Метка: Наука

Обмен генами бактерии выполняют тремя способами:

1. С помощью конъюгации. Бактерии соединяются специальными белковыми трубочками, и одна из них передает другой часть своего генома.

2. С помощью вирусов. Вирусы, переходя из одной клетки в другую, могут прихватить с собой кусочек наследственной информации и встроить ее в новую клетку.

3. И самый простой способ — проглотить фрагмент ДНК прямо из окружающей среды. Дешево и сердито.

Горизонтальный обмен позволил организмам обмениваться друг с другом удачными «открытиями». С помощью заимствованных генов бактерия может быстро научиться усваивать незнакомый субстрат или противостоять токсинам (и, увы, — антибиотикам).

Отныне бактерии могли приобретать полезные признаки без необходимости дожидаться подходящей мутации. Но даже если обмен не приносил им ничего нового, он все равно шел им на пользу. Дублированные гены просто становились стратегическим запасом на случай внезапных поломок в их геноме.

Горизонтальный обмен генами стал своеобразным прообразом полового размножения и до сих пор играет важную роль в жизни бактерий.

Ядро

Более полутора миллиардов лет бактерии-прокариоты были единственными хозяевами планеты. Что неудивительно: эти существа способны выживать в любых условиях и получать энергию из чего угодно (даже из окисления металлов).

Однако именно на бактериях эволюция серьезно застопорилась. Проблема заключалась в том, что гены у них свободно плавают (я бы даже сказал «валяются») в цитоплазме. А цитоплазма — это настоящий «ведьмин котел», в котором одновременно происходят десятки химических реакций. В таких условиях было просто невозможно создать нормальные механизмы для регуляции наследственной информации.

Вот тут-то эволюция и совершила неожиданный маневр: у одноклеточных организмов появилось ядро. Его оболочка позволяла надежно отгородить ДНК от беспокойной цитоплазмы.

По одной из версий, «изобретателями» ядра стали археи — одни из самых древних бактерий на Земле. Когда атмосфера планеты начала насыщаться кислородом, археи почувствовали угрозу: этот газ для них был ядовит. И тогда они стали массово заимствовать гены у других организмов (в случае опасности так поступают многие бактерии).

В результате на свет появилась гипертрофированная бактерия с сердцевиной из организма-архея, который и стал ядром новой клетки. Эту гипотезу подтверждает сходство белков у археев и клеточных ядер.

Ядро помогло сделать процесс передачи наследственной информации более гибким и пластичным. Носители ядра (эукариоты) получили следующие «бонусы»:

1. Системы генной регуляции. Клетка могла изменить свои свойства, не меняя весь геном, а лишь слегка подстраивая его под текущие нужды.

2. Разделение областей транскрипции и трансляции. Внутри ядра фрагменты кода спокойно очищались от лишней информации (интронов), и лишь после отправлялись в цитоплазму, где на их основе синтезировался белок.

3. Уход от кольцевой хромосомы. Вместо нее у эукариотов появилось несколько линейных хромосом. Клеткам стало проще перестраивать геном и добавлять в него новые фрагменты.

4. Возможность фагоцитоза. Эукариоты могли «безнаказанно» заглатывать других бактерий, не опасаясь воздействия чужих ДНК.

Кстати, скорее всего, именно фагоцитоз и помог эукариотам обзавестись органеллами. По одной из версий, проглоченная клеткой пурпурная бактерия однажды не переварилась, а превратилась в митохондрию. А заживо съеденные цианобактерии стали пластидами, которые отвечают за фотосинтез у растений.

Итак, благодаря клеточному ядру организмы перестали пассивно пользоваться своим геномом и начали в какой-то степени его регулировать. А если снова вспомнить нашу компьютерную аналогию, то его появление можно сравнить с установкой на компьютер несложной операционной системы.

Многоклеточность

Примерно 700-900 миллионов лет назад на Земле появились первые многоклеточные организмы. От обычных бактериальных колоний они отличались прежде всего тем, что их клетки были дифференцированы по роду деятельности. Например, первые многоклеточные растения, скорее всего, состояли из двух видов клеток: первые отвечали за крепление к грунту, а вторые — за интенсивной рост всей колонии.

Вольвокс в старых учебниках приводился в качестве примера простейшего многоклеточно организма. Сегодня его относят скорее к колониям одноклеточных.

Многоклеточность стала высшим уровнем развития кооперации и дала организмам множество преимуществ:

— Узкая специализация клеток повысила их эффективность (не мы первые до этого додумались).

— Появилась возможность быстро делать «апгрейды» организма за счет подключения или отключения отдельных модулей.

— Способность к неограниченному росту. Организмы в процессе эволюции могли запросто подключать к себе новые и новые модули, не меняя при этом все остальное.

— Взаимозаменяемость клеток. Клеток у организмов стало много и все они друг друга частично дублировали. А это значит, что любую из них в случае поломки можно было легко заменить прямо «на ходу».

Многоклеточность стала своеобразным выходом эволюции в «надсистему». Она позволяла организмам еще быстрее приспосабливаться к окружающей среде и максимально гибко реагировать на ее изменения.

Половой отбор

И вот мы подошли к одному из самых мощных изобретений эволюции — половому отбору. Да, кому-то на первый взгляд может показаться, что он является всего лишь вариантом горизонтального обмена генами. Но это не совсем так.

Разделение организмов на два пола решило одну серьезную проблему, с которой сталкивались все однополые существа. Дело в том, что вегетативное размножение или партеногенез не позволяют виду избавиться от вредных мутаций.

При однополом размножении естественный отбор может отбраковать только весь геном целиком, а не отдельные его гены. Это значит, что вредные мутации будут постепенно накапливаться в ДНК, что однажды может закончиться гибелью всего вида.

А при половом отборе гены постоянно «тасуются» между разными организмами. Они образуют общий генофонд популяции, из которого можно постепенно изъять все вредные мутации.

Но и это еще не все. Со временем у двуполых организмов появились еще два преимущества:

1. Отбор стал более эффективным. Чтобы передать свои гены дальше, организму уже недостаточно получить паспорт дожить до полового созревания. Теперь ему еще нужно доказать свою «генетическую состоятельность» в борьбе за внимание самки или самца.

