2 КАК ПРОИСХОДИТ эволюция

Наши современные микроскопы позволяют увидеть, как на самом деле работает аппарат наследственности. Он, этот внутриклеточный аппарат, состоит из набора палочек и нитей, называемых хромосомами. В каждой хромосоме, как бусины на нитке, выстроились в ряд гены — они-то и есть единицы наследственности. У каждого гена своя особая задача и свое особое место в одной из хромосом.

Большинство клеток тела имеет по два набора хромосом и генов: один набор получен от отца, другой от матери. Деление клетки на две совершается путем митоза: каждая хромосома делится на две совершенно одинаковые новые хромосомы, так что каждой из дочерних клеток достаются в наследство такие же хромосомы и гены, какие были у материнской клетки. Митотическое деление приводит только к увеличению числа клеток, а наборы хромосом (и, следовательно, генов) остаются неизменными.

alt="Фантастическое представление о строении человеческого спермия (рисунок 1694 года)." />

Фантастическое представление о строении человеческого спермия (рисунок 1694 года).

Ho бывает другой, двуступенчатый, процесс деления, приводящий к образованию гамет. Этот процесс называют мейозом, или редукционным делением: клетка делится, а хромосомы нет. В результате число хромосом уменьшается вдвое — каждая гамета содержит не два набора хромосом, как другие клетки тела, а только один. Если бы не было мейоза, то после оплодотворения (слияния гамет) в клетке стало бы не два, а четыре набора хромосом, и с каждым новым поколением число хромосом удваивалось бы.

У каждого вида животных и растений свое число хромосом в клетке. В клетках плодовой мушки-дрозофилы по 8 хромосом (по 4 в каждом из двух наборов). В клетках человека 48 хромосом. Есть речной рак, у которого их 208. У кошки — 16. Ho каким бы ни было число хромосом, оно всегда одинаково во всех клетках того или иного животного или растения.

Важно, что каждый ген благодаря мутациям может существовать в нескольких разных формах. Так, у плодовой мушки-дрозофилы в результате мутаций глаза из красных становятся белыми. Это изменение вызывается мутацией одного из генов Х-хромосомы (икс-хромосомы). Х-хромосо- ма определяет и пол мушки: если в клетках организма две Х-хромосомы, то получается самка, а если только одна и тарой для нее служит неактивная Y-хромосома (игрек-хромосома), то получается самец. Итак, Y-хромо- сома может быть только у самцов, а Х-хромосомы есть и у самцов, и у самок (у первых — одна, у вторых — две).

Ген «белоглазия» относится к таким, которые называют рецессивными. Это значит, что он не может оказать своего действия, если в клетке есть его партнер — ген «красноглазия».

Зная все это, нетрудно понять, что произойдет, если красноглазого самца спарить с белоглазой самкой. В результате мейоза в половине спермиев (гамет самца) окажется Х-хромосома с «красным» геном, в другой половине — Y-хромосома, в которой нет ни «красного», ни «белого» генов. Спермин сливаются с яйцеклетками, гаметами самки, а они все содержат Х-хро-

мосому и, следовательно, «белый» ген. Понятно, что в потомстве все мушки-дочери будут красноглазыми, а все сыновья — белоглазыми.

Попробуйте.рассчитать, и вы убедитесь, что если красноглазых самок и белоглазых самцов первого поколения спарить между собой, то во втором поколении получатся самки и самцы как с красными, так и с белыми глазами.

У видов, которые размножаются только бесполым путем, организм может получить по наследству лишь ту комбинацию генов, которая была у родительской особи; в этом случае единственный источник изменений — мутации. Ho у видов, имеющих половое размножение, мутантные гены от разных родителей могут сочетаться самыми разными способами. В результате подобной рекомбинации генов возникает дополнительный источник изменчивости, а заодно и новые возможности для эволюции.

Гены существуют в клетках организма в двух разных формах й передаются от клетки клетке только в составе хромосом. При мейозе разные формы гена неизменно разводятся по разным гаметам. Когда происходит слияние гамет при оплодотворении, могут возникнуть совсем новые сочетания генов, а следовательно, и новые признаки.

