Доказательства в пользу биохимической эволюции
Доказать современные представления
об эволюции жизни прямыми методами невозможно. Эксперимент затянется на миллионы
лет (цивилизованному обществу от роду не более 10 тысяч лет), а машину времени скорее
всего так и не изобретут. Как же добывается истина в этой области знания? Как подступиться
к животрепещущему вопросу “Кто от кого произошёл”?
Современная биология накопила уже много косвенных свидетельств и соображений в пользу
эволюции. У живых организмов имеются общие черты – похожим образом протекают биохимические
процессы, есть сходство во внешнем и внутреннем строении и в индивидуальном развитии.
Если эмбрионы черепахи и крысы на ранних стадиях развития неотличимы, то не кроется
ли в этом подозрительном сходстве намёк на единого предка, от которого в течении
миллионов лет произошли эти животные? Именно о предках современных видов поведает
палеонтология – наука об ископаемых остатках живых существ. Интересные факты, дающие
пищу размышлениям, предоставляет биогеография – наука о распространении животных
и растений.
ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ЭВОЛЮЦИИ
Морфологические
Эмбриологические
Палеонтологические
Биохимические
Биогеографические
1. Биохимические доказательства эволюции.
1.Все организмы, будь то вирусы, бактерии, растения, животные или грибы, имеют удивительно
близкий элементарный химический состав.
2.У всех у них особо важную роль в жизненных явлениях играют белки и нуклеиновые
кислоты, которые построены всегда по единому принципу и из сходных компонентов.
Высокая степень сходства обнаруживается не только в строении биологических молекул,
но и в способе их функционирования. Принципы генетического кодирования, биосинтеза
белков и нуклеиновых кислот едины для всего живого.
3.У подавляющего большинства организмов в качестве молекул-аккумуляторов энергии
используется АТФ, одинаковы также механизмы расщепления сахаров и основной энергетический
цикл клетки.
4.Большинство организмов имеют клеточное строение.
2.Эмбриологические доказательства эволюции.
Отечественные и зарубежные ученные обнаружили и глубоко изучили сходства начальных
стадий эмбрионального развития животных. Все многоклеточные животные проходят в
ходе индивидуального развития стадии бластулы и гаструлы. С особой отчетливостью
выступает сходство эмбрионального стадий в пределах отдельных типов или классов.
Например, у всех наземных позвоночных, так же и у рыб, обнаруживается закладка жаберных
дуг, хотя эти образования не имеют функционального значения у взрослых организмов.
Подобное сходство эмбриональных стадий объясняется единством происхождения всех
живых организмов.
3.Морфологические доказательства эволюции.
Особую ценность для доказательства единства происхождения органического мира представляют
формы, сочетающие в себе признаки нескольких крупных систематических единиц. Существование
таких промежуточных форм указывает на то, что в прежние геологические эпохи жили
организмы, являющиеся родоначальниками нескольких систематических групп. Наглядным
примером этого может служить одноклеточный организм эвглена зеленая. Она одновременно
имеет признаки, типичные для растений и для простейших животных.
Строение передних конечностей некоторых позвоночных несмотря на выполнение этими
органами совершенно разных функций, в принципиальных чертах строение сходны. Некоторые
кости в скелете конечностей могут отсутствовать, другие – срастаться, относительные
размеры костей могут меняться, но их гомология совершенно очевидна. Гомологичными называются
такие органы, которые развиваются из одинаковых эмбриональных зачатков сходным образом.
Некоторые органы или их части не функционируют у взрослых животных и являются для
них лишними – это так называемые рудиментарные
органыили рудименты. Наличие рудиментов, так же как и гомологичных органов, тоже свидетельство
общности происхождения.
4. Палеонтологические доказательства эволюции.