И этот экзамен оказался даже более суровым, чем обычное «выжить любой ценой». Даже мельчайший дефект, который почти не мешает жить, в этом деле мог стать роковым. Привередливый половой отбор отсеивает «не очень вредные» мутации и закрепляет «не самые очевидные» преимущества.

2. Появился элемент искусственного отбора. Самки (ну, или самцы) могли сами решить, признаки какого партнера больше подойдут их детям. Конечно, тут многое зависит и от развития мозга, и от инстинктов, и даже от случайной прихоти. Однако именно такому выбору мы обязаны появлением птичьего пения и живописной окраски у бабочек. И да, в эволюции человека этот фактор наверняка сыграл не последнюю роль.

Заключение

Это далеко не все изобретения эволюции. Мы можем вспомнить и эпигенетическую наследственность, которая позволяет подстроиться под окружающую среду всего за одно поколение. Можем вспомнить и социально-культурную эволюцию, которая кардинально изменила жизнь человека, даже не прикасаясь к его геному. Однако эти темы уже немного выходят за рамки «обычной» теории эволюции.

Старт: мир РНК-организмов

Еще в XIX веке ученые предположили, что жизнь на Земле вполне могла возникнуть из неживой материи. Со временем эта идея получила множество косвенных подтверждений. Например, было доказано, что все необходимые для жизни органические вещества запросто могут образоваться из неорганических, и что условия на молодой Земле были самым подходящими для таких реакций.

Насчет того, как именно происходила эта «химическая эволюция», выдвигались разные версии. Например, моему поколению в свое время излагали теорию Опарина о происхождении жизни из коацерватных капель — сгустков вещества, которые образуются в растворах белков и нуклеиновых кислот.

Однако сегодня самой популярной и проработанной стала теория РНК-мира. Она гласит, что первыми живыми существами на Земле были РНК-организмы — довольно простые молекулярные комплексы на основе РНК. Они образовались примерно 4 миллиарда лет назад и по сути представляли собой самоподдерживающие химические реакции (автокаталитические циклы).

Несмотря на примитивность, у РНК-организмов было все для дальнейшего развития:

— Они умели создавать собственные копии;

— Копии часто получались не точными, а с различными вариациями;

— Неудачные варианты, приводившие к нарушению устойчивой структуры, разрушались и «погибали».

То есть, у них присутствовали все слагаемые эволюции: наследственность, изменчивость и естественный отбор. Благодаря этому, РНК-организмы могли меняться и усложняться, а значит служили отличным исходным материалом для развития жизни.

Рекомбинация

Рекомбинация — это обмен фрагментами кода между молекулами РНК или ДНК. Во время этой процедуры молекулы разъединяются и соединяются снова, но уже другим способом.

По всей видимости, рекомбинация появилась еще у РНК-организмов. Однако у них она проходила пассивно и бесконтрольно, примерно как у современных вирусов (у которых генетическая информация тоже закодирована в РНК).

Но по-настоящему рекомбинация «обрела популярность» с появлением ДНК-организмов. А у эукариотов она стала регулярной и обязательной процедурой, которая непременно сопутствовала любому размножению. У них она чаще всего происходит в виде кроссинговера, то есть обмена участками между двумя хромосомами.

Рекомбинация, наравне с мутациями, стала основным источником наследственной изменчивости. Она помогает перемешивать нормальные и мутировавшие гены, тем самым увеличивая разнообразие генотипов в популяции. Также она легла в основу некоторых других эволюционных механизмов, которые мы рассмотрим чуть дальше.

ДНК

Шло время, и РНК-организмы становились все сложнее. Чтобы защититься от агрессивной окружающей среды, они обзавелись клеточной мембраной. А часть своих жизненных функций они передали белкам, которые справлялись с работой лучше, чем сами РНК-молекулы. Однако настоящим прорывом стала замена кода РНК на ДНК.

ДНК, в отличие от РНК, — это пассивная молекула. Вполне возможно, что в самом начале организмы использовали ее как промежуточный способ кодирования. Например, она хорошо подходила для тех фаз жизнедеятельности, которые не требуют активности (анабиоз и тому подобное). И лишь потом эволюция «оценила» все достоинства ДНК и сделала ее главным носителем информации.

Главное преимущество ДНК — это ее стабильность. Она меньше подвержена изменениям и искажениям, чем РНК, а значит гораздо лучше сохраняет наследственную информацию.

Чтобы было понятно, давайте воспользуемся компьютерной аналогией.

Представим, что РНК — это оперативная память. Программы в оперативной памяти выполняются быстро, но для долговременного хранения кода она не подходит. Для этой цели в компьютерах используется жесткий диск, на котором информацию можно хранить годами. Когда мы запускаем программу, она копируется с жесткого диска в оперативную память и там выполняется.

Аналогичный процесс происходит и в живой клетке. Вся наследственная информация хранится в ДНК, которая выполняет функцию жесткого диска. Когда возникает необходимость, код записывается на РНК («оперативку») и лишь после этого используется для производства белковых молекул.

ДНК позволило увеличить количество наследственной информации, что привело к усложнению организмов. Благодаря ей, на Земле появился мир бактерий, который дал начало всем остальным жизненным формам и благополучно сохранился до наших дней.

Сообщества

Организмов становилось все больше. Теперь им приходилось взаимодействовать не только с внешней средой, но еще и с другими организмами. А потому неудивительно, что со временем эволюция вышла на новый уровень, а именно — на уровень сообществ.

На Земле возникли первые формы симбиоза и кооперации. Их появление было не случайной прихотью природы, а острой необходимостью.

Дело в том, что ни один вид не может долго жить в одиночку: рано или поздно он израсходует все нужные ему ресурсы и погибнет. Для устойчивой жизни ему необходим хотя бы относительно замкнутый биологический цикл.

В самом простом случае для такого цикла требуются два вида организмов. Первый вид будет употреблять из окружающей среды какой-нибудь ресурс. Второй — перерабатывать отходы жизнедеятельности первого вида и возвращать исходный ресурс обратно в окружающую среду. Такое взаимодействие помогает обоим видам выживать, не истощая среду.

Первыми такими сообществами на Земле стали бактериальные маты — простейшие биоценозы из нескольких слоев бактерий.

У бактериальных матов может быть множество вариантов, и в самом простом случае для их существования достаточно всего двух слоев. Однако биологи шутят, что «настоящий мат бывает только трехэтажным». Например:

1 этаж: бактерии-фототрофы синтезируют органику из углекислого газа, перерабатывают сероводород и выделяют сульфаты.

