ДРУГИЕ ФАКТЫ, СВИДЕТЕЛЬСТВУЮЩИЕ ОБ ЭВОЛЮЦИИ
Часть 1
Как известно, первые классификационные системы, введенные в зоологию и ботанику, были созданы в то время, когда в биологических науках нераздельно господствовала теория о постоянстве видов, обязанных своим существованием акту или актам творения. Однако систематики заметили, что каждая система отличается определенным порядком и иерархией, а не является хаотической. Виды, очень сходные между собой, систематика объединяет в один род, сходные роды в семейства, семейства в отряды, а отряды в классы. Наконец классы, обладающие определенными сходствами, систематика относит к одному типу. Однако лишь принцип эволюции объясняет, почему такой, а не иной порядок, характеризует классификационную систему.
Виды, отнесенные к одному роду, или находящиеся в близком родстве, произошли эволюционным путем из общего родового ствола. Так же обстоит дело и с другими высшими категориями зоологической и ботанической систематики. Все представители позвоночных животных обладают некоторыми основными общими чертами. Эти сходства указывают на общее происхождение, на эволюционное развитие из какой-то группы животных, которые являлись предками всех позвоночных. Чем более систематика будет приближаться к естественной, то есть основанной на родовом родстве, тем более такая система будет отображать истинные эволюционные взаимоотношения.
В стремлении создать естественную систему, современный систематик не может основываться лишь на живущих в настоящее время формах, а должен принимать также во внимание ископаемые формы. Если мы представим себе все филогенетическое развитие животного мира в форме бурно ветвящегося дерева, ветви на вершине которого представляют нам живущие в настоящее время виды, то на основании анатомических и эмбриологических данных можно было бы без труда понять взаимосвязь между отдельными семействами.
Однако не следует забывать, что в процессе эволюции преобладающее большинство форм полностью вымерло, что исчезали крупные ответвления и большие ветви, как и неисчислимое количество более мелких веточек. Поэтому изучение лишь современной фауны, без учета палеонтологических данных, не может дать нам полной картины и не может привести к правильному пониманию всех родственных связей между живущими в настоящее время организмами.
В процессе эволюции вновь возникшие организмы, лучше приспособленные к новым условиям, неизбежно приводят к вымиранию старых архаических и хуже приспособленных форм. Поэтому среди современной фауны мы чаще всего не видим переходных форм, связывающих изолированные в настоящее время друг от друга формы животных. Переходные или архаические формы могли сохраниться только в исключительных случаях, в таких средах, в которых не только физические условия не претерпели значительных изменений, но в которых они не нашли новых, лучше приспособленных к жизни конкурентов. Такие формы являются как бы живыми окаменелостями, и наличие их служит следующим доказательством эволюции, которое представляет систематика.
Рис. 55. Утконос; по Доманевскому.
Архаические формы представляют интерес еще и потому, что они сохранились почти в неизмененном виде от древнейших времен. Так, например, гаттерия (Sphenodon) прожила почти не изменяясь с юрского периода, а опоссумы с мелового. Lingula, относящиеся к плеченогим, совершенно сходны с формами, жившими в ордовике примерно 400 миллионов лет тому назад. Устрицы также живут уже около 200 миллионов лет, претерпев лишь незначительные изменения. В последнее время сделаны ценные открытия в этой области.
Мы уже указывали выше о том, что в море, вблизи Мадагаскара были обнаружены представители казалось бы давно вымерших кистеперых рыб (Latimeria), которые когда-то дали начало эволюции земноводных. В 1952 выловлены из глубины океана, на запад от Коста-Рика, представители древних моллюсков (Monoplacophora), а в 1958 г. выловлены следующие экспонаты этой группы в северной части Перуанско-Чилийской Котловины. Эти формы относятся к роду Neopilina. Если считалось, что кистеперые рыбы вымерли примерно 70 миллионов лет тому назад, то представители Monoplacophora были известны как окаменелости, относящиеся к периоду примерно 300 миллионов лет тому назад.
К реликтовым формам относятся также представители очень интересного с точки зрения эволюции отряда млекопитающих, так называемые клоачные (Monotremata). Два живущие в настоящее время представителя этого отряда, то есть утконос и ехидна, отличаются целым рядом анатомических и физиологических признаков, которые приближают их к пресмыкающимся. Клоачные являются единственными млекопитающими животными, откладывающими яйца. Однако тело их покрыто волосами, а молодые животные вначале питаются молоком матери. Ехидна встречается в Австралии, Тасмании и Новой Гвинее, утконос - в Австралии.
