Теория эволюции
Эволюция – это научная теория, предложенная Чарльзом Дарвином. Научная теория дает объяснения и прогнозы для естественных явлений, основанных на наблюдениях и экспериментах. Этот тип теории пытается объяснить, как происходят события в естественном мире.
Определение научной теории отличается от ее общего смысла, которая определяется как предположение о конкретном процессе. Напротив, хорошая научная теория должна быть проверкой, фальсификацией и обоснованием фактических данных.
Когда дело доходит до научной теории, нет абсолютного доказательства. Это скорее подтверждение обоснованности принятия теории как жизнеспособного объяснения конкретного события.
Синтетическая теория эволюции
Когда Дарвин работал над своей теорией, он столкнулся с рядом сложностей, разрешить которые было невозможно без современной генетики. Синтетическая теория эволюции или СТЭ – это современная эволюционная теория, объединившая в себе дарвинизм, генетику и молекулярную биологию. Отчасти она также опирается на исследования в области палеонтологии, которых также не было в распоряжении Дарвина.
СТЭ возникла в 1940-х годах как улучшенная версия дарвиновского учения. Стоит отметить, что она не только дополнила существовавшую теорию, но и подтвердила многие тезисы, которые до этого основывались на предположениях или необъяснимых наблюдениях. «Синтетической» эту теорию назвали благодаря английскому биологу Джулиану Хаксли, который в 1942 году опубликовал монографию «Эволюция – современный синтез».
Синтетическая теория расширяет список факторов эволюции. Дарвин считал, что основным фактором является внутривидовая и межвидовая конкуренция за ресурсы и выживание в сложных условиях. В СТЭ рассматриваются такие факторы как мутация, изоляция, генетический дрейф, перенос генов между популяциями и прочее.
В рамках синтетической теории изучаются две формы эволюции:
- Микроэволюция. Это появление и закрепление полезных признаков в рамках одного биологического вида.
- Макроэволюция. Это процессы, происходящие на более глобальном уровне: появление и вымирание целых видов.
Процессы микроэволюции доступны для наблюдения, а вот макроэволюцию приходится изучать лишь косвенно, пользуясь наработками современной генетики, палеонтологии и других наук.
Ключевые тезисы синтетической теории эволюции:
- основным источником появления новых признаков являются мутации;
- главный, но не единственный фактор эволюции – естественный отбор;
- единица эволюции – это популяция, относительно изолированная от других популяций данного вида;
- пока популяции пересекаются и обмениваются генами, целостность вида сохраняется;
- изолированная популяция после длительной эволюции образует новый вид;
- у эволюции нет конечной цели, она лишь помогает популяции приспособиться к актуальным условиям обитания.
Дальнейшее развитие ранних млекопитающих
Млекопитающие являются развитыми синапсидами. Синапсиды – одна из двух великих ветвей генеалогического древа амниот. Амниоты – это группа животных, которые характеризуются наличием зародышевых оболочек, включая рептилий, птиц и млекопитающих. Другая крупная амниотическая группа, Диапсид, включает птиц и всех живых и вымерших рептилий, кроме черепах. Черепахи принадлежат к третьей группе амниот – Анапсид. Члены этих групп классифицируются по числу отверстий в височной области черепа.
Синапсиды характеризуются наличием пары дополнительных отверстий в черепе за глазами. Это открытие дало синапсидам (и аналогичным образом диапсидам, у которых есть две пары отверстий), более сильные мышцы челюстей и лучшие способности кусать, по сравнению с ранними животными. Пеликозавры (такие как Диметродон и Эдафозавр) были ранними синапсидами; они были млекопитающими-рептилиями. Позднее синапсиды включали терапсид и цинодонт, которые жили во время триасового периода.
Цинодонты обладали многими характерными особенностями млекопитающих, включая уменьшенное количество или полное отсутствие поясничных ребер, предполагающих наличие диафрагмы; хорошо развитые клыки и вторичное небо; увеличенный размер зубного ряда; отверстия для нервов и кровеносных сосудов в нижней челюсти, что свидетельствует о наличии вибриссов.
Около 125 миллионов лет назад млекопитающие уже стали разнообразной группой организмов. Некоторые из них были бы похожи на сегодняшних однопроходных (например, на утконоса и эхидну), но также присутствовали ранние сумчатые (группа, которая включает в себя современных кенгуру и опоссумов). До недавнего времени считалось, что плацентарные млекопитающие (группа, к которой принадлежат большинство живых млекопитающих) имели более позднее эволюционное происхождение. Однако недавние обнаруженные окаменелости и данные ДНК свидетельствуют о том, что плацентарные млекопитающие намного старше, и возможно, развивались более 105 миллионов лет назад.