2 этаж: бактерии-бродильщики употребляют органику и выделяют водород.

3 этаж: бактерии-сульфатредукторы  употребляют и водород, и сульфаты, а заодно производят сероводород для первого этажа.

Под матами постепенно накапливались осадочные породы и со временем превращались строматолиты — причудливые каменные образования. Самые древние из них были обнаружены в Западной Австралии: их возраст оценивается в 3,5 миллиарда лет.

Что же давали сообщества с точки зрения эволюции?

Во-первых, благодаря им, адаптация к среде вышла за пределы одного организма. Теперь каждое живое существо могло выживать, используя не только свои ресурсы, но и ресурсы других. Во-вторых, дальнейшее развитие симбиоза и кооперации привело к появлению многоклеточных организмов и тех сложных биоценозов, которые мы наблюдаем сегодня.

Во второй части статьи мы рассмотрим другие, более поздние формы изменения организмов. Не пропустите, она выйдет завтра!

Нет, всё нормально, иллюстрация загрузилась. Просто, на самом деле, в поясе астероидов довольно мало астероидов: объектов с размером хотя бы в километр там всего лишь несколько миллионов (точное их количество пока ещё не известно).

Вам может показаться, что несколько миллионов объектов — это довольно много, однако расположены они на огромном пространстве между орбитами Марса и Юпитера. Сами же эти объекты в основном довольно маленькие (хотя, как говорилось в предыдущих разделах, среди них всё-таки есть объекты достаточного размера, чтобы в своё время претендовать на статус полноценных планет и даже сейчас выбиться хотя бы в карликовые).

В общем, миллионы (10⁶) объектов рассеяны примерно в 1,6*10²⁶ кубических километров. Это и приводит к тому, что между «соседними» астероидами расстояние тоже будет измеряться в миллионах или хотя бы в сотнях тысяч километров.

Для сравнения: диаметр Земли — примерно 12 800 километров. Расстояние до Луны — 385 000 километров. То есть Земля с Луной «упакованы» гораздо плотнее, чем астероиды в поясе астероидов.

Впрочем, это, конечно, только в среднем — ведь системы из вращающихся друг вокруг друга астероидов тоже возможны и наверняка существуют. Равно как существуют и перепады плотности внутри пояса. Однако плотность всё равно совсем невелика.

Что, впрочем, вполне ожидаемо. Дело в том, что авторы визуальных иллюстраций, разумеется, в первую очередь гонятся за зрелищностью, а одна каменная или ледяная глыба в пустоте смотрится далеко не так эффектно, как тысячи огромных глыб на расстоянии километров или даже сотен метров друг от друга.

Насколько такое вообще возможно? Ну, гипотетически возможно, однако очень ненадолго. Ведь даже те астероиды, которые по размерам существенно меньше, скажем, Земли, всё равно обладают массой и, следовательно, создают вокруг себя гравитационное поле. Это поле с неизбежностью заставит астероиды «упасть» друг на друга и либо слипнуться, либо разбить друг друга в пыль.

Более-менее стабильной могла бы быть система, в которой астероиды вращаются друг вокруг друга, подобно тому, как это делают Луна и Земля: тогда, как мы помним, при падении друг на друга они будут «промахиваться» за счёт вращения.

Особенно если бы система состояла из одного относительно массивного объекта и нескольких гораздо более лёгких.

Однако при сравнимых массах и большом количестве задействованных объектов, как это изображается в играх и фильмах, появление относительно стабильной системы крайне маловероятно. Иные же, если и были в момент зарождения Солнечной системы, давно уже пришли к слипанию составляющих их астероидов или к превращению их в пыль.

И тут даже не помогло бы вращение астероидов вокруг Солнца: ведь даже если бы они двигались по своим орбитам с одинаковой скоростью, притягивать друг друга они бы от этого не переставали. И эта дополнительная — помимо притяжения Солнца — сила всё равно заставляла бы их сближаться.

Единственный вариант относительной стабильности: достаточно большие расстояния. Тогда сила взаимного гравитационного притяжения астероидов оказалась бы столь малой, что сближение шло бы достаточно долго, и планеты солнечной системы, относительно которых расположение астероидов всё время меняется, успевали бы как-то скомпенсировать своим притяжением сближение астероидов.

При близких же расстояниях, подобных распространённому киноштампу, такое невозможно.

Вдобавок, Главный пояс астероидов находится между орбитами Марса и Юпитера, последний же столь массивен, что при своём движении способен собственной гравитацией срывать астероиды с орбиты вокруг Солнца и «швырять» их в произвольном направлении, что ещё сильнее затрудняет образование долговременных стабильных систем.

Предположительно, именно наличие Юпитера поблизости помешало астероидам Главного пояса слипнуться в одну или две планеты со спутниками.

Как говорилось ранее, в Солнечной системе есть и более далёкий пояс астероидов — пояс Койпера, в котором, в частности, находятся Плутон с Хароном. Этот пояс содержит в себе в десятки (возможно, в сотни) раз бо́льшую массу астероидов и карликовых планет, но и по своим линейным размерам он в десятки раз больше, а потому и там тоже объекты находятся на расстоянии миллионов километров друг от друга.

Впрочем, астероиды есть и в других местах Солнечной системы, причём в весьма немалых количествах. Так, между орбитами Юпитера и Нептуна тоже находится изрядное количество астероидов, условно называемых «кентаврами» (иногда так называют и вообще все астероиды от Солнца до пояса Койпера, исключая Главный пояс).

Четыре гигантские планеты делают положение этих астероидов очень нестабильным и потому в этом диапазоне имеется изрядная «текучка кадров»: с одной стороны, пролетающие мимо астероиды и кометы «захватываются» одной из планет или их совокупностью, с другой стороны, ранее захваченные объекты выкидываются из этой области при изменении взаимного расположения планет. Кроме того, разумеется, часть астероидов просто падает на Юпитер, Сатурн, Уран или Нептун. Или становится их спутниками.

Правда, «текучка кадров» тут только по астрономическим масштабам, измеряемым в миллионах лет, а вовсе не по Земным: «через год уже всё поменялось».

