Эволюция – это процесс изменения организмов со временем, описывающий адаптацию живых существ к окружающей среде благодаря накопленным генетическим изменениям. Данный процесс начался миллиарды лет назад, продолжается до сих пор, и весьма маловероятно, что в необозримом будущем он когда-нибудь достигнет конца. Благодаря эволюции стало возможным развитие столь огромного разнообразия жизни, а примитивные простейшие организмы смогли превратиться в миллионы кардинально отличающихся друг от друга видов. Но как она работает? Какую роль в процессе играет наша генетика? Для чего нужен естественный отбор? Давайте разбираться вместе.
Механизмы эволюции
Наверняка у многих, кто сейчас читает этот текст, есть домашнее животное, будь то кошка, собака или морская свинка. Те, кто питомцев не имеет, уж точно видели, как прохожие гуляют с «братьями нашими меньшими». Но задумывались ли вы, увидев, например, таксу и мопса вместе, почему от одних предков произошли настолько разные потомки? Чтобы ответить на этот вопрос, мы рассмотрим этот процесс на примере животных. Но принципы эволюции у других видов абсолютно такие же.
Итак, как животные развиваются в совершенно новый вид?
Да и вообще, что есть «вид»?
Вид – это сообщество животных, способных производить потомство друг с другом, и это потомство, в свою очередь, будет также способно воспроизводиться. Уникальность живых существ гарантирована избыточным производством потомства, наследственностью и естественным отбором. Каждое живое существо особенное, что является основой для эволюции. Представители видов могут быть сильно похожи друг на друга внешне, но все они имеют немного разные особенности и характеристики. Звери могут быть немного больше, толще, сильнее или смелее, чем их собратья.
Что же является причиной этих различий? Каждый организм состоит из клеток. Каждая клетка имеет своё ядро. Оно содержит хромосомы, а те, в свою очередь, хранят ДНК. ДНК состоит из различных генов, и именно эти гены являются информационными носителями жизни. Они содержат указания и распоряжения для клеток и определяют характеристики и черты, которыми обладает животное. Именно ДНК ответственна за уникальность каждого существа. От особи к особи ДНК немного отличается, поэтому и индивидуальные характеристики немного разнятся.
Природный «генератор случайных чисел»
Раз каждое животное уникально и отличается от другого, то у него свой неповторимый геном. Но как такое огромное количество вариантов ДНК может быть создано?
Первым ключевым фактором является избыточное производство потомства. В природе мы можем наблюдать, что существа плодятся намного больше и чаще, чем это необходимо для выживания их вида. Иногда настолько сильно, что окружающая среда оказывается неспособна поддерживать их жизнь. Результатом такой «производительности» становится очень низкая выживаемость молодняка.
Но для вида в этом есть несомненное преимущество. Чем больше потомства рождено, тем больше небольших различий возникает, а это именно то, чего хочет природа: настолько много мелких различий, насколько это возможно.
Вторая основная причина уникальности особей происходит из-за наследственности - передачи ДНК от родителей к детям. Два очень интересных фактора, играющих роль в этом процессе: рекомбинация и мутация. Рекомбинация - это случайное смешивание ДНК двух особей. Когда они влюбляются и спариваются, то рекомбинируют их гены дважды. Первый раз они делают это раздельно, ещё на стадии создания своих половых клеток. Они берут половину генов и перемешивают их. Второй раз рекомбинация происходит уже при оплодотворении. Каждый из родителей предоставляет 50% ДНК, другими словами, половину их уникальных особенностей и характеристик, которые потом смешиваются и становятся уникальным набором для потомства. Это увеличивает разнообразие и различия в пределах вида еще больше.
