РОЗДІЛ ІІІ ІСТОРИЧНИЙ РОЗВИТОК ОРГАНІЧНОГО СВІТУ
ТЕМА 1. ОСНОВИ ЕВОЛЮЦІЙНОГО ВЧЕННЯ
§ 43. ЕВОЛЮЦІЯ У НАШ ЧАС ДИСКУСІЙНІ ПИТАННЯ СУЧАСНОЇ ЕВОЛЮЦІЙНОЇ ТЕОРІЇ
Терміни і поняття: антидарвінізм.
Прокаріоти як ілюстрація еволюції, що триває у наш час. Головною методичною проблемою еволюційних досліджень є непрямий характер одержуваних результатів і доказів висловлюваних гіпотез. Справді, проаналізувати елементарне еволюційне явище, відстежити зміни частот алельних генів ряду локусів у популяціях – не проблема. Щоб здобути переконливі
Мал. 191. Бактерії розмножуються швидше за будь-які інші організми, а тому є ідеальним об’єктом доказу існування еволюції в наш час.
Наукові результати не дають прямих доказів того, що певна еволюційна подія є початковим етапом видоутворення й що через значний час замість, скажімо, дрозофіл із червоними очима ту чи іншу місцевість заселять особини нового виду, ключовою ознакою яких стануть рожеві
Аби довести, що динаміка генів є реальною еволюційною подією, необхідно вивчити зміни генетичної структури десятків тисяч поколінь. Таке дослідження розтягнеться на тисячоліття. Очевидно, що сучасна генетика, якій ледь виповнилося 100 років, не може мати у своєму розпорядженні дані за такий період.
У цьому зв’язку особливого значення набувають дослідження істот з дуже коротким життєвим циклом, які розмножуються з такою величезною швидкістю, що еволюційні перетворення в них протікають буквально “на очах”. Такими організмами є бактерії (мал. 191). За добу в оптимальних умовах одна бактерія може дати початок кільком десяткам поколінь (як ви пам’ятаєте, поділ бактерій у сприятливих умовах відбувається кожні 20 хвилин). За тиждень в ідеальних для життя умовах зміняться сотні, а за місяць – тисячі поколінь бактерій. Вважають, що стільки поколінь необхідно видам багатоклітинних істот для виникнення хоча б первинних необоротних мікроеволюційних змін. Але якщо це так, то спеціально спланованими експериментами з прокаріотичними організмами можна довести, що еволюція відбувається і тепер.
Один з таких експериментів був проведений з колоніями кишкової палички (пригадайте: ця бактерія є сапрофітом, живе у кишечнику людини). Спочатку в окремих колбах заснували 12 колоній, що розвивалися на спеціальному середовищі, в яке ввели поживну речовину – глюкозу, а також додали сполуки лимонної кислоти, яку в аеробних умовах кишкова паличка не засвоює. Експеримент тривав 20 років. За цей час змінилося 44 тис. поколінь. До 30-тисячного покоління жодних змін у колоніях не спостерігали, але з 31 – тисячного в одній з популяцій розпочався бурхливий ріст, зумовлений тим, що місцеві бактерії набули здатність засвоювати сполуки лимонної кислоти. Розрахунки показали, що десь на рівні 20-тисячного покоління, ймовірно, в одної єдиної особини відбулася мутація, яка дала змогу цій бактерії та її потомству живитися не тільки глюкозою, а й цитратом. Це дало їм селективну перевагу порівняно з рештою членів колонії. Поступово таких мутантів ставало все більше й більше, і до 31-тисячного покоління вони повністю витіснили інші бактерії. Очевидно, якщо подібна мутація відбудеться у природі, й окремі бактерії дістануть змогу засвоювати новий субстрат, це дасть їм та їх нащадкам перевагу в боротьбі за існування з іншими особинами. У кінцевому підсумку це приведе до утворення нового виду.
Ще одним доказом еволюції бактерій, яку можна спостерігати в наш час, є вироблення ними стійкості до антибіотиків. Особливо небезпечними
Мал. 192. Так виглядає ящірка стінна, здатна швидко еволюціонувати.
Мал. 193. Природна гібридизація між двома видами карасів призвела до майже повного винищення популяцій одного з них в Україні: а – карась золотистий – вид Червоної книги; б – карась китайський – чужорідний для української фауни вид; в – міжвидовий гібрид.
Для здоров я людей стали стійкі до антибіотиків штами туберкульозної палички й золотистого стафілокока, поява яких є прямим результатом дії природного добору, за умови якого виживають найбільш стійкі до антибіотиків бактерії.