Палеонтология указывает на причины эволюционных преобразований. В этом отношении
интересна эволюция лошадей. Изменение климата на Земле повлекло за собой изменение
конечностей лошади. Параллельно изменению конечностей происходило преобразование
всего организма: увеличение размеров тела, изменения формы черепа и усложнение строения
зубов, возникновения свойственного травоядным млекопитающим пищеварительного тракта
и многое другое.
В результате изменения внешних условий под влиянием естественного отбора произошло
постепенное превращение мелких пятипалых всеядных животных в крупных травоядных.
Богатейший палеонтологический материал – одно из наиболее убедительных доказательств
эволюционного процесса, длящегося на нашей планете уже более 3 миллиардов лет.
5. Биогеографические доказательства эволюции.
Ярким свидетельством происшедших и происходящих эволюционных изменений является
распространение животных и растений по поверхности нашей планеты. Сравнение животного
и растительного мира разных зон дает богатейший научный материал для доказательства
эволюционного процесса. Фауна и флора Палеоарктической и Неоарктической областей
имеют много общего. Это объясняется тем, что в пролом между названными областями
существовал сухопутный мост – Берингов перешеек. Другие области имеют мало общих
черт.
Таким образом, распределение видов животных и растений по поверхности планеты и
их группировка в биографические зоны отражает процесс исторического развития Земли
и эволюции живого.
Островные фауна и флора.
Для понимания эволюционного процесса интерес представляют флора и фауна островов.
Состав их флоры и фауны полностью зависит от истории происхождения островов. Огромное
количество разнообразных биографических фактов указывает на то, что особенности
распределения живых существ на планете тесно связаны с преобразованием земной коры
и с эволюционными изменениями видов.
Автор статьи – Л.В. Окольнова.
Гипотеза становится теорией, когда есть доказательства. И у эволюционной теории таких доказательств много.
Интерпретация этих фактов – совсем другое дело, здесь ученым предстоит еще очень много поработать….
Самые первые доказательства, с которыми столкнулись ученые – палеонтологические.
Палеонтология занимается останками – костями, отпечатками и т.д.
Откуда мы знаем, что раньше млекопитающих не было и миллионы лет назад по планете бродили динозавры? По найденным костям, реже – по целым скелетам.
А как человечество узнало о древних беспозвоночных или о растениях того периода? По отпечаткам, фрагментам тканей, окаменелостям и т.д.
Дальше ученые столкнулись с тем, что довольно много признаков, присущих как близким, так и отдаленным предкам, проявляются и у современных организмов.
Морфологические доказательства эволюции
Во-первых, это гомологичные и аналогичные органы.
Гомологичные органы – имеют общее происхождение.
Аналогичные – различное, но внешне похожи.
Прежде, чем мы разберем критерии этих органов и примеры, давайте рассмотрим два пути, по которым шла эволюция.
Путь №1 – дивергенция.
В переводе это слово означает “расхождение”, “отклонение”.
Представим, что когда-то существовал один вид какого-то животного. Затем какая-то группа особей этого вида решила освоить новую территорию. На этой территории были новые условия и под их воздействием вид менялся, эволюционировал, приобретал новые признаки. В результате, его органы немного видоизменились.
Так появились гомологичные органы.
Путь №2 – конвергенция
В переводе – “сближение”,” объединение”.
Представим, что существуют два разных типа животных. Но условия обитания у них одинаковые (например, водная или воздушная среда). Соответственно, они развиваются, эволюционируют, вырабатывают
приспособления к данной среде обитания. Эти приспособления (органы) будут очень схожи, но происхождение у них все же будет разное.
Мы получаем аналогичные органы.
| Признак | Гомологи | Аналоги |
| Происхождение | Общее | Различное |
| Функции | Могут быть различными | Общие |
| Эволюционный путь | Дивергенция | Конвергенция |
| Примеры: | Конечности оленя, кита, летучей мыши Видоизменения листьев у растений | крылья птиц и крылья членистоногих, у растений – колючки на стебле и колючки – листья |
Во-вторых, это атавизмы и рудименты.