Аппарат хромосом и генов устроен так замечательно, что он обеспечивает и постоянство признаков, присущих данному виду, и большую изменчивость в пределах этого постоянства. He всякие изменения признаков наследуются. Например, никогда не наследуются увечья. Было время, когда думали, что могут наследоваться так называемые «благоприобретенные признаки», которые возникают в результате воздействий среды на тело живого организма. Ho теперь мы знаем, что это не так. Если выращивать пшеницу или свеклу на плохой почве и удобрять половину участка, растения на этой половине вырастут гораздо крупнее, но их потомство не проявит никакой способности к более быстрому росту. То же касается и людей, мужчин и женщин, которые питаются по-разному.

Проще всего запомнить, что все признаки организма и все их изменения могут определяться или средой, или генами. Te признаки, которые связаны с генами и изменениями генов, наследуются, а те, которые вызваны изменениями среды, не наследуются.

В некоторых случаях нам известен момент, когда генетический признак впервые появляется в природе. Так, например, дикий подсолнечник однажды породил мутацию, отличающуюся большим числом лепестков; потомство этого многолепесткового мутанта и размножил голландский ботаник Гуго де Фриз (1848—1935), основоположник учения о мутациях.

От мутанта дикого подсолнечника де Фриз вывел многолепестковые цветки.

колоса, или число зерен в нем, или остистость. На этот раз ни одна из се* ми мутаций не оказалась хозяйственно-полезной, но в других экспериментах получали и полезные изменения.

т~»              г"              .

В самом деле, чаще всего мутации неблагоприятны. А иначе и быть не может: ведь генетический аппарат организма обеспечивает существование огромного множества свойств и признаков, которые хорошо пригнаны друг к другу. Изменился один признак — пострадали другие. И лишь иногда мутационное изменение одного из признаков идет организму на пользу и дает ему преимущества перед другими особями вида; тогда мутировавшая форма начинает усиленно размножаться. Так было у червецов с мутантами, устойчивыми к ядохимикатам.

Мутации — случайные изменения какой-то части генетического аппарата, большинство из них бесполезно. Ho отбор — искусственный или естественный — отбрасывает бесполезные мутации, выуживая немногочисленные полезные. Мутация — это руда, из которой добывается эволюция, а отбор — способ добычи. Мутации дают кирпичи, отбор же строит здание.

Иногда выпадает счастливая возможность зримо увидеть процесс эволюции. У березовой пяденицы защитная светлая окраска; бабочка совсем сливается с заросшей лишайником древесной корой, на которой сидит днем. У пяденицы есть черный мутант, и было время, когда коллекционеры бабочек охотились за этим мутантом как за большой редкостью.

alt="Светлый (нормальный) тип березовой пяденицы и ее черная мутантная форма." />

Светлый (нормальный) тип березовой пяденицы и ее черная мутантная форма.

Тщательно проведенные исследования дали следующие результаты: черная форма возникла в результате мутации только одного гена; черная пяденица — более грубая и невкусная пища для птиц, чем светлая; когда в сельской местности на коре сидят и светлые и черные пяденицы, птицы гораздо чаще склевывают и съедают черных, но на покрытых копотью деревьях промышленных районов жертвой птиц, как правило, становятся светлые бабочки.

В сельской местности светлая окраска спасает пядениц от гибели, хотя они и вкуснее черных. Ho в промышленных районах эта окраска уже перестает быть защитной, да вдобавок еще гусеницы черных пядениц оказались менее чувствительными к тем ядам, которые содержатся в копоти. В результате в каждом поколении выживало все больше черных и все меньше светлых бабочек, пока черные не стали «нормальными», а светлые — редкостью. Итак, в сельской местности естественный отбор шел на пользу светлым пяденицам, в промышленной — темным.

Два из 14 различных видов вьюрков, возник- ших благодаря эволюционному процессу на Галапагосских островах.

Это очень серьезный довод в пользу существования эволюционного процесса: естественный отбор приспосабливает животных и растения к меняющимся условиям среды, потому что он отдает предпочтение формам, которые — генетически — оказываются более приспособленными.

Иногда факты показывают, что эволюция имела место, хотя непосредственно ее никто не наблюдал.

Орхидея Cypripedium.

Цветок устроен так, что лезущая за нектаром пчела не может не измазаться в пыльце.

