Вопросы происхождения жизни и ее развития с древних времен озадачивали ученых. Люди всегда стремились приблизиться к этим тайнам, сделав мир, таким образом, более понятным и предсказуемым. Многие века господствовала точка зрения о божественном начале Вселенной и жизни. Теория эволюции же завоевала почетное место главной и наиболее вероятной версии развития всего живого на нашей планете относительно недавно. Основные положения ее сформулировал Чарльз Дарвин в середине XIX века. Последовавшее за этим столетие подарило миру массу открытий в области генетики и биологии, которые сделали возможным доказать справедливость учения Дарвина, расширить его, объединить с новыми данными. Так появилась синтетическая теория эволюции. Она вобрала в себя все идеи знаменитого исследователя и результаты научных изысканий в различных областях от генетики до экологии.
От особи до класса
Биологическая эволюция представляет собой историческое развитие организмов, основанное на уникальных процессах функционирования генетической информации в определенных условиях окружающей среды.
Начальный этап всех преобразований, в итоге приводящий к появлению нового вида, — это микроэволюция. Такие изменения с течением времени накапливаются и заканчиваются формированием нового более высокого уровня организации живых существ: рода, семейства, класса. Образование надвидовых структур принято называть макроэволюцией.
Аналогичные процессы
Оба уровня в основе своей протекают одинаково. Движущими силами и микро-, и макроизменений являются естественный отбор, изоляция, наследственность, изменчивость. Существенное различие двух процессов в том, что между разными видами практически исключено скрещивание. В результате в основе макроэволюции лежит межвидовой отбор. Огромный вклад в микроэволюцию вносит свободный обмен генетической информацией между особями одного вида.
Схождение и расхождение признаков
Главные направления эволюции могут протекать в нескольких формах. Мощный источник разнообразия жизни — это дивергенция признаков. Она действует как внутри конкретного вида, так и на более высоких уровнях организации. Условия среды и естественный отбор приводят к разделению одной группы на две и более, отличающиеся определенными признаками. На уровне вида дивергенция может быть обратима. В этом случае образовавшиеся популяции вновь сливаются в одну. На более высоких же уровнях процесс необратим.
Еще одна форма — филетическая эволюция, предполагающая преобразование вида без выделения внутри него отдельных популяций. Каждая новая группа является потомком предыдущей и предком для последующей.
Значительный вклад в разнообразие жизни вносит и конвергенция или «схождение» признаков. В процессе развития неродственных групп организмов, находящихся под влиянием одинаковых условий среды, у особей формируются аналогичные органы. Они имеют сходное строение, но разное происхождение и выполняют практически одинаковые функции.
К конвергенции очень близок параллелизм - форма эволюции, когда первоначально дивергирующие группы развиваются похожим образом под влиянием одинаковых условий. Конвергенцию и параллелизм разделяет довольно тонкая грань, и зачастую бывает непросто отнести эволюцию конкретной группы организмов к той или иной форме.
Биологический прогресс
Главные направления эволюции впервые были изложены в трудах А.Н. Северцова. Он предложил выделить понятие биологического прогресса. В работах ученого изложены способы его достижения, а также основные пути и направления эволюции. Идеи Северцова развивал И.И. Шмальгаузен.
Главные направления эволюции органического мира, выделенные учеными, — это биологический прогресс, регресс и стабилизация. По названиям легко понять, чем эти процессы отличаются друг от друга. Прогресс приводит к формированию новых признаков, повышающих степень адаптации организма к среде. Регресс выражается в сокращении численности группы и ее разнообразия, приводя в итоге к вымиранию. Стабилизация влечет закрепление приобретенных признаков и передачи их от поколения к поколению в относительно неизменных условиях.
В более узком смысле, обозначая главные направления органической эволюции, подразумевают именно биологический прогресс и его формы.
Выделяют три основных способа достижения биологического прогресса:
- арогенез;
- аллогенез;
- катагенез.
Арогенез
Данный процесс делает возможным повышение общего уровня организации в результате формирования ароморфоза. Предлагаем выяснить, что понимается под этим понятием. Так, ароморфоз — направление эволюции, приводящее к качественному изменению живых организмов, сопровождающемуся их усложнением и повышением адаптивных свойств. В результате изменения строения становится более интенсивным функционирование особей, они получают возможность использовать новые, ранее незадействованные ресурсы. Как следствие организмы становятся в некотором смысле свободными от условий среды. На более высоком уровне организации их приспособления носят в значительной степени универсальный характер, дающий способность развиваться независимо от окружающих условий.
Хорошим примером ароморфоза является преобразование кровеносной системы позвоночных: появление четырех камер в сердце и разделение двух кругов кровообращения - большого и малого. Эволюция растений характеризуется значительным скачком вперед в результате формирования пыльцевой трубки и семени. Ароморфозы приводят к появлению новых таксономических единиц: классов, отделов, типов и царств.
