РУБРИКИ |
Принципы эволюции - (реферат) |
РЕКЛАМА |
|
Принципы эволюции - (реферат)p>Чем ниже место, занимаемое категорией в этом ряду, тем больше число общих признаков у входящих в нее подгрупп. С течением времени было создано много дополнительных категорий, но в основе системы классификации живых организмов все еще прочно лежит линнеевская иерархия. Большинство современных биологов различают следующие категории:В ботанике и микробиологии типу соответствует отдел, а отряду—-по“ рядок. Все эти категории можно дробить дальше; так, например, на уровне отряда можно различать надотряды, отряды, подотряды и инфраотряды; подобные же категории можно создавать на любом другом уровне. В табл. 5. 1 дана полная характеристика положения в системе медоносной пчелы и человека. Таблица 5. 1. Положение в системе медоносной пчелы и человека. Примечание: название каждого вида слагается из двух слов — его родового и видового названий. Так, Человек = Homo sapiens Медоносная пчела = Apis mellifera. Такую систему обозначений называют биномиальной, и она также была введена Линнеем. Родовое название принято писать с прописной буквы, а видовое— со строчной; оба названия выделяют курсивом. Для Линнея иерархическая система живых организмов отражала упорядоченность, которую заложил творец в свое создание. Для современных биологов это упорядоченность, в основе которой лежат общность происхождения и эволюционное родство. Основной единицей в том и другом случае служит вид: для Линнея— потому что он верил, что это единица, сотворенная богом, а для эволюционистов —потому что это та единица, на которую действует естественный отбор. В принципе вид можно теперь объективно определить как группу особей, способных обмениваться друг с другом генами, то есть скрещиваться между собой; тем самым эта группа обладает общим генофондом, доступным действию естественного отбора. Такое определение известно под названиембиологической концепции вида. На практике однозначно идентифицировать биологические виды не удается, особенно если речь идет о мертвых и фоссилизирован-ных индивидуумах; поэтому обычно пользуются более прагматическим определением: вид—это категория, в которую систематики объединяют индивидуумов. Во всяком случае, современные биологи согласны в том, что эти группы эволюционировали от предковых видов, так что все современные формы связаны более или менее близким родством; поэтому они стараются распределить виды по группам, которые бы отражали эти эволюционные родственные связи. Эволюция порождает явления двух разных типов, которые необходимо принимать во внимание при создании систем классификации: а) определенный порядок происхождения от предков; б) ту или иную степень дивергенции от предков. В общем, первое обусловливает черты сходства, а второе—различия. Представим себе три вида, возникающие одновременно от общего предка. У двух из них развились только мелкие различия, тогда как третий довольно заметно дивергировал от двух других (например, у него возник некий существенный новый признак). Если классифицировать эти формы на основании первого принципа, то следует считать, что все три вида связаны одинаковой степенью родства; если же применить второй принцип, то вид, обладающий новым признаком, следует отделить от двух других видов. Существует три разных взгляда на значимость этих критериев. Этот подход основан на принципах, сформулированных энтомологом В. Хеннигом в 1950 г. (но см. (7)); главная роль в нем отводится генеалогии, то есть ветвящимся последовательностям, как единственному объективному способу установления систематического положения. (Слово“кладизм” происходит от греч. “кладос” —ветка или молодой побег. ) Все члены данного так-сона (клады) должны брать начало от одного и того же предка, и организмы следует группировать только в соответствии с последовательностью их отделения от общего предка. Этот анализ обычно бывает основан на допущении, что все виды, существующие в любой данный момент времени, связаны родственными узами благодаря происхождению от общих предковых форм (рис. 5. 1, А, I но не //), не будучи сами предками каких-либо других существующих в это время видов. Следовательно, все современные виды можно объективно расположить в некой последовательности, строго основанной на генеалогическом родстве, и такое расположение можно схематически представить в видекладограммы (рис. 5. 1, А, III). Кладограммы строятся на основе наблюдаемого, или предполагаемого, числа признаков, встречающихся одновременно у всех групп. Однако к сходствукак таковому следует относиться с осторожностью, так как может оказаться, что оно всего лишь отражает конвергенцию (развитие у различных структур внешнего сходства вследствие одинаковой функции; например, крылья летучих мышей, птиц и насекомых). Эволюционные родственные связи могут основываться только на признаках, сходство которых обусловлено тем, что они унаследованы от общего предка; такие признаки называютгомологичными. Чем больше общих гомологичных признаков имеется у двух видов, тем ближе родство между ними. Два вида, состоящие в самом тесном родстве, обладают гомологичными признаками, не встречающимися ни у каких других видов. Однако мы не смогли бы далеко уйти, если бы строили систему классификации на основе фундаментальных признаков, свойственных большинству организмов (таких, например, как многоклеточ-ность или даже пятипалое строение конечности у позвоночных), потому что, по определению, они действительно имеются у большинства организмов. Такие признаки называютобщими примитивными признаками (иногда их называют симплезио-морфньши признаками). Кладисты утверждают, что ветвящиеся последовательности можно выделять лишь в том случае, если удается идентифицироватьобщие специализированные признаки (иногда их называют синапоморфными) —гомологичные сходства, наличествующие в самой точке ветвления. Возьмем, например, кошку, льва, тюленя и человека. У них много общих примитивных признаков (многоклеточность, кровь, пятипалые конечности и т. п. ). Однако крупный головной мозг и бинокулярное зрение—это общие специализированные признаки, свойственные только приматам, и они определяют первую точку ветвления, отделяющую человека. У кошек и львов больше общих специализированных признаков (например, утрата верхних коренных, превращение верхних предкоренных в хищнические зубы), чем у каждого из них с тюленем, и это определяет нашу вторую точку ветвления. Кладограмма, получающаяся в результате такого анализа, изображена на рис. 5. 