Почти в каждой системе органов клоачных можно обнаружить признаки, делающие их похожими на пресмыкающихся. Как указывает само название, они имеют клоаку, то есть общий выводной проток мочеполовых органов и кишечника. Молоко выплывает из желез на брюшной поверхности тела, однако протоки этих желез не сливаются в один общий, который бы открывался на вершине молочной железы. Яйца клоачных бывают довольно крупными и содержат большое количество желтка.
Происхождение клоачных остается довольно загадочным. Первые ископаемые формы встречаются в плейстоцене. Симпсон считает, что это скорее очень измененные млекопитающеобразные пресмыкающиеся, которых "мы относим к млекопитающим скорее согласно определению млекопитающих, чем с точки зрения их происхождения".
Сохранение в живых реликтовых форм почти в неизмененном виде со столь давних времен может доставить нам определенные данные относительно самого темпа эволюционного процесса. Это очень сложный вопрос, на который трудно найти удовлетворительный ответ. Палеонтологические данные свидетельствуют о том, что в разных группах животных эволюционный процесс происходит в разном темпе. Одна из групп животных подвергается быстрым изменениям, другие не изменяются в течение длительных периодов времени.
Теперь следует коротко остановиться на биохимических и физиологических доказательствах эволюции. В основном эти доказательства аналогичны рассмотренным выше доказательствам из сравнительной анатомии и эмбриологии. На основании биохимического и физиологического сходства можно также судить о родстве организмов. Мы считаем целесообразным рассмотреть совместно биохимические и физиологические доказательства, так как указывает G. Hopkins, обе эти дисциплины стремятся к той же цели. Физиология занимается функцией отдельных органов, тогда как биохимия исследует явления с точки зрения молекулярных процессов.
Так же, как морфологические науки указывают на определенные признаки, свойственные по существу всем организмам, как, например, клеточное строение их, строение клеток, так и физиология и биохимия открывают общие черты, свойственные всем живым существам, которые свидетельствуют о происхождении всех живых организмов из общего ствола. У всех живых существ имеется общий наследственный субстрат, которым являются нуклеиновые кислоты. Всюду встречаемся со сходными ферментативными системами, регулирующими процессы метаболизма, и открываем одинаковые основные функции, характеризующие каждое живое существо.
Исследования двух польских биохимиков Марцеля Ненцкого и Леона Мархлевского показали, что скелет молекулы растительного пигмента - хлорофилла построен в основном по тому же образцу, как и пигмент крови, то есть гемоглобин. Таким образом, несмотря на все различия, существует все же связь между растительным и животным миром.
Согласно современным взглядам биохимической генетики порядок отдельных составных частей молекулы нуклеиновой кислоты, как субстрата наследственности, определяет очередность аминокислот в молекуле белка. Белок же, как известно, является той биохимической составной частью, которая отличается наибольшим разнообразием благодаря чему каждый организм отличен от другого.
Таким образом, специфичность наследственного субстрата обусловливает специфичность организма.
Организм туфелки отличается от организма гидры. Наследственным субстратом этого различия является разница в строении молекул нуклеиновых кислот. На этом основаны все дальнейшие различия, а прежде всего, различие между белком туфельки и белком гидры.
Невозможно безнаказанно пересадить кожу одного вида млекопитающих другому, так как эти виды отличаются своим биохимическим составом и кожа у представителя другого вида не приживается. Эта биохимическая специфичность может итти так далеко, что каждый индивидуум может обладать индивидуальной специфичностью, проявляющейся в реакции на пересадку тканей от других организмов, относящихся к тому же виду. Так например, если пересадить кожу от одного человека другому, то она не примется и через некоторое время отторгнется.
Пересаженные ткани (трансплантаты) принимаются тогда, когда обе особи являются биохимически одинаковыми. У человека такая возможность существует у однояйцевых близнецов, которые развиваются из одной яйцеклетки, оплодотворенной одним сперматозоидом. В этом случае генотипы, то есть набор генов таких близнецов, являются одинаковыми, а потому эти организмы являются также одинаковыми с точки зрения биохимии.
Эти биохимические сходства и различия между разными организмами можно изучать при помощи особого исследования крови, то есть серологическим методом. Результаты серологических анализов дали нам много важных доказательств свидетельствующих о правильности эволюционного принципа, и во многом помогли при исследованиях биохимического родства между разными группами животных. Исследования эти обоснованы на открытиях венского бактериолога Г. Крауса (1897).
Коротко, методика этих исследований основана на следующем принципе. Если в организм' млекопитающего или птицы ввести парэнтерально какой-нибудь белок животного или растительного происхождения, так называемый антиген, то организм в ответ вырабатывает антитела, которые также являются белками. Антитела реагируют с тем антигеном, который привел к их возникновению. В результате реакции антитела с соответствующим антигеном образуется осадок, то есть происходит преципитация. Поэтому такую серологическую реакцию называют осадочной реакцией, или реакцией преципитации.