Два примера защитной окраски у животных.

Камбала сливается с цветом морского дна, а птенеп крачки не гаметев на фоне камня, поросшего лишайником!

ганизмы постепенно совершенствуются, становятся все более приспособленными к условиям жизни.

Порой результатом совершенствования бывает хорошо заметная адаптация, то есть приспособление к особому образу жизни данного организма. Яркие цветки многих растений — это адаптации: они привлекают насеко- мых-опылителей, которые переносят пыльцу с тычинок на пестики. Для привлечения насекомых служит и нектар — сладкий сок, выделяемый цветками. Крупные размеры цветков, их броская распветка — все это для того, чтобы насекомым легче было их увидеть. Иногда на цветках бывают, особые метки, по которым насекомые находят дорогу к нектару, при этом цветок устроен так, что на своем пути к нектару насекомое измазывается в пыльце, а потом той же пыльцой мажет рыльце пестика.

Замечательны адаптации орхидей, обеспечивающие перекрестное опыление, то есть такое опыление, когда пыльпа одного цветка попадает на пестик другого. Засовывая свой хоботок в глубь цветка пятнистого ятрышника, пчела касается головой особого клювика, стенка которого разрывается, обнажая два булавовидных пыльника. Эти мешки, набитые пыльцой, приклеиваются своими липкими подушечками к хоботку, и пчела вытаскивает их из цветка. На воздухе ножки пыльников подсыхают и изгибаются так, что начинают торчать вправо и влево от хоботка. Когда пчела прилетает на другой цветок и пытается просунуть в него хоботок, на пути пыльцевых мешков оказываются два пестика, и часть пыльцы просыпается на пх рыльца. Как все это происходит, нетрудно увидеть собственными глазами, если вместо хоботка пчелы просунуть в цветок орхидеи остро заточенный карандаш.

В природе немало других примеров адаптаций. Взять хотя бы животных (или их детенышей, или даже яйца), которые окрашены под цвет окружающей среды, чтобы их нельзя было заметить. А как удивительно приспособлены клювы и ноги разных птиц к образу жизни каждого вида!

Организмы вынуждены адаптироваться к условиям своей среды. Пингвины, например, прекрасно приспособлены для охоты за морскими рыбами — их крылья превратились в сильные весла. Ho живут они большими колониями на совершенно открытом месте, зачастую занесенном снегом. Почему пингвины и многие другие беззащитные птицы живут в Антарктике? Только потому, что там нет наземных форм млекопитающих, которые могли бы их истребить. В отличие от Антарктики на далеком севере, в Арктике, обитают хищные наземные животные, например песцы и белые медведи. Потому здесь в процессе эволюции возник всего лишь один вид птиц, неспособных к полету, — бескрылая гагарка. Крылья этой птицы, подобно пингвиньим, превратились в органы, приспособленные для плавания. Размножаться бескрылая гагарка могла только вдали от хищных млекопитающих на удаленных от суши маленьких островах. Последнюю бескрылую гагарку убил в 1844 году самый большой хищник — человек.

Ближе всех других птиц к южному полюсу живут императорские пингвины. Они адаптировались к холоду: стали крупнее (а значит, меньше теряют тепла) и обзавелись кожаной складкой, в которой вынашивают в тепле яйца и птенцов.

Южноамериканские обезьяны живут в бескрайних тропических лесах. У них цепкие хвосты, на которых они повисают на деревьях, а передние и нижние конечности устроены так, чтобы можно было хвататься за ветви и держать какие-нибудь предметы.

alt="Физофора, колониальный организм, в котором разные члены колонии выполняют разные обязанности." />

Физофора, колониальный организм, в котором разные члены колонии выполняют разные обязанности.

В глубине морей совсем темно, поэтому там нет зеленых растений, нет !тлил корма, а значит, нет и травоядных животных. Te немногочисленные животные, которые там обитают, вынуждены существовать или за счет "огпбшпх организмов, которые падают из верхних слоев воды, или за счет пруг друга. У глубоководных хищников, как правило, огромная пасть, большой желудок. Из-за полной темноты животные, обитающие в глубине морей, часто бывают совсем слепыми, а если и имеют глаза, то очень большие. Ho у некоторых обитателей глубин есть особые светящиеся органы, с помощью которых можно подавать друг другу сигналы, увидеть или приманить жертву. Чтобы остаться незамеченными, глубоководные животные' обычно окрашены в черный цвет, иногда в темно-красный, который при слабом свете кажется черным. Один из частых обитателей морских глубин — удилыцик, или морской черт, известен тем, что привлекает жертву особой светящейся приманкой.