1. А, III, где, а — человек, b — тюлень, с — лев, а — кошка. И один последний вопрос: как кладист отличает примитивные признаки от специализированных? Один из важных методов состоит в так называемом сравнении за пределами группы (out-group comparison). Если признаки сходства между видами в пределах рассматриваемой группы обнаруживаются также у видов, не принадлежащих к ней, то это скорее примитивные, чем специализированные признаки. Потенциально возможно провести сравнение обширнейшего ряда видов, а именно это мы подсознательно и проделываем, когда называем такие признаки, как многоклеточность, примитивными. Однако обычно имеет практический смысл в известной мере ограничить подобного рода исследования, и интуитивно наиболее разумный подход состоит в том, чтобы сравнивать виды, входящие в данную группу, с другими сходными видами, не относящимися к ней. Биологи, принадлежащие к этой школе, считают, что объективно классифицировать организмы в соответствии с их генеалогией невозможно главным образом из-за невозможности твердо отличать гомологичные признаки от конвергентных. Вместо этого они концентрируют внимание на всех чертах сходства и пытаются на их основе (то есть на основе степени общего сходства) создать объективную систему классификации организмов. Они настаивают на том, что если учитывать достаточное число признаков, то гомологичные признаки будут преобладать над конвергентными. Однако гарантировать это a priori нельзя. Другие приверженцы фенетики утверждают, что они стремятся лишь к тому, чтобы создать удобные системы классификации, подобные тем, которыми пользуются в библиотеках для классификации книг, и что эти системы не обязательно должны отражать эволюционные взаимосвязи. Для проведения фенетического анализа (то есть оценки степени общего сходства) часто применяют хитроумные математические методы, выражая полученные результаты в виде фенограмм (рис. 5. 1Д). 3. Эволюционная систематика (13) Рис. 5. 1. А. Кладисты обычно исходят из допущения, что рассматриваемые виды связаны между собой так, как это показано на схеме /, но не так, как на схеме //. На схемеIII показана кладограмма, основанная на последовательных ветвлениях. Вопросительный знак у оси времени стоит потому, что кладограммы можно интерпретировать по крайней мере двумя способами. Согласно одной интерпретации, они представляют собой эволюционные древеса, на которых предки точно не указаны, а поэтому вводится время (классическая кладистика); согласно другой—они изображают типы родственных взаимоотношений, а точки ветвления соответствуют синапо-морфным признакам, так что время не вводится (трансформированная кладистика). Классическую кладистику интересуютэволюционные процессы, а трансформированную — таксономические картины. Конечно, те и другие должны быть как-то связаны между собой, однако некоторые кладисты предпочитают не высказываться относительно точного характера этой связи. Б. Ступенчатое построение фенограммы. Буквы обозначают виды. Числа в матрицах — коэффициенты общего сходства (в диапазоне от 0 — отсутствие сходства до 1 —полное сходство), выведенные на основании всех измеренных признаков. На ступени / матрица содержит коэффициенты сходства для пяти видов. Построение фенограммы начинают с поиска основных пар (для каждого члена такой пары коэффициенты сходства максимальны). Эти основные пары соединяют на соответствующих уровнях оси, по которой отложены коэффициенты сходства. На ступени // каждая основная пара рассматривается как одна единица, и коэффициенты сходства здесь представляют собой средние по всем отдельным видам, то есть 0, 575= (0, 6+0, 4+ + 0, 7+0, 6)/4. Здесь снова следует найти основные пары и произвести соответствующие соединения на схеме. На ступени /// продолжают и завершают эту процедуру (по Luria S. Е. et al. , A. View of Life, Benjamin, 1981). В. Филогенетическое древо, в котором сделана попытка учесть как последовательность ветвления (а тем самым сроки), так и степень дивергенции. Время обычно пытаются отложить как можно точнее на вертикальной оси; горизонтальная ось отражает дивергенцию обычно на основании субъективных оценок, а поэтому довольно неточно. В эволюционной систематике классификация основана на сочетаний генеалогии и степени общего сходства и различия, отражающего уровень дивергенции. Никаких объективных правил для этого не существует, и принятие того или иного решения в значительной мере зависит от опыта систематиков в оценке относительной значимости различных критериев. Полученные результаты представляют в виде филогенетических древес (рис. 5. 1. В). Некоторые из различий, существующих между этими школами, можно проиллюстрировать на следующих примерах, относящихся к птицам и рептилиям. Как птицы, так и крокодилы происходят от общей предковой группы архозавров, в которую входили динозавры. Какая-то еще более древняя рептилия была общим предком черепах, ящериц и змей, крокодилов и птиц. Поэтому у птиц и крокодилов больше общих признаков, чем у крокодилов и других ныне существующих рептилий. Однако после того, как птицы отделились от общего ствола, они развивались быстрее, чем крокодилы, и теперь они обладают рядом чрезвычайно своеобразных признаков—способностью к полету, перьевым покровом, гомойотермностью и т. п. Поскольку птицы сильнее дивергировали от предкового ствола, чеш крокодилы, эволюционные систематики отделяют их от всех других рептилий и помещают в отдельный класс—Aves, a всех остальных ныне существующих рептилий, в том числе крокодилов, объединяют в класс Reptilia (рис. 5. 