Ароморфоз, по Северцову, представляет собой относительно редкое эволюционное явление. Он знаменует собой морфофизиологический прогресс, который, в свою очередь, инициирует прогресс общебиологический, сопровождающийся значительным расширением адаптивной зоны.
Социальный ароморфоз
Рассматривая направления эволюции человеческого рода, некоторые ученые вводят понятие «социальный ароморфоз». Им обозначаются универсальные изменения в развитии социальных организмов и их систем, приводящие к усложнению, большей приспособленности и увеличению взаимовлияния обществ. В число подобных ароморфозов входит, например, появление государства, книгопечатания и компьютерных технологий.
Аллогенез
В ходе биологического прогресса формируются и изменения менее глобального характера. Они составляют суть аллогенеза. У этого направления эволюции (таблица приведена ниже) есть существенное отличие от ароморфоза. Оно не приводит к повышению уровня организации. Главное следствие аллогенеза — это идиоадаптация. По сути, она представляет собой частные изменения, благодаря которым организм получают возможность приспособиться к определенным условиям. Это направление эволюции органического мира позволяет близким видам жить в очень разных географических зонах.
Выразительный пример подобного процесса — семейство волчьих. Его виды встречаются в самых разных климатических зонах. Каждый обладает определенным набором приспособлений к своей среде обитания, при этом не превосходя существенно любой другой вид по уровню организации.
Ученые выделяют несколько типов идиоадаптаций:
- по форме (например, обтекаемое тело водоплавающих);
- по окраске (сюда относится мимикрия, предупредительная и покровительственная окраска);
- по размножению;
- по передвижению (перепонки водоплавающих, воздушный мешок птиц);
- приспособление к условиям среды.
Различия ароморфоза и идиоадаптации
Некоторые ученые не соглашаются с Северцовым и не видят достаточных причин для различения идиоадаптаций и ароморфозов. Они считают, что степень прогресса может быть оценена только спустя значительное время после появления изменения. По факту сложно осознать, к каким эволюционным процессам приведет новое качество или развитая способность.
Последователи Северцова склоняются к мысли, что под идиоадаптацией следует понимать преобразование формы тела, избыточное развитие или редукцию органов. Ароморфозы же представляют собой существенные изменения в эмбриональном развитии и образование новых структур.
Катагенез
Биологическая эволюция может протекать и с упрощением структуры организмов. Катагенез — общая дегенерация, процесс, приводящий к снижению организации живых существ. Главный результат этого направления эволюции (таблица, сравнивающая три пути, приведена ниже) заключается в появлении так называемых катаморфозов или примитивных признаков, которые приходят на смену утраченным прогрессивным. Примером организмов, прошедших этап общей дегенерации, может быть любой паразит. В большинстве своем они утрачивают способность к самостоятельному передвижению, у них сильно упрощаются нервная и кровеносная системы. Зато появляются различные приспособления для лучшего внедрения в тело хозяина и закрепления на подходящих органах.
| Арогенез | Аллогенез | Катагенез | |
| Основное изменение | ароморфоз | идиоадаптация | катаморфоз |
| Суть направления |
|
|
|
| Примеры |
|
|
|
Соотношение
Главные направления эволюции взаимосвязаны и в ходе исторического развития постоянно сменяют друг друга. После кардинальных преобразований в виде ароморфоза или дегенерации наступает период, когда новая группа организмов начинает расслаиваться в результате освоения отдельными ее частями разных географических зон. Начинается эволюция путем идиоадаптаций. Спустя время накопившиеся изменения приводят к новому качественному скачку.
Направление эволюции растений
Современная флора появилась не сразу. Как и все организмы, она прошла длительный путь становления. Эволюция растений включала приобретение нескольких важных ароморфозов. Первым из них было появление фотосинтеза, позволившего примитивным организмам использовать энергию солнечного света. Постепенно в результате преобразований морфологии и фотосинтетических свойств возникли водоросли.
Следующим этапом было освоение суши. Для успешного прохождения «миссии» понадобился еще один ароморфоз — дифференциация тканей. Появились мхи, споровые растения. Дальнейшее усложнение организации связано с преобразованием процесса и способов размножения. Такие ароморфозы, как семязачаток, пыльцевые зерна и, наконец, семя, характеризуют голосеменные растения, эволюционно более развитые, чем споровые.
Далее пути и направления эволюции растений двигались в сторону еще большей адаптации их к условиям среды, повышению устойчивости к неблагоприятным факторам. В результате появления пестика и зародышевого листка сформировались цветковые или покрытосеменные растения, находящиеся сегодня в состоянии биологического прогресса.