Немало и других поразительных адаптаций к среде обитания. Многие лесные животные приспособлены для лазания по деревьям. Животные степей, как правило, — прекрасные бегуны с отличным зрением и слухом. Крупные обитатели поверхностных морских вод — большей частью стремительные пловцы с обтекаемой формой тела: таковы и рыбы, и кальмары, и киты. Напротив, мелкие обитатели обычно неторопливо дрейфуют по морю, вылавливая еще более мелких животных своими щупальцами; некоторые из них приспособились к питанию микроскопическими морскими растениями, которые держатся поближе к поверхности воды. Большинство растений — одиоклеточпые. Благодаря естественному отбору в каждой среде оби- тапия формируются оргапизмы с особыми, адаптироваппыми имеипо к этой среде признаками.

Физофора — животное, приспособлеппое к существованию па самой поверхности морской воды. Это колониальный оргапизм, родствепный медузам и полипам. Между особями, образующими колопию, существует разделение труда: одпи особи (пектофоры) пульсируют паподобие колокола медузы, обеспечивая тем самым медленпое продвижепие всей колонии; через другие опа получает пищу. В верхпей части у колонии есть пузырь, нанолпепный газом, еще у пее имеются длипные, как пити, щунальца, усеянные груннами стрекательных клеток. Клетки стрекаются, как кранива, и нарализуют жертву, а щунальца окружают добычу и нодтягивают ее к многочисленным ртам. К физофоре близок другой вид — нортугальский кораблик. У этого вида щупальца намного длиннее (20 метров в расправленном состоянии), а стрекательные клетки намного опаснее. У португальского кораблика нектофоров нет, зато наполненный газом пузырь такой большой, что он высовывается из воды, подобно парусу, и ветер гонит кораблик по океану.

Медуза ведет сходный образ жизни, но ее приспособления совсем иные. Медузы пе живут колониями, каждая особь делает все сама. Она передви-

Гребешок с закрытой раковиной (слева). Сквозь приоткрытые створки раковины видны жабры (справа).

гается благодаря сокращениям крупного уплощенного колокола, по краю колокола имеются щупальца со стрекательными клетками, а на нижней его поверхности — рот.

Известная многим росянка (Drosera) —не единственное растение, которое «поедает» животных, чтобы восполнить потребность в азоте. Имеются и другие подобные растения; у них для той же цели в процессе эволюции развились адаптации, которые приводят к такому же результату, хотя и совсем иным способом. Так, у одного из кувшиноносных растений (Nepenthes) усики на концах листьев превратились в полые кувшинчики, наполненные жидкостью. Она выделяется специальными железистыми клетками и содержит пищеварительный фермент. Края у кувшинчика гладкие и скользкие, потому что там выделяется другая жидкость, напоминающая нектар. Нектар привлекает бегущих мимо насекомых, но их лапки теряют опору на скользком краю кувшинчика — насекомые падают на его дно и тонут в жидкости, которая их переваривает.

Водное растение пузырчатка (Utricularia) ловит водяных блох и прочих мелких рачков в особые пузырьки, у которых есть заслонка. Ткнувшись в нее, рачок открывает ее и попадает внутрь пузырька, но обратно ему уже не вылезти. Он погибает, разлагается, а растворимые продукты разложения поглощаются растением, у которого для этого есть особые микроскопические ворсинки.

Африканский слон хоботом достает пищу и отправляет ее в рот.

Перекрещенная форма клюва клестов приспособлена к лущению семечек.

Рассматривая адаптации, связаппые с какой-то опреде- леппой функцией организма, скажем, с питапием, мы;, обнаружим, что опи оказывают влияние и па другие сторопы жизпи организма. Морской моллюск — гребешок — добывает себе пищу, фильтруя воду и выцеживая из нее мельчайшие частицы. У гребешка крупные жабры, иа которых сидят длинные реснички. Реснички все время движутся, создавая ток воды сквозь решетчатые жабры, и частицы, находящиеся в воде, нрилипают при этом к слизи, которая доставляет их в глотку.