Информации об этом есть очень много, здесь мы разберем суть их отличий:
Характеристики | Атавизмы | Рудименты |
| Функции | нет, являются лишними, не считаются нормой для большинства ныне живущих | некоторые могут выполнять какие-то функции, другие не используются, есть у всех представителей вида. |
| Эволюционно | были развиты и функционировали у очень дальних предков, сохранились в ДНК и изредка проявляются в настоящее время | были развиты и функционировали как у предков, так и у ближайших сородичей |
| Примеры | у человека: хвост, у животных: дополнительные пальцы на ноге лошади | у человека: ушные мышцы, зубы мудрости у животных: тазовые кости кита |
Эмбриологические доказательства
Если посмотреть на развитие зародышей некоторых млекопитающих, то на ранних стадиях видны сходства, которые просто удивляют. Изучение этих сходств позволило ученым сделать определенные выводы.
Одним из таких ученых был немецкий ученый Карл Бэр.
Ирония ситуации в том, что сам ученый отвергал теорию Дарвина, однако теперь его труды используются для доказательства эволюционной теории 🙂
“ на ранних этапах развития обнаруживается поразительное сходство в строении зародышей животных, относящихся к разным классам (при этом эмбрион высшей формы похож не на взрослую животную форму, а на её эмбрион…” К.Бэр
Позже этот вывод был переформулирован Эрнстом Геккелем:
Онтогенез (индивидуальное развитие) живого организма повторяет его филогенетическое (историческое) развитие.
Биогеографические доказательства
Географическое распространение животных и растений соответствует их эволюционной истории.
Например, видовой состав многих островов определялся географической изоляцией.
В Австралии, например, можно встретить животных, которых нет на континенте – эндемики.
Есть даже палеоэндемики – “живые ископаемые” – в других местах они вымерли, но изолированных местах остались.
Биохимические доказательства эволюции
• молекула ДНК хранит в себе информацию о филогенезе организма; в ней зафиксирована как наследственность, так и изменчивость.
• общий химический (органический и неорганический) состав,
• генетический код является общим для всего живого: и для прокариотов – бактерий, и для эукариотических организмов.
• процесс гликолиза – одинаковый для всех эукариотических систем и молекула АТФ – общий “поставщик энергии” для всего живого
Мы используем файлы cookie, чтобы персонализировать контент, адаптировать и оценивать результативность рекламы, а также обеспечить безопасность. Перейдя на сайт, вы соглашаетесь с использованием файлов cookie.
Сущность этой теории состоит в том, что биологической эволюции — т.е. появлению, развитию и усложнению различных форм живых организмов, предшествовала химическая эволюция — длительный период в истории Земли, связанный с появлением, усложнением и совершенствованием взаимодействия между элементарными единицами, «кирпичиками», из которых состоит все живое — органическими молекулами.
По мнению большинства ученых (в первую очередь астрономов и геологов), Земля сформировалась как небесное тело около 5 млрд лет назад путем конденсации частиц вращавшегося вокруг Солнца газопылевого облака.
В этот период Земля представляла собой раскаленный шар, температура поверхности которого достигала 4000-8000°С.
Постепенно, за счет излучения тепловой энергии в космическое пространство, Земля начинает остывать. Около 4 млрд лет назад Земля остывает настолько, что на ее поверхности формируется твердая кора; одновременно из ее недр вырываются легкие, газообразные вещества, поднимающиеся вверх и формирующие первичную атмосферу. По составу первичная атмосфера существенно отличалась от современной. Свободный кислород в атмосфере древней Земли отсутствовал, а в ее состав входили водород (Н2), метан (СН4), аммиак (NH3), пары воды (Н2О), азот (N2), окись и двуокись углерода (СО и С02).