Дивовижну здатність до вироблення стійкості до різних пестицидів демонструють комахи. За останні 50 років зареєстровано 2500 випадків таких еволюційних адаптацій. За цими адаптаціями стоять генетичні зміни – мутації комах, що викликали їх резистентність до отрут, підхоплені природним добором. Інші випадки сучасної еволюції видів. Якщо спостерігати за популяціями, що перебувають під сильним антропогенним пресом, протягом 50-70 років, можна відзначити істотні зміни не тільки в їх чисельності та структурі, термінах розмноження, швидкості росту і темпах дозрівання, а й у фенотипах особин, що їх складають. Наприклад, особини чорноморського оселедця, які заходять на нерест у Дунай, за другу половину XX ст. і перше десятиліття XXI ст. збільшилися у розмірах; у них змінилася форма тіла, подовжилися плавці, відбулися зміни й у ряді інших ознак.
У Дніпрі, де порушення екосистеми виражені набагато більше, ніж у Дунаї, оселедці змінилися ще більше й стали зовсім не схожі на тих невеличких оселедчиків, яких добували тут в 30-х pp. XX ст., коли цей вид був масовим. Подібні зміни стосуються не тільки оселедців, а й інших видів риб Чорноморсько-Азовського регіону, який став не просто зоною негативного впливу людини, а наближається до стану зони екологічного лиха. Еволюційні зміни часто спостерігаються в організмів, переселених у нові місця. Широко відомий випадок, як у середземноморської ящірки стінної (мал. 192) після переселення з одного сусіднього острова на інший лише за кілька десятиліть змінилися форма й розмір голови, збільшилася сила укусу, а в кишечнику з’явився особливий клапан, не характерний для цього виду. Крім того, організми, які недавно переселилися, можуть почати гібридизувати з місцевими близькими видами. Як наслідок, генетичні перетворення у таких популяціях багаторазово прискорюються і досить часто приводять до миттєвого видоутворення (пригадайте, як розмножуються види, що виникли в результаті такого способу видоутворення).
Подібне відбулося й із звичайними рибами наших водойм – карасями. В 60-х роках XX ст. у водойми України завезли карася китайського, який почав з легкістю гібридизувати з місцевим видом – карасем золотистим. Гібриди, що при цьому утворювалися, мали особливі генотип і ряд зовнішніх ознак, часто були поліплоїдами, мали виняткову форму мейозу, нерідко утворювали ізольовані популяції. Тепер карась китайський став одним з масових прісноводних видів риб, а карась золотистий – зникаючим видом, занесеним до Червоної книги України. Причиною пригнічення останнього виду, як вважають фахівці, могла стати й гібридизація (мал. 193).
Наведений випадок з гібридизацією карасів не є винятковим. Нині в Європі відомо близько 10 тис. чужорідних видів тварин, рослин і грибів, завезених людиною. Багато з цих видів гібридизують зі своїми європейськими родичами, що призводить до істотних і необоротних змін генофонду їх популяцій.
Таким чином, науковий досвід свідчить, що знайти й довести наявність еволюційних перетворень, які відбуваються прямо тепер, не становить особливих труднощів: необхідно поставити перед собою відповідне завдання, вибрати підходящий об’єкт і методи дослідження, а потім протягом певного періоду провести детальні спостереження. Результати таких наукових пошуків особливо актуальні нині, коли вплив людини на природу з кожним роком стає дедалі більшим, й багато видів пристосовуються до зовсім нових для них умов.
Дискусійні питання в сучасній еволюційній біології. У будь-якій науці завжди залишаються невирішені питання; жодна теорія не дає відповіді на всі питання; закони і правила обов’язково мають винятки. Схожа ситуація поступово склалася й у синтетичній теорії еволюції. Багато вчених здобули факти, які суперечать теорії природного добору. В результаті в еволюційній біології навіть виникли наукові течії, спільною ознакою яких стало заперечення провідної ролі в еволюції природного добору. їх прийнято називати антидарвінізмом. Ось деякі з положень СТЕ, що викликають найжвавішу дискусію.