Комары кормятся нитатель- ной жидкостью, которую они высасывают из других организмов: самцы сосут соки растений, а самки пьют кровь позвоночных. В длинном хоботке комариной самки есть и жало, чтобы проколоть кожу, и особые устройства, придающие хоботку устойчивость при сосании, и тонкая трубочка, по которой высасывается кровь. Комариха выделяет в ранку вещество, препятствующее свертыванию крови.

Слоны питаются растительной нищей. В большинстве случаев у крупных травоядных длиппая шея — так им легче доставать пищу. Слопы, эти очень крупные животные, адантировались иначе: они достают пищу хоботом — удлиненным гибким носом с «пальцем» на конце. Хоботом можно дотянуться и до земли и до древесной кроны. Хоботом можно брать предметы.

Зубы, которыми слон пережевывает пищу, тоже имеют любопытные приспособления. Они огромны, с поперечными пластинками, которые хорошо перетирают грубые части растепий. Замечательнее всего, что как только зуб снашивается и выпадает, на его месте появляется новый. Такое

Трехпалый муравьед, вооруженный длинным языком и мощными когтями для раскапывания муравейников.

Свернутый хоботок бабочки (белый адмирал) распрямляется, когда надо достать нектар.

alt="" />приспособление позволяет животному нормально питаться на протяжении всей его долгой жизни.

Самые различные адаптации к хищному образу жизни встречаются у морских улиток. Часто можно встретить двустворчатых моллюсков с небольшим отверстием на раковине: его просверлила хищная улитка. Язык улитки — длинная терка, усаженная рядами очень мелких роговых зубцов. В задней части рта есть особый карман, в котором нарастают новые части терки взамен стершихся на противоположном конце. Просверлив отверстие в раковине двуствор- khv хищная улитка пожирает живую ткань.

У каждого животного — свои приспособления для питания. У клеста надклювье и подклювье перекрещиваются, чтобы удобнее было щелкать семечки из шишек. Китовый ус — это огромное фильтровальное устройство, которым кит выцеживает рачков и другую мелочь из морской воды. У муравьеда длинный липкий язык, которым он выуживает муравьев и термитов. У бабочек и мотыльков свернутый хоботок, который может распрямляться, когда надо достать нектар из цветка.

Одно усовершенствование может повлечь за собой другое. Адаптация к какому-то одному условию жизни может открыть путь к общему расцвету вида. Наша собственная эволюция — живой тому пример. По-видимому, человек мог произойти только от тех млекопитающих, которые сначала жили на деревьях, а потом спустились на землю. Жизнь на деревьях дала обезьянам хватательную ладонь — такая форма руки оказалась удобной для того, чтобы манипулировать предметами. При древесном образе жизни мать вынуждена таскать детенышей на себе, поэтому постепенно их число сократилось до одного. И эта адаптация имела последствия, важные для эволюции человека. Когда животное рождает много детенышей, то зародыши с замедленным ростом нередко погибают еще до рождения. Когда детеныш один, ничто не мешает ему расти медленно — и до рождения и после. А это значит, что у него больше времени для приобретения жизненного опыта.

Бесхвостые обезьяны передвигаются в древесной кроне, раскачиваясь

Строение черепа на четырех разных стадиях эволюции человека:

Adapis — лемур из эоцена, Proconsul — человекообразная обезьяна, Plesianthropus и Homo sapiens.

на передних лапах и перелетая с ветви на ветвь. В ходе эволюции это вело к тому, что передние конечности становились все более непохожими на задние. Когда древние человекообразные обезьяны спустились с деревьев, рукам уже не нужно было цепляться за ветви, и они развились в органы, целиком предназначенные для манипулирования предметами. Теперь предкам человека нужно было научиться защищать себя от наземных врагов, совместно охотиться на крупную добычу: это способствовало развитию интеллекта, умению общаться друг с другом. А это привело к изготовлению орудий, появилась речь. Стала возможной культурная эволюция.

Шкала геологического летосчисления, показывающая, когда впервые появились различные группу, растений и животных.