Πρόλογος
Γιατί η ζωή είναι υπέροχη;

Η εκπληκτική πολυπλοκότητα των έμβιων όντων, η φανταστική ποικιλομορφία τους, η σχεδόν τέλεια προσαρμογή τους στο περιβάλλον, μεταξύ τους, στη «θέση τους στην οικονομία της φύσης» είναι αξιοσημείωτα γεγονότα που απαιτούν εξήγηση. Στο παρελθόν, εξέπληξαν τη φαντασία όχι λιγότερο από τώρα. Ωστόσο, στην προεπιστημονική εποχή, ήταν, ειλικρινά, πιο απλό με εξηγήσεις: σχεδόν κάθε αισθητικά ισορροπημένη μυθοπλασία ήταν κατάλληλη για αυτόν τον ρόλο.

Με την ανάπτυξη της επιστήμης, η στάση των εγγράμματων ανθρώπων στις παραδοσιακές μυθολογικές «εξηγήσεις» έγινε πιο δροσερή. «Μάταια πολλοί άνθρωποι νομίζουν ότι τα πάντα, όπως βλέπουμε, δημιουργήθηκαν από την αρχή από τον Δημιουργό… Τέτοιοι συλλογισμοί είναι πολύ επιβλαβείς για την ανάπτυξη όλων των επιστημών, και κατά συνέπεια, για τη φυσική γνώση της γήινης σφαίρας. Αν και είναι εύκολο για αυτούς τους σοφούς να είναι φιλόσοφοι, μαθαίνοντας τρεις λέξεις από την καρδιά: Ο Θεός δημιούργησε έτσι και δίνοντας αυτό ως απάντηση αντί για όλους τους λόγους », έγραψε ο M.V. Lomonosov.

Αλλά πώς να εξηγήσετε την εκπληκτική αρμονία της ζωντανής φύσης χωρίς να εμπλέκονται υποθέσεις για το υπερφυσικό; Παρά τις προσπάθειες πολλών ασυνήθιστων μυαλών - από τον Εμπεδοκλή μέχρι τον Λαμάρκ - να προσφέρουν μια λογική εξήγηση, μέχρι το 1859 η αποδεκτή απάντηση σε αυτό το ερώτημα παρέμενε μια σταθερή «καμία περίπτωση». Η πολυπλοκότητα και η προσαρμοστικότητα των ζωντανών οργανισμών θεωρούνταν σχεδόν η πιο προφανής και αδιαμφισβήτητη απόδειξη της θεϊκής δημιουργίας του κόσμου. Το "Βιβλίο της Φύσης" ονομάστηκε η δεύτερη Γραφή, η μελέτη της - "φυσική θεολογία". Διαβάζουμε, για παράδειγμα, από τον ίδιο Λομονόσοφ: «Ο Δημιουργός έδωσε στο ανθρώπινο γένος δύο βιβλία. Στο ένα έδειξε το μεγαλείο του, στο άλλο τη θέλησή του. Ο πρώτος είναι αυτός ο ορατός κόσμος, που δημιούργησε ο ίδιος, ώστε ο άνθρωπος, κοιτάζοντας την απεραντοσύνη, την ομορφιά και την αρμονία των κτιρίων του, να αναγνωρίζει τη θεία παντοδυναμία στο βαθμό της χαρισμένης έννοιας. Δεύτερο βιβλίο - Βίβλος. Δείχνει την καλοσύνη του Δημιουργού προς τη σωτηρία μας.

Φαινόταν ότι όσο περισσότερα νέα στοιχεία ανακαλύπτουμε, τόσο πιο ξεκάθαρα θα κατανοούμε το υψηλότερο σχέδιο.

Όλα πήγαν στραβά μετά τη δημοσίευση του βιβλίου του Δαρβίνου «On the Origin of Species by Means of Natural Selection» (1859). Πριν από τον Δαρβίνο, η ανθρωπότητα γνώριζε μόνο έναν αξιόπιστο τρόπο δημιουργίας πολύπλοκων, σκόπιμα σχεδιασμένων αντικειμένων: τον ευφυή σχεδιασμό. Οι πρώιμες εξελικτικές υποθέσεις, όπως αυτή του Lamarck στη Φιλοσοφία της Ζωολογίας (1809), πρόσφεραν μόνο ανεξέλεγκτες και ημιτελείς εναλλακτικές. Για παράδειγμα, η ιδέα του Lamarck για κληρονομικότητα των αποτελεσμάτων της άσκησης και της μη άσκησης των οργάνων προσέφερε μια λογική εξήγηση (αν και λανθασμένη, όπως γνωρίζουμε τώρα) για την αύξηση ή τη μείωση σε ήδη υπάρχουσες δομές, αλλά δεν εξήγησε την προέλευση του νέα όργανα. Ως εκ τούτου, εκτός από την άσκηση, ο Λαμάρκ έπρεπε να υποθέσει μια ειδική κινητήρια δύναμη που κάνει τους οργανισμούς να αναπτύσσονται κατά μήκος του μονοπατιού της επιπλοκής - τη μυστηριώδη «προσπάθεια για τελειότητα». Ήταν λίγο καλύτερο από την πρόνοια του Θεού.

Ο Δαρβίνος πρότεινε έναν άλλο, πολύ πιο απλό, πιο κομψό και προφανή τρόπο αυθόρμητης βελτίωσης των ζωντανών όντων: τη φυσική επιλογή τυχαίων κληρονομικών αλλαγών. Η υπόθεση του Δαρβίνου δεν υποστήριζε άγνωστες δυνάμεις και νέους νόμους της φύσης, και γενικά, όπως φαίνεται, βρισκόταν στην επιφάνεια. Εάν τα αντικείμενα μπορούν να αναπαραχθούν, αν μεταδώσουν τα μεμονωμένα χαρακτηριστικά τους στους απογόνους τους, εάν αυτά τα χαρακτηριστικά αλλάζουν μερικές φορές τυχαία, και αν, τελικά, τουλάχιστον μερικές από αυτές τις αλλαγές αυξάνουν την αποτελεσματικότητα της αναπαραγωγής, τότε τέτοια αντικείμενα είναι απλά υποχρεωμένα - και θα ! - από μόνα τους, χωρίς καμία λογική παρέμβαση, γίνονται όλο και πιο τέλειοι με το πέρασμα των γενεών. Τελειότητα σε αυτή την περίπτωση σημαίνει καταλληλότητα, είναι η αποτελεσματικότητα της αναπαραγωγής.

Επιστημονικός κόσμοςσοκαρίστηκε. Αλήθεια, Laplace (σε απάντηση στην ερώτηση του Ναπολέοντα, πού είναι ο Θεός στο πρότυπό του ηλιακό σύστημα) δήλωσε πριν από μισό αιώνα ότι «δεν χρειάζεται αυτή την υπόθεση». Αλλά ο Laplace μίλησε για τη φυσική. Σχεδόν σε όλους φάνηκε ότι στη βιολογία, χωρίς «αυτή την υπόθεση», πουθενά.

Φυσικά, δεν αρκεί να κάνεις μια όμορφη εικασία. Το να το δικαιολογήσεις λογικά επίσης δεν αρκεί. η εικασία πρέπει να είναι ακόμα σωστή (και επαληθεύσιμη). Η θεωρία του Δαρβίνου δεν μπόρεσε να επιβεβαιωθεί στην πορεία της περαιτέρω ανάπτυξης της επιστήμης. Είχε όμως ένα ιδιαίτερο χάρισμα να βγάζει σωστές υποθέσεις βασισμένες σε ελλιπή δεδομένα. Χωρίς να γνωρίζει τη γενετική, χωρίς να γνωρίζει τη φύση της κληρονομικότητας, πολύ πριν από την ανακάλυψη του DNA, ο Δαρβίνος μπόρεσε να διατυπώσει σωστά τον κύριο νόμο της ζωής.

Για τη «φυσική θεολογία» το βιβλίο του Δαρβίνου ήταν η αρχή του τέλους. Αυτό είναι που οι ορθόδοξοι και οι φονταμενταλιστές δεν θα συγχωρήσουν ποτέ τον Δαρβίνο (ο περιβόητος «άνθρωπος που κατάγεται από μαϊμού» είναι, γενικά, ασήμαντο, ειδική περίπτωση). Ο φορέας ανάπτυξης της βιολογίας, και μάλιστα ολόκληρης της επιστημονικής κατανόησης του κόσμου, έχει αλλάξει προς το αντίθετο. Νέες ανακαλύψεις επιβεβαίωσαν ξανά και ξανά τον Δαρβίνο, όχι τη δημιουργία. ΦΥΣΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ, μια τυφλή φυσική δύναμη, θριάμβευσε τον «έξυπνο σχεδιασμό». Ο Δαρβίνος ανέτρεψε το σύμπαν όπως φανταζόταν προηγουμένως, αντικαθιστώντας ένα όμορφο παραμύθι όχι λιγότερο όμορφο, αλλά, δυστυχώς, πιο δυσνόητο. επιστημονική θεωρία.