Обратите внимание, что сумчатые и плацентарные млекопитающие дают отличные примеры конвергентной эволюции, где организмы, которые не особенно тесно связаны, развили аналогичные формы тела в ответ на аналогичные воздействия окружающей среды.
Однако, несмотря на то, что у млекопитающих было то, что многие считают «продвинутостью», они все еще были второстепенными игроками на мировой арене. Когда мир вошел в юрский период (213 – 145 миллионов лет назад), доминирующими животными на суше, в море и в воздухе были рептилии. Динозавры, более многочисленные и необычные, чем во время триаса, были главными наземными животными; крокодилы, ихтиозавры и плезиозавры управляли морем, а воздух был заселен птерозаврами.
Кембрийский «взрыв» и «Сланцы Бёрджес»
Эдиакарские животные исчезают из летописи окаменелостей в конце вендского периода (544 миллионов лет назад). На их месте появляются представители почти всех современных типов: губки, медузы и кораллы, плоские черви, моллюски, кольчатые черви, насекомые, иглокожие и хордовые, а также множество «меньших» типов, таких как немертины. Эти «современные» организмы появились относительно быстро в разрезе геологического времени, и их резкое возникновение часто описывается как «кембрийский взрыв», однако, помните, что летопись окаменелостей «взрыва» распространяется примерно на 30 миллионов лет.
Одни из самых известных камбрийских окаменелостей были обнаружены в Сланцах Бёрджес, на территории Британской Колумбии. Эта горная формация появилась в середине кембрия, когда «взрыв» уже длился в течение нескольких миллионов лет. Она содержит известных животных, таких как трилобиты, моллюски, иглокожие, и плеченогие. Также здесь были обнаружены останки необычных животных, таких как Опабиния, которая, принадлежала к вымершему классу. Даже раннее хордовое животное Пикайя, было найдено сланцах Бёрджес.
Эти окаменелости также служат хорошим доказательством плотоядных животных (например, Аномалокарис) и, следовательно, сложных отношений между хищниками и добычей. Они дают представление о том, как эволюция могла развиваться относительно истории многоклеточных животных, и на самом деле некоторые авторы рассматривают кембрий, как период экстремальных «экспериментов» и огромного фаунистического разнообразия.
Отличие эволюции от революции
В философии и социологии рассматривается такое понятие как социокультурная эволюция. Оно подразумевает постепенные перемены в культуре и всех сферах жизни общества. В определённом контексте социокультурную эволюцию часто путают с революцией, поэтому стоит подробнее разобраться, чем они отличаются.
Революция – это радикальная перемена, которая произошла резко и в корне что-то поменяла. Это резкий скачок в развитии, который может дать существенные преимущества или привести к кризису из-за разрыва с предыдущим состоянием.
Эволюция – это медленное развитие под влиянием внешних условий. При этом разрыва не происходит, и каждое новое поколение тесно связано с предыдущим, хоть и приобретает новые характеристики.
Можно выделить три основных отличия между революцией и эволюцией:
- Эволюция протекает медленно и обеспечивает стабильное развитие с постепенным приобретением и «обкаткой» новых свойств. Революция происходит быстро и приводит к радикальным переменам. К примеру, прямо сейчас происходит цифровая революция, которая радикально поменяла всю нашу культуру.
- Эволюция рассматривается как постепенное развитие общества и культуры, революция – как радикальное преобразование, отказ от привычных порядков и повсеместное внедрение новых.
- Эволюция связана с постепенным внедрением новых идей и технологий. Революция обычно спровоцирована неким событием, в корне меняющим все обстоятельства (например, изобретение парового двигателя спровоцировало промышленную революцию).
Животные продолжали диверсифицироваться в ордовикский период (505-440 миллионов лет назад). В основном это были беспозвоночные, в том числе граптолиты, которые были палочковидными ветвящимися колониями мелких животных, вместе с брахиоподами, трилобитами, головоногими моллюсками, кораллами, морскими лилиями и конодонтами. Теперь конодонты относятся к типу хордовых, но долгое время они были известны благодаря крошечным окаменелостям зубовидных скелетных останков.