1, Б). Фенетики строят аналогичную систему на основе морфологического сходства. Что же касается кладистов, то они при построении систем классификации строго придерживаются генеалогического родства, и поэтому в их кладограммах птицы связаны с крокодилами более тесным родством, чем крокодилы— с черепахами, змеями и ящерицами. Итак, подводя итоги, можно сказать, что какого-то оптимального способа построения биологической системы классификации, которая отражала бы эволюционные связи, по-видимому, не существует. Кладисты строят ее объективно на основе одной лишь генеалогии, но пренебрегают важными сведениями о дивергенции. Фенетики строят ее объективно, основываясь на сходствах, но неизбежно путают при этом гомологичные и конвергентные признаки. Представители эволюционной систематики пытаются учитывать одновременно и генеалогию, и дивергенцию, но не могут делать это вполне объективно. Однако независимо от того, какой мы придерживаемся методологии, производя отбор групп однородных таксонов, следует найти их место в линнеевской иерархии, то есть возвести их в определенный ранг, как, например, отряд или семейство. Кладисты часто вводят новый ранг после каждой точки ветвления в кла-дограмме. Эволюционные систематики, однако, судят о ранге таксонов по степени их дивергенции от общего предка, нередко приписывая разные ранги сестринским группам. Определение ранга—процесс крайне субъективный, а поэтому он вызывает многочисленные разногласия и подвержен всевозможным изменениям и уточнениям. 5. 3. Как образуются таксоны — неодарвинистская точка зрения, или синтетическая теория эволюции. Так называемая синтетическая теория эволюции пытается объяснить происхождение таксономического разнообразия, то есть макроэволюционные явления, с точки зрения принципов неодарвинизма, то есть микроэволюционных процессов. Важными вехами такого подхода служат книги Добржанского (4), Хаксли (8), Майра (12) и Симпсона (15). Синтетическая теория строит свое объяснение видообразования, на основных принципах неодарвинизма, а именно: 1) источником изменчивости служат точковые мутации, в особенности мутации структурных генов; 2) эволюционное изменение представляет собой результат изменения частоты генов; 3) направление этих изменений частоты определяется естественным отбором. Таким образом, традиционно считается, что популяции некоего вида становятся физически изолированными, после чего обмен генами между ними прекращается. В результате этой изоляции возникают группы, представляющие собой более или менее случайные выборки из первоначального генофонда. Возможно также возникновение неслучайных выборок, как, например, в случае эффекта основателя, однако, согласно приверженцам синтетической теории, это бывает редко. Изоляты становятся адаптированными к тем условиям, в которых они оказались, так что их генные частоты начинают различаться, и в конце концов популяции оказываются настолько разными, что даже в случае разрушения изолирующих преград скрещивание между ними становится невозможным—иными словами, они превращаются в настоящие виды (рис. 5. 2). Решающим моментом для подобного процесса видообразования служит возникновение изоляции, за которым следуют медленные и постепенные изменения. Это схематически показано на рис. 5. 2. Интерпретация видообразования, как процесса постепенного, сталкивается с двумя проблемами: одна из них носит фактический характер, а другая—логический. Что касается фактов, то в палеонтологической летописи часто нельзя обнаружить постепенных изменений. Многие виды, казалось бы, остаются неизменными на протяжении миллионов лет, а затем внезапно исчезают, сменяясь какими-то другими формами, существенно отличающимися от прежних, но явно родственными им. Хорошим примером служит группа пресноводных моллюсков из поздне-кайнозойских отложений озера Туркана, на севере Кении, описанная Уильямсом (21). Как показали проведенные измерения, за последние 5 млн. лет популяции 16 видов изменялись весьма незначительно. Однако у 5 видов, мало изменявшихся в течение почти всего этого времени, обнаружены очень быстрые изменения за периоды, равные примерно 50 000 лет. Со стороны логики можно привести то, что Майварт (Mivart) назвал дилеммой стадии зарождения полезных структур. Если эволюция структур происходит постепенно, то какое значение имеют структуры с промежуточными признаками? Какую пользу, например, может принести рептилии частично сформированное крыло (см. также разд. 1. 5. )? Рис. 5. 2. Видообразование как постепенный процесс. После возникновения изоляции (горизонтальная стрелка) изолят (видВ) постепенно дивергирует от “родительского” вида А. Сторонники синтетической теории (или сторонники постепенной эволюции) пытаются справиться с фактической стороной проблемы, утверждая, что отсутствие постепенных изменений—явление не столь частое, как это иногда полагают, и что его можно объяснить неполнотой палеонтологической летописи. Накопление осадков и захоронение костей—процесс капризный, особенно если речь идет о группах с низкой плотностью популяций, а поэтому промежуточные формы должны быть редкими. Для объяснения дилеммы Майварта они привлеклипреадапта-цию: промежуточные структуры выполняют определенные роли, для которых они хорошо подходят, но чисто случайно они соответствуют и другим ролям, которые могут играть после дальнейшего усовершенствования. Складка кожи между передней конечностью и туловищем могла развиваться у рептилий в качестве приспособления для терморегуляции, а затем найти применение при ускальзывании от врага и в конечном итоге дать начало крылу. Подобным же образом воздушный мешок у рыб возник не для того, чтобы они когда-нибудь могли заселить сушу, а в качестве дополнительного органа дыхания, используемого в водной среде. Однако, после того как воздушные мешки образовались, они стали использоваться в качестве легких в связи с такими изменениями в условиях среды, как пересыхание водоемов. Выше подчеркивалось, что изоляция —это важная предпосылка для видообразования. В настоящее время известно, что существует несколько возможных способов возникновения изоляции, а следовательно, и способов видообразования. Обзор их дал Буш (1). Поток генов (обмен генами) между популяциями может быть подавлен какой-либо физической или географической преградой. Этот процесс называюталлопатрическим видообразованием. В принципе возможен также альтернативный процесс — подавление обмена генами в популяциях, обитающих в одной и той же области — например если носители благоприятных мутаций спариваются преимущественно между собой и если отбор в пользу этих мутаций достаточно интенсивен, чтобы возобладать над обменом генами, создаваемым спариваниями с более часто встречающимися родительскими формами. Этот процесс носит названиесимпатрического видообразования. И наконец, даже при наличии некоторого обмена генами между частично изолированными популяциями в областях, в которых они примыкают одна к другой, возможна, опять-таки в принципе, дивергенция признаков под действием отбора, если обмен генами относительно слабый, а различия в давлениях отбора относительно велики. Этот процесс известен под названиемпарапатрического видообразования и может происходить относительно часто у организмов с низкой подвижностью ( = слабой способностью к расселению), таких, как растения и наземные моллюски. Если значение аллопатрического видообразования для эволюции у большинства биологов не вызывает сомнений, то относительно эволюционной роли симпатрического и парапатрического видообразования идет много споров. При этом вновь подчеркивается важность демовой структуры (как, например, на рис. 2. 