Отсутствие в атмосфере первичной Земли свободного кислорода является важной предпосылкой возникновения жизни, поскольку кислород легко окисляет и тем самым разрушает органические соединения. Поэтому при наличии в атмосфере свободного кислорода накопление на древней Земле значительного количества органических веществ было бы невозможно.
Когда температура первичной атмосферы достигает 100°С, в ней начинается синтез простых органических молекул, таких, как аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты, простые сахара, многоатомные спирты, органические кислоты и др. Энергию для синтеза поставляют грозовые разряды, вулканическая деятельность, жесткое космическое излучение и, наконец, ультрафиолетовое излучение Солнца, от которого Земля еще не защищена озоновым экраном, причем именно ультрафиолетовое излучение ученые считают основным источником энергии для абиогенного (т.е. проходящего без участия живых организмов) синтеза органических веществ.
При температуре первичной атмосферы ниже 100°С формируется первичный океан, начинается синтез простых органических молекул, а затем и сложных биополимеров. Прообразами живых организмов являются коацерватные капли, появившиеся в первичном океане и сформировавшими органический бульон. Коацерватные капли обладают некоторым подобием обмена веществ:
- могут избирательно впитывать из раствора некоторые вещества и выделять в окружающую среду продукты их распада и расти;
- по достижении определенного размера начинают «размножаться», отпочковывая маленькие капельки, которые, в свою очередь, могут расти и «почковаться»;
- в процессе перемешивания под действием волн и ветра могут покрываться оболочкой из липидов: одинарной, напоминающей мицеллы мыла (при однократном отрыве капли от поверхности воды, покрытой липидным слоем), либо двойной, напоминающей клеточную мембрану (при повторном падении капли, покрытой однослойной липидной мембраной, на липидную пленку, покрывающую поверхность водоема).
Процессы возникновения коацерватных капель, их роста и «почкования», а также «одевания» их мембраной из двойного липидного слоя легко моделируются в лабораторных условиях. Таким образом процессы абиогенного синтеза органических молекул были воспроизведены в модельных экспериментах.
– В 1828 г. выдающийся немецкий химик Ф. Вёлер синтезировал органическое вещество — мочевину из неорганического — циановокислого аммония.
– В 1953г. молодой американский исследователь, студент-дипломник Чикагского университета Стенли Миллер воспроизвел в стеклянной колбе с впаянными в нес электродами первичную атмосферу Земли, которая, по мнению ученых того времени, состояла из водорода метана СН4, аммиака NH3, и паров воды Н20. Через эту газовую смесь С. Миллер в течение недели пропускал электрические разряды, имитирующие грозовые. По окончании эксперимента в колбе были обнаружены α-аминокислоты (глицин, аланин, аспарагин, глутамин), органические кислоты (янтарная, молочная, уксусная, гликоколовая), у-оксимасляная кислота и мочевина. При повторении опыта С. Миллеру удалось получить отдельные нуклеотиды и короткие полинуклеотидные цепочки из пяти-шести звеньев.
– Дж. Оро при умеренном нагревании смеси водорода, углерода, азота, NH3, H2O получил аденин, а при взаимодействии аммиачного раствора мочевины с соединениями, возникающими из газов под влиянием электрических разрядов, — урацил.
– Л. Орджел (1980-е г.) в сходных экспериментах синтезировал нуклеотидные цепи длиной в шесть мономерных единиц.
– С. Акабюри получил полимеры простейших белков.
Абиогенный синтез органических молекул может происходить на Земле и в настоящее время (например, в процессе вулканической деятельности). При этом в вулканических выбросах можно обнаружить не только синильную кислоту HCN, являющуюся предшественником аминокислот и нуклеотидов, но и отдельные аминокислоты, нуклеотиды и даже такие сложные по строению органические вещества, как порфирины. Абиогенный синтез органических веществ возможен не только на Земле, но и в космическом пространстве. Простейшие аминокислоты обнаружены в составе метеоритов и комет.