Наконец, за поясом Койпера находится пока ещё слабо изученная область, называемая «облаком Оорта». Она простирается от пояса Койпера до предположительно четверти расстояния до ближайшей к Солнцу звёздной системы — Альфы Центавра. За её пределами, предположительно, кончается то, что можно было бы назвать «Солнечной системой» — та область, где Солнце доминирует в плане своего гравитационного потенциала.

В облаке Оорта, видимо, находится подавляющее большинство комет — в то время, когда они не летят во «внутренней части» Солнечной системы, однако весьма вероятно и наличие астероидов тоже.

Кроме того, не исключено, что там от нашего взгляда до сих пор скрываются ещё не обнаруженные объекты Солнечной системы, которые могли бы претендовать на статус полноценных планет.

Возможно, у кого-то возникнет вопрос: если киношные «кластеры астероидов» невозможны, то почему же тогда существуют кольца у планет-гигантов, например, у Сатурна? Разве же не должны были те же самые причины привести к слипанию частиц, составляющих кольца?

Видимо, должны были бы. Однако, хотя физика колец ещё не очень хорошо изучена, наиболее вероятна гипотеза о том, что существование колец обеспечивается не только гравитационным полем планет-гигантов, но и их магнитным полем. Неравномерность которого заставляет частицы располагаться в областях с наиболее низким потенциалом оного, что препятствует их сближению в результате взаимных гравитационных сил.

Вблизи же астероидов не существует источника столь сильного магнитного поля, поэтому нечему предотвратить их сближение.

 

Другие статьи из этой серии:

Часть 1 — Смена времён года — https://xren.su/myths-about-astronomy-1/

Часть 2 — Земля вращается вокруг Солнца — https://xren.su/2334/

Часть 3 — В Солнечной системе 9 планет — https://xren.su/myths-about-astronomy-3/

Часть 4 — В космосе невесомость — из-за слабой гравитации — https://xren.su/myths-about-astronomy-4/

Часть 5 — Только с космической скоростью можно улететь с Земли — https://xren.su/myths-about-astronomy-5/

Часть 6 — Фазы Луны — https://xren.su/myths-about-astronomy-6/

Часть 7 — Вращение Луны и её обратная сторона — https://xren.su/myths-about-astronomy-7/

Летучая собака ест фрукты

Кровь вампир предпочитает пить у спящих животных. Инфракрасные рецепторы позволяют ему обнаружить на жертве место, минимально покрытое шерстью (или не покрытое вовсе). Укус же у них практически безболезненный, чтобы не побеспокоить спящую жертву. Слюна  вампира содержит ферменты, которые анестезируют место укуса и препятствуют сворачиванию крови. Как правило один прием пищи у мыши длится 20-30 минут, и за это время она успевает выпить до 40 мл. крови (столовая ложка). Неприятным побочным эффектом для жертвы может стать, то, что из-за слюнных ферментов место укуса кровит до 8 часов.

Итак, перед нами беспощадный паразит — вампир обыкновенный (Desmodus rotundus), он же десмод, он же большой кровосос. Казалось бы, какие могут быть отношения у мрачного ночного охотника за кровью с его собратьями? Но эти млекопитающие — яркий пример внутригрупповой взаимовыручки! Ведь они делятся добытой кровью со своими родственниками и друзьями.

Дело в том, что не каждая ночь охотника-вампира оказывается удачной, и приходится ложиться спать голодным. И даже две голодные ночи подряд для вампира — не редкость. К несчастью, эти млекопитающие не могут долго противостоять голоду и оказываются близки к смерти уже через 60 часов! Но у этого вида есть одна особенность: удачливая летучая мышь, нашедшая подходящую жертву, может выпить больше крови, чем нужно ей самой, а излишек отрыгнуть прямо в пасть своего голодного собрата. Это удивительное проявление щедрости заинтересовало ученых.

Профессор Джеральд Уилкинсон несколько десятилетий посвятил изучению десмодов. И его исследования еще в 1984 году подтвердили, что эти вампиры делятся излишней кровью с менее удачливыми родственниками.  И это логично! Ближайшие родственники являются носителями одних и тех же генов, и чтобы сохранить эти гены и передать их следующему поколению, члены одной семьи помогают друг другу. С чего бы мышам заботиться о каких-то посторонних особях?

Но 2 января 2013 года профессор Уилкинсон с коллегой Джеральдом Картером опубликовал результаты нового двухлетнего исследования, которое доказало, что наличие общих генов совсем не обязательно для вампиров, прикармливающих голодных собратьев. Это открытие показалось ученым настолько необычным, что вначале они предположили, что мыши элементарно ошибаются, делясь с пищей с не родственными особями, или же делают это под давлением.

Вампир пьет кровь

В течение двух лет исследователи отбирали контрольные группы по 20 вампиров, которых принудительно «постили» в течение суток, а затем объединяли с сытыми собратьями. Оказалось, что доноры не всегда выбирают родственников и инициируют обмен едой чаще, чем получатели. Это отвергло гипотезу обязательного родства или принуждения. Тщательное наблюдение за поведением вампиров открыло интересные детали. Накормленные стараются возвратить долг. То есть в первую очередь делятся кровью с теми вампирами, которые в прошлом помогли им. В среднем это происходит в четырех из возможных шести случаев.

Как уверяют ученые такая связь в 8,5 раз сильнее, чем родство. И это не удивительно, ведь делясь пищей, они спасают друг другу жизни в буквальном смысле.

Desmodus rotundus мордочка

Интересно, что самки, в первую очередь подкармливают потомство, во вторую очередь самок-родственниц и лишь потом могут помочь кому-то постороннему.

Подобное сотрудничество увеличивает количество членов группы не только за счет родственников. А чем больше членов в социальной группе, тем больше количество потенциальных «помощников». Так шансы на выживание возрастают и у всего сообщества, и у каждой отдельной особи.

Вампиры — еще один пример социального взаимодействия и взаимопомощи с целью более эффективного выживания. Мыши делятся едой друг с другом, расширяют свои не родственные связи, увеличивая численность своей группы для того, чтобы быть уверенным в завтрашнем сытом дне.

Читайте также предыдущую статью о супер-социальных млекопитающих — голых землекопах. — https://xren.su/heterocephalus-glaber/

Биогеографические доказательства

Биогеография изучает распространение животных и растений. Эта наука тоже предоставила несколько веских доводов в пользу эволюции.

1. Распространение организмов соответствует эволюционному дереву

Если исходить из концепции разумного замысла, то земные организмы должны жить там, где для них созданы наиболее благоприятные условия.