9, Д) для процесса видообразования. Следует также привлечь внимание к различию между географической изоляцией (то, что было описано под названием аллопатрии) и изолирующими механизмами. Изолирующие механизмы—это различия в признаках между популяциями, препятствующие скрещиваниям между ними и сохраняющие целостность вида, когда популяции встречаются вместе. Эти механизмы многочисленны и разнообразны, и среди них есть какпреко-пуляционные изолирующие механизмы (например, морфологические и поведенческие признаки, препятствующие копуляции самцов и самок), так ипосткопуляционные изолирующие механизмы (например, несовместимость гамет, которая препятствует оплодотворению яиц или приводит к стерильности потомства, как в случае мулов). Существует и другая точка зрения, альтернативная изложенной в предыдущем параграфе теории постепенной эволюции. Палеонтологическая летопись, возможно, не столь неполна, как это предполагается. Быть может, эволюция на самом деле слагается из кратковременных периодов быстрого изменения, за которыми следуют длительные периоды равновесия. Эта теория прерывистого равновесия обладает тем преимуществом, что позволяет объяснить то, что мы, по-видимому, наблюдаем, и разрешить дилемму Майварта, поскольку всякая необходимость в существовании промежуточных форм при этом просто отпадает. Она подразумевает возможность быстрого возникновения крупных изменений формы и функции. Дарвин и неодарвинисты полагали, что подобная точка зрения подорвет доверие к их теориям, поскольку крупные изменения в преобладающем большинстве случаев должны быть гибельными, то есть несовместимыми с фенотипом (см. разд. 1. 5). Рис. 5. 3. Видообразование как прерывистый процесс. Вслед за быстрым видообразованием (горизонтальная стрелка) наступает период, во время которого изменений происходит мало. В сущности, это соответствует также теории прерывистой эволюции, так как ее сторонники считают, что длительные периоды застоя отражают неспособность большей части мутационных изменений войти в состав фенотипа, то есть ограничения, связанные с коадаптацией и интеграцией, противодействуют изменению. Время от времени, однако, одна из таких изменений, которое Гольдшмидт в своей книге“Материальные основы эволюции”(Goldschmidt, The Material Basis of Evolution, Yale University Press, 1940) назвал“подающими надежды чудовищами”, может оказаться совместимым с существующим адаптивным комплексом. Теперь мы знаем, что возникновение и интеграция таких крупных мутационных изменений согласуется с процессами развития (гл. 4). Возможен и альтернативный путь: возникновение резкого сдвига в сторону от генофонда родительской популяции в результате образования неслучайной выборки на ранних стадиях изоляции. Этот путь считается наиболее вероятным для мелкихпериферических изоля-тов больших популяций. Создающаяся при этом картина прерывистой эволюции представлена на рис. 5. 3. (Обратите внимание на сходство между этим рисунком на рис. 5. 1 А/7/, то есть кла-дограммой. Кладисты часто относятся весьма благосклонно к теории прерывистого равновесия, а сторонники последней нередко поддерживают кладизм. Это связано с тем, что при кладисти-ческом анализе принимается допущение о периодах быстрого видообразования с незначительной дивергенцией между точками ветвления. ) Рис. 5. 4. Направление эволюции, создавшееся в результате дифференциального видообразования и выживания видов, а не в результате постепенных изменений. Виды возникают внезапно, а затем почти не изменяются. Сдвиг вправо обусловлен тем, что в этом направлении видообразование происходит чаще, а также тем, что виды с такими морфологическими признаками выживают дольше. По-видимому, возможно преобладание любого из этих процессов, то есть как дифференциального видообразования, так и вымирания. Таким образом, как и традиционный неодарвинизм, теория прерывистого равновесия представляет себе начальный источник изменчивости как случайный по отношению к направлению-эволюции, но рассматривает эту изменчивость как сопряженную с изменениями гораздо большего масштаба. Кроме того, вследствие этого и последующего застоя теория прерывистого равновесия рассматривает источник изменчивости, то есть изоляцию или периоды видообразования, как самые важные элементы, определяющие направление и скорость эволюции (возврат к взглядам ранних менделистов? ). Но если это так, то в результате каких же процессов возникают адаптации и как создаются эволюционные направления, если и то, и другое—черты, ярко выраженные как в палеонтологической летописи, так и у ныне существующих видов? Для сторонников прерывистой эволюции ответом будетотбор видов (термин, созданный Стенли (18)). Согласно этой точке зрения, эволюционные направления могут возникнуть: 1) потому что некоторые случайно образовавшиеся изоляты более устойчивы, чем другие, либо (а) потому, что они лучше приспособлены в обычном смысле, либо (б) вследствие экологических условий той местности, в которой они оказались изолированными (например, случайное отсутствие какого-либо прожорливого хищника); и (или) 2) потому что у некоторых видов в результате их организации или экологии видообразование происходит чаще, чем у других. Эти возможности проиллюстрированы на рис. 5. 