Аргументы за…
Сильной стороной концепции является достаточно точное соответствие ее химической эволюции, согласно которой зарождение жизни является закономерным результатом добиологической эволюции материи. Убедительным аргументом в пользу этой концепции является также возможность экспериментальной проверки ее основных положений. Это касается не только лабораторного воспроизведения предполагаемых физико-химических условий первичной Земли, но и коацерватов, имитирующих доклеточного предка и его функциональные особенности.
Аргументы против…
Слабой стороной концепции является невозможность объяснения самого момента скачка от сложных органических соединений к живым организмам. Ведь ни в одном из поставленных экспериментов получить жизнь так и не удалось. Кроме того, Опарин допускает возможность самовоспроизведения коацерватов при отсутствии молекулярных систем с функциями генетического кода. Иными словами, без реконструкции эволюции механизма наследственности объяснить процесс скачка от неживого к живому не удается. Поэтому сегодня считается, что решить эту сложнейшую проблему биологии без привлечения концепции открытых каталитических систем, молекулярной биологии, а также кибернетики не получится.
Пути эволюции
В своих работах советский ученый Северцов А.Н. выделил понятия биологического прогресса и регресса.
Биологический прогресс подразумевает победу вида в борьбе за существование. Биологический прогресс характеризуется следующими признаками:
- Численность вида увеличивается
- Ареал расширяется
- Смертность особей уменьшается
- Рождаемость увеличивается
- Происходит процветание вида
Основными направлениями биологического прогресса являются:
- Ароморфоз (греч. airomorphosis — поднимаю форму)
- Идиоадаптация (греч. ídios — свой, своеобразный, особый)
- Общая дегенерация (лат. degenero – вырождаться, перерождаться)
Ароморфоз представляет собой прогрессивное эволюционное преобразование, повышающее уровень организации организмов.
В результате ароморфоза становится возможным освоение новых, ранее недоступных для жизни, территорий. К примеру,
теплокровность птиц позволила им заселить места с холодным климатом.
Идиоадаптация подразумевает незначительные, частные изменения в строении и функциях организма, которые помогают
приспособиться к условиям среды обитания. Идиоадаптации существенно не повышают уровень организации.
Общей дегенерацией называют упрощение организации, которое заключается в утрате отдельных органов и систем органов.
У многих этот пункт вызывает внутреннее противоречие: как общая дегенерация может относиться к биологическому прогрессу?
На самом деле, если орган или система органов не нужна организму в его условиях обитания – то зачем она? Эта система
может исчезнуть и освободить место для других, более полезных в данных условиях, органов.
У многих паразитов отсутствуют различные органы, к примеру, у ленточных червей нет пищеварительной системы. А зачем она
им, когда пища в кишке, где они обитают, уже переварена и расщеплена организмом хозяина?
Биологический регресс характеризуется признаками, противоположными биологическому прогрессу:
- Численность вида уменьшается
- Ареал сужается
- Смертность особей возрастает
- Рождаемость уменьшается
- Происходит вымирание вида
Главная причина биологического регресса в том, что скорость эволюции вида отстает от скорости изменения внешней среды, эволюции других видов: это несоответствие снижает приспособленность организмов. Часто деятельность человека молниеносно
меняет окружающую среду: далеко не все виды могут приспособиться к этому, происходит вымирание.
Сравнительно-анатомические доказательства эволюции
Изучение строения органов и их эволюционных изменений у различных групп организмов является основой выявления сравнительно-анатомических доказательств эволюции. Яркими примерами анатомических доказательств эволюции являются гомологичные
и аналогичные органы.
- Гомологичные органы (гомология, от греч. homo(s) — равный, одинаковый)
- Аналогичные органы (греч. análogos — соответственный)
Такие органы развиваются из одних и тех же зародышевых листков, имеют общий план строения, но выполняют разные функции.
