Процес еволюції

Після огляду найбільш переконливих доказів відбувається еволюції, ми можемо звернутися до розгляду самого процесу, в якому виділяються три аспекти. Перший – молекули, які можуть копіювати самі себе і передавати в закодованому вигляді інформацію. Другий – зміни, які відбуваються з окремими організмами і можуть бути успадковані. Третій – середа і її вплив на склад популяцій. Якщо уважно розглянути ці три аспекти, то неважко буде зрозуміти, як саме відбувалася і відбувається еволюція, зафіксована по викопних залишках.
Молекули ДНК. У будь-якому організмі кожна окрема клітина, що має ядро, містить деяку кількість дуже важливої ​​речовини, званого дезоксирибонуклеїнової кислотою (скорочено ДНК). Молекула ДНК має незвичайні для одиничної молекули великі розміри, і все ж, щоб зробити з неї фотографію звичайного розміру, вона повинна бути збільшена в сотні тисяч разів. Фотографія, зроблена за допомогою електронного мікроскопа, показує, що вона має форму двох переплетених спіралей (фото 12). Велика спіральна молекула ДНК має чудову здатність до самовідтворення. Вона може ділитися на дві абсолютно рівні половини, кожна з яких містить половину спіралі. Потім кожна половина може добудовувати відсутню частину, знову набуваючи вигляду спіралі. Результатом є подвоєння – дві повних спіралі замість однієї, що існувала раніше. Вважається, що це подвоєння можливо тому, що кожна частина вихідної спіралі складається з чотирьох хімічних компонентів, які можуть розташовуватися в різному порядку. Подібно точкам і тире азбуки Морзе, довгий час використовувалася при передачі телеграм, порядок, в якому розташовані хімічні компоненти, складає генетичний код, який містить інформацію або “інструкції”, згідно з якими повинна будуватися друга половина спіралі. Закодоване таким чином послання являє собою свого роду креслення. Воно визначає, які хімічні елементи повинні використовуватися, а також в якому порядку вони повинні розташовуватися. Порядок утворює хімічні сполуки, які потрібні клітині або групі клітин для того, щоб розвиватися і функціонувати. Звичайно, ці хімічні компоненти, що служать для побудови клітин, виходять з їжі, поглиненої і переробленої організмом, причому кількість їжі повинно бути досить велике.
Саме так окремий організм (набір спеціалізованих клітин) зростає в продовження всього свого життя шляхом ділення і перебудови клітин, згідно закодованим інструкцій, що містяться в молекулах самих клітин. У міру того як клітини діляться, інструкція теж відтворюється, так що будь-яка клітина, що має ядро, отримує свою власну копію і може негайно її використовувати. Таким чином визначається не тільки зростання, але і кожна риса індивідуального організму. Якщо важко уявити собі таку велику детальність, слід згадати, що молекула ДНК, якою б великою вона не була, все ж дуже мала з точки зору людини. Діаметр її становить близько 0,0000008 сантиметри, і в тілі людини може знаходитися майже незліченну кількість таких молекул. Складність процесів, які одночасно відбуваються в такому великому місті, як, наприклад, Нью-Йорк з його восьмимільйонне населенням, не дуже велика в порівнянні зі складністю процесів освіти, руху і руйнування молекул ДНК і інших складових частин в тілі одного мешканця цього міста.
Резюмуючи, можна сказати, що молекули ДНК із записаною в них інформацією і здатністю відтворювати самих себе визначають основний план зростання і функціонування клітин, складових організм, і, отже, всі основні риси і особливості організму. Ми повинні подивитися, яким чином передається закодована інформація, а отже, і особливості організму, від одного покоління до іншого, так як ця інформація лежить в основі спадковості.