4. Как в случае 1, так и в случае 2 создаются эволюционные направления, но возникающие при этом адаптации, особенно в случаях 16 и 2, вряд ли окажутся такими совершенными, как те, которые могут возникнуть в результате более обычного постепенного видообразования. В ее современной форме теорию прерывистого равновесия отстаивают, в частности, Гоулд и Элдридж (6) и Стенли (18, 19). Однако, как уже отмечалось, она уходит своими корнями в работы Гольдшмидта (см. выше), а также де Фриза (3). Т. X. Хаксли, один из самых верных союзников Дарвина, был также склонен признавать значительные скачки в процессе эволюции— к вящему неудовольствию самого Дарвина! Для того чтобы показать более конкретно различие между постепенной и прерывистой эволюцией в плане эволюционных направлений и адаптации, рассмотрим классический пример эволюции современной лошади, далеким предком которой былHyracotherium — трехпалое существо величиной не больше собаки. Палеонтологическая летопись свидетельствует, по-видимому, о постепенном изменении размеров тела и формы, приведшем в конечном счете к хорошо знакомому намEquus. Классическое объяснение с позиций постепенной эволюции сводится к прогрессивному изменению под действием естественного отбора (см. разд. 3. 2). В противоположность этому теория прерывистого равновесия объясняет направления в эволюции лошадей как результат асимметрии генеалогического древа. Эволюционная история лошади рассматривается как видообразовательная линия, в которой возникали некоторые новые виды, отличавшиеся большими размерами тела и сокращением числа пальцев, а также другие виды с совершенно иными морфологическими изменениями. Виды с более крупным телом и редуцированными пальцами оказались более удачливыми, чем виды с более примитивными признаками— большим числом пальцев и меньшими общими размерами, — и это привело к асимметрии генеалогического древа. С течением времени “центр тяжести”явно склоняется в сторону более крупного вида с одним пальцем (как, например, на рис. 5. 4). Рис. 5. 5. Разнообразие семейств млекопитающих (А) и двустворчатых моллюсков (Б) на протяжении длительных периодов времени (19). В табл. 5. 2 перечислены главные различия между теориями постепенной и прерывистой эволюции. Таблица 5. 2. Сравнение гипотез постепенного и прерывистого видообразования Случайный процесс, иногда неслучайный обычно аллопатрический Изолированная подгруппа часто имеет неслучайный генетический состав; может быть симпатрическим или парапат-рическим Главным образом макромутации (то есть мутации в первоначальном смысле) Отбор Медленная и непрерывная (и пропорциональная числу поколений) Быстрая (непропорциональная числу поколений), но при отсутствии изменений в течение длительных периодов Стенли (18, 19) рассмотрел разного рода данные, которые можно использовать для сравнительной оценки теорий постепенной и прерывистой эволюции. К наиболее общим соображениям относится ожидание, что скорость макроэволюции (то есть скорость возникновения семейств и отрядов, отражающих крупные морфологические изменения) должна быть: 1) согласно модели постепенной эволюции, пропорциональна времени или, точнее, числу поколений, на протяжении которых могло развиваться разнообразие; и 2) согласно модели прерывистой эволюции, пропорциональна степени расщепления, то есть видообразования, которое имело место. Если удастся оценить как время, так и скорость расщепления, то тогда мы в принципе сможем провести различие между этими двумя гипотезами. На этой основе Стенли проводит сравнение между млекопитающими и двустворчатыми моллюсками. У млекопитающих скорость видообразования высокая и радиация в пределах группы, в результате которой возникло примерно 100 семейств, происходила в течение менее чем 30 млн. лет. У двустворчатых моллюсков, напротив, видообразование протекало медленно и соответственно происходила медленная радиация на протяжении более чем 300 млн. лет (рис. 5. 5). Более того, среди двустворчатых моллюсков у одной группы сердцевидок (сем. Cardiidae) так называемого понтического ряда, изолировавшегося из Средиземноморья в Каспийском море, видообразование происходило быстрее, чем у ее близких родичей, и за менее чем 3 млн. лет эта группа достигла такого морфологического разнообразия, что ее теперь делят на четыре подсемейства. Следствие, вытекающее из всех этих рассуждений, состоит в том, что в группах, в которых на протяжении длительных периодов геологического времени происходило мало эволюционных изменений, видообразование, очевидно, было незначительным. И действительно, так, по-видимому, обстояло дело со многими так называемыми живыми ископаемыми. Хорошим примером служат двоякодышащие рыбы. Быстрые морфологические изменения происходили у них только в период быстрого видообразования, в середине палеозоя, вскоре после их появления. После этого скорость видообразования резко понизилась, и вместе с ней упала и скорость морфологических изменений. Другим примером служат аллигаторы, строение которых в процессе эволюции изменялось мало, которые представлены в настоящее время всего двумя видами и никогда не отличались большим числом видов. Наконец, известен лишь один ныне живущий вид трубкозубов, а в палеонтологической летописи, вплоть до начала миоцена, к которому относятся самые ранние находки представителей этой группы, обнаружено лишь очень небольшое число их линий. Все это свидетельствует в пользу теории прерывистой эволюции. Однако имеющиеся данные нельзя считать решающими, так как их анализ зависит главным образом от разделения ископаемых таксонов, которое может отражать в большей мере пристрастия систематиков, чем истинное течение эволюции; так, например, вопрос о том, какие группы видов образуют семейства, довольно субъективен. Даже соглашаясь принимать фактические данные, классический неодарвинист может заявить, что ряд факторов и, в частности, вариации в интенсивности естественного отбора перекрывают ожидаемую корреляцию между скоростью микроэволюции и временем, предсказываемую в пункте 1 в начале этого параграфа. Иными словами, неодарвинизм не настаивает на непременной постепенности. Он допускает возможность периодов быстрых изменений под действием интенсивного отбора и периодов медленных изменений под действием слабого отбора. Кроме того, застой в морфологии твердых частей тела— а именно они сохраняются в палеонтологической летописи—не обязательно означает застой в строении мягких частей, а также метаболических и поведенческих процессов. Таким образом, хотя фактические данные, очевидно, свидетельствуют в пользу теории прерывистой эволюции, они все еще далеко не окончательны, и вопрос остается открытым, вызывая горячие дебаты. 