земли.

Литература

Blum H. F., 1951. Time"s arrow and evolution: Princeton University Press.

De Вeer G. R., 1964. Atlas of evolution: Thomas Nelson 8c Sons Ltd., Lodnon.

Dobzhansky Theodosius. 1950. The genetic basis of evolution: "Scientific American", January 1950, p. 2-11.

Mood у Р. A., 1962, Introduction to evolution: 3d ed., Harper 8c Row, Inc., New York.

Smith H. W.. 1961, From fish to philosopher: The Natural History Library. Anchor Books. Doubleday 8cCo., Garden City, New York. (Paperback.)

Stebbins G. L.. 1966, Processes of organic evolution: Prentice-Hall, Englewood Cliffs. N. J.

Volpe E. P., 1967. Understanding evolution: W. C. Brown Co., Dubuque. la. (Paperback.).

Yanofsky Charles. 1967, Gene structure and protein structure: "Scientific American", v. 216, p. 80-94.

Потомство живых существ очень похоже на родителей. Однако если среда обитания живых организмов меняется, они тоже могут существенно измениться. К примеру, если климат постепенно становится холоднее, то некоторые виды могут от поколения к поколению обрастать все более густой шерстью. Этот процесс называется эволюцией . За миллионы лет эволюции мелкие изменения, накапливаясь, могут приводить к возникновению новых видов растений и животных, резко отличающихся от своих предков.

Как происходит эволюция?

В основе эволюции лежит естественный отбор. Он происходит так. Все животные или растения, принадлежащие к одному виду, все же слегка отличаются друг от друга. Некоторые из этих отличий позволяют их обладателям лучше приспосабливаться к условиям жизни, нежели их сородичам. Например, у какого-то оленя особенно быстрые ноги, и ему каждый раз удается убежать от хищника. У такого оленя больше шансов выжить и обзавестись потомством, а способность быстро бегать может передаться его детенышам, или, как говорят, унаследоваться ими.

Эволюция создала бесчисленное множество способов приспособления к трудностям и опасностям жизни на Земле. Например, семена конского каштана со временем приобрели оболочку, покрытую острыми колючками. Колючки защищают семя, когда оно падает с дерева на землю.

Какова скорость эволюции?

Прежде у этих бабочек были светлые крылышки. Они прятались от врагов на стволах деревьев с такой же светлой корой. Однако около 1% этих бабочек имели темные крылышки. Естественно, птицы сразу их замечали и, как правило, съедали раньше других

Обычно эволюция протекает очень медленно. Но бывают случаи, когда какой-либо вид животных претерпевает стремительные изменения и затрачивает на это не тысячи и миллионы лет, а гораздо меньше. К примеру, некоторые бабочки за последние двести лет изменили свою окраску, чтобы приспособиться к новы условиям жизни в тех районах Европы, где возникло множество промышленных предприятий.

Около двухсот лет назад в Западной Европе начали строить заводы, работающие на угле. Дым из заводских труб содержал сажу, которая оседала на стволах деревьев, и они чернели. Теперь оказались заметнее светлые бабочки. А немногие прежде бабочки с темной окраской крылышек выжили, ибо птицы их уже не замечали. От них произошли другие бабочки с такими же темными крылышками. И теперь большинство бабочек этого вида, обитающих в промышленных районах, имеют темные крылышки.

Почему некоторые виды животных вымирают?

Некоторые живые существа неспособны эволюционировать, когда среда их обитания резко изменяется, и в результате вымирают. Скажем, огромные волосатые животные, похожие на слонов — мамонты, скорее всего, вымерли оттого, что климат на Земле в ту пору стал контрастнее: летом слишком жарко, а зимой слишком холодно. К тому же их численность сократилась из-за усиленной охоты на них первобытного человека. А вслед за мамонтами вымерли и саблезубые тигры — ведь их громадные клыки были приспособлены к охоте лишь на крупных животных вроде мамонтов. Более мелкие животные были для саблезубых тигров недоступны, и, оставшись без добычи, они исчезли с лица нашей планеты.