По количеству видов беспозвоночные были, безусловно, наиболее распространенными ордовикскими животными – как и сегодня. Тем не менее, представители позвоночных также развивались в ордовикских морях. Это были рыбы.
Появление животных на Земле
Каким бы ни было их происхождение, животные, возможно, рискнули выйти на землю в начале кембрия. Раньше ученые полагали, что фауна не начала колонизировать сушу до силурийского периода (440 – 410 миллионов лет назад). Тем не менее, обнаружение в 2002 году следов животных, которые обрушились на песчаные дюны около 530 миллионов лет назад, изменило эту точку зрения. Эти животные были членистоногими, напоминали губоногих и были размером с раков. Вероятно, они не жили на суше, а выходили на берег, чтобы спариваться или уклоняться от хищников. В это время единственные наземные растения, напоминали мхи.
Становление идеи об эволюции
В 1809 году Жан Батист Ламарк опубликовал работу «Философия зоологии», которая считается первой попыткой создать целостную теорию о происхождении и развитии биологических видов. Предложенная им концепция получила название «ламаркизм». Важно учитывать, что у него не было в распоряжении такого мощного инструмента как генетика, поэтому неточности в предложенных им таксономиях были неизбежны.
Упомянутую работу Ламарк опубликовал в 1809 году. Интересно отметить, что 1809 – это год рождения Дарвина.
Ламарк предполагал, что у каждого живого организма есть внутреннее стремление к самосовершенствованию. При этом в своих предположениях он допустил довольно грубую ошибку. Он считал, что у животных развиваются те органы, которые они упражняют. Самым известным примером из ламаркизма является жираф, шея которого удлинилась якобы из-за того, что он постоянно тянулся к листьям на верхушке дерева. Учёный считал, что животное «разрабатывает» какой-то орган, а потом передаёт этот признак своему потомству.
В середине XIX века Чарльз Дарвин совместно с Альфредом Уоллесом разработал новую теорию биологической эволюции, в которой устранил ошибки теории Ламарка. Готовую концепцию он изложил в знаменитом труде «Происхождение видов» в 1859 году. Сегодня правильной и общепринятой считается так называемая синтетическая теория эволюции (СТЭ), которая дополняет идеи Дарвина современными наработками в области генетики, биоинформатики и других наук.
Первые рептилии и амниотическое яйцо
Вылупление черепахи из яйца
Одним из величайших эволюционных новшеств каменноугольного периода (360 – 268 миллионов лет назад) было амниотическое яйцо, которое позволило ранним рептилиям уходить из прибрежных местообитаний и колонизировать сухие районы. Амниотическое яйцо позволило предкам птиц, млекопитающих и рептилий размножаться на суше, и не допустить высыхание эмбриона внутри, поэтому можно было обходиться без воды. Это также означало, что в отличие от амфибий, рептилии могли производить меньше яиц в любой момент времени, поскольку риски гибели детенышей снизились.
Самая ранняя дата развития амниотического яйца – около 320 миллионов лет назад. Однако рептилии не подвергались какой-либо значительной адаптивной радиации еще около 20 миллионов лет. Современное мышление состоит в том, что эти ранние амниоты все еще проводили время в воде и выходили на берег, главным образом, чтобы откладывать свои яйца, а не питаться. Только после эволюции травоядных появились новые группы рептилий, способных использовать обильное флористическое разнообразие каменноугольного периода.
Ранние рептилии принадлежали к отряду, названному капторинидами. Гилономусы были представителями этого отряда. Это были маленькие животные размером с ящерицу, с черепами амфибий, плечами, тазом и конечностями, а также промежуточными зубами и позвонками. Остальная часть скелета была рептильной. Многие из этих новых «рептильных» особенностей также заметны у маленьких, современных амфибий.
Бесчелюстные
Бесчелюстные (Agnathans) были самой ранней группой рыб: окаменелость Хайкоуихтис (Haikouichthys ercaicunensis) насчитывает около 530 миллионов лет, до кембрия. Раньше самые ранние бесчелюстные были датированы примерно 480 миллионами лет назад. Agnathans традиционно были помещены с позвоночными из-за присутствия черепа, хотя в современных животных, таких как миксиновые, отсутствует позвоночный столб. Самыми ранними бесчелюстными были остракодермы. Они имели хорошо развитый экзоскелет. Когда акулы и костные рыбы начали развиваться, около 450 миллионов лет назад, большинство остракодерм вымерли. Осталась лишь родословная, которая связывает их с современными миксинами и миногами.