А теория эволюции утверждает, что места обитания организмов зависят исключительно от места их происхождения. То есть если вид произошел от какой-то популяции, то будет жить неподалеку от нее.

Это мы и наблюдаем на нашей планете. Кактусы растут только в пустынях Америки, хотя на Земле есть и другие подходящие для них пустыни. А плацентарные млекопитающие почти не встречаются в Австралии, хотя условия для них там просто отличные (кролики и собаки Динго это подтвердят).

Да, многие виды превосходно бы себя чувствовали и в других уголках планеты. Но их распространение ограничено географическими барьерами и эволюцией.

2. Обитатели островов

На многих океанических островах нет организмов, неспособных преодолевать водные препятствия.

Например, на Гавайских островах живут различные эндемичные насекомые, птицы и растения. Но там нет пресноводных рыб, рептилий и млекопитающих (кроме тех, что завез человек). Такая же картина наблюдается на острове святой Елены и Галапагосских островах.

Почему Дизайнер не создал на островах «нормальных» млекопитающих, но создал такое множество эндемичных летучих мышей? С позиции разумного замысла ответить на этот вопрос сложно.

А вот с точки зрения эволюции, все просто: большинство млекопитающих не могут переплыть протяженный массив воды, тогда как летучие мыши способны преодолеть его по воздуху.

3. Параллельная эволюция

Параллельная эволюция — это когда существа, не имеющие генетического родства, дают сходные наборы жизненных форм. Например:

— Белка-летяга и сумчатая летяга;

— Муравьед и сумчатый муравьед;

— Крот и сумчатый крот.

Да, сумчатая летяга внешне похожа на белку-летягу, но генетически она ближе к кенгуру.

Теория эволюции объясняет это так: животные просто обживают свободные экологические ниши, а потому приобретают соответствующие признаки. Зачем Дизайнеру проектировать такие «дубли» — непонятно.

4. Ископаемые и дрейф континентов

Распространение ископаемых согласуется и с теорией эволюции, и теорией тектонических плит.

Например, останки самых древних сумчатых были найдены в Северной Америке. Сумчатые обитали там примерно 80 млн лет назад, тогда как в Австралии они появились лишь через 50 миллионов лет.

Ученые предположили, что животные «эмигрировали» из Америки в Австралию, когда те образовывали единый суперконтинент — Гондвану. Но в этом случае на пути у сумчатых находилась бы Антарктида, которая в то время тоже входила в Гондвану. А это значит, что следы животных должны присутствовать и там.

Предсказание оказалось верным. В 1982 году на острове Сеймур (рядом с Антарктидой) были найдены кости древних сумчатых.

Без теории эволюции и теории тектонических плит такое распространение ископаемых выглядело бы очень нелогичным.

5. Ископаемые и современные обитатели регионов

Еще Чарльз Дарвин заметил, что ископаемые животные часто похожи на тех, кто обитает в этом регионе сегодня.

Например, в Южной Америке, живут такие существа, как ленивцы и броненосцы. Там же были найдены их ископаемые предки — мегатерии (гигантские ленивцы) и глиптодонты (гигантские броненосцы). В других местах их останки просто не встречаются.

Все эти биогеографические закономерности объяснимы лишь в том случае, если организмы происходили друг от друга, а не возникли на Земле уже в готовом виде.

Эмбриологические доказательства

Прежде чем приступить к доказательствам из этого раздела, нужно прояснить пару моментов.

Мы привыкли говорить «эволюция организмов» и это, в общем-то, верно. Но если быть точными, то эволюционирует не сам организм, а программа его индивидуального развития (по-научному — «онтогенез»).

Эта программа определяет, как именно и в каком порядке будут делиться клетки, какие ткани и органы должны образоваться и т. п. И если у организма в процессе эволюции изменился какой-то признак (например, цвет шерсти), значит изменился алгоритм, которые отвечает за создание этого признака.

По сути, программа развития каждого вида — это просто «переделанная» программа развития его предков. При этом все изменения обычно записываются в самый конец программы. Дело в том, что мутации на ранних стадиях развития приводят к слишком уж радикальным изменениям и обычно вредны.

Из этого следует, что в процессе своего индивидуального развития организм будет отчасти повторять основные этапы эволюции вида. Так утверждают ученые-эволюционисты. Подтверждается ли это фактами? Да, подтверждается.

1. Сходство зародышей на ранних стадиях

Разные организмы проходят фактически одинаковые стадии развития: зигота, бластула, гаструла и так далее.

При этом на ранних стадиях наблюдается удивительное сходство между эмбрионами животных из групп. Например, у всех позвоночных (включая млекопитающих) в самом начале есть хвост и зачатки жаберных дуг.

Это указывает на то, что все они когда-то имели общего предка.

2. Повторение основных этапов эволюции

Как я уже писал, все эволюционные изменения записываются в самый конец программы индивидуального развития. Именно поэтому эмбрион повторяет основные этапы эволюции своего вида.

Например, жаберные дуги и жаберные мешки у млекопитающих постепенно превращаются в другие органы (евстахиевы трубы, среднее ухо и т. д.). У змей и безногих ящериц видны зачатки конечностей, которые со временем рассасываются. А у эмбрионов китов и дельфинов есть задние ноги, которые в процессе развития тоже исчезают.

Все эти метаморфозы, через которые проходит эмбрион, полностью соответствуют современным представлениям об эволюции видов.

 

Молекулярно-генетические доказательства

В XX и XXI веке началось стремительное развитие генетики и молекулярной биологии. Сделанные в этих областях открытия стали настоящим «моментом истины» для теории эволюции.

Вот только некоторые доказательства эволюции, предоставленные этими науками:

1. Молекулярно-генетическое сходство

Сразу после открытия ДНК стало понятно, что все живые существа имеют между собой удивительное сходство. У всех земных организмов:

— Есть ДНК и РНК;

— Одинаково устроена система кодирования и распознавания;

— Одинаково работают транспортные РНК;

— Код основан всего на 4 нуклеотидах (из 102 возможных);

— Организм строится из 20 аминокислот (из 390 возможных);

— Схожим образом работает клеточный метаболизм (например, энергия синтезируется с помощью АТФ);

…и еще множество аналогичных совпадений.