Откуда мы знаем, что человек тоже эволюционировал?

Большинство ученых полагает, что человек произошел от живших на деревьях животных, похожих на современных обезьян. Доказательством этой теории служат некоторые черты строения наших тел, позволяющие, в частности, предположить, что когда-то наши предки были вегетарианцами и питались только плодами, кореньями и стеблями растений.

У основания вашего позвоночника есть костное образование — копчик. Это все, что осталось от хвоста. Большая часть волос, покрывающих ваше тело, представляет собой лишь мягкий пушок, но у наших предков волосяной покров был гораздо гуще. Каждый волосок снабжен специальным мускулом и встает дыбом, когда вы мерзнете. Так же и у всех млекопитающих с волосатой шкурой: она удерживает воздух, который не дает теплу животного уйти.

У многих взрослых людей есть широкие крайние зубы — их называют «зубы мудрости». Теперь в этих зубах нет никакой необходимости, но в свое время наши предки пережевывали ими жесткую растительную пищу, которой питались. Аппендикс представляет собой маленькую трубочку-отросток, связанную с кишечником. Наши отдаленные предки с его помощью переваривали растительную пищу, плохо усваиваемую организмом. Теперь он больше не нужен и постепенно становится все меньше и меньше. У многих травоядных животных — к примеру, кроликов — аппендикс развит очень хорошо.

Могут ли люди управлять эволюцией?

Люди управляют эволюцией некоторых животных вот уже более 10000 лет. Например, многие современные породы собак, по всей вероятности, произошли от волков, стаи которых бродили около стойбищ древних людей. Постепенно те из них, что стали жить вместе с людьми, эволюционировали в новый вид животных, то есть стали собаками. Затем люди начали специально выращивать собак для определенных целей. Это называется селекцией. В результате сегодня в мире насчитывается свыше 150 различных пород собак.

• Собак, которых можно было обучить разным командам, вроде этой английской овчарки, выращивали для того, чтобы пасти скот.
• Собак, которые умели быстро бегать, использовали для преследования дичи. У этой борзой мощные ноги, и она бежит огромными прыжками.
• Собак с хорошим нюхом выводили специально для выслеживания дичи. Эта гладкошерстная такса может разрывать кроличьи норы.

Через естественный отбор, как правило, протекает очень медленно. Селективный отбор позволяет резко ускорить ее.

Что такое генная инженерия?

В 70-е гг. XX в. ученые изобрели способ изменения свойств живых организмов вмешательством в их генетический код. Эту технологию называют генной инженерией. Гены несут в себе своеобразный биологический шифр, содержащийся в каждой живой клетке. Он и определяет размеры и внешний вид каждого живого существа. С помощью генной инженерии можно выводить растения и животных, которые, скажем, быстрее растут или менее восприимчивы к какому-либо заболеванию

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 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, 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 Те же процессы происходят и с нашим Солнцем, в то время, как Космос продолжает расширяться.

18.02.2015 в 15:40

2653

В предыдущей статье про эволюцию было рассказано, как ученые про все это узнали, какими методами пользовались. Благодаря этим методам наука накопила массу доказательств того, что виды живых организмов на нашей планете с течением времени изменяются. И на основе доказательств создала единственную теорию, объясняющую эти изменения.

Это теория эволюции Чарльза Дарвина, которую теперь называют «неодарвинизмом», потому что она подтверждена генетикой.

Эволюция происходит среди огромного числа видов на протяжении громадных периодов времени и является системным процессом. Эволюция осуществляется путем изменения того, что есть, она не делает новые виды с нуля.

Суть эволюции заключается в следующем. На планете постоянно изменяется среда обитания, при этом индивиды изменяют то, что имеют. Если это им не удается, то они вымирают, потому что не приспособились к жизни в новых условиях.