5. 7. Была ли эволюция человека постепенной или прерывистой? Креационисты (см. гл. 1) считали, что человек отделился от человекообразных обезьян с того момента, когда бог вдохнул в него душу! В ответ на это дарвинисты и неодарвинисты упорно настаивают на том, что человек произошел от человекообразных обезьян в результате постепенной прогрессивной эволюции. Исходя из этого, обычно принято помещать видHomo sapiens в конец непрерывного ряда, после по крайней мере двух других видов (как, например, на рис. 5. 6). Эти разные виды характеризуются следующим образом. 1. Ramapithecus (от Рама —индийское божество, и греч. пи-текос —обезьяна). Эта группа существовала примерно 8—14 млн. лет назад. Она известна только по фрагментам нижней челюсти, которые позволяют считать, что лицевой отдел черепа у рамапитека был плоским, со слабо выступающей нижней 2. Австралопитек (от лат. austral —южный). Эта группа существовала 1, 5—5 млн. лет назад. Лицевой отдел черепа у австралопитеков был плоским. Расположение черепа относительно позвоночника и костей задних конечностей относительно таза позволяет считать, что положение тела у него было вертикальным. Известны две главные группы австралопитеков: Australopithecus robustus с массивным черепом и крупными зубами, что свидетельствует о растительной диете, и группа, к которой относятсяA. afarensis и A. africanus, с более изящным скелетом. 3. Homo habilis (человек умелый). Эта группа существовала 1, 5—2 млн. лет назад. Ее представители были прямоходящими, имели относительно большой головной мозг и пользовались различными орудиями. 4. Homo erectus (человек прямоходящий). Эта группа существовала 1 млн. лет назад. У ее представителей походка была еще более сходна с нашей, мозг был крупнее, чем у Я. habilis, и они пользовались огнем. 5. Неандертальцы (от названия долины Неандерталь, где они были впервые найдены). Неандертальцы существовали примерно 0, 5 млн. лет назад; они настолько сходны с современными людьми как по морфологии, так и по наличию определенной культуры с различными обрядами, что их считают одним из подвидовHomo sapiens. Рис. 5. 6. Две разные филогении, предложенные для основных таксонов гоминид (2). R — Ramapi-thecus; Aafa—Australopithecus afarensis; Aa — A. africanus; Ab—A. boisei; Ar — A. robustus; Hh — Homo habilis; He — H. erectus; Hs — H. sapiens. Недавно были обнаружены два важных факта, которые возродили точку зрения о том, что эволюция человека—процесс прерывистый (19). Во-первых, было высказано мнение, что одновременно существовал не один, а несколько видов гоминид, а это указывает на то, что филогения родаHomo была кустистой, а не линейной. Во-вторых, полагают, что имеются данные, свидетельствующие о наличии относительно длительных периодов застоя в филогении как группы автралопитеков, так и гоминид (см. , например, Australopithecus africanus, Homo habilis и Я. erectus на рис. 5. 7), а это довольно удивительно, принимая во внимание высокую абсолютную скорость, характерную для эволюции человека. Вместе с тем данные о перекрывании во времени между видами рода Homo не бесспорны, и если даже они верны, то не отвергают интерпретацию эволюции человека как процесса постепенного. Рис. 5. 7. Стратиграфические диапазоны гоминид (19). Прерывистыми линиями обозначены ископаемые остатки, предположительно отнесенные к тому или иному виду. Обозначения те же, что на рис. 5. 6. N— неандерталец. Ветвление могло просто увеличить число направлений, по которым эволюция человека протекала постепенно. Кроме того, что гораздо важнее, хотя разные таксоны гоминид резко различаются по некоторым морфологическим признакам, например по признакам черепа, количественные признаки, например размеры тела и емкость черепной коробки, изменяются почти непрерывно (рис. 5. 8). Кроме того, по мнению некоторых антропологов, застой в пределах отдельных таксонов скорее кажущийся, чем реальный (2). Например, у самых ранних экземпляровН. erectus лицевой отдел черепа более вытянутый и плоский, черепная коробка ниже, тоньше, менее прочна и емкость ее меньше, чем у более позднихН. erectus. Рис. 5. 8. Изменения среднего веса тела (Л) и объема черепной коробки (Б) у гоминид с течением времени (2). Обозначения те же, что на рис. 5. 6. Итак, остается все еще обширное поле для дискуссий между сторонниками прерывистой эволюции и традиционными неодарвинистами. Главная проблема, стоящая перед последними, —это, , вероятно, не скорость, с которой эволюционные изменения могут происходить в периоды быстрой эволюции, ибо при наличии соответствующих интенсивностей отбора быстрые изменения вполне осуществимы, а тот факт, что признаки могут оставаться неизменными на протяжении длительных периодов геологического времени. Так, например, Ланде (9) вычислил, что число элиминируемых отбором особей, необходимое для того, чтобы можно было объяснить изменения в некоторых скелетных структурах у кайнозойских млекопитающих, равно примерно 1 млн. Такое давление отбора настолько незначительно, что вполне могло возникнуть в результате совершенно случайных процессов. И тем не менее массовый дрейф генов, происходящий на протяжении миллионов лет, совершенно не входит в рамки неодарвинизма. Неодарвинисты могли бы также утверждать, что за кажущимся застоем скрывается интенсивный стабилизирующий отбор (см. разд. 2. 3. 3), но в таком случае нам придется допустить долговременный застой в условиях среды, что представляется в равной мере маловероятным. В свою очередь сторонникам теории прерывистой эволюции надлежит прежде всего решить проблему случайности в скачкообразных изменениях. Прерывистые изменения должны возникать с одинаковой вероятностью во всех направлениях, включая и направление, в котором происходит эволюция. Это могло бы осуществляться путем дрейфа и эффекта основателя, однако широкое распространение этих процессов еще предстоит показать. Другая возможность состоит в том, что если основу прерывистой эволюции составляют крупные мутации, то они должны сообщать своим носителям способность к быстрому распространению, а это отличается от классического неодарвинизма только масштабом изменения. Удастся ли найти ясное решение всех этих вопросов, опираясь на фактические данные, остается сомнительным. Кроме того, возможно, что эволюция одних групп протекала в соответствии с теорией прерывистого равновесия, а других—в соответствии с неодарвинистской моделью. Иными словами, вряд ли какая-либо одна модель эволюции окажется применимой ко всем случаям. Хорошее изложение синтетической теории эволюции дают Майр и Провин (14). Для того чтобы оценить, как разные представители эволюционной биологии интерпретируют теорию прерывистого равновесия, читателю следует сравнить и противопоставить отчеты Левина (10) и Мэйнарда Смита (11) об одной и той же конференции по макроэволюции (Чикаго, октябрь 1980 г. ). Один из номеров журнала New Scientist (15 апреля 1982, 194, № 1301), посвященный столетию со дня смерти Чарлза Дарвина, содержит статью Гоулда (Gould), отстаивающего прерывистую теорию, и статью Чарлзуорта (Charlesworth), направленную против этой теории, а также хорошую статью Стринджера (Stringer) об эволюции человека. Популярный очерк модели прерывистого равновесия дает Стенли (20). 