Το μοντέλο του Δαρβίνου για την επιλογή μικρών κληρονομικών αλλαγών φαίνεται να είναι απλό - αλλά η απλότητά του είναι μόνο εμφανής. Δεν είναι τυχαίο ότι αυτό το μοντέλο, το οποίο πλέον αποτελεί τη βάση της βιολογίας, εισήλθε στην επιστήμη τόσο αργά - στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα. Σε άλλες επιστήμες - μαθηματικά, φυσική, αστρονομία - θεωρητικές ανακαλύψεις, συγκρίσιμες με αυτήν ως προς τη σημασία και το επίπεδό τους, ξεκίνησαν έναν ή δύο αιώνες νωρίτερα. Ακόμη και σήμερα, υπάρχουν περιπτώσεις που οι πιο ανόητοι άνθρωποι «σκοντάφτουν» στο δαρβινικό μοντέλο, δεν μπορούν να καταλάβουν πώς λειτουργεί, πώς εξηγεί τα παρατηρούμενα γεγονότα (και ορισμένοι μάλιστα πιστεύουν ότι αυτά τα γεγονότα δεν χρειάζονται εξηγήσεις).

Ίσως ένας από τους λόγους της παρεξήγησης είναι ανεπαρκής προσοχήστις λεπτομέρειες. Βάσει γενικών αρχών, σχεδόν κάθε φαινόμενο μπορεί να ερμηνευθεί με αυτόν τον τρόπο: ο φιλοσοφικός συλλογισμός, όπως γνωρίζετε, είναι ένα καλό εργαλείο για την τεκμηρίωση των ακριβώς αντίθετων συμπερασμάτων. Η εξέλιξη είναι αντίθετη. Έχουμε συνηθίσει στο γεγονός ότι όλα θα πάνε όπως θα έπρεπε μόνο με έναν σαφώς καθορισμένο στόχο και ικανή ηγεσία. Υπό αυτή την έννοια, είναι πιο άνετο για εμάς να υπάρχουμε όταν κάποιος έχει σκιαγραφήσει ένα σχέδιο ανάπτυξης για πέντε χρόνια εκ των προτέρων, και όχι στις συνθήκες των σκληρών στοιχείων της «ελεύθερης αγοράς». Γνωρίζουμε πολύ καλά ότι είναι πιο εύκολο να κερδίσουμε εάν η επίθεση εκτελείται από έναν στρατό που αναπτύσσεται σε προγραμματισμένες θέσεις, και όχι από ένα πλήθος ανόμοιων ατόμων που επιδιώκουν τους προσωπικούς τους στόχους. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, η διαίσθηση συνήθως μας λέει ότι χωρίς συνειδητό σχεδιασμό και έλεγχο, τίποτα καλό δεν θα προκύψει, παρά μόνο χάος. Η εξελικτική βιολογία θα παραμείνει για πάντα ακατανόητη σε εκείνους των οποίων το μυαλό δεν μπορεί να απελευθερωθεί από την αιχμαλωσία αυτών των διαισθητικών αισθήσεων.

Το καθήκον που θέσαμε στους εαυτούς μας όταν ξεκινήσαμε να εργαζόμαστε για το βιβλίο είναι να προσπαθήσουμε, με βάση νέα επιστημονικά δεδομένα, να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί η Δαρβινική επιλογή. Γιατίκαι πωςμέσα από το χάος των τυχαίων κληρονομικών αλλαγών γεννιέται κάτι νέο, χρήσιμο, όμορφο, αρμονικό και πολύπλοκο. Εδώ είναι σημαντικό να εγκαταλείψουμε τους γενικούς συλλογισμούς και τις συζητήσεις στο επίπεδο της «κοινής λογικής» - τώρα θα πείσουν λίγους ανθρώπους. Πρέπει να δούμε προσεκτικά τα γεγονότα, τις λεπτομέρειες, τα παραδείγματα, από τα οποία ο μηχανισμός της μεγάλης ιστορικής μηχανής, της φυσικής επιλογής, θα εκδηλωθεί με όλη του την πολυπλοκότητα και τη λογική.

Πώς γίνονται νέα γονίδια, νέα χαρακτηριστικά, νέα προσαρμογή, νέα είδη, νέοι τύποι; Από τι αποτελείται γενικά βιολογικής σημασίαςαυτές οι λέξεις: νέο, χρήσιμο, όμορφο, αρμονικό, σύνθετο; Άλλωστε, όλοι αυτοί οι όροι στη βιολογία έχουν ειδικές αποχρώσεις σημασίας. Τι θεωρείται πραγματική «καινοτομία» - είτε η απόκτηση μιας νέας μετάλλαξης, μια νέα εμφάνιση, ένα νέο γονίδιο, μια νέα λειτουργία ή ένας νέος τόπος διαμονής; Προσπαθήστε να απαντήσετε σε τέτοιες ερωτήσεις εν κινήσει... Και τι είναι η «ομορφιά» από τη σκοπιά μιας μέλισσας ή ενός χρωματιστού ψαριού λίμνης; Μάλλον δεν είναι το ίδιο με την κριτική επιτροπή του διαγωνισμού Μις Κόσμος. Για να κατανοήσουμε τη δομή της ζωντανής φύσης, για να κατανοήσουμε το νόημα όλων των συστατικών μερών και σχέσεών της, είναι απαραίτητο πρώτα από όλα να κατανοήσουμε το εξελικτικό τους πλαίσιο. Θέλουμε να δούμε την εξέλιξη από κοντά. Θέλουμε να ξεβιδώσουμε τον εξελικτικό μηχανισμό σε όλα τα γρανάζια και τα γρανάζια του, να τα μελετήσουμε, να κατανοήσουμε πώς συνδέονται και μετά να τον βιδώσουμε και να βεβαιωθούμε ότι εξακολουθεί να χτυπάει. Αλλά αυτή η εργασία θα μας δώσει μια ιδέα για ολόκληρη τη συσκευή - αν χτυπήσει, τότε καταλαβαίνουμε τη μηχανική της.

Στο The Birth of Complexity, το πρώτο μας βιβλίο στην εξελικτική βιολογία, η έμφαση δόθηκε στη «διάψευση του δόγματος». Πράγματι, πολλά συμπεράσματα που φαίνονταν απόλυτα πριν από 50 χρόνια πρέπει να αναθεωρηθούν σήμερα. Έγινε σαφές ότι η ζωή είναι πιο περίπλοκη από ό,τι φαινόταν μέχρι πρόσφατα. Στις φυσικές επιστήμες γενικά, και στη βιολογία ειδικότερα, οι απόλυτες αλήθειες είναι σφιχτές. Υπάρχουν εξαιρέσεις σε κάθε κανόνα. Από την άλλη, το «The Birth of Complexity» μπορεί να δημιουργήσει ένα είδος «δογματικής αντίκρουσης μεροληψίας» στο μυαλό των αναγνωστών. Θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί ότι πάρα πολλά από αυτά για τα οποία έγραψαν οι κλασικοί της εξελικτικής βιολογίας δεν έχουν αντέξει στη δοκιμασία του χρόνου.

Έτσι, η διόρθωση αυτής της προκατάληψης είναι άλλο ένα έργο του βιβλίου που κρατάτε στα χέρια σας. Πράγματι, στην πραγματικότητα, οι κλασικές ιδέες δεν διαψεύδονται τόσο από τις νέες ανακαλύψεις όσο συγκεκριμενοποιούνται, εκλεπτύνονται και αναπτύσσονται. Έτσι, οι παλαιοντολόγοι μπορούν να διορθώσουν τη συστηματική θέση των τριλοβιτών όσο θέλουν, φέρνοντάς τους είτε με καρκινοειδή, είτε με αραχνοειδείς, είτε χωρίζοντάς τους σε ξεχωριστό υποτύπο - δεν σημαίνει καθόλου ότι η γνώση μας για τους τριλοβίτες είναι αναξιόπιστη ή ότι η επιστήμη σημαδεύει το χρόνο, χαμένος σε εικασίες, - αντίθετα, αυτές οι διαδικασίες αντανακλούν ένα όλο και πιο ολοκληρωμένο και σωστόςη κατανόηση από τους επιστήμονες αυτής της εξαφανισμένης ομάδας ζώων και οι πιο θεμελιώδεις, κλασικές αλήθειες παραμένουν ακλόνητες και μόνο ενισχύονται (για παράδειγμα, η πεποίθηση ότι οι τριλοβίτες είναι εκπρόσωποι αρθρόποδων, που σημαίνει ότι ο τελευταίος κοινός πρόγονος ενός τριλοβίτη και μιας μύγας έζησε αργότερα από τον τελευταίο κοινό πρόγονο ενός τριλοβίτη και ενός σπουργίτη). Οι κλασικές ιδέες είναι συχνά κλασικές γιατί επιβεβαιώνονται αξιόπιστα από πολλές πλευρές. Σας επιτρέπουν να αναπτύξετε και να τροποποιήσετε ιδέες για τον κόσμο χωρίς καμία ζημιά σε αυτές. Αυτή, φυσικά, είναι η καλύτερη εκδοχή των «κλασικών ιδεών»: μερικές φορές τα πραγματικά ξεπερασμένα δόγματα μεταμφιέζονται με επιτυχία σε αυτά. Και τα δύο είναι βαρετά κλισέ, αλλά τι μπορείτε να κάνετε - είναι μαζί τους που συναντάτε κάθε τόσο στην επιστημονική ζωή. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, αυτές οι κλασικές ιδέες που θα συζητηθούν στο βιβλίο είναι κλασικές καλή αίσθησηοι λέξεις. Θα προσπαθήσουμε να υποστηρίξουμε αυτή τη δήλωση με τα πιο πρόσφατα επιστημονικά δεδομένα.