За 4,5 миллиарда лет существования нашей планеты не удалось приспособиться к изменяющимся условиям 99,99% видов. Поэтому человечеству вместо насаждения демократий и контроля за ценами на нефть нужно озаботиться тем, чтобы вовремя измениться как виду под новые условия, которые на планете обязательно создадутся. То есть речь идет об управляемой эволюции. Но подробнее об этом в следующих статьях.

Один пример управляемой эволюции - газонокосилки ведут отбор одуванчиков в сторону низкорослости и быстрого роста цветоножек.

Технически эволюция видов проходит так (упрощенное представление).

Основой эволюции является изменение генов индивидуумов. Главные причины изменений две - внешние (мутации - действие ультрафиолета, радиации, высоких температур и т.д.) и внутренние (комбинация генов отца и матери). Можно сказать, что мутации генов это ошибки копирования из-за действия ряда факторов. В результате мутации генов рождается потомство, у которого присутствует новые свойства организма. Чуть длиннее хобот, чуть больше мозг, чуть больше или меньше шерсти.

Мутации генов бывают нейтральными, вредными и полезными.

В результате нейтральных мутаций новые признаки организма на его жизнь не оказывают никакого влияния. Например, в условиях среднего климата на одном из индивидуумов выросло чуть больше шерсти. Ему стало чуть теплее и все.

Вредные мутации приводят к тому, что организм хуже переносит условия окружающей среды. Например, в условиях жаркого климата на одном из индивидуумов выросло чуть больше шерсти. Он начал перегреваться. А это негативно сказывается на его работоспособности (вспомните себя на жаре в сорок градусов), на работе головного мозга (хуже соображает) и в ряде случаев может привести к стерилизации (нет потомства). Такому организму становится сложнее выжить и он погибает, не оставив потомства.

Полезные мутации приводят к тому, что организм лучше переносит условия окружающей среды. Например, в условиях холодного климата на одном из индивидуумов выросло чуть больше шерсти. Ему стало теплее, ему проще выжить, он может дольше находиться на открытом воздухе, он может добыть больше еды. И наконец ему проще дожить до репродуктивного возраста и оставить после себя потомство, часть из которого унаследует ген «большей шерстистости».

То есть основным звеном в механизме эволюции является процесс размножения индивидуумов, обладающих новыми признаками. При изменении условий обитания часть организмов не обладает нужными для выживания признаками. Они погибают до того, как обзаводятся потомством и линия передачи генов организмов с такими признаками прерывается. Другая часть нужными свойствами организма обладает, она выживает и оставляет после себя потомство, обладающее этими признаками.

Из этого потомства выживают те, у кого эти признаки усиливаются. Например, наступает ледниковый период, становится холоднее и выживают только те виды, которые с каждым новым поколением все больше обрастают шерстью. И вот вам новый вид - шерстистый носорог.

Эволюция состоялась.

Можно сказать так: признаки, способствующие размножению вида, подвергаются положительному естественному отбору. То есть способствуют выживанию особей вида, у которых такие признаки присутствуют. А признаки, препятствующие размножению вида, подвергаются отрицательному естественному отбору. То есть способствуют вымиранию особей вида, у которых такие признаки присутствуют.

Возвращаясь к носорогам - неприспособившиеся особи могли все погибнуть, тем самым предковый вид вымирает полностью. Или часть могли мигрировать на юг и остаться в живых на новых территориях. При этом на планете осталось жить два новых вида носорогов.

То есть вымирание видов происходит из-за того, что они не приспосабливаются к новым условиям окружающей среды. А появление новых видов происходит из-за разделения видов. Например, часть динозавров начали летать и дали начало птицам. Другая часть спустилась в воду и стала китами. А третья часть осталась на суше и вся вымерла.

Еще пример. Кистеперые рыбы, являющиеся предками всех сухопутных животных и птиц, в погоне за добычей стали выскакивать на берег. У части рыб постепенно усилились мышцы плавников и они смогли начать понемногу перемещаться по суше. И далее плавники эволюционировали в ноги, а рыбы превратились в сухопутных животных. А часть рыб так и осталась жить в воде. Вот вам и два новых вида.