Численні експерименти підтвердили, що у природі справді може відбуватися добір – за сильного впливу будь-яких фізичних факторів у популяції частіше виживають особини певного генотипу. Однак у подальшому з’ясувалося, що у природі не існує найбільш пристосованих генотипів і, відповідно, особин. Справа в тому, що умови навколишнього середовища динамічні, й на один організм діє безліч різноспрямованих факторів. Тому виходить, що до одного фактора (наприклад, зимової холоднечі) особина певного генотипу справді може бути пристосована краще за інших, що забезпечує їй вищі шанси на виживання взимку. Зате до іншого фактора (наприклад, посухи), навпаки, вона може бути пристосована гірше. Причому, чим сильніше виражена перевага особини в одному випадку, тим вразливіша вона в іншому. В результаті всі нормально розвинені особини в популяції в середньому виявляються однаково пристосованими й мають рівні шанси і на виживання, і на те, щоб залишити потомство. Як показує практика, частіше виживають найпересічніші, найбільш численні у популяції особини, які не мають яких-небудь помітних селективних переваг перед іншими.
2. Ще одне дискусійне питання синтетичної теорії еволюції: чи можуть мутації викликати сприятливі зміни в організмі. Мутація – це така сама “аварія” генома, як, наприклад, прокол колеса в автомобілі. А чи можуть мутації бути матеріалом для прогресу? Багато дослідників вважають, що реально в еволюції сенс мають тільки так звані нейтральні мутації. Вони не ведуть до яких-небудь змін у властивостях білка, функціонуванні геному або всього організму, тоді як інші мутації мають лише негативне значення й у кінцевому підсумку тільки знижують пристосованість особини. А тому ці інші мутації не можуть бути вихідним матеріалом для прогресивної еволюції. Деякі вчені пішли ще далі. Вони вважають, що матеріалом для еволюції є не мутації структурних генів, а зміни генних регуляцій: включення одних генів і вимикання інших у процесі онтогенезу.
3. Принциповим питанням в дискусіях еволюціоністів є питання “взаємин” мікроеволюції та макроеволюції. Багато дослідників припускає, що макроеволюція відбувається зовсім за іншими правилами, ніж мікроеволюція. Причому головним механізмом макроеволюції вони вважають не нагромадження мутацій, що несуть позитивні зміни, а порушення ходу онтогенезу, що супроводжуються змінами строку або місця закладання органа чи структури. Причому ці зміни залежно від стадії онтогенезу можуть спричиняти еволюційні наслідки різного масштабу. Особливо цінний матеріал для створення нових напрямів філогенезу постачають зміни на початкових стадіях формоутворення, що може привести до докорінної перебудови всього організму. Одним з таких випадків ранньої зміни онтогенезу є перетворення у квіткових рослин дводольного зародка на однодольний, що привело до появи нового класу.
Одним з ключових механізмів макроеволюції на рівні таксонів високої ієрархії вважають неотенію (пригадайте: так називають процес розмноження організмів на личинкових стадіях). Саме з неотенією пов’язують редукцію гаметофіта, що привело до виникнення насінних рослин. Є всі підстави вважати, що головохордові (ланцетники) виникли від неотенічних личинок асцидій – морських, у дорослому стані нерухливих тварин, що зовні нагадують губок (мал. 194). Асцидії широко відомі безбарвною гемолімфою, у якій містяться іони ванадію.
4. Біологічна еволюція – це не тільки еволюція організмів і виникнення їх різноманіття, а й еволюція екосистем і біосфери. Проте теорія природного добору взагалі не торкається останніх питань. Особливості екосистем багато в чому визначаються видовим складом і рівнем організації живих істот. Наприклад, можна лише здогадуватися, що являли собою екосистеми до виникнення багатоклітинних організмів і як вони відтоді змінилися. В сучасній екології чітко визначені певні закономірності й механізми історичних змін угруповань організмів. Ці знання особливо актуальні у наші дні, коли вплив людини на природу набув біосферного характеру.
Мал. 194. Асцидія – примітивний представник типу Хордові. У дорослому стані істота не рухлива (а), тоді як личинка (б) веде плаваючий спосіб життя.
Жодне наукове узагальнення – закон, теорія, принцип – не є вічною істиною, а лише певним етапом, сходинкою пізнання живої природи. їх наукова значимість визначається тим, наскільки вони у свій час стимулювали розвиток науки. У цьому сенсі значення теорії Дарвіна важко переоцінити. Вона, без сумніву, дала один з найпотужніших поштовхів розвитку сучасної біології.
Еволюційні процеси тривають і в наш час. Вони являють собою різноманітні перетворення, у тому числі й генетичні, які можна відстежити і довести у ході спеціальних спостережень протягом кількох десятиліть.
Нині теорія Дарвіна, незважаючи на ряд дискусійних положень, є основною еволюційною теорією, правильність якої визнає більшість біологів.
(1 votes, average: 5,00 out of 5)