Не менее важную роль в эволюции играют мутации - случайные изменения в ДНК. Они могут быть также описаны, как копирование ошибок ДНК, вызванных токсинами, другими химическими веществами или радиацией. Мутация проявляется, когда часть ДНК меняется. Данные изменения зачастую негативные и могут приводить к заболеваниям, таким, как рак. Однако, они все же могут иметь нейтральный или позитивный эффект, вроде синего цвета глаз у людей, который является примером такой случайной мутации. Во всех случаях мутация должна повлиять на половые клетки, потому что только ДНК в половых клетках передается потомкам. Это также причина, почему мы защищаем наши половые органы, когда делаем рентген, в то время как остальные части тела не подвержены риску.
В итоге в процессе наследственности особи передают их характеристики потомкам в виде ДНК. Рекомбинация и мутация меняют ДНК так, что каждый ребенок выглядит иначе, чем его братья и сестры, получая случайную смесь характеристик его родителей. И ключевое слово здесь - случайный. Случайный результат рекомбинации и мутации и случайная смесь особенностей и характеристик образуют случайный набор генов в ДНК, который и передаётся дальше по наследству.
Но как же так получается, что все живые существа столь хорошо приспособлены к окружающей среде? Ответ находится во втором ключевом моменте - в естественном отборе.
Как мы уже выучили, отдельная особь чем-то отличается от своих собратьев, и в пределах видов таких отличий ещё больше. Окружающая среда оказывает влияние на живых существ. Так называемые факторы отбора включают в себя хищников, паразитов, животных такого же вида, токсины, изменения среды обитания или климата.
Каждая особь с уникальным набором черт и характеристик подвергается процессу естественного отбора. Те из них, имеющие верный набор, смогут выжить и передать свои улучшенные черты и характеристики потомству. Именно поэтому разнообразие столь важно, поскольку оно увеличивает вероятность проходжения одним из детёнышей естественного отбора.
Хороший пример можно увидеть в группе зябликов, живущих на отдаленном острове. Они являются одними из самых известных животных в мире науки и известны как зяблики Дарвина, названные в честь их первооткрывателя, Чарльза Дарвина. Несколько сотен лет назад небольшая группа зябликов была занесена на Галапагосские острова посреди Тихого океана, возможно из-за большого шторма. Зяблики оказались в абсолютно новой для них окружающей среде, которая, тем не менее, стала для них настоящим раем: обилие еды и полное отсутствие хищников.
Они размножались быстро и в большом количестве. Вскоре острова стали заполнены птицами, что привело к дефициту еды. Привычному раю зябликов угрожал голод, и они стали друг для друга соперниками.
В этот момент вмешался естественный отбор. Оказалось, что их индивидуальные различия в клювах могут помочь избежать соперничества с собратьями. Клювы одних птиц были более приспособлены для раскапывания червей. Другие же были способны использовать свои клювы для разлома семян. В результате зяблики разобрали все экологические ниши, в которых они были в безопасности от чрезмерной конкуренции. Когда настал черёд спариваться, они делали это, в первую очередь, с теми птицами, которые использовали ту же нишу.
Пройдя через много поколений, их характеристики были улучшены, позволяя зябликам использовать свои ниши успешно. Различия между копателями червей и разламывателями зёрен стали настолько велики, что они не могли больше спариваться друг с другом. В результате возникли новые виды птиц. На сегодняшний день 14 различных видов зябликов проживают на Галапагосских островах, все из которых произошли из одной группы попавших на острова. Так эволюция создаёт новые виды: через взаимодействие уникальных особей, чрезмерное производство потомства, рекомбинацию и мутацию при наследовании, и, наконец, через естественный отбор.
Почему это так важно?
Это рассказывает нам, как возникло разнообразие жизни, и почему живущие существа так идеально адаптированы к окружающей среде. Это также влияет на нас лично. Каждый человек является результатом 3,5 миллиардов лет эволюции. Наши предки боролись и адаптировались для выживания, которое было весьма неопределенной штукой. Если учесть факт, что 99% всех когда-либо живших существ вымерли, то наше существование можно считать огромным успехом. Динозавры вымерли, а вы живы и читаете эту статью, потому что вы невероятно особенны, также, как и все другие существа, существующие сегодня: невоспроизводимые и уникальные во вселенной.