2. Gillespie N. С. Charles Darwin and the Problem of Creation, University of Chicago Press, Chicago and London, 1979. 3. Howard J. Darwin, Oxford University Press, Oxford, 1982. 4. Moore J. R. The Post-Darwinian Controversies, Cambridge University Press, . Cambridge, 1979. 5. Moorehead A. Darwin and the “Beagle”, Hamilton, London, 1969. 6. Ridley M. Coadaptation and the inadequacy of natural selection, British J, of History of Science, 15, 45—68 (1982). 7. Ruse M. The Darwinian Revolution, University of Chicago Press, Chicago” and London, 1979. 8. Ruse M. Darwinism Defended, Addison-Wesley Publ. Co. , Massachusetts, 1982. 9. Smith C. U. M. The Problem of Life, Macmillan Press Ltd. , London, 1976. Глава 2 1. Ayala F. J. , Kiger J. A. Modern Genetics, Benjamin/Cummings Publ. Co. , Menlo Park, California, 1980. 2. Berry R. J. Neo-Darwinism, Edward Arnold, London, 1982. 3. Charlesworth B. Evolution in Age-structured Populations, Cambridge University Press, Cambridge, 1980. 4. Cook L. M. Coefficients of Natural Selection, Hutchinson University Library, London, 1971. 5. Crow J. F. Genes that violate Mendel's rules, Scientific American, 240, 104—113 (1979). 6. Falconer D. S. Introduction to Quantitative Genetics, 2nd edn. , Longman, London and New York (1st edn. , Oliver and Boyd, 1960), 1981. 7. Gale J. S. Population Genetics, Blackie, Glasgow and London, 1980. 8. Ludovici L. J. The Chain of Life, Phoenix House Ltd. , London, 1963. 9. Ricklefs R. E. Ecology, 2nd edn. , Nelson, Middlesex, 1980. (Имеется перевод первого издания: Риклефс Р. , Основы общей экономии. — М. : Мир, 1979. ) 10. Roughgarden J. Theory of Population Genetics and Evolutionary Ecology: An Introduction, Macmillan Publ. Co. , N. Y. , 1979. 11. Turner J. R. G. Changes in mean fitness under natural selection. In: Mathematical Topics in Population Genetics (K. Kojima, ed. ), Springer, Berlin, pp. 33—78, 1970. 12. Watson J. D. Molecular Biology of the Gene, 3rd edn. , W. A. Benjamin Inc. , California, 1976. (Имеется перевод: Уотсон Д. , Молекулярная биология гена. — М. : Мир, 1979. ) 13. Watson J. D. The Double Helix: A Norton Critical Edition (G. S. Stent. ed. ), W. W. Norton, New York, 1980. (Имеется перевод: Уотсон Д. , Двойная спираль. — М. : Мир, 1969. ) 14. Watson J. D. , Tooze J. The UNA Story, W. H. Freeman and Co. , San Francisco, 1981. 15. Woods R. A. Biochemical Genetics, Chapman and Hall, London and New York, 1980. 16. Zimmering S. , Sandier L. , Nicoletti B. Mechanisms of meiotic drive, Ann. Rev. Genetics, 4, 409—436. Глава 3 1. Alexander R. McN. Optima for Animals, Edward Arnold, London, 1982. 2. Bell G. The Masterpiece of Nature, Groom Helm Publishers, London, 1982. 3. Blower G. Age-structure of millipede populations in relation to activity and dispersion. In: The Soil Ecosystem (J. G. Sheal, ed. ), Systematics Association Publ. No. 8, pp. 209—216, 1969. 4. Cain A, L, Sheppard P. M. Natural selection in Cepaea, Genetics, 39, 89— 116 (1954). 5. Calow P. , Townsend C. R. Energetics, ecology and evolution. In: Physiological Ecology. An Evolutionary Approach to Resource Use (C. R. Townsend and P. Calow, eds. ), Blackwell Scientific Publications, Oxford, pp. 3—19, 1981. 6. Calow P. , Woollhead A. S. The relation between ration, reproductive effort and age-specific mortality in the evolution of life-history strategies— some observations on freshwater triclads, J. Anim. Ecol. , 46, 765—781 (1977). 7. Cohn D. L. Optimal systems. I. The vascular system, Bull. Math. Biophys. , 16. 59—74 (1954). 8. Cohn D. L. Optimal systems. II. The vascular system, Bull. Math. Biophys. , 17. 219—223. 9. Cole L. C. The population consequences of life history phenomena, Quart. Rev. Biol. , 29, 103-137 (1954). 10. Dames P. S. Physiological ecology of Patella I. The effect of body size and temperature on metabolic rate, J. Marine Biol. Ass. , U. K. , 46, 647—658 (1966). 11. Davies P. S. Physiological ecology of Patella III. Desiccation effects, J. Marine Biol. Ass. , U. K. , 49, 291—304 (1969). 12. Dawkins R. The Selfish Gene, Oxford University Press, Oxford, 1976. 13. Dawkins R. The Extended Phenotype, W. H. Freeman and Co. , Oxford and San Francisco, 1982. 14. Dobzhansky Th. Genetics and the Origin of Species, Columbia University Press, N. Y. , 1937. 15. Fisher R. A. The Genetical Theory of Natural Selection, Clarendon Press, Oxford, 1930. 16. Ford E. B. Ecological Genetics, Chapman and Hall, London, 1975. 17. Gilpin M. E. Group Selection in Predator-Prey Communities, Princeton University Press, Princeton, N. J. , 1975. 18. Gould S. J. , Lewontin R. C. The spandrels of San Marco and the Panglos-sian paradigm: a critique of the adaptationist programme, Proc. Roy. Soc. Lond. , 205B, 581—598 (1979). 19. Hamilton W. D. The genetical evolution of social behaviour, I and II, J. Theoret. Biol. , 7, 1—32 (1964). 20. Hamilton W. D. , Altruism and related phenomena, mainly in social insects, Ann. Rev. Ecol. Syst, 3, 193—232 (1972). 21. Kettlewell H. B. D. Selection experiments on industrial melanism in the Lepidoptera, Heredity, 10, 14—22 (1956). 22. Kettlewell H. B. D. The Evolution of Melanism, Clarendon Press, Oxford, 1973. 23. Krebs J. R. , Davies N. B. An Introduction to Behavioural Ecology, Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1981. 