В среде со стабильными условиями эволюция идет значительно медленнее. Но стабильность играет против видов, если условия вдруг начинают резко меняться, то большая часть видов не успевает приспосабливаться и вымирает.

В местах со стабильными условиями (это обычно тропики), виды имеют больше потомков и меньше о них заботятся. То есть уровень кооперации в холодном климате генетически выше, чем в теплом. Потому в западных странах, где теплее, выше уровень индивидуализма, а в России, где холоднее, больше коллективизма.

Чем больше изменяется среда обитания вида, тем быстрее он эволюционирует или движется к вымиранию. После изменения среды обитания эволюция ускоряется, а затем будет постепенно замедляться по мере приближения к равновесию.

Отбор, не уничтожающий популяцию полностью, ускоряет ее эволюцию. И чем большая доля индивидов не оставит потомства, тем быстрее популяция будет эволюционировать (при условии сохранения хотя бы минимального числа индивидов, необходимого для поддержания популяции).

Кстати, все живые организмы генетически запрограммированы на старение и умирание. Старение является неоправданной потерей размножающихся взрослых индивидов и не является биологически необходимым, так как некоторые виды живут сотни и тысячи лет (например, остистая сосна до 5000 лет). Но если индивид не состарится и не умрет, освободив территорию и ресурсы для следующего поколения, цикл смены поколений замедлится, и вид будет неспособен эволюционировать с достаточной скоростью, чтобы поспевать за изменениями среды. Эта проблема решается с помощью генетических часов, вызывающих старение индивидов.

Основной причиной, приводящей к эволюции видов, является изменение условий окружающей среды. То есть изменение климата. Сильнее всего климат меняется в умеренных широтах, в тропиках и на севере он более стабилен. Поэтому скорость эволюции больше именно в умеренных широтах.

Второй по значимости причиной естественного обора после климата является половой отбор.

Наличие полового отбора означает, что полы не вступают в отношения неразборчиво, но предпочитают индивидов противоположного пола с определенными признаками. При этом наиболее осторожным будет пол, больше теряющий при неудачном выборе, а это, как правило, женщины.

Пол, развивший много избыточных признаков, не являющихся полезными при добыче пищи, уклонении от хищников и тому подобном, но обращенных к противоположному полу, безусловно, пройдет половой отбор. У птиц почти всегда самцы имеют такие признаки. Самцы часто ярко окрашены, имеют красочное оперение и поют прекрасные песни, привлекающие как самок, так и хищников. Избыточные признаки говорят самкам, что самец должен обладать действительно превосходными качествами, чтобы при такой яркой внешности не быть съеденным.

Среди людей раньше женщины выбирали мужчин за силу, так как она была нужна для выживания. Сейчас предполагается, что женщины выбирают мужчин за интеллект, который при выживании стал важнее физической силы. Интеллект хорошо коррелирует с благосостоянием и с более низкими уровнями преступности, психопатии и другими показателями, желательными для большинства женщин.

Третьей причиной естественного отбора стал групповой отбор. Прошли миллионы лет от появления первых приматов до того, как предки человека стали групповыми животными. Групповое поведение по-прежнему глубоко укоренено в наших генах, и мы можем видеть сегодня, как легко мы объединяемся в группы и как важно для нас быть принятым другими в свои группы. Преданность своей группе возникла оттого, что индивиды, действующие заодно с товарищами к своей взаимной выгоде, особенно в конфликтах с окружающими, были успешнее в репродуктивном отношении в сравнении с непоступавшими так.

Периодически встает вопрос - кто руководит эволюцией? Есть два ответа на этот вопрос. Ученые говорят, что никто, верующие говорят, что эволюция проходит по замыслу бога, то есть высшего разумного существа, который почему-то потом уничтожил 99,99% своих творений.

