§ 48. Основные доказательства эволюции

Современная наука обладает множеством данных, доказывающих эволюционное развитие живой природы. Они свидетельствуют о происхождении всех живых существ от общих предков, позволяют устанавливать ход филогенеза — исторического развития различных групп организмов, как ныне существующих, так и вымерших, выявлять степень их эволюционного родства. На сегодняшний день доказательства эволюции накоплены в рамках целого ряда биологических дисциплин. Рассмотрим важнейшие из этих доказательств.

Сравнительно-анатомические доказательства эволюции. Сравнительная анатомия занимается выявлением общих черт и различий в строении организмов. Высокая степень сходства исследуемых организмов указывает на общность их происхождения и близкое эволюционное родство. Например, передние конечности различных позвоночных животных устроены по единому плану (рис. 48.1). Они состоят из трех отделов: плеча, включающего плечевую кость, предплечья с локтевой и лучевой костями и кисти, в которой выделяют запястье, пясть и фаланги пальцев.

При этом у разных позвоночных животных передние конечности могут выполнять одинаковые или различные функции, выглядеть сходным образом или в значительной степени отличаться по внешнему виду. Те или иные кости в их составе могут иметь разную форму и относительные размеры, срастаться или даже отсутствовать. Однако сходство строения передних конечностей позвоночных, обусловленное единством их происхождения, очевидно. Органы, которые независимо от выполняемых функций (они могут быть одинаковыми или разными) имеют единый план строения и общее происхождение, называются гомологичными. Следовательно, передние конечности позвоночных животных представляют собой гомологичные органы.

Примерами гомологичных органов могут служить ядовитые железы змей и слюнные железы других позвоночных. Жало пчелы гомологично яйцекладу кузнечика и некоторых других насекомых. Гомологичными по отношению друг к другу являются мясистый стебель кактуса и донце луковицы репчатого лука (это видоизмененные стебли), усики гороха и ловчие аппараты насекомоядного растения росянки (видоизмененные листья) и т. д.

Наличие гомологичных органов указывает на эволюционное родство организмов, их происхождение от общих предков. Различия между гомологичными органами, которые могут проявляться во внешнем виде и выполняемых функциях, свидетельствуют о дивергенции — эволюционном расхождении признаков у родственных организмов, приспосабливающихся к разным условиям среды.

Аналогичными называют органы, имеющие внешнее сходство и выполняющие одинаковые функции, но различные по происхождению. Например, разное происхождение имеют крылья птиц (передние конечности) и насекомых (выросты хитинового покрова), корневые шишки георгина (видоизмененные корни) и клубни картофеля (видоизмененные побеги). Колючки барбариса по происхождению являются листьями, а шипы ежевики — выростами покровной ткани (рис. 48.2). Аналогичны друг другу копательные конечности крота и медведки, раковина виноградной улитки и панцирь черепахи (см. рис. 48.2).

Факты наличия аналогичных органов у разных организмов не свидетельствуют об их эволюционном родстве. Однако они указывают на то, что в ходе эволюции у различных групп организмов, живущих в сходных условиях среды и ведущих сходный образ жизни, под действием естественного отбора развивались похожие приспособления.

Рудименты — это органы, которые были хорошо развиты у предков тех или иных организмов, но в ходе эволюции утратили свое основное значение и сохранились у современных видов в зачаточном состоянии. Закладка таких органов происходит в эмбриональном периоде онтогенеза, однако полностью они не развиваются, оставаясь в течение всей жизни недоразвитыми.

Так, рудиментами являются зачатки тазовых костей у китообразных и ряда змей, редуцированные глаза у некоторых обитателей пещер и почвы, например у крота, недоразвитые крылья у нелетающей птицы киви и жужжальца (вторая пара крыльев) у двукрылых насекомых. Более 90 рудиментов насчитывают у человека. Это копчик, аппендикс, третье веко, мышцы, поднимающие волосы, двигающие ушные раковины и т. д. Наличие рудиментарных органов указывает на родство современных видов c их эволюционными предками, у которых данные органы были хорошо развиты и в полной мере выполняли свойственные им функции. Постепенная редукция этих органов в ходе эволюции служит доказательством действия движущей формы естественного отбора.