Зачем Дизайнеру устанавливать в каждый организм абсолютно одинаковую систему кодирования? Тем более что разные системы кодирования избавили бы нас от опасных вирусов, которые передаются между видами.

2. Различия между геномами соответствуют эволюционному дереву

Сегодня мы легко можем установить степень родства между людьми, просто сравнив их ДНК. Сейчас этот метод используется очень активно и не отрицается даже креационистами.

Однако точно так же мы можем проверить степень родства между разными видами. Например, у человека и шимпанзе, нашего ближайшего родственника, разница в геноме составляет всего 1-2% (для любителей чисел: это 35 миллионов нуклеотидных замен из 30 миллиардов возможных).

Впрочем, нам даже не обязательно изучать весь геном. Одного или нескольких общих генов вполне достаточно, чтобы установить родство и построить родословное дерево.

3. Эндогенные ретровирусы

Когда вирус попадает в половые клетки эмбриона, он начинает передаваться по наследству.

Следы таких вирусов присутствуют в геноме многих животных. Но вероятность того, что у разных видов они случайно попадут в один и тот же участок ДНК ничтожно мала. Если, конечно, эти виды не состоят между собой в родстве.

Именно такую картину мы и наблюдаем в реальности. Например, в геноме человека найдено около 30 000 эндогенных вирусов. При этом:

— Часть из них есть только у человека;

— Часть — только у человека и шимпанзе;

— Еще часть — только у человека и человекообразных обезьян;

и так далее.

Вот интересный ролик на эту тему:

Ничем кроме эволюции подобное объяснить нельзя. И это, на мой взгляд, одно из самых красивых доказательств.

4. Псевдогены

Псевдогены — это гены, которые по каким-то причинам перестали работать. Логично предположить, что у видов, которые произошли от одного предка, будут присутствовать одни и те же псевдогены.

В качестве примера, рассмотрим ген GULO, расположенный в 8-й хромосоме. Этот ген помогает млекопитающим синтезировать аскорбиновую кислоту, однако у приматов в процессе эволюции он «поломался» и теперь они получают витамин C исключительно из пищи. Такая же печальная участь постигла и человека.

Псевдогены не участвуют в формировании организма, поэтому «безнаказанно» накапливают мутации. По этим мутациям можно легко проверить степень родства. Например, с геном GULO картина выглядит так:

— Человек и шимпанзе — 97% совпадений;

— Человек и орангутан — 94%;

— Человек и макака — 89%.

Это можно объяснить лишь тем, что все приматы произошли от одного предка, утратившего способность производить витамин C.

Заключение

Теория эволюции отвечает на многие вопросы, связанные с жизнью на Земле.

Например, как образовались рудиментарные органы? Откуда берутся атавизмы? Почему эмбрионы на ранних стадиях так похожи друг на друга? Почему у разных видов совпадают последовательности нуклеотидов и даже расположение эндогенных вирусов?

Креационизм на эти вопросы ответить не может. А теория эволюции не только объясняет эти явления, но и делает предсказания, которые легко проверяются.

Систематика и эволюция

Объединить живые организмы в единую систему пытались еще античные мыслители. Однако отцом современной систематики стал шведский естествоиспытатель Карл Линней, живший в XVIII веке. Именно он ввел такие понятия, как класс, род, отряд и вид. Он же предложил стандарт научного названия видов, который используется до сих пор.

В последующие десятилетия ученые дополняли и дорабатывали его систему, делая ее все более точной и совершенной. Когда же Дарвин издал «Происхождение видов», выяснилось, что вся эта систематика является серьезным доводом в пользу эволюции.

 

1. Классификация организмов совпадает с эволюционным деревом

Многоуровневая иерархия организмов (царства, типы, классы, отряды и т. д.) полностью соответствует предполагаемому делению популяций во время видообразования.

Иными словами, каждая веточка в систематике говорит о том, что у этой группы организмов был общий предок. Например, весь отряд приматов произошел от небольшого зверька пургаториуса, а общими предками млекопитающих были такие существа, как цинодонты.

Систематика организмов создавалась долгие годы и признается всеми учеными. Как оказалось, именно эволюция и превращает этот перечень организмов в стройную и понятную систему.

 

2. Иерархическое дерево — признак эволюции

Когда-то считалось, что оно говорит лишь об иерархическом замысле Творца. Однако другие природные объекты таких деревьев не образуют. Минералы, звезды и химические элементы можно упорядочивать как угодно, но в единую объективную иерархию их выстроить не получится.

А вот с организмами картина совсем другая. Мы можем их сортировать по различным признакам, геному или даже по отдельным генам. Но всякий раз мы, так или иначе, будем приходить к уже знакомому нам дереву.

Похожие деревья образуют и другие объекты, возникшие в результате эволюции. Например, человеческие языки:

Такая многоуровневая иерархия указывает на то, что объекты возникли не просто так, а образовались из тех, что существовали ранее.

 

Морфологические доказательства

Из креационизма следует, что все организмы спроектированы с чистого листа. У Великого Дизайнера была возможность создать уникальных существ, отлично устроенных и никак не связанных друг с другом.

Однако это противоречит наблюдаемым фактам.

(Примечание: Я буду писать «Дизайнер», поскольку не все сторонники разумного замысла являются представителями авраамических религий).

 

1. Гомологичные органы

Гомологичными называют органы, которые имеют сходное строение и развиваются из одних зачатков, но выполняют разные функции.

Пример такого органа — пятипалая конечность. У приматов она служит для хватания, у дельфинов превращается в плавник, у лошадей — в копыто, а у летучих мышей — в крыло. При этом состоит она из одного и того же набора костей, которые просто переделаны под разные задачи.

Представим, что современный механик решил сделать из мотоцикла автомобиль, а из автомобиля — спортивный самолет. Это, конечно, реально. Но зачем? Ведь получится гораздо хуже, чем если собирать машину с нуля.

То же самое и с гомогенными органами: зачем Дизайнеру создавать их из одного и того же набора, когда ему доступны абсолютно любые решения? А вот эволюция на такое пойдет запросто. Ведь она «подгоняет» под текущие нужды то, что у нее уже есть.

 

2. Рудименты

Рудименты — это органы, которые в процессе эволюции утратили свое первоначальное значение. Такие органы иногда могут выполнять какую-то не слишком важную функцию, но для прежних целей уже не используются.

