Основи загальної біології

У ході еволюції досягають успіху ті організми, які краще інших пристосовані до навколишнього середовища. Якщо умови середовища зміняться, то організм, щоб вижити й продовжувати розмножуватися, може адаптуватися шляхом модифікації, але тільки в рамках спадкоємно певної для нього норми реакції.

Поряд із цими модифікаційними пристосуваннями існують і спадкоємні адаптації, що виходять за межі норми реакції. На системах, зручних для генетичного аналізу, було показано, що це обумовлено наявністю мутацій, що поліпшують пристосованість: чисельність відповідних мутантів через їхню селективну перевагу зростає.

 

11.2.4 Еволюція на надвидових рівнях

Кожен план будови як деяка загальна ознака пристосований до відповідного середовища. Якщо добір протягом тривалого часу діє в одному напрямку (ортоселекция), то створюється стійка, порівняно прямолінійна еволюційна тенденція, і це дозволяє пояснити згадані вище випадки «спрямованої» еволюції (ортогенезу).

Вироблення нових типів організації – типогенез – відбувається шляхом невеликих кроків, результати яких підсумовуються (адитивний типогенез) і можуть підсилюватися завдяки взаємодії субсистем (органів). Поступовість цих змін підтверджується рядами викопних форм. Носії ознак предкового типу й нового типу зв'язані перехідними формами, так званими «проміжними ланками». 

Будьяка зміна умов середовища – скажімо, кормової бази тощо – змінює тиск добору (наприклад, убік утворення корінних зубів з високою коронкою у травоїдних тварин). З іншого боку, структури, що звільняються від тиску добору (наприклад, фоторецептори у печерних тварин або ендопаразитів), перетворюються у рудиментарні (залишкові) органи і, зрештою, можуть зовсім зникнути заради економії.

Коли даний тип організації опанує нову екологічну зону, починається пристосування до специфічних біотопів цієї зони. Зберігаючи свої основні риси, вихідний тип як «загальна» форма спеціалізується в різних напрямках. Еволюційні лінії ніби то розходяться променями, тому говорять про адаптивну радіацію. Цей процес обумовлений «відцентровою силою» добору.

Дарвінові в'юрки (Geospicinae) Галапагоських островів, що представлені більш ніж 10 видами, походять від одного виду, що був занесений на острови наприкінці третинного періоду з південноамериканського континенту. Очевидно, вони виявилися тут першими сухопутними птахами і знайшли місцеперебування, вільне від конкурентів. Адаптивна радіація, що почалася, привела до поділу виду на форми, – тих, що харчуються на землі, і мешканців мангрового пояса, густих лісів і відкритих просторів. У зв'язку з конкуренцією за їжу відбулася спеціалізація у харчуванні: ми знаходимо тут зерноїдні види з конусоподібним дзьобом, комахоїдні види з довгими тонкими дзьобами й навіть дятлових в'юрків, які здатні своїм сильним дзьобом розкривати ходи комах у деревині, але через відсутність довгого язику витягають видобуток за допомогою гострих гілочок й інших подібних знарядь (рис. 11.6). 

Значення дивергенції, що прямо наводить на думку про еволюційний процес, і конвергенції, що вказує на механізм еволюційних змін, особливо добре видні на прикладі паралельної еволюції сумчастих і плацентарних ссавців. Обидві групи перетерпіли конвергентну еволюцію і у результаті зайняли ідентичні екологічні ніші в різних частинах земної кулі (рис. 11.7 і табл. 11.1).

 

 

Рис. 11.6. Адаптивна радіація: Дарвінові в'юрки на Галапагоських островах 

 

 

 

Рис. 11.7. Сумчасті в Австралії

 

 

Таблиця 11.1

 

Приклади паралельної еволюції у сумчастих і плацентарних

ссавців

 

Швидкості еволюції у різних типів тварин і рослин істотно відрізняються. Для хордових – наймолодшого типу тварин – приймають вік близько 500, для класів цього типу – 460, для рядів близько 200 млн. років. 

 

11.3 Шляхи еволюції

 

11.3.1 Виникнення життя (біогенез)

Питанням про виникнення життя на Землі займається особлива галузь науки –вчення про походження життя – біогенетика. Вона виходить із єдності всього живого на Землі.

Пребіотична (хімічна) еволюція тривала на Землі біля мільярда років. Вважається, що вік нашої Галактики становить 1012 млрд. років, Сонця – 5, а Землі – близько 4,5 млрд. років. Акреція речовини Землі привела до тимчасового її розігріву й втрати легких молекул первинної атмосфери (насамперед Н2 і Не), що розсіялися в космічному просторі. Зниження температури у результаті сильного випромінювання тепла уможливило утворення твердої земної кори. Активний вулканізм поставляв великі об’єми газів, з яких утворилася вторинна атмосфера. У ній, крім Н2 було багато інших газів, насамперед СН4, NH3 і Н2 (поряд з водяними парами вже існував і древній океан, що складався з рідкої води). Вуглекислоти (СО2) було мало. Протягом приблизно 1 млрд. років атмосфера була відновлювальною, що робило можливими процеси абіогенного утворення й нагромадження багатьох сполук.

З часом все зростаючої втрати Н2 у космічний простір, створювалася третинна атмосфера, що містила великі кількості N2 (з NH3), CO2 (з вулканічних газів і з CH4) і пар H2O. Приблизно 3,5 млрд. років тому, після «винаходу» фотосинтезу, що приводив до розщеплення води, атмосфера стала збагачуватися киснем (спочатку дуже повільно, тому що він зв'язувався в оксидах), і, зрештою, склалася сучасна, четвертинна атмосфера. Вважається, що древній океан містив спочатку менше води (приблизно в 10 разів) і солей, ніж сучасній.

На відновлювану вторинну атмосферу впливали великі потоки енергії: короткохвильове ультрафіолетове випромінювання, а також іонізуюче випромінювання від Сонця (зараз воно