Проявление у отдельных особей того или иного вида признака, свойственного отдаленным предкам, но утраченного этим видом в ходе эволюции, называют атавизмом. Атавизмы свидетельствуют о родственных связях ныне существующих видов с их предками и указывают на то, что у современных организмов сохранились гены предков, контролирующие данные признаки. Однако в норме действие этих генов подавлено. Таким образом, атавизмы, в отличие от рудиментов, представляют собой отклонения от нормы. Примерами атавизмов могут служить: наличие добавочных пальцев на ногах у лошадей (рис. 48.3), развитых задних конечностей у дельфинов, «рыбьих» чешуй на отдельных участках кожи у современных земноводных. У человека атавизмами являются наличие хвоста, дополнительных сосков, густого волосяного покрова тела (см. рис. 48.3).

Палеонтологические доказательства эволюции. Палеонтология занимается изучением ископаемых остатков вымерших организмов, восстановлением их облика, выявлением сходства и различий древних и современных видов. Сопоставление палеонтологических находок, полученных из геологических пластов разных эпох, дает возможность проследить эволюцию органического мира во времени, установить связи вымерших форм с ныне существующими.

Важнейшими доказательствами эволюции, позволяющими выявить преемственность между различными систематическими группами организмов, являются ископаемые переходные формы. Так называются вымершие организмы, которые сочетали в себе признаки древних и исторически более молодых групп (рис. 48.4). Например, изучение зверозубых ящеров (одна из групп ископаемых рептилий), обладавших чертами сходства как с более примитивными рептилиями, так и со зверями, позволило прояснить ряд деталей, касающихся эволюционного перехода от пресмыкающихся к млекопитающим. Переходной формой от древних кистеперых рыб к современным земноводным являются вымершие амфибии стегоцефалы. Исследование ископаемых растений риниофитов дало возможность установить эволюционную связь между водорослями и споровыми растениями.

В некоторых случаях изучение палеонтологических находок позволяет связывать определенные ископаемые формы друг с другом и с современными видами в единые филогенетические ряды. Они представляют собой последовательности ископаемых форм, отражающие ход исторического развития (филогенеза) видов, существующих в настоящее время. Такие ряды построены для многих видов позвоночных и беспозвоночных животных. Одним из примеров может являться филогенетический ряд современной лошади (рис. 48.5), названия эволюционных предков которой приведены не для запоминания.

Эмбриологические доказательства эволюции. Убедительные доказательства исторического развития живой природы и существования эволюционных связей между различными группами организмов предоставляет эмбриология. Как вы уже знаете, эта наука изучает эмбриональное развитие организмов. Так, данные эмбриологии свидетельствуют о сходстве зародышевого развития животных. Все они в начале своего индивидуального развития проходят этап дробления зиготы, стадию однослойного зародыша — бластулы, а затем двухслойной гаструлы. У всех, за исключением губок и кишечнополостных, формируется третий зародышевый листок — мезодерма и т. д. Особенно четко прослеживается сходство развития зародышей в пределах отдельных типов и классов животных.

Впервые эту закономерность обнаружил российский эмбриолог К. Бэр в начале XIX в. Детально исследовав зародышевое развитие позвоночных животных, принадлежащих к разным классам, он выяснил, что на ранних этапах онтогенеза зародыши различных организмов развиваются сходно и лишь на более поздних стадиях между ними появляются различия (рис. 48.7). Это обобщение впоследствии было названо законом зародышевого сходства. Сходство развития эмбрионов различных животных, наблюдаемое на ранних стадиях, свидетельствует об общности их происхождения. Возникающие впоследствии отличия указывают на дивергенцию, которая осуществлялась в ходе эволюции и привела к появлению различных систематических групп.

Молекулярно-генетические доказательства эволюции. Живые организмы имеют удивительно сходный химический состав. У всех форм жизни, за исключением некоторых вирусов, хранителем наследственной информации является ДНК. Кодируемые ею белки играют первостепенную роль в осуществлении различных процессов жизнедеятельности. Поставщиком энергии для протекания этих процессов служит, главным образом, АТФ. Для синтеза биомолекул живые организмы используют преимущественно одни и те же структурные компоненты. Например, ДНК построена из четырех основных типов нуклеотидов, а белки — из 20 видов аминокислот.

Высокая степень сходства проявляется не только в строении биологических молекул, но и в их функционировании. Так, у живых организмов сходным образом протекают процессы энергетического обмена и реакции матричного синтеза. Реализация наследственной информации, зашифрованной с помощью универсального генетического кода, у всех организмов осуществляется благодаря транскрипции и трансляции, с участием мРНК, тРНК и рРНК. Эти и многие другие факты доказывают родство живых организмов и единство происхождения жизни на Земле.