24. Lewontin R. C. The units of selection, Ann. Rev. Ecol. Syst. , 1, 1—18 (1970). 25. Lewontin R. C. Adaptation, Scientific American, 239, 156—165 (1978). 26. Maynard Smith J. On Evolution, Edinburgh University Press, Edinburgh, 1972. 27. Maynard Smith J. Evolution and the theory of games, American Scientist, 64, 41—45 (1976). 28. Maynard Smith J. The Evolution of Sex, Cambridge University Press, Cambridge, 1978. (Имеется перевод: Мэйнард Смит Дж. Эволюция полового размножения. — М. : Мир, 1981. ) 29. Maynard Smith J. Evolution and the Theory of Games, Cambridge University Press, Cambridge, 1982. 30. Metcalf R. A. Sex ratios, parent-offspring conflict, and local competition for mates in the social waspPolistes metricus, American Naturalist, 116, 642— 654 (1980). 31. Milsum J. H. , Roberge F. A. Physiological regulation and control. In: Foundations of Mathematical Biology, 3 (R. Rosen, ed. ), Academic Press, London and New York, pp. 1—95, 1973. 32. Muller H. J. The relation of recombination to mutational advance, Mut. Res. , 1, 2—9 (1954). 33. Parker G. A. , Baker R. R. , Smith V. G. F. The origin and evolution of gamete dimorphism and the male-female dichotomy, J. Theoret. Biol. , 36, 529—553 (1972). 34. Rosen R. Optimality Principles in Biology, Butterworths, London, 1967. (Имеется перевод: Розен Р. Принципы оптимальности в биологии. — М. : Мир, 1969. ) 35 Sahllns M. The Use and Abuse of Biology: An Anthropological Critique of Sociobiology, University of Michigan Press, Ann. Arbor, Michigan, 1976. 36. Shorrocks B. The Genesis of Diversity, Hodder and Stoughton, London, 1978. 37. Stearns S. C. Life-history tactics: a review of ideas, Quart. Rev. Biol. , 51, 3—47 (1976). 38. Stearns S. C. The evolution of life-history traits: a critique of the theory and a review of the data, Ann. Rev. Ecol. ' Syst. , 8, 145—171 (1977). 39. Sued J. A. , Mayo O. The evolution of dominance. In: Mathematical Topics in Population Genetics (K Kojima, ed. ), Springer Verlag, New York, pp. 289—316, 1970. 40. Townsend C. R. , Calow P. (eds. ). Physiological Ecology: An evolutionary approach to resource use, Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1981. 41. Turner J. R. G. Why does the genome not congeal? Evolution, 21, 645— 656 (1967). 42. Williams G. C. Sex and Evolution, Princeton University Press, Princeton, 1975. 43. Wilson D. S. The Natural Selection of Populations and Communities, Benjamin/Cummings, Menlo Park, California, 1980. 44. Wilson E. 0. Sociobiology: the New Synthesis, Harvard University Press, Harvard, 1975. 45. Wison E. 0. , Bossert W. H. A Primer of Population Biology, Sinauer Associates, Stanford, Connecticut, 1971. 1. Alberch P. Ontogenesis and morphological diversification, American Zoologist, 20, 653—667 (1980). 2. Alberch P. , Gould S. J. , Oster G. F. , Wake D. B. Size and shape in ontogeny and phytogeny, Paleobiology, 5, 296—317 (1979). 3. Bard J. B. A unity underlying the different zebra striping patterns, J. Zo-ol. London, 183, 527—539 (1977). 4. Dobzhansky T. Genetics and the Origin of Species, Columbia University Press, New York, 1937. 5. Edmonds H. W. , Sawin P. B. Variations of the branches of the aortic arch in rabbits, American Naturalist, 70, 65—66 (1936). 6. Gould S. /. Ontogeny and Phylogeny, Harvard University Press, Cambridge, Mass. , 1977. 7. Huxley J. S. Problems of Relative Growth, Methuen, London, 1932. 8. Newell N. D. , Phyletic size increase, an important trend illustrated by fossil invertebrates, Evolution, 3, 103—124 (1949). 9. Needham J. On the dissociability of the fundamental processes in ontogenesis, Biol. Revs. , 8, 180—223 (1933). 10. Sawin P. В. , Edmonds H. W. Morphological studies of the rabbit, VII. Aortic arch variations in relation to regionally specific growth differences Anat. Rec. , 96, 183—200 (1949). 11. Smi/A R. /. Rethinking allometry, J. Theoret. Biol. , 87, 97—111 (1980). 12. Waddington С. Н. The Evolution of an Evolutionist, Edinburgh University Press, Edinburgh, 1975, Глава 5 1. Bus/i G. L. Modes of animal speciation, Ann. Rev. Ecol. Syst. , 6, 339—364 (1975). 2. Cronin /. E. , Boaz N. Т. , Stringer С. В. , Rak Y. Tempo and mode in homi-nid evolution, Nature, 292, 113—122 (1981). 3. De Vries H. Species and Varieties. Their Origin by Mutation, The Open Court, Chicago, 1905. 4. Dobzhansky T. Genetics and the Origin of Species, Columbia University Press, New York, 1937. 5. Eldredge N. , Cracraft J. Phylogenetic Patterns and the Evolutionary Process, Columbia University Press, New York, 1980. 6. Could S. J. , Eldredge N. Punctuated equilibria: the tempo and mode of evolution reconsidered, Paleobiology, 3, 115—151 (1977). 7. Hennig W, Phylogenetic Systematics, 2nd edn. , University of Illinois Press, Urbana, 1979. 8. Huxley /. S. Evolution, the Modern Synthesis, Alien and Unwin, London, 1942. 9. Lande R. Natural selection and random genetic drift in phenotypic evolution, 30, 314—334 (1976). 10. Lewin R. Evolution theory under fire, Science, 210, 883—887 (1980). 11. Maynard Smith J. Macroevolution, Nature, 289, 13—14 (1981). 12. Mayr E. Systematics and the Origin of Species, Columbia University Press, New York, 1942. (Имеется перевод: Майр Э. Систематика и происхождение видов. — М. : NG, 1947. ) 13. Mayr E. Populations, Species and Evolution, Harvard University Press, Cambridge, Mass... 1970. (Имеется перевод: Майр Э. Популяции, виды и эволюция. — М. : Мир, 1974. ) 14. Mayr E. , Provine W. В. The Evolutionary Synthesis, Harvard University Press, Cambridge, Mass. , 1980. 15. Simpson G. G. Tempo and Mode in Evolution, Columbia University Press, New York, 1944. (Имеется перевод: Симпсон Дж. Темпы и формы эволюции. —М. : ИЛ, 1948. ) 16. Sneath P. H. A. , Sokal R. R. Numerical Taxonomy, W. H. Freeman, San Francisco, 1973. 17. Sokal R. R. , Sneath P. H. A. Principles of Numerical Taxonomy, W. H. Freeman, San Francisco, 1963. 18. Stanley S. M. At theory of evolution above the species level, Proc Nat Acad. Sci. USA, 72, 646—650 (1975). 19. Stanley S. M. Macroevolution, W. H. Freeman, San Francisco, 1979. 20. Stanley S. M. The New Evolutionary Timetable, Basic Books Inc. , New York, 1982. 21. Williams P. G. Palaeontological documentation of speciation in Cenozoic molluscs from Turkana Basin, Nature, 293, 437—443 (1981). |
|
© 2007 |
|