Спадковість і мінливість. Характеристики форми і поведінки, певні генетичним кодом, передаються від батьків до потомства, але в цьому процесі вони змінюються, принаймні до певної міри завдяки будові клітин, що беруть участь в процесі статевого розмноження. У окремої особини будь-якого виду організмів, що розмножуються статевим шляхом (а сюди відносяться майже всі тварини і рослини), статеві клітини містять довгі ниткоподібні хромосоми, кожна з яких в свою чергу містить численні гени, – одиниці, які контролюють спадковість. Ген – це частина молекули ДНК, та частина, яка містить в своїй будові запис інформації, необхідної для відтворення даного організму – його форми, розміру, фізіології і поведінки.
І ось коли чоловіча клітина сперми об’єднується з жіночою яйцеклітиною, утворюється нова складна клітина, що має комбінацію хромосом обох батьків. Запліднена клітина починає ділитися. При цьому розподілі точно відтворюється нова комбінація хромосом. Код, яким володіє ця складна клітка, звичайно, відрізняється від коду будь-якого з батьків. Відповідно до цього і нова особина може володіти рисами батьків майже в будь-якому поєднанні. Кількість поєднань, які можуть утворювати хромосоми в одному людському організмі, оцінюється в 2 1000. Це майже неймовірно велике число. Оскільки потенційний число комбінацій настільки велике, дві особини не можуть бути в точності однаковими. Кожна з них отримує гени від обох батьків, і ці гени утворюють унікальну комбінацію. Ця комбінація містить неповторний набір закодованих відомостей та інструкцій, згідно з якими розвиваються індивідуальні особливості організму, до деякої міри передаються у спадок наступним поколінням.
Істотним результатом цього є мінливість. Оскільки кожен індивід в кожному поколінні до деякої міри відрізняється від своїх батьків, мінливість постійно проявляється у вигляді численних дрібних, непомітних змін, які можуть бути успадковані.
Природний відбір. На цій стадії позначається вплив навколишнього середовища. Кожен організм в кожному поколінні народжується зі своїм власним комплексом змін в певних умовах середовища. Цей організм реагує на умови, пристосовуючись до них, але ступінь цього пристосування частково залежатиме від успадкованих змін. Деякі особини з великої популяції будуть більшою мірою відповідати умовам середовища, ніж інші, просто тому, що один або кілька властивих їм ознак дали їм невелику перевагу в цьому оточенні. Тому статистично в однієї групи особин буде трохи більше шансів вижити і відтворити себе, ніж у інших. Оскільки зміни можуть успадковуватися, наступне покоління буде мати трохи більшу кількість особин, що володіють сприятливими змінами. Якщо умови залишаться незмінними, то придбання всієї популяцією “сприятливих” властивостей з’явиться тільки питанням часу, хоча, можливо, досить тривалого.
Це настільки важливе питання і так часто його розуміють неправильно, що ми повернемося до нього ще раз. У будь-якій популяції зміни проявляються в кожному поколінні. З цих постійно виникають наборів змін умови середовища прагнуть відбирати кращі (тобто найбільш відповідають умовам). В результаті цього створюється враження, що окремі особини в популяції свідомо намагаються пристосуватися. Однак ніщо не може бути далі від істини. Цей процес пристосування є не що інше, як ряд пристосувальних реакцій. Еволюція не має програми, але точність, з якою пристосовуються організми відповідають на вимоги середовища, схожа на диво.
Простий, але в той же час ясний приклад цього процесу представляє історія еволюції метеликів в Англії за останній час. Якщо зіставити дані спостережень і підрахунків, зроблених в даний час, з тими, які були зроблені в 1850 р, то виявиться, що близько 60 видів метеликів в Англії змінили свій вигляд. За цей період часу в результаті розвитку промисловості будівлі і навіть дерева вкрилися кіптявою. У 1850 р менше 10% популяції метеликів мали темне забарвлення, зараз же темний колір мають більше 90%. Первісне співвідношення кольорів було результатом мінливості. Однак так як світле забарвлення була більш помітна на темному тлі, птиці легше знаходили і винищували метеликів зі світлим забарвленням і менша їх кількість виживало і розмножувалося. Для метеликів критичним фактором середовища стало наявність комахоїдних птахів. Метелики не пристосовувалися самі свідомо до більш темною забарвленням середовища; вони виявилися до неї пристосованими в результаті діяльності птахів.