Например, страусам их крылья помогают сохранять равновесия во время бега и привлекать самок. Однако по строению видно, что сконструированы они были все-таки для полета.

Эта же беда приключилась с крыльями киви, какапо и других нелетающих птиц. А у пещерных и подземных животных рудиментами стали даже глаза. Причем у некоторых видов (например, слепышей) они заросли кожей и увидеть ими ничего нельзя при всем желании.

Есть такие органы и у человека. К ним относятся:

— Хвостовые позвонки (а у некоторых есть даже хвостовая мышца);

— Волосяной покров на теле;

— Мышца arrectores pilorum (благодаря ей у животных шерсть «встает дыбом»);

— Ушные мышцы (умение шевелить ушами — очень сомнительный навык);

— Хватательный рефлекс у младенцев;

— Икотный рефлекс;

…и другие «полезные» приспособления.

Хорошо, пусть Дизайнер сконструировал эти органы для целей, которые нам пока непонятны. Но тогда зачем было придавать им сходство с другими работающими органами?

 

3. Атавизмы

Атавизмы — это признаки, которые характерны для предковых форм, но иногда появляются и у потомков.

К атавизмам относятся: задние ноги у китов, дельфинов и змей, дополнительные пальцы у лошадей, зубы у птичьих зародышей и прочие аномалии, которые возникают у животных снова и снова. У людей они проявляются в виде сплошного волосяного покрова, хвостовых отростков и других подобных отклонений.

Задние конечности у дельфина

Креационисты на этот счет ничего внятного не говорят. А вот теория эволюция объясняет атавизмы очень просто. Дело в том, что все эти органы «отключились» в процессе эволюции, но их устройство все еще записано в ДНК. В некоторых случаях (например, при нарушении эмбрионального развития) эти органы могут снова активизироваться.

 

4. Несовершенные органы

Некоторые органы имеют весьма странное и часто нецелесообразное устройство.

Самый забавный пример — возвратный гортанный нерв у млекопитающих. Он тянется от мозга к сердцу, огибает аорту, а потом возвращается к горлу. Если у людей это еще терпимо, то у несчастного жирафа длинна возвратного нерва может достигать 4 метров. А вот у рыб, не имеющих шеи, этот нерв пролегает вполне рационально.

Объяснить это можно лишь тем, что органы животных не создавались с нуля. Они образовались за счет переделки старых органов, из-за чего иногда и возникают подобные казусы.

Из этих примеров вывод напрашивается только один: свои признаки организмы получили не просто так, а по наследству от предков. Это свидетельствует в пользу эволюции, но плохо стыкуются с разумным замыслом (если, конечно, он не заключался в эволюции).

Палеонтологические доказательства

Палеонтология оказала огромное влияние на развитие эволюционной теории. Благодаря ей стали понятны многие закономерности эволюции и появились новые свидетельства в ее пользу.

 

1. Жизнь менялась

Уже самым первым палеонтологам стало ясно, что жизнь на Земле менялась и происходило это не один раз. На смену одним обитателям планеты постоянно приходили новые, которые отличались не только от современных организмов, но и от своих предшественников.

В XIX-XX веке некоторые креационисты пытались объяснить эти глобальные перемены с помощью «катастрофизма». По их словам, Бог несколько раз создавал, а потом зачем-то уничтожал жизнь. Но когда число обнаруженных палеонтологами «катастроф» перевалило за сотню, эта гипотеза стала терять популярность.

2. Каждому слою соответствуют свои ископаемые

Именно так ученые и определяют возраст слоев. Маркерами возраста стали «руководящие ископаемые», то есть организмы, которые в определенные эпохи встречались повсеместно (аммониты, трилобиты и т. д.).

Примеры руководящих ископаемых

Вопреки тому, что говорят антиэволюционисты, этот метод датировки отнюдь не гипотетический. С его помощью сегодня ищут различные полезные ископаемые, включая нефть. А нефтедобытчики — люди прагматичные и вряд ли стали бы кому-нибудь платить за пустые гипотезы.

 

3. Эволюционные ряды

Перед палеонтологами эволюция разворачивается во всей своей красе. Дело в том, что в некоторых группах ископаемых можно наблюдать так называемые эволюционные ряды — постепенную смену одних видов другими.

Наиболее заметны эти ряды у тех же руководящих ископаемых: аммонитов, морских ежей, трилобитов и других морских обитателей.

 

4. Переходные формы

Среди ископаемых встречаются организмы, которые объединяют в себе характерные признаки разных видов. Такие находки вполне объяснимы с точки зрения теории эволюции. Ведь если одни животные произошли от других, то высока вероятность встретить и промежуточные варианты.

Одной из первых таких находок стал археоптерикс — промежуточная форма между рептилией и птицей. В дальнейшем были найдены и другие динозавроподобные предки пернатых.

Существование переходных форм хорошо объясняется теорией эволюции, но плохо «стыкуется» с креационизмом.

———————————————————
Во второй части вы узнаете о других, не менее важных и интересных доказательствах эволюции: биогеографических, эмбриологических и молекулярно-генетических.

Иными словами, логика не гарантирует вам ответ на любой вопрос, независимо от системы аксиом. «Стоит четырёхэтажный дом, в каждом этаже по восемь окон, на крыше — два слуховых окна и две трубы, в каждом этаже по два квартиранта. А теперь скажите, господа, в каком году умерла у швейцара бабушка?» На этот вопрос логический ответ: «Из предоставленных данных ответ не выводим». Это, подчеркну, тоже ответ. Логический. Закономерный. Прописанный в правилах логики, даже если кто-то их плохо понимает или не знает вообще.

Парадоксы с критскими лжецами и им подобные разрешаются через закон логики, согласно которому система первичных высказываний не должна содержать противоречий. В этих парадоксах противоречия есть, что доказывается простым рассуждением, поэтому правильный логический ответ: «система содержит противоречивые аксиомы, а потому некорректна». Из такой системы при помощи несложных логических операций можно вывести «доказательство» любого произвольного утверждения, а потому такие наборы аксиом просто нет смысла рассматривать: их следствиями является полное множество вообще всех утверждений, а потому они не несут никакой информации.

Парадокс с брадобреем, который бреет тех, кто не бреется сам, разрешается, например, выводом: «такой брадобрей не может существовать». Прямо по вышеописанному способу: есть запрет на наличие противоречий в системе базовых утверждений, а тут противоречие показывается парой операций.