Научный подход к этому вопросу такой. Существуют физические законы в соответствие с которыми происходят физические процессы. Если с горы катится камень, то можно выдвинуть две версии. Первая (религиозная) - камень двигается вниз по воле бога, вторая (научная) - камень катится под действием физического закона гравитации.

Эволюция также происходит под действием физического процесса мутации генов. Это приводит к появлению особей, которые обладают новыми признаками. Те особи, у которых их новые признаки позволяют выжить в меняющихся условиях, выживают и размножаются. Их потомки также постепенно меняются и так образуется новый вид. То есть среди родившихся выживает и дает потомство наиболее приспособленный. Те особи, у которых их имеющиеся и новые признаки не позволяют выжить в меняющихся условиях, погибают и не оставляют после себя потомства. В этом заключается естественный отбор. Так происходит эволюция и никто ей не руководит.

Хотя в природе есть управляемая эволюция живых организмов, которую проводит человек. Это выведение новых сортов растений и новых пород домашних животных. Цветки томатов одного сорта опыляют другим сортом, из плодов этих цветков берут семена, выращивают из них новые растения. Если они обладают новыми полезными потребительскими свойствами (повышенная урожайность, устойчивость к фитофторе и т.д.), то этот сорт оставляют и размножают. Если полезных свойств нет или сорт стал хуже родительских, то его уничтожают.

Точно так же происходит в естественных условиях. Только осуществляется проще и всего по одному критерию - те виды, которые оказались более приспособленными к жизни в окружающих условиях, выживают и дают потомство. А неприспособленные погибают, потомства не дав.

Природа не испытывает сентиментальных чувств, не входит в положение слабых и беспомощных, и не пытается создавать личности определенного типа. Конечным продуктом в любом случае является успешное воспроизводство, вне зависимости от того, каким бы нам это ни казалось жалким, подлым или унизительным. Воспроизводитесь активнее других и останетесь в игре, иначе вы выбываете. И так постоянно.

Мы можем либо знать, как проходит эволюция, либо верить в это. Знание это теория, подкрепленная доказательствами. Верование это теория, существующая без доказательств.

В жизни мы в 99,99% случаев оперируем знаниями, а не верованиями. Мы постоянно используем доказательства, которые можно зафиксировать.

Сотрудник ГИБДД показывает водителю индикатор радара, на котором показана скорость автомобиля. Водитель конечно может сказать «а я верю в то, что ехал с другой скоростью», но его веру в расчет не приму.

Судья, какой бы он ни был религиозный, изучает доказательства, а не то, во что верят участники процесса.

Бухгалтера, инженеры, учителя, сантехники, продавцы и т.д. - мы все оперируем фактами, а не плодами чьего-то воображения.

Эволюция действует по физическим законам, а не по указке выдуманного высшего существа.

Споры о том, как появились живые организмы и кто их создал ведутся давно. Вначале они проходили очень просто. Из тех, кто не был согласен с тем, что "бог создал мир за шесть дней", делали шашлык на костре. Затем сторонников шестидневного творения стало значительно меньше и сейчас в это верят только люди, находящиеся на ранней стадии умственного развития. Потому что отрицать научно доказанную эволюцию стало очень сложно - слишком много фактов свидетельствуют о нет.

Сейчас у сторонников религиозной теории (верю во что прикажут) другая фишка - "да, эволюция была, но проходит она по воле бога". И на закономерный вопрос - "зачем бог сделал миллионы видов живых существ и потом 99,99% из них уничтожил" дается два примитивных ответа - "на все воля божья" и "пути господни неисповедимы".

Интересно, но теорию эволюции разрушить очень легко - для этого достаточно найти останки живого организма в слое не своего периода. Это как если в куске угля найти десятирублевую монету, то вся теория образования угля сразу закончится. Так вот, люди занимаются археологией несколько сотен лет. И они ни разу не нашли остатков живых существ в слоях не своего периода. А это значит, что теория эволюции Дарвина верна.

Следующая статья будет посвящена эволюции человека - как из приматов получились современные люди.