Виживання під впливом середовища і за допомогою механізму спадковості визначає вигляд прийдешніх поколінь і називається природним відбором. Це процес сортування і перетасовки. Хоча природний відбір діє в сфері організмів, він подібний за своїми наслідками відбору в неорганічний мир, сортуванні і перемішування, які виробляють інші природні процеси, що створюють земну кору. Глибоко під поверхнею Землі певні мінерали “відбираються” завдяки відносно низькій точці їх плавлення, і їх розплав рухається вгору. На поверхні мінерали “відбираються” відповідно до їх стійкістю по відношенню до процесів хімічного руйнування, їх нестійкі компоненти видаляються. Дійсно, природний відбір більш зрозумілий, якщо ми розглядаємо його як один з багатьох складних природних процесів, що протікають на Землі.
У природному відборі зміна від одного покоління до іншого може бути незначним, але, як і в разі врізання Великого каньйону Колорадо або сортування частинок, що утворюються при вивітрюванні граніту, кумулятивний ефект буває величезним. Як ми відзначили в попередніх розділах, на поверхні Землі безперервно відбуваються геологічні зміни, що викликають зміни природних умов. Ці останні в свою чергу впливають на рослини і тварин, викликаючи адаптацію.
Ми повинні пам’ятати, що такі зміни відбуваються не свідомо і не цілеспрямовано. Вони діють автоматично, злегка змінюючи ймовірність виживання кожної особини в популяції. Кожна особина, зі своїм набором властивих тільки їй властивостей, стикається з вимогами середовища. Деякі особини виживають, інші виявляються винищеними, і кожне нове покоління стає трохи краще пристосованим до умов середовища, ніж були пристосовані його батьки.
Всюди в світі ми спостерігаємо рослини і тварин, які в процесі пристосування придбали будова і риси, найбільш відповідні даному виду середовища. Білий ведмідь, який має товстою шкурою з жирової підкладкою, прекрасно вміє плавати, добре пристосований до життя на полярних льодах. Довгоногий верблюд, зі своєю здатністю зберігати воду в організмі, пристосований до життя в великих районах континентів, що відрізняються малою кількістю води і мізерної рослинністю. Інші організми пристосувалися до життя в тропічних лісах, в повітрі над великими океанами, в печерних водоймах і до багатьох інших умов середовища. Кожне з цих пристосувань стало результатом еволюції, що прямувала природним відбором. Якщо ми уважно вивчимо копалини, ми можемо прийти до висновку, що протягом більшої частини історії організми пристосовувалися до тих же видах природного середовища, які існують і зараз. Але ці організми міняли своє просторове розміщення внаслідок геологічних змін, що зачіпають і поверхня континентів, і океани. Таке пристосування організмів в минулому стало ще одним наслідком принципу актуалізму.
Мутації. Є й інший вид успадкованих змін. Він збільшує різноманітність живих організмів, серед яких під впливом навколишніх умов відбувається відбір. Це мутації. Вони відбуваються в яйцеклітині або сперматозоїдах однієї особини і можуть успадковуватися потомством. Мутації полягають у зміні кодового механізму всередині молекули ДНК, так що деякий ген у особини нового покоління відрізняється від відповідного гена у будь-якого з батьків. Відбуваються вони несподівано і непередбачувано і, будучи успадкованими, викликають зміни структури, рис або характеристик, які проявляються в наступних поколіннях. Взаємодіючи із середовищем, ці зміни закріплюються в потомстві, якщо вони сприятливі, або “вибраковуються”, якщо вони несприятливі. Хімічні основи мутацій в деталях ще не вивчені, але можна вважати, що ці зміни мали істотний вплив на напрямок еволюційних змін організмів.

Посилання на основну публікацію