Это связано с тем,
что животные освоили разные среды обитания, из-за чего происходит дивергенция (лат. divergo – отклоняюсь) –
расхождение признаков у первоначально близких животных в ходе эволюции.
Гомологичны между собой скелеты конечностей различных классов позвоночных: рука – ласт – крыло птицы, колючки кактуса
– усики гороха – листья растений.
Аналогичные органы развиваются из разных зародышевых листков, имеют различное строение, но выполняют схожие
функции. Такое сходство возникает в результате приспособления к одним и тем же условиям среды, из-за чего
происходит конвергенция (лат. convergo – сближаю) – схождение признаков у неблизкородственных видов в ходе эволюции.
Аналогичными органами являются крыло птицы – крыло бабочки, глаз человека – глаз кальмара, усики винограда – усики
гороха, жабры рака – жабры рыбы.
В строении нынешних животных можно найти признаки древних предковых форм, которые также свидетельствуют об эволюции. Сейчас
мы обсудим рудименты и атавизмы.
Рудименты (лат. rudimentum — зачаток) – органы, которые в ходе эволюции утратили свое функциональное значение. Они
сохраняются в течение всей жизни и в норме обнаруживаются у человека и животных.
У человека к рудиментарным органам относятся: зубы мудрости, копчик, ушные мышцы, аппендикс (червеобразный отросток),
третье веко (эпикантус).
Атавизмы (лат. atavus — отдалённый предок) – случаи проявления у отдельных особей признаков дальних предков. Атавизмы
сугубо индивидуальны и не являются нормой. Они также являются доказательством эволюции.
У человека атавизмами могут являться хвост, волосатое тело, добавочные молочные железы, незаращение межпредсердной перегородки.
Переходные формы
Переходные формы свидетельствуют о филогенетической преемственности, соединяя в своем строении черты высших и низших классов. Они –
наглядное, живое доказательство эволюции.
Такими формами являются, к примеру, утконос и ехидна из класса млекопитающих. При многих признаках млекопитающих, они откладывают яйца, тем самым подтверждают родство
млекопитающих с пресмыкающимися.
Эмбриологические доказательства
Эмбриология (греч. embryon – зародыш) – раздел биологии, изучающий строение эмбрионов. Только вдумайтесь: на этапе эмбриона,
через который мы с вами успешно прошли, у нас можно было найти закладку жаберных дуг, которые существуют непродолжительное время,
после чего исчезают.
А у рыб, например, жаберные дуги не исчезают – из них развиваются жабры.
Немецкие ученые Ф. Мюллер и Э. Геккель во второй половине XIX века сформулировали биогенетический закон, гласящий, что
онтогенез (индивидуальное развитие) каждой особи есть краткое и быстрое повторение филогенеза (исторического развития вида).
Биогенетический закон Мюллера-Геккеля объясняет повторение этапов (на стадии зародыша), которые были свойственны нашим далеким
предкам. Таким образом, мы проходим их этапы, но, не останавливаясь на них, двигаемся дальше к более совершенным этапам.
У головастиков лягушек развивается плавник, есть жабры – это наглядное повторение признаков, которые характерны для их предков – рыб.
Карл Бэр сформулировал закон зародышевого сходства, который гласит, что на ранних стадиях развития зародыши позвоночных животных
настолько похожи друг на друга, что практически не различимы между собой. Это также указывает и подтверждает единство происхождения
животного мира.
Палеонтологические доказательства эволюции
Палеонтология (греч. palaios – древний) изучает ископаемые останки вымерших животных, их сходства и различия с ныне живущими
видами. Сопоставляя друг с другом ископаемые останки разных геологических эпох, можно увидеть как происходила эволюция различных
видов животных и растений.
В результате таких исследований иногда удается открыть переходные формы, а иногда – целые филогенетические ряды, то есть совокупность
последовательно сменяющих друг друга форм одного вида. Так, к примеру, был открыт филогенетический ряд лошади.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.