ΣΤΟ τα τελευταία χρόνιαΟι βιολόγοι έχουν λάβει ένα ολόκληρο σύνολο νέων δεδομένων που κατέστησαν δυνατή την καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο περιστρέφονται τα γρανάζια του εξελικτικού μηχανισμού. Θαυμάσια πράγματα συμβαίνουν μπροστά στα μάτια μας. Οι σκελετοί των θεωριών είναι κατάφυτοι από σάρκα πραγματικά γεγονότα. Πολλές όμορφες υποθέσεις και μοντέλα που μέχρι στιγμής έχουν αποτύχει να δοκιμαστούν πειραματικά έχουν τελικά υποβληθεί σε τέτοια δοκιμή. Μοτίβα που μέχρι τώρα υπήρχαν μόνο στη φαντασία των θεωρητικών, μπορούμε πλέον να τα εξετάσουμε με μικροσκόπιο. Μπορούμε να τα χρησιμοποιήσουμε! Η «εφαρμοσμένη εξελικτική βιολογία» δεν είναι πια φαντασία, αλλά πραγματικότητα. Αυτό το βιβλίο είναι αφιερωμένο σε τέτοιες ανακαλύψεις.

Πρέπει να δούμε συγκεκριμένα παραδείγματα για το πώς λειτουργούν η κληρονομικότητα, η μεταβλητότητα, η επιλογή, ο ανταγωνισμός, η απομόνωση, η ολίσθηση και άλλα στοιχεία της μεγάλης φυσικής μηχανής που δημιουργεί ακούραστα νέους τύπους ζωντανών όντων.

Ελπίζουμε ότι ο αναγνώστης έχει ήδη μια ελάχιστη γνώση της βιολογίας - και αν δεν το κάνει, θα μπορέσει να κοιτάξει τις πληροφορίες που λείπουν σε διαθέσιμες πηγές, για παράδειγμα, σε ένα σχολικό βιβλίο ή στη Wikipedia. Τελικά, κανείς δεν μπορεί καθεβιβλίο δημοφιλούς επιστήμης για να επαναλάβετε τις ίδιες πληροφορίες από σχολικό πρόγραμμα σπουδών. Είναι κρίμα για τον χρόνο, το χαρτί και τους αναγνώστες για τους οποίους αυτό δεν θα είναι το πρώτο βιολογικό βιβλίο που πήραν. Επομένως, δεν θα ξαναπούμε αναλυτικά για εκατοστή φορά τι είναι η αντιγραφή του DNA και η κυτταρική μεμβράνη, αλλά θα πάμε κατευθείαν στο θέμα.

Μερικοί όροι που δεν μπορείτε να κάνετε χωρίς

Οι κληρονομικές πληροφορίες που περιέχονται στο DNA είναι ετερογενείς και είναι γραμμένες σε πολλές διαφορετικές «γλώσσες». Η καλύτερα μαθημένη γλώσσα περιοχές του DNA που κωδικοποιούν πρωτεΐνες. Η αλληλουχία νουκλεοτιδίων σε μια τέτοια περιοχή είναι μια οδηγία για τη σύνθεση ενός μορίου πρωτεΐνης, γραμμένη χρησιμοποιώντας γενετικός κώδικας - ένα σύστημα αντιστοιχιών κοινών για όλα τα ζωντανά όντα μεταξύ ορισμένων τριπλών νουκλεοτιδίων DNA (τριπλές ή κωδικόνια) και των αμινοξέων που συνθέτουν την πρωτεΐνη. Για παράδειγμα, η τριάδα των νουκλεοτιδίων ΑΑΑ κωδικοποιεί το αμινοξύ λυσίνη, CHG - αργινίνη.

Για να συντεθεί μια πρωτεΐνη με βάση μια τέτοια οδηγία, οι πληροφορίες πρέπει πρώτα να μεταγραφούν από DNA σε RNA, ένα μόριο που διαφέρει από το DNA σε ορισμένες λεπτομέρειες: για παράδειγμα, αντί για το νουκλεοτίδιο Τ (θυμιδίνη), το RNA χρησιμοποιεί Υ (ουριδίνη). Η επανεγγραφή πληροφοριών από το DNA σε RNA (σύνθεση RNA σε ένα πρότυπο DNA) ονομάζεται μεταγραφή. Ένα γονίδιο μπορεί να μεταγραφεί συχνά, οπότε πολλά μόρια μιας δεδομένης πρωτεΐνης θα παραχθούν στο κύτταρο, ή σπάνια, οπότε θα υπάρχει λίγη πρωτεΐνη. Λέγεται επίπεδο έκφρασηςγονίδιο. Το επίπεδο έκφρασης ελέγχεται από ειδικές ρυθμιστικές πρωτεΐνες.

Το μόριο RNA που προκύπτει χρησιμοποιείται στη συνέχεια για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Η μοριακή «μηχανή» για τη σύνθεση πρωτεϊνών που βασίζεται στις οδηγίες που είναι γραμμένες στο RNA ονομάζεται ριβόσωμακαι η ίδια η διαδικασία της πρωτεϊνικής σύνθεσης - αναμετάδοση.

Markov A. V., Naimark E. B. Evolution. Κλασικές ιδέες υπό το φως των νέων ανακαλύψεων // AST Publishing Group, 2014

Τι είναι όφελος; Πώς μια τυχαία μετάλλαξη μετατρέπει τους ξένους σε ακμάζοντες νικητές; Τι είναι πιο σημαντικό για την εξέλιξη - πόλεμος ή συνεργασία;

Το βιβλίο μιλάει για τελευταία έρευναμοριακούς γενετιστές και ανακαλύψεις παλαιοντολόγων που δίνουν απαντήσεις σε αυτά και σε πολλά άλλα ερωτήματα σχετικά με τις τροποποιήσεις στη φύση. Χιλιάδες ανακαλύψεις που έγιναν από την εποχή του Δαρβίνου επιβεβαιώνουν τις εικασίες των ιδρυτών της θεωρίας της εξέλιξης. τα νέα δεδομένα δεν καταστρέφουν στο ελάχιστο τα θεμέλια της εξελικτικής θεωρίας, αλλά, αντίθετα, απλώς τα ενισχύουν.

Εδώ δημοσιεύεται το 7ο κεφάλαιο του βιβλίου αφιερωμένο στις μεταβατικές μορφές.

Κεφάλαιο 7

Το πρόβλημα των μεταβατικών μορφών προβλημάτισε τον Δαρβίνο, ανησύχησε τους υποστηρικτές του και ευχαριστούσε πάντα τους αντιπάλους του. Κοιτάζοντας μπροστά, ας πούμε ότι τώρα για τους ειδικούς βιολόγους αυτό το πρόβλημα φαίνεται από μια εντελώς διαφορετική οπτική γωνία, αν και εξακολουθεί να ανησυχεί τους ανενημέρωτους οπαδούς της εξέλιξης και, όπως πριν, ενθουσιάζει τους αντιπάλους της. Σε αυτό το κεφάλαιο, θα αναλύσουμε γιατί έχει αλλάξει η στάση των βιολόγων απέναντι στις μεταβατικές μορφές και θα αφήσουμε έξω από την εξίσωση τα συναισθήματα των μη ειδικών.

Μεταβατικές μορφές είναι εκείνες που παρατάσσονται σε μια σειρά σταδιακών μεταβάσεων από τους προγόνους στους απογόνους. Εάν είναι γνωστό τι εμφάνιση είχε ένας μακρινός πρόγονος, τότε τυχόν ενδιάμεσα χαρακτηριστικά μεταξύ αυτού και των απογόνων του θα είναι μεταβατικά. Με βάση το φυλογενετικό δέντρο, είναι δυνατό να προβλεφθεί ποιες ενδιάμεσες μορφές θα μπορούσαν να υπάρχουν (και επομένως μπορούν να βρεθούν) και ποιες όχι. Σύμφωνα με την επιστημονική μέθοδο, οι προβλέψεις που έχουν γίνει πραγματικότητα επιβεβαιώνουν τη θεωρία. Για παράδειγμα, γνωρίζοντας τη δομή των δεινοσαύρων και των πτηνών, μπορεί κανείς να προβλέψει ορισμένα μορφολογικά χαρακτηριστικά των μεταβατικών μορφών μεταξύ τους. Προβλέπουμε την πιθανότητα εύρεσης υπολειμμάτων ζώων όπως τα ερπετά, αλλά με φτερά, ή τα υπολείμματα ζώων όπως τα πουλιά, αλλά με δόντια και μακριά ουρά. Με αυτόν τον τρόπο, προβλέπουμε ότι δεν θα βρεθούν μεταβατικές μορφές μεταξύ πτηνών και θηλαστικών, όπως απολιθώματα θηλαστικών με φτερά ή απολιθώματα που μοιάζουν με πτηνά με οστά του μέσου αυτιού θηλαστικών. Με άλλα λόγια, το εξελικτικό δέντρο θα μας δείξει πού και τι να αναζητήσουμε, και τι δεν μπορεί να είναι και τι δεν αξίζει να ψάξουμε.