Рассмотрим это явление на конкретном примере. Кролику в кровь повторно вводим человеческую сыворотку. В результате этого в крови кролика в ответ на антиген человека образуются антитела, так называемые преципитины. Если теперь сыворотку такого кролика смешать в пробирке с человеческой сывороткой, то наступит реакция между антигеном и преципитином, то есть антителами, и возникнет осадок, который отчетливо виден невооруженным глазом.
В начале нашего века Nuttal своими исследованиями доказал, что сыворотка кролика, содержащая антитела на человеческие антигены, может дать осадок не только с человеческой сывороткой, но также и с сывороткой человекообразных обезьян, хотя в этом случае осадок будет меньшим. Как следует объяснить этот факт? Преципитационный способ позволяет нам серологическим путем, то есть биохимически, установить сходство белков. Антитела, образовавшиеся под влиянием человеческого антигена, то есть человеческого белка, реагируют также, хотя и в меньшей степени, с белком человекообразных обезьян. Если реакция преципитации была бы абсолютно специфической, то пришлось бы принять, что в крови обезьян имеется определенное количество белковых молекул, идентичных с молекулами человеческого белка. Однако это не совсем так, ввиду, того, что реакция преципитации не является абсолютно специфической.
По Ландштейнеру, реакция может наступить, хотя и в более слабой степени, в том случае, когда белки сходны между собой. Таким образом, пользуясь реакцией преципитации, можно определить, в какой степени белки разных организмов сходны между собой, то есть какая степень родства имеется между разными организмами. Трудно объяснять сходство между белками разных форм животных и растений каким-то случайным стечением обстоятельств, тем более, что серологические анализы обычно только подтверждают наши предположения, возникшие в результате анатомических эмбриологических, и палеонтологических исследований. Так как результаты изучения родственных связей человека с живущими в настоящее время представителями животного мира будут подробно изложены в главе, посвященной эволюции человека, ниже мы приводим только некоторые данные из области зоологии.
Результаты серологических анализов в основном совпадают с данными эволюционной систематики. Известно, что виды, относящиеся к одному роду, с серологической точки зрения находятся в более близком родстве, чем виды, относящиеся к разным родам. Чем более исследуемые формы отличаются друг от друга и относятся к высшим систематическим категориям, тем слабее их серологическое родство. Так, например, реакция преципитации будет слабее, если мы будем сравнивать два организма, относящиеся к двум разным семействам, чем если мы сравним два организма, относящиеся к тому же семейству, но к двум разным родам.
Оказалось, что сыворотка, содержащая антитела на сыворотку ламы, дает относительно слабую реакцию с сывороткой верблюда, а гораздо более сильную с сывороткой оленя, овцы и козы. Сыворотка с антителами на сыворотку кита сильней всего реагирует с сывороткой других китов, а слабо с сывороткой свиней и жвачных животных. Сумчатые находятся в близком родстве между собой, за исключением так называемого тасманийского волка. Среди рептилей сыворотка с антителами на сыворотку черепахи реагирует только с сывороткой черепах и крокодилов. Ящерицы находятся в близком родстве со змеями, тогда как черепахи - с крокодилами.
Оказалось также, что птицы обладают какой то степенью родства с черепахами и крокодилами, а между птицами и ящерицами или змеями серологическое сходство выражено гораздо слабее. В этом случае серология подтверждает палеонтологические данные. Оказалось также, что все птицы обладают гораздо большим серологическим сходством, чем, например, млекопитающие разных групп. Приведем один пример.
Некоторые из зоологов считали, что существует близкое родство между мышами, морскими свинками, бобрами и белками с одной стороны и с зайцами и кроликами с другой. Другие же систематики относили кроликов и зайцев к отдельному отряду Lagomorpha, не относя их к грызунам (Rodentia). Результаты серологических анализов подтвердили правильность этой последней теории, так что в настоящее время мы различаем два отдельные отряды: Rodentia и Lagomorpha.
Nuttal и его сотрудники в своих пионерских исследованиях получили при помощи серологических данных много очень ценных сведений, касающихся эволюции. Они обнаружили, например, что антитела на белок оболочников (Tunicata) не дают реакции с белками позвоночных. Круглоротые вступают еще в реакции с белком хрящевых и костистых рыб, однако не реагируют с белком других позвоночных. Оказалось также, что бесхвостые земноводные являются лишь далекими родственниками хвостатых земноводных.