Парадоксальную фразу «это утверждение — ложно» и ей подобные тоже можно разрешить вышеуказанным запретом на противоречивые системы базовых утверждений. Но, кроме того, и запретом на бесконечную рекурсию — в дополнение к требованию о непротиворечивости утверждений: если система высказываний при попытке проанализировать некое утверждение на истинность в её рамках приводит к бесконечной рекурсии, то данное утверждение просто не определено относительно данной системы утверждений.

Впрочем, есть и более извёрнутый способ разрешения, связанный со смыслом понятия «высказывание». В частности, высказывания о высказываниях — это не то же самого типа высказывания, что просто высказывания. Здесь в одной системе (и даже в одном утверждении) смешаны сразу два их типа, что в общем случае не гарантирует разрешимости и подводит либо к запрету на противоречия, либо к запрету на бесконечную рекурсию, но уже в ином смысле: здесь слово «утверждение» означает одновременно и логическое утверждение, и ссылку на саму фразу. Что не одно и то же. На каждом витке рассуждений мы будем наращивать «степень» этого отношения: утверждение об утверждении об утверждении, утверждение об утверждении об утверждении об утверждении и т. д. Каждый раз ошибочно считая, что, будто бы, термин «утверждение» имеет один и тот же смысл — раз уж он называется одним и тем же словом.

Впрочем, парадоксы, основанные на системе утверждений, некоторые из которых содержат утверждения о других утверждениях, тоже приводят к якобы «парадоксу». Как бы следует, что некоторое утверждение (обычно — как раз «утверждение об утверждении») одновременно истинно и ложно. Но нет, «парадокс» тут возникает исключительно потому, что мы пытаемся вывести истинность или ложность некоторой системы утверждений, основываясь на них же самих.

Такое просто невозможно сделать: можно лишь сказать, что утверждения содержат противоречие, поэтому не могут быть верны одновременно, а, следовательно, система аксиом противоречива.

Но иные утверждения об истинности сделать невозможно, ведь логика — это не про проверку истинности утверждений. Это про проверку истинности или ложности утверждений, относительно других утверждений.

Ну, или о неопределённости статуса их взаимоотношений, как в случае с «бабушкой швейцара».

Об этом же принципе, кстати, говорит и любимые многими теоремы Гёделя: они тоже доказываются именно что построением утверждения о системе утверждений. То есть это — попытка «доказать» истинность системы аксиом при помощи них же самих. Именно в этом смысле «неполна» непротиворечивая система аксиом: нельзя построить такую систему, которая докажет истинность её же самой. А вовсе не (как некоторые думают) что «в любой системе аксиом есть какие-то положения, утверждений о ней самой не касающиеся, но при этом ложные и истинные в её рамках одновременно». Так, разумеется, тоже может оказаться, но этого ни Гёдель, ни кто-либо другой никогда не доказывал.

При помощи обращения внимания на то, что именно утверждается, логически разрешаются парадоксы вида: «Вася сказал то, а Петя — это». Да, действительно, высказывания Васи и Пети могут противоречить друг другу, но в данном случае система утверждений состоит из утверждений о том, что именно сказали Вася и Петя, а вовсе не о том, что ими сказанное одновременно верно́. Если оно верно́, то это — система с противоречиями. Вопрос закрыт. Если же речь именно про то, что Вася вот так сказал, а Петя — вот эдак, то вариантов разрешения целая куча. Например, «Вася ошибся». Или «Петя врёт».

В описании «парадоксов» это пытаются замаскировать и в процессе рассуждений меняют смысл этих утверждений, нарушая первый закон логики: то делается акцент на том, что «Вася сказал, что А — истинно», то на том, что «А — истинно». Будто бы это — одно и то же. Но нет, при аккуратном анализе вся парадоксальность исчезает.

В общем, я пока что не встречал ни одного действительно «логического парадокса». Все они разрешаются обычной формальной логикой по закономерным правилам.

И мне, вот, интересно. А есть ли у вас такого рода примеры, которые ставят вас в тупик?

Полное название этого зверька — хоботковая собачка Петерса. Почему «хоботковая» становится ясно при первом взгляде на него: нос этого животного — слишком яркая деталь, которую нельзя было не отразить в названии. =) Такой выдающийся нос нужен собачкам Петерса, чтобы выискивать свой основной корм — муравьев, жуков и прочих беспозвоночных — в толще палых листьев. Он является важным органом осязания. Почему это животное носит имя «собачка», хотя ни визуального, ни зоологического сходства с собаками не имеет, вопрос к ученому, который впервые описал этот вид и, соответственно, получил право дать ему название. А ученым этим был Вильгельм Петерс (вот и тайна третьего слова в названии) — немецкий зоолог, натуралист, анатом, иностранный член-корреспондент Российской академии наук. Он описал хоботковую собачку Пе6терса в далеком 1843 году.

Хоботковая собачка — довольно маленькое животное. Длина ее тела составляет всего 22-30 см и примерно столько же приходится на лысый, как у крысы, хвост. Вес взрослого животного — примерно 500 грамм. Несмотря на довольно маленькие уши, хоботковые собачки обладают достаточно острым слухом. Их задние лапы значительно длиннее передних, что позволяет им совершать мощные прыжки.

Хоботковые собачки — полностью наземные животное. Хотя у них длинные и острые коготки, лазать по деревьям они не умеют. Активны в светлое время суток, но утрорм и вечером, когда не очень жарко. Отдыхают и спят во временных гнездах, которые они ежедневно сооружают на земле.

Живут хоботковые собачки недолго — всего 4-5 лет. Но на всю свою короткую жизнь они находят себе одну-единственную половинку, с которой живут на определенной территории. Причем, у них весьма своеобразные отношения. Самец прогоняет с территории других самцов, а самка — самок. Помимо охраны совместной территории и спаривания для продолжения рода, больше их ничего не объединяет. Они ведут независимый образ жизни: питаются, отдыхают и строят гнезда отдельно.

Как стригут волосы в космосе?

Как подают десерт на МКС?

Космическая кухня

Как занимаются спортом на МКС?

Эксперимент! Выжимаем полотенце на борту МКС

Как очищают воду на МКС ?

Как плачут в невесомости ?

Как чистят зубы в невесомости?

Как стригут ногти в невесомости?

Как спят в невесомости?