Επιπλέον, οι προγονικές μορφές με μικτά χαρακτηριστικά θυγατρικών ομάδων ταξινομούνται ως μεταβατικές. Εάν οι ομάδες παιδιών προέρχονται απευθείας από κάποιον κοινό πρόγονο, τότε κάποια (όχι απαραίτητα όλα) πρωτόγονα χαρακτηριστικά θα συγκεντρωθούν στην εμφάνισή του. Αντίθετα, τα άλλα χαρακτηριστικά του μπορεί να αποδειχθούν εξίσου προηγμένα με αυτά του ενός ή του άλλου απογόνου. Αυτή η μορφή μπορεί επίσης να ονομαστεί μεταβατική - συνδυάζει τα χαρακτηριστικά πολλών γραμμών στην πρωτόγονη κατάστασή τους. Ωστόσο, μια τέτοια απολιθωμένη μορφή, πιθανότατα, μετά από πιο προσεκτική εξέταση, δεν θα είναι ο άμεσος πρόγονος των θυγατρικών ομάδων, αλλά ένας από τους πρώιμους διακλαδισμένους και λίγο αλλαγμένους απογόνους αυτού του προγόνου (επειδή η πιθανότητα να βρεθεί ο άμεσος πρόγονος κάποιου σε πολύ το ημιτελές αρχείο απολιθωμάτων είναι μικρό). Αυτή η φόρμα μπορεί να χρησιμεύσει ως μια καλή προσέγγιση πορτρέτου σε έναν κοινό πρόγονο.

Τα είδη με μια ενδιάμεση κατάσταση ενός πολύπλοκου χαρακτηριστικού ονομάζονται επίσης μεταβατικά (αν θεωρήσουμε αυτό που παρατηρείται στα σύγχρονα ζώα ως τελική κατάσταση· από την άποψη των απογόνων μας, η τρέχουσα μορφή θα είναι ενδιάμεση σε σύγκριση με τον ενημερωμένο, αλλαγμένο κόσμο τους ).

Ο Δαρβίνος περιέγραψε την ουσία του προβλήματος των μεταβατικών μορφών ως εξής. Εάν η εξέλιξη προχωρήσει σταδιακά μέσω της επιλογής ολοένα και πιο τέλειων μορφών, τότε φαίνεται ότι θα πρέπει να βλέπουμε παντού μια σειρά από ατελείωτες ομαλές μεταβάσεις μεταξύ των μορφών. Στην πραγματικότητα, βλέπουμε συχνά διακριτά είδη που είτε δεν μπορούν καθόλου να διασταυρωθούν είτε το κάνουν με δυσκολία και απροθυμία. Στην ακραία περίπτωση, εάν τα σημερινά «βελτιωμένα» είδη, έχοντας κερδίσει τον διαγωνισμό, αντικατέστησαν τους λιγότερο προσαρμοσμένους προγόνους τους, αυτοί οι τελευταίοι θα πρέπει να βρεθούν στο αρχείο απολιθωμάτων. Παρόλο που τα σύγχρονα είδη αποδείχθηκαν πιο επιτυχημένα και ανθεκτικά, και παρόλο που τώρα εγκαταστάθηκαν παντού, αλλά κάποτε οι πρόγονοί τους ήταν νικητές και ζούσαν ως ελεύθεροι βασιλιάδες στην επικράτειά τους. Αυτό σημαίνει ότι τα λείψανά τους θα πρέπει να ταφούν σε μεγάλους αριθμούς, να μετατραπούν σε απολιθώματα (πετρώματα) με την πάροδο του χρόνου και να γίνουν ιδιοκτησία των παλαιοντολόγων. Αλλά του Δαρβίνου μέσα του δέκατου ένατουαιώνα υπήρχαν ελάχιστα παραδείγματα απολιθωμάτων μεταβατικών μορφών.

Ένα άλλο μέρος του προβλήματος είναι ο σταδιακός σχηματισμός ενός πολύπλοκου χαρακτηριστικού. Φαίνεται ότι το μάτι βλέπει μόνο επειδή σε αυτό όλα τα μέρη ταιριάζουν τέλεια μεταξύ τους (στην πραγματικότητα, δεν είναι όλα τέλεια, αλλά αυτά είναι ήδη μικροπράγματα). Οι πνεύμονες εισπνέουν και εκπνέουν, γιατί όλα κλουβί των πλευρώνσχεδιασμένο ως τέλεια αντλία κενού. Ο σχεδιασμός του αυτιού είναι ελαφρύς, κομψός και μαθηματικά τεχνικός, και ως εκ τούτου το αυτί μας εξυπηρετεί, επιτρέποντάς μας να συλλάβουμε τις μικρότερες αποχρώσεις φωνητικών συναισθημάτων, να πλοηγηθούμε στο χώρο και να χτίσουμε ηχητικές αρμονίες. Φτερό πουλιού - ελαφριά και ανθεκτική επιφάνεια μύγας. Χωρίς ένα σύνολο από τέτοιες τέλειες, τακτοποιημένες επικαλυπτόμενες επιφάνειες, ένα πουλί δεν θα πετάξει...

Πράγματι, η απόκτηση ενός καθαρά οφθαλμού φαίνεται να είναι μια εξαιρετικά δύσκολη υπόθεση. Άλλωστε, έπρεπε να συλλεχθεί σταδιακά, έχοντας στην αρχή μόνο ένα σύνολο κυψελών που καθορίζουν το φως, και ως αποτέλεσμα, ελήφθη μια ακριβής οπτική συσκευή. Και σε κάθε στάδιο της εξέλιξης, αυτό το πρωτο-μάτι έπρεπε να εξυπηρετεί χρήσιμα το ζώο, έτσι ώστε η εξέλιξη να μην εγκαταλείψει τα μισά του δρόμου.

Φανταζόμενος διανοητικά αυτό το μονοπάτι, κάποιος θελήσει και μη σκεφτεί γιατί τα ζώα θα χρειάζονταν όλα αυτά τα όργανα σε ημι-συναρμολογημένη μορφή. Γιατί χρειαζόμαστε ένα μισό μάτι που καταγράφει μόνο αδιάκριτες σκιές, ένα φτερό ακατάλληλο για πτήση, ένα αυτί με δυσκολία ακοής, αναπνευστικές φυσαλίδες που δεν μπορούν να εισπνεύσουν σωστά; Αξίζει τον κόπο η εξέλιξη να αφιερώσει χρόνο και προσπάθεια σε αυτές τις προσαρμογές εάν το τελικό αποτέλεσμα είναι άγνωστο; Και αν πράγματι πέρασε ολόκληρη η διαδρομή από ένα χρωματισμένο φωτοευαίσθητο σημείο σε ένα τέλειο μάτι, τότε πρέπει να υπάρχουν μεταβατικές μορφές με μισοβόρα κάτω μάτια, φτερά χωρίς πτήση, πνεύμονες που δεν λειτουργούν σωστά και παρόμοια ατελή όργανα. Υπήρχαν τέτοιες μορφές;

Στο «The Origin of Species», όπου υποδεικνύεται αυτό το ερώτημα, δίνεται μια σαφής θεωρητική απάντηση - ναι, έπρεπε να υπάρχουν και να υπάρχουν! - και δίνονται παραδείγματα. Τώρα γνωρίζουμε πάρα πολλά ακόμη εξαιρετικά παραδείγματα – μεταβατικές φόρμες με σαν «μισοτελειωμένες» μορφολογικές κατασκευές, που παρ’ όλα αυτά εξυπηρετούσαν επιμελώς τους ιδιοκτήτες τους.

Λίγο για τα μάτια Στην πραγματικότητα, τα μάτια δεν είναι τόσο δύσκολο να τα φτιάξετε εάν το νοικοκυριό έχει φωτοευαίσθητες πρωτεΐνες (και τα μονοκύτταρα έχουν ήδη) και κύτταρα φωτοϋποδοχέα που παράγουν αυτές τις πρωτεΐνες (που εμφανίστηκαν ήδη στα πιο αρχαία ζώα). Η Evolution αντιμετώπισε αυτό το έργο επανειλημμένα, εφευρίσκοντας κάθε φορά ένα ειδικό όργανο και κατασκευάζοντάς το σταδιακά από αυτοσχέδια υλικά (ιστούς και κύτταρα) σύμφωνα με τις ανάγκες των διαφόρων ζώων, αλλά ποτέ δεν κοιτούσε μπροστά και «φροντίζοντας» μόνο για μικρές στιγμιαίες βελτιώσεις. Τα μάτια του δίθυρου μαλακίου Χτένι του Swift, μέδουσες κουτιού, τοξότης, τριλοβίτης - όλα αυτά είναι εντελώς διαφορετικά όργανα όρασης που βοηθούν τα ζώα να πιάσουν φως και να διακρίνουν αντικείμενα σε συνθήκες χαρακτηριστικές ενός ζώου. Αυτά είναι παραδείγματα της παράλληλης εμφάνισης ενός πολύπλοκου οργάνου - του ματιού. πλάσμα με μεγάλα μάτια σε έγχρωμο αυτοκόλλητο- Η χτένα της Σουίφτ ( Swiftopecten swifti), ένα δίθυρο μαλάκιο διαστάσεων 10–12 εκ. Κατά μήκος της άκρης του μανδύα, έχει πλοκάμια που αναπτύσσονται - όργανα αφής - και πολλά μικρά μάτια - όργανα όρασης. Τα μάτια ενός χτενιού, φυσικά, είναι εντελώς διαφορετικά από τα δικά μας και δεν συνδέονται με τον εγκέφαλο (απλώς δεν υπάρχει, υπάρχουν νευρικά γάγγλια), αλλά και πάλι δεν είναι τόσο απλά. Είναι κυστίδια διαφανούς επιθηλίου, η πίσω πλευρά των οποίων είναι επενδεδυμένη με ένα στρώμα φωτοευαίσθητων κυττάρων, ακολουθούμενα από ένα στρώμα χρωστικής και το λεγόμενο καθρέφτη. Στο φιαλίδιο υπάρχει ένας φακός διάθλασης του φωτός - ο φακός. Λόγω της αντανάκλασης του φωτός από τον καθρέφτη, τα μάτια λαμπυρίζουν με υπέροχο πράσινο χρώμα. Με τη βοήθεια των ματιών τους, τα χτένια μπορούν να δουν μόνο σε μικρή απόσταση. Μόνο όταν ο χειρότερος εχθρός των χτενιών - ένας αστερίας - τον πλησιάζει σχεδόν από κοντά, εκείνος, χτυπώντας τα φτερά, κάνει ένα άλμα - πετάει. Αυτά τα μικρά μάτια είναι πάντα σε εγρήγορση και προειδοποιούν τον ιδιοκτήτη τους για κίνδυνο. Οι μέδουσες (εκπρόσωποι του τύπου των εντερικών, μάλλον απλά διατεταγμένων ζώων) μπορούν επίσης να αναπτύξουν μάτια. Έτσι, οι μέδουσες κουτιού - μια ομάδα με περισσότερο ή λιγότερο τετράγωνο θόλο - απέκτησε όραμα στην πορεία της εξέλιξης. Τα μάτια των μεδουσών είναι πολύ ασυνήθιστα. Κάθονται σε ειδικές αποφύσεις - τα ροπαλιά, οι μέδουσες κουτιού έχουν μόνο τέσσερις από αυτές, σύμφωνα με τον αριθμό των πλευρών του θόλου. Κάθε ropalia έχει έξι μάτια - τέσσερα απλά και δύο πιο περίπλοκα. Είναι σχεδιασμένα σύμφωνα με το σχήμα οποιουδήποτε πολύπλοκου ματιού: ένα φωτοευαίσθητο στρώμα, ένα στρώμα χρωστικής, ένας κερατοειδής και ένας φακός. Στο ένα από τα έξι μάτια της Ροπαλίας υπάρχει και διάφραγμα. Μια αλλαγή στον φωτισμό οδηγεί σε συστολή ή διαστολή του: έτσι ανταποκρίνεται το μάτι σε ένα φωτεινό σήμα. Αυτά τα μάτια έχουν σχεδιαστεί για να βλέπουν μόνο μεγάλα αντικείμενα. Η μέδουσα απλά δεν παρατηρεί κανένα περιττό μικροπράγμα. Στις μέδουσες κουτιού, το σήμα από τα μάτια μέσω των αισθητηριακών νευρώνων πηγαίνει κατευθείαν στους κινητικούς νευρώνες του θόλου και των πλοκαμιών. Επομένως, βλέποντας λίγο ένα μεγάλο αντικείμενο, η μέδουσα αντιδρά αμέσως: επιταχύνει και στρίβει. Η μέδουσα κουτιού δεν χρειάζεται έναν αναλυτή μεσάζοντα - έναν εγκέφαλο ή ακόμα και ένα γάγγλιο νεύρου: δεν χάνει χρόνο σκεπτόμενη - βλέπει και ενεργεί ( Skogh et al., 2006). Τα μάτια των τριλοβιτών - εξαφανισμένων αρθρόποδων που κατοικούσαν στις θάλασσες πριν από 530-252 εκατομμύρια χρόνια - ήταν εντελώς μοναδικά. Το μάτι ενός τριλοβίτη είναι σύνθετο, όπως αυτό των εντόμων: συναρμολογείται από πολλούς μεμονωμένους φακούς. Οι φακοί, όπως και των άλλων αρθρόποδων με μεγάλα μάτια, είναι διάφανοι. Αλλά σε αντίθεση με όλα τα ζώα, χωρίς εξαίρεση, δεν αποτελούνται από πρωτεΐνες, αλλά είναι κατασκευασμένα από το εξαιρετικά διαφανές ορυκτό ασβεστίτης. Ένα τέτοιο μάτι είναι σαν γυάλινα γυαλιά μόνιμα προσκολλημένα στο μάτι. Έτσι ο τριλοβίτης είχε κυριολεκτικά μια πέτρινη όψη. Κάθε φακός ήταν αυστηρά προσανατολισμένος κατά μήκος του κύριου άξονα διάθλασης του φωτός. Οι αμφίκυρτοι φακοί εστίασαν το φως στον αμφιβληστροειδή (πρόσφατα ίχνη χρωστικών κυττάρων κάτω από φακούς ασβεστίτη βρέθηκαν σε τριλοβίτες), από τους οποίους διακλαδίστηκαν τα νεύρα. Οι φακοί, ωστόσο, ήταν έντονα κυρτές, σχεδόν σφαιρικοί, έτσι ώστε η ευκρίνεια της εικόνας να υποφέρει από σφαιρική εκτροπή. Αλλά οι τριλοβίτες αντιμετώπισαν αυτό το πρόβλημα. Το φως εστιάστηκε σε ένα σημείο χρησιμοποιώντας ένα λεπτό ένθετο ασβεστίτη υψηλού μαγνήσιου, το οποίο έχει διαφορετικό δείκτη διάθλασης. Τέτοιοι φακοί, με το ίδιο ακριβές σχήμα όπως στα μάτια των τριλοβιτών, χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα τηλεσκόπια. Μπορεί να υποστηριχθεί ότι η φυσική επιλογή έλυσε το πρόβλημα του σχεδιασμού σύγχρονων οπτικών συσκευών πολύ νωρίτερα από τον Descartes και τον Huygens, οι οποίοι εξάλειψαν τη σφαιρική εκτροπή στα τηλεσκόπια. Η εξέλιξη των τριλοβιακών ματιών είναι καλά τεκμηριωμένη, από απλούς πολλαπλούς αμφίκυρτους φακούς έως λίγους και σχεδόν σφαιρικούς φακούς με συμπαγές διορθωτικό ένθετο. Και τα δύο μάτια βοήθησαν το ζώο να προσδιορίσει την απόσταση από το αντικείμενο στο νερό και να το εξετάσει από μακριά. Η διαφορά, προφανώς, συνίστατο στον βαθμό λεπτομέρειας της εικόνας και στην υπερμετρωπία της όρασης.

Έτσι, το πρόβλημα των μεταβατικών μορφών εμπίπτει σε τρία ερωτήματα. Το πρώτο είναι γιατί σύγχρονος κόσμοςδεν υπάρχουν τόσες πολλές σταδιακές μεταβάσεις μεταξύ των ειδών, γι' αυτό και τα περισσότερα είδη διαχωρίζονται σαφώς το ένα από το άλλο. Έχουμε ήδη συζητήσει αυτήν την ερώτηση στο κεφάλαιο 6. Η δεύτερη ερώτηση μπορεί να διατυπωθεί ως εξής: γιατί υπάρχουν λίγες εξαφανισμένες μεταβατικές μορφές στο αρχείο απολιθωμάτων, αφού αντικατασταθούν από πιο προσαρμοσμένους ανταγωνιστές; Και τέλος, το τελευταίο: πώς μπορεί σταδιακά να σχηματιστεί ένα πολύπλοκο όργανο που φαίνεται χρήσιμο μόνο στην τελική του μορφή; Οι δύο τελευταίες ερωτήσεις θα συζητηθούν παρακάτω.

πολλές μεταβατικές μορφές

Μέχρι τώρα, μερικές φορές ακούγεται ο εκπληκτικός ισχυρισμός ότι, υποτίθεται, δεν υπάρχουν μεταβατικές μορφές. Αυτή η γνώμη είναι μια απλή κληρονομιά του προηγούμενου αιώνα ή μια σκόπιμη απόκρυψη (κυρίως από τον εαυτό του) της πραγματικής γνώσης. Μάλιστα, σήμερα είναι γνωστός ένας τεράστιος αριθμός μεταβατικών μορφών – άλλωστε έχει περάσει ενάμιση αιώνας από την εποχή του Δαρβίνου. Και όλο αυτό το διάστημα, οι αρχαιοκυνηγοί δεν σταμάτησαν να βρίσκουν όλο και περισσότερες νέες μορφές, μεταξύ των οποίων υπάρχουν πολλές μεταβατικές. Τώρα δεν χρειάζεται να αμφιβάλλουμε για την ύπαρξή τους και, όπως ο Δαρβίνος, να πείσουμε τους αντιπάλους ότι όντως υπήρχαν, εξηγώντας τη σπανιότητά τους από την ελλιπή μαρτυρία της εξαφανισμένης ζωής. Πριν από εκατόν πενήντα χρόνια ήταν γνωστά περίπου 200 είδη απολιθωμάτων, σήμερα έχουν περιγραφεί περίπου 250 χιλιάδες από αυτά. Όχι μόνο ανακαλύφθηκαν χιλιάδες νέα είδη, αλλά ένα ολόκληρο πεδίο γνώσης αναδύθηκε και απέκτησε δύναμη - η ταφωνία. Η ταφωνομία είναι η πειθαρχία των προτύπων σχηματισμού των απολιθωμάτων. Εξηγεί πού, πώς και γιατί σχηματίστηκαν τα απολιθώματα. Ο ιδρυτής αυτής της επιστήμης ήταν ο εξαιρετικός παλαιοντολόγος και συγγραφέας I. A. Efremov (1908–1972). Οι νόμοι της ταφωνίας βοηθούν να προβλεφθεί σε ποια μέρη, σε ποια στρώματα και βράχους είναι απαραίτητο να αναζητήσετε νέα πανίδα και πού δεν αξίζει να ξοδέψετε ούτε προσπάθεια.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, δεν έχουν βρεθεί ακόμη μεταβατικές μορφές απολιθωμάτων. Για παράδειγμα, δεν υπάρχουν ίχνη της εξέλιξης των προγόνων των χιμπατζήδων (η ταφωνία το εξηγεί από την έλλειψη συνθηκών για το σχηματισμό απολιθωμάτων στα τροπικά δάση), δεν υπάρχουν αξιόπιστα ίχνη της ύπαρξης ακτινωτών σκουληκιών και αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει περισσότερα από 2500 σύγχρονα είδη (δεν έχουν ούτε σκελετό ούτε πυκνά κοχύλια, είναι μάλλον πολύ μαλακά και τρυφερά για να διατηρηθούν ως απολίθωμα). Τέτοια κενά στο αρχείο απολιθωμάτων είναι αναπόφευκτα, αλλά αυτό σίγουρα δεν είναι λόγος να υποθέσουμε ότι οι χιμπατζήδες και τα ακτινωτά σκουλήκια δεν εξελίχθηκαν ποτέ και εμφανίστηκαν πρόσφατα έτοιμα.

Εδώ είναι μερικά υπέροχα παραδείγματα μεταβατικών μορφών που έχουν βρεθεί πρόσφατα, παρά τους αιώνες σκεπτικισμού σχετικά με την ίδια την πιθανότητα ύπαρξης τέτοιων πλασμάτων.

Στα μισά του δρόμου προς τη χωματερή

"Με ένα μικρό τσαλακωμένο πρόσωπο στην άκρη ..." - έτσι θα μπορούσε κανείς να περιγράψει έναν πλατύσκαλο που ακολουθεί τη Βαβέλ. Και πραγματικά, κοιτάζοντάς την, άθελά σου σκέφτεσαι - την έχει στραβώσει το eq! Γιατί αυτή, καημένη, έτσι! Από την άλλη, είναι δύσκολο να βρεις ένα πλάσμα πιο κατάλληλο για ζωή στον βυθό. Είναι εντελώς επίπεδο, η μια πλευρά φωτίζεται και προσποιείται ότι είναι κοιλιά, η άλλη

σκοτείνιασε και γύρισε πίσω. Τα ραχιαία και πρωκτικά πτερύγια τεντώνονται κατά μήκος των άκρων, μετατρέπονται σε ένα ομοιόμορφο εύκαμπτο στόμιο. Και τα μάτια κατέληγαν στη μια πλευρά του κεφαλιού: το ένα μάτι, αυτό που έπρεπε να μείνει στην ελαφριά, ψευδοκοιλιακή πλευρά, μετακινήθηκε στην άλλη πλευρά, στην ψευδοπλάτη.

Οι προνύμφες όλων των πλατψαριών είναι πολύ πιο παρόμοιες με τα κανονικά ψάρια: τα μάτια τους, όπως αναμενόταν, βρίσκονται στα πλάγια σε διαφορετικές πλευρές του κεφαλιού. Κατά τη διάρκεια της ατομικής ανάπτυξης, μία από τις κόγχες των ματιών μετατοπίζεται σταδιακά πρώτα στην άνω άκρη του κεφαλιού - στο στέμμα και στη συνέχεια στην αντίθετη πλευρά.

Ο Δαρβίνος και οι οπαδοί του υπέθεσαν ότι οι αλλαγές στη δομή του κρανίου, που παρατηρήθηκαν κατά την ανάπτυξη του γόνου, αναπαράγουν την εξέλιξη της ομάδας. Ο Δαρβίνος παραδέχτηκε ότι σε αυτή την περίπτωση ο εξελικτικός μηχανισμός «Lamarckian» θα μπορούσε να λειτουργήσει: οι πρόγονοι του κολοκυθιού, που είχαν τη συνήθεια να ξαπλώνουν στο πλάι, έπρεπε να στραβώνουν συνεχώς τα μάτια τους και ως αποτέλεσμα οι ενδοζωτικές αλλαγές που αναπτύχθηκαν στα ψάρια τέτοιας «εκπαίδευσης» μεταδόθηκαν στους απογόνους. Στις αρχές του 20ου αιώνα, ωστόσο, έγινε σαφές ότι τα αποτελέσματα της εκπαίδευσης δεν μπορούσαν να κληρονομηθούν. Μπορείτε να βασιστείτε μόνο στη φυσική επιλογή. Με άλλα λόγια, οι πρόγονοι των κολοκυθιών, στους οποίους το «κάτω» μάτι από τη γέννηση ήταν ελαφρώς μετατοπισμένο στο στέμμα, θα έπρεπε να είχαν αφήσει περισσότερους απογόνους από εκείνους στους οποίους το κρανίο ήταν αυστηρά συμμετρικό και το «κάτω» μάτι κοίταζε απευθείας στο άμμος. Αυτή η υπόθεση φαινόταν απίθανη σε πολλούς.

Εάν η εξέλιξη προχωρούσε μέσω της επιλογής μικρών κληρονομικών αλλαγών, τότε το μάτι έπρεπε να μετακινηθεί από τη μια πλευρά στην άλλη με μικροσκοπικά βήματα. Και τι πλεονέκτημα θα μπορούσε να προσδώσει στους προγόνους του ματιού μια ελαφριά κακή ευθυγράμμιση, αν παρέμενε στην κάτω πλευρά του κεφαλιού και, επομένως, δεν μπορούσε να δει τίποτα εκτός από την άμμο; Μια τέτοια δομή φαινόταν δυσπροσαρμοστική.

Μέχρι τώρα, οι πιο πρωτόγονοι εκπρόσωποι του κολοκυθιού θεωρούνταν ψευδόδες (γένος Ψεττόδεςμε δύο μόνο τύπους). Έχουν ένα «μετατοπισμένο» μάτι που βρίσκεται στην άνω άκρη του κεφαλιού. Ωστόσο, αυτό το μάτι δεν τρυπώνει πια στην άμμο όταν το ψάρι βρίσκεται στον βυθό. Και στα ψάρια, τα οποία, όπως υποδηλώνει η σταδιακή εξέλιξη, θα έπρεπε να υπάρχουν πριν από το ψευδόβιο, το «κοιλιακό» μάτι θα κοιτούσε χωρίς νόημα στη λάσπη.

Ως εκ τούτου, τα λάστιχα ήταν πονοκέφαλος για τους εξελικτικούς. Όχι μόνο οι υποθετικές μεταβατικές μορφές φάνηκαν δυσπροσαρμοστικές, αλλά και δεν υπήρχαν στοιχεία για την ύπαρξή τους στο παρελθόν. Υπήρχε μόνο μια πεισματική πεποίθηση ότι πρέπει να υπάρχουν εάν η θεωρία ήταν σωστή. Και στα κοιτάσματα του Ηώκαινου (πριν από 55,8-40,4 εκατομμύρια χρόνια) της Ιταλίας και της Γαλλίας, βρέθηκαν παρόλα αυτά αυτά τα πολυαναμενόμενα και ταλαίπωρα μέσα από διαμάχες πρωτόγονα φούντα. Ανακαλύφθηκαν και περιγράφηκαν από τον Matt Friedman του Πανεπιστημίου του Σικάγο. Ο πρώτος από τους δύο πρωτόγονους χλοοτάπητες ήταν προηγουμένως άγνωστος και του δόθηκε το όνομα Heteronectes chaneti. Οι δεύτεροι παλαιοντολόγοι γνώριζαν ήδη (αυτό είναι το γένος Amphistiumμε δύο τύπους: παράδοξοκαι Altum), αλλά ο Friedman ήταν ο πρώτος που ανακατασκεύασε με ακρίβεια τη δομή του κρανίου της χρησιμοποιώντας αξονική τομογραφία ( Ο Φρίντμαν, 2008).

Αυτά τα δύο ψάρια έχουν την ίδια τη δομή του κρανίου, η οποία φαινόταν αδύνατο στους σκεπτικιστές: το κρανίο είναι έντονα ασύμμετρο, η μία κόγχη του ματιού έχει ήδη μετατοπιστεί προς τα πάνω, αλλά και τα δύο μάτια εξακολουθούν να βρίσκονται στις αντίθετες πλευρές του κεφαλιού. Και ένας από αυτούς -ναι, ναι- κοιτάζει στην άμμο. Αυτό σαφώς δεν είναι λάθος, ούτε είναι αποτέλεσμα μεταθανάτιων αλλαγών στα απολιθωμένα οστά. Μεταξύ των γεγονότων που το επιβεβαιώνουν, μπορούμε να αναφέρουμε την ασύμμετρη δομή των μετωπιαίων οστών Ετερονέκτες. Το δεξιό μετωπιαίο οστό είναι μεγάλο, ορθογώνιο σε σχήμα, ενώ το αριστερό έχει μετατραπεί σε μια στενή καμπύλη πλάκα που περιορίζει το άνω άκρο της τροχιάς που έχει μετατοπιστεί προς τα πάνω. Γένος Amphistiumγνωστό από πολλά δείγματα, και η δομή του κρανίου είναι περίπου η ίδια για όλα. Σε όλες τις περιπτώσεις, το κρανίο είναι ασύμμετρο, μια από τις κόγχες των ματιών μετατοπίζεται προς τα πάνω, αλλά παραμένει στην πλευρά του κρανίου.

Βρέθηκαν όλες οι περιπτώσεις Ετερονέκτεςκαι AmphistiumΤουλάχιστον κατά μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερο από τα σύγχρονα ιχθύδια στο στάδιο που τα μάτια τους είναι στη μία πλευρά του κεφαλιού. Ακόμη και στην Psettoda, το μάτι βρίσκεται στην άνω πλευρά του κεφαλιού ήδη σε μήκος σώματος 13 mm, ενώ το μήκος του δείγματος τύπου Ετερονέκτες- 142 χλστ. Κατά συνέπεια, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι οι μεταβατικές μορφές που βρέθηκαν είναι γόνοι στους οποίους η μετανάστευση της τροχιάς δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί. Αυτό αποδεικνύεται επίσης από άλλα σημάδια, όπως η πλήρης οστεοποίηση του κρανίου και η απουσία αλλαγών που σχετίζονται με την ηλικία στη θέση της τροχιάς στο Amphistiumστη διαδικασία ανάπτυξης από 103 έως 200 mm. Αναμφίβολα, αυτά τα ψάρια είναι ενήλικα και οι κόγχες των ματιών τους βρίσκονται στην τελική τους θέση. Παρεμπιπτόντως, τώρα μπορούμε να πούμε ότι ο Δαρβίνος είχε δίκιο και οι σταδιακές μεταμορφώσεις του κρανίου στην ατομική ανάπτυξη των σύγχρονων κολοκυθιών αναπαράγουν πραγματικά την πορεία της εξέλιξής τους.

Όχι μόνο η δομή του κρανίου, αλλά και άλλα σημάδια Ετερονέκτεςκαι Amphistiumδείχνουν ότι αυτά είναι τα πιο πρωτόγονα από τα γνωστά φλουριά. Στον σκελετό τους υπάρχουν αρχαϊκά χαρακτηριστικά που είναι χαρακτηριστικά των προγόνων των κολοκυθιών - των αρχαίων εκπροσώπων της ομάδας των perciformes. Μερικά από αυτά τα χαρακτηριστικά δεν έχουν διατηρηθεί σε κανένα από τα σύγχρονα πτερύγια, άλλα έχουν διατηρηθεί μόνο στο Psettoda (για παράδειγμα, αγκάθια στα ραχιαία και πρωκτικά πτερύγια).

Περιέργως, ανάμεσα στα δείγματα AmphistiumΥπάρχουν και «αριστερά» και «δεξιά» άτομα. Το ίδιο παρατηρείται και στο Psettoda, ωστόσο, σε πιο προχωρημένους χυλώνες, τέτοιες παραλλαγές είναι εξαιρετικά σπάνιες: κάθε είδος αντιπροσωπεύεται συνήθως είτε μόνο από «αριστερά» ή μόνο «δεξιά» ψάρια. Αυτό είναι ένα παράδειγμα της άκαμπτης ρύθμισης της οντογένεσης. Στην αρχή της εξελικτικής ανάπτυξης, η οντογένεση είχε μεγαλύτερη ελευθερία σε τυχαίες παραλλαγές, αλλά αργότερα η οντογένεση σταθεροποιήθηκε και δεν υπήρχε χώρος για τυχαιότητα (περισσότερα για αυτό γενικό μοτίβοεξέλιξη της οντογένεσης, θα συζητήσουμε στο κεφάλαιο 8).

Τα απολιθωμένα ψάρια που περιγράφονται από τον Friedman διαψεύδουν τον ισχυρισμό ότι οι μεταβατικές μορφές μεταξύ χωματερών και κανονικών ψαριών με συμμετρικό κρανίο είναι αδύνατες και μη βιώσιμες. Ωστόσο, θα ήθελα επίσης να καταλάβω πώς, σε τελική ανάλυση, οι αρχαίοι χυλώνες χρησιμοποιούσαν το κάτω μάτι τους, το οποίο, θεωρητικά, υποτίθεται ότι κοιτούσε κατευθείαν στην άμμο. Ο Friedman σημειώνει ότι μια ένδειξη μπορεί να βρεθεί στη συμπεριφορά ορισμένων σύγχρονων πτερυγίων, τα οποία από καιρό σε καιρό σηκώνουν το σώμα τους πάνω από την κάτω επιφάνεια, ακουμπώντας στις ακτίνες των ραχιαίων και πρωκτικών πτερυγίων. Ετερονέκτεςκαι Amphistiumμπορούσαν επίσης να «σπρώξουν» με αυτόν τον τρόπο, αφού τα ραχιαία και πρωκτικά τους πτερύγια ήταν πολύ ισχυρά. Σηκώνοντας το κεφάλι τους πάνω από την άμμο, αυτά τα ψάρια, με το μετατοπισμένο κάτω μάτι τους, εξέτασαν την κάτω επιφάνεια μπροστά τους αναζητώντας θήραμα.

Ετερονέκτεςκαι Amphistiumδεν υπήρξαν άμεσοι πρόγονοι των σύγχρονων κολατσιών. Είναι συγγενείς αυτών των προγόνων, πιο συγκεκριμένα, οι ελάχιστα αλλαγμένοι απόγονοι εκείνων των ψαριών που έδωσαν αφορμή για όλα τα σαμαράκια, τα σύγχρονα και τα εξαφανισμένα. Ωστόσο, το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για τις περισσότερες από τις μεταβατικές μορφές απολιθωμάτων. Η πιθανότητα να βρεθεί ο άμεσος πρόγονος κάποιου στο αρχείο απολιθωμάτων είναι πολύ μικρή, και ακόμα κι αν τον βρουν, τότε προσπαθήστε να αποδείξετε ότι αυτός είναι σίγουρα ο ίδιος ο πρόγονος και όχι ο δεύτερος ξάδερφός του. Επομένως, "από προεπιλογή" μεταξύ των βιολόγων, είναι συνηθισμένο να μην εξετάζεται καθόλου αυτή η δυνατότητα. Ως αποτέλεσμα, οποιαδήποτε μεταβατική μορφή ερμηνεύεται αυτόματα ως «πλάγιος κλάδος» και όχι ως «τμήμα κορμού». Αλλά αν το κλαδάκι δεν μετακινηθεί μακριά από τον κορμό, όπως σε αυτήν την περίπτωση, είναι πολύ σωστό να το ονομάσουμε "μεταβατική μορφή".

Τα πρώτα λάστιχα εμφανίστηκαν στο Παλαιόκαινο (65.655,8 εκατομμύρια χρόνια πριν) και γρήγορα χωρίστηκαν σε πολλές εξελικτικές γραμμές. Στο Ηώκαινο, όταν ζούσαν Ετερονέκτεςκαι Amphistium, υπήρχαν ήδη πιο προχωρημένοι καλκάνι με μάτια στη μία πλευρά του κεφαλιού. Έτσι, τα καταπληκτικά ψάρια που περιγράφει ο Friedman ήταν ήδη «ζωντανά απολιθώματα» στο Ηώκαινο, δηλαδή λίγο αλλαγμένοι απόγονοι του κοινού προγόνου της ομάδας. Αν ένας εξελικτικός χρησιμοποιούσε μια χρονομηχανή και πήγαινε στο Ηώκαινο, θα χαιρόταν να παρατηρήσει μια ολόκληρη σειρά μεταβατικών μορφών: εδώ είναι πρωτοφλούντες με μάτια σε διαφορετικές πλευρές του κεφαλιού, εδώ είναι ψευδόδες με ένα μάτι στην κορυφή του το κεφάλι, εδώ είναι προηγμένα λάστιχα με μάτια στη μία πλευρά.