Царство животных
Эволюция эукариотов (эукариотическая клетка содержит оформленное ядро) с гетеротрофным типом питания (гетеротрофы не способны создавать органику с помощью хемо- или фотосинтеза) также на первых этапах сопровождалась дифференциацией тканей. Кишечнополостные обладают одним из первых значительных ароморфозов в эволюции животных: у зародышей формируются два слоя, экто- и эндодерма. У круглых и плоских червей структура уже усложняется. Для них характерен третий зародышевый листок, мезодерма. Этот ароморфоз делает возможным дальнейшую дифференциацию тканей и появление органов.
Следующий этап — формирование вторичной полости тела и дальнейшее разделение его на отделы. Кольчатые черви уже имеют параподии (примитивный тип конечностей), а также кровеносную и дыхательную системы. Преобразование параподий в членистые конечности и некоторые другие изменения стало причиной появления типа Членистоногих. Уже после их выхода на сушу стали активно развиваться насекомые за счет появления зародышевых оболочек. Они сегодня более всего приспособлены к жизни на земле.
Такие крупные ароморфозы, как формирование хорды, нервной трубки, брюшной аорты и сердца, сделали возможным появление типа Хордовых. Благодаря ряду прогрессивных изменений разнообразие живых организмов пополнилось рыбами, амниотами и рептилиями. Последние из-за наличия зародышевых оболочек перестали зависеть от воды и вышли на сушу.
Далее эволюция идет по пути преобразования кровеносной системы. Возникают теплокровные животные. Адаптации к полету сделали возможным появление птиц. Такие ароморфозы, как четырехкамерное сердце и исчезновение правой дуги аорты, увеличение полушарий переднего мозга и развитие коры, формирование шерстяного покрова и молочных желез и еще ряд изменений привели к появлению млекопитающих. Среди них в процессе эволюции выделились плацентарные животные, и сегодня пребывающие в состоянии биологического прогресса.
Направления эволюции человеческого рода
Вопрос о происхождении и эволюции предков современных людей изучен пока не досконально. Благодаря открытиям палеонтологии и сравнительной генетики изменились уже сложившиеся представления о нашей «родословной». Еще 15 лет назад главенствовала точка зрения, что эволюция гоминид шла по линейному типу, то есть состояла из последовательно сменявших друг друга все более развитых форм: австралопитек, человек умелый, архантроп, неандерталец (палеоантроп), неоантроп (современный человек). Основные направления эволюции человека, как и в случае с другими организмами, приводили к формированию новых адаптаций, повышению уровня организации.
Данные, полученные в последние 10-15 лет, однако, внесли серьезные коррективы в уже сложившуюся картину. Новые находки и уточненная датировка указывают на то, что эволюция имела более сложный характер. Подсемейство Гоминины (относится к семейству Гоминиды) оказалось состоящим из практически вдвое большего числа видов, нежели считалось ранее. Эволюция его не носила линейный характер, а содержала несколько одновременно развивавшихся линий или ветвей, прогрессивных и тупиковых. В разное время вместе сосуществовали три-четыре или больше видов. Сужение этого разнообразия произошло из-за вытеснения эволюционно более развитыми группами других, менее развитых. Например, сейчас уже общепризнанно, что неандертальцы и люди современного типа жили одновременно. Первые не были нашими предками, но представляли собой параллельную ветвь, которую вытеснили более развитые представители гомининов.
Прогрессивные изменения
Несомненными остаются основные ароморфозы, приведшие к процветанию подсемейства. Это прямохождение и увеличение головного мозга. О причинах формирования первого ученые расходятся во мнениях. Долгое время считалось, что это была вынужденная мера, необходимая для освоения открытых пространств. Однако последние данные позволяют утверждать, что предки людей ходили на двух ногах еще в период жизни на деревьях. Такая способность появилась у них сразу после отделения от линии шимпанзе. По одной из версий гоминины изначально передвигались подобно современным орангутанам, стоя двумя ногами на одной ветке и держась руками за другую.
Рост мозга проходил в несколько этапов. Впервые он начался у Homo habilis (человека умелого), который научился изготавливать простейшие орудия. Рост объема головного мозга совпал с увеличением доли мяса в рационе гомининов. Хабилисы, по-видимому, были падальщиками. Следующее увеличение мозга также сопровождалось возрастанием количества мясной пищи и расселением наших предков за пределы родного африканского континента. Ученые предполагают, что рост доли мяса в рационе связан с необходимостью восполнять затраты энергии, уходящей на поддержание работы увеличившегося головного мозга. Предположительно, следующий этап этого процесса совпал с освоением огня: приготовленная пища отличается не только качеством, но и калорийностью, кроме того, существенно уменьшается время, необходимое для пережевывания.
Главные направления эволюции органического мира, действуя на протяжении многих веков, сформировали современную флору и фауну. Движение процесса в сторону адаптации к меняющимся условиям среды привело к огромному разнообразию форм жизни. Главные направления эволюции действуют одинаково на всех уровнях организации, о чем свидетельствуют данные биологии, экологии и генетики.