Τι είδους είναι αυτό;

Στις αρχές του 20ου αιώνα, οι παλαιοντολόγοι μπορούσαν ακόμη να υποθέσουν ότι η ζωή στη Γη ξεκίνησε την περίοδο της Κάμβριας (542-488 εκατομμύρια χρόνια πριν). Αυτό οφειλόταν στο γεγονός ότι η πρώτη απολιθωμένη πανίδα βρέθηκε ξαφνικά, σαν από το πουθενά, στα κατώτερα στρώματα της Κάμβριας. Τα ζώα της Κάμβριας παρουσίασαν στο βλέμμα του βιολόγου εντελώς έτοιμους μορφολογικούς τύπους. Αν αυτά ήταν αρθρόποδα, τότε με χαριτωμένα αρθρικά πόδια, τμηματοποιημένο κέλυφος και πολύπλευρα μάτια, ήταν έτοιμα, αληθινά αρθρόποδα. Αν τα μαλάκια -τότε τα μαλάκια είναι έτοιμα, με χαρακτηριστικά κοχύλια, αν βραχιόποδα- τότε είναι και αυτά έτοιμα, με κοχύλια, με αποτυπώματα παγιδευμένων χεριών και μυών, με κολλημένα πόδια.

Τόσο ο Δαρβίνος όσο και οι οπαδοί του κατάλαβαν ότι τέτοια προηγμένα πλάσματα έπρεπε να προηγηθούν από ένα μακρύ προκαταρκτικό στάδιο ανάπτυξης. Πού είναι όμως; Κάτω από τα στρώματα της Κάμβριας βρίσκονται τα στρώματα του Πρωτοζωικού, στα οποία θεωρητικά θα έπρεπε να είχαν διατηρηθεί τα λείψανα αρχαιότερης και πρωτόγονης ζωής. Εκεί όμως, στα στρώματα του Πρωτοζωικού, κανείς δεν βρήκε κάτι ενδιαφέρον. Επομένως, το μυστήριο της έκρηξης της Κάμβριας - η λεγόμενη ξαφνική εμφάνιση διαφόρων ζώων στα κατώτερα στρώματα της Κάμβριας - φαινόταν άλυτο για πολύ καιρό.

Κατά τον 20ο αιώνα, προέκυψε μια λύση. Ο «Χαμένος κόσμος του Δαρβίνου», η πανίδα των προκαμβριακών κοιτασμάτων, άρχισε σταδιακά να ανακαλύπτεται. Το πιο διάσημο από αυτά ονομαζόταν Vendian στη Ρωσία, σε άλλα μέρη του κόσμου ονομάζεται πιο συχνά Ediacaran. Αποδείχθηκε ότι διάφοροι πολυκύτταροι οργανισμοί με μαλακό σώμα υπήρχαν ήδη στην Ύστερη Προκάμβρια. Ταφές πολυκύτταρης προκαμβριακής ηλικίας έχουν βρεθεί στην Κίνα, την Αυστραλία, τον Καναδά, την Ευρώπη και τη Ρωσία (στη Λευκή Θάλασσα). Έτσι ο Κάμπριος έπρεπε να αρκείται σε έναν πιο σεμνό ρόλο: από την «αρχή των αρχών» μετατράπηκε σε «ένα από τα στάδια».

Και όμως η περίοδος της Κάμβριας ήταν μια επαναστατική εποχή για το σχηματισμό των πιο σημαντικών ομάδων ζώων. Η επανάσταση ήταν η απόκτηση ενός συμπαγούς σκελετού από πολλές ομάδες οργανισμών ταυτόχρονα, πολυκύτταροι και μονοκύτταροι, και ως εκ τούτου άρχισαν να διατηρούνται σε αφθονία στο αρχείο απολιθωμάτων. Στην Κάμβρια εποχή καταγράφεται η εμφάνιση όλων των γνωστών τύπων του ζωικού βασιλείου (αρθρόποδα, μαλάκια, βραχιόποδα, χορδάτες, εχινόδερμα κ.λπ.) και πολλών ακόμη πλασμάτων που δεν μπορούν να αποδοθούν σε κανένα από αυτά. Αυτά τα τελευταία έχουν μικτή μορφολογία. Έχουν σημάδια διαφορετικών τύπων και τάξεων: μαλάκια και γυαλόποδα, αρθρόποδα και κεφαλόποδα, χορδάτες, ημιχορδοειδή και εχινόδερμα, καρκινοειδή και χηλικά. Και υπάρχουν και εκείνοι των οποίων η δομή δεν δίνει καθόλου ενδείξεις για πιθανή σχέση. Αυτοί ονομάζονται «προβληματιστές», χωρίς να προσδιορίζεται ο ταξινομικός τύπος.

Στην προκαμβριακή εποχή, υπήρχαν ακόμη περισσότερα προβλήματα και ζώα με μικτή μορφολογία, και οι επιστήμονες διαφωνούν ακόμη και για μερικά από αυτά, είτε πρόκειται για ζώο είτε για λειχήνα. Και το θέμα εδώ δεν είναι ότι τα υπολείμματα είναι σπάνια ή κακώς διατηρημένα ή ότι οι επιστήμονες δεν καταβάλλουν αρκετές προσπάθειες για να τα αντιμετωπίσουν. Όχι, αυτή είναι μια αντικειμενική δυσκολία που θέτει η εξέλιξη στους βιολόγους. Άλλωστε, σε αρχικές περιόδουςΣτην εξέλιξη των πολυκύτταρων οργανισμών, πριν σταθεροποιηθούν τα σημάδια των κύριων φυλογενετικών κλάδων του ζωικού βασιλείου, υπήρχαν κοινοί πρόγονοι αυτών των κλάδων. Και, φυσικά, είχαν ένα μικτό σύνολο χαρακτήρων από διαφορετικές φυλογενετικές γενεές. Εξαιτίας αυτού, δεν μπορούν να συσχετιστούν με σιγουριά με κανένα από αυτά και να τοποθετηθούν στο Προκρούστειο κρεβάτι της σύγχρονης ταξινόμησης. Διαφορετικοί ερευνητές ερμηνεύουν αυτές τις μορφές με διαφορετικούς τρόπους, είτε διαχωρίζοντάς τες σε ξεχωριστούς τύπους, είτε αναφέροντας γνωστούς τύπους ως ομάδες «βλαστών» (προγονικών) ή φέρνοντάς τους πιο κοντά στους κοινούς προγόνους πολλών γνωστών τύπων. Είναι αυτά τα πλάσματα χωρίς συγκεκριμένη ταξινομική εγγραφή που δίνουν την καλύτερη ιδέα για τις μεταβατικές μορφές. Αυτά που σηματοδοτούν τη διαδρομή από τα προγονικά είδη με ένα ευρύ φάσμα μεταβλητότητας σε ταξινομήσεις ή ομάδες ειδών που έχουν λάβει μόνο ένα μέρος των διαθέσιμων δυνατοτήτων ως βάση του σωματικού τους σχεδίου.

Η φύση, στην αρχή σαν να γελούσε με τους μορφολόγους και τους ταξινομιστές και να τους έκανε να υποφέρουν από αβεβαιότητα, η ίδια πρόσφερε έναν υπαινιγμό. Ο υπαινιγμός εμφανίστηκε με τη μορφή σειράς lagerstatt- θέσεις απολιθωμάτων με μοναδική διατήρηση. Στα lagerstätts, τα απολιθώματα διατηρούν τις μικρότερες λεπτομέρειες της δομής, και όχι μόνο σκληρά μέρη, αλλά και μαλακά. Αυτά είναι αποτυπώματα του δέρματος, των μυών, των πεπτικών οργάνων, του κυκλοφορικού και του απεκκριτικού συστήματος - όλα αυτά που είναι τόσο πολύτιμα για έναν ανατόμο και σας επιτρέπουν να ανακατασκευάσετε έναν εξαφανισμένο οργανισμό, να καθορίσετε τη θέση του στον κόσμο των ζώων. Όσο και αν φαίνεται εκπληκτικό, τα Lagerstete είναι ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των στρωμάτων της Κάμβριας και της Ορδοβίκιας, όταν έλαβε χώρα ο σχηματισμός σύγχρονων τύπων και τάξεων και όταν ζούσαν όλες αυτές οι καταπληκτικές ενδιάμεσες μορφές. Οι περισσότερες από τις αναγνωρισμένες πρώιμες μεταβατικές μορφές είναι γνωστές από τους Lagerstätts.

Χαλκιερία ( Χαλκιερίας) - ένα ζώο μήκους 5-6 cm, που βρέθηκε σε κοιτάσματα της πρώιμης και μέσης Κάμβριας (πριν από 500-540 εκατομμύρια χρόνια), συνδυάζει σημάδια τριών τύπων - annelids, μαλάκια και βραχιόποδα. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι η αλκιέρια αποδόθηκε εναλλάξ σε διαφορετικούς ταξινομικούς τύπους. Η ιστορία της ανακάλυψης και της ανοικοδόμησής του είναι πολύ διδακτική.

Το όνομα halkieria δόθηκε αρχικά σε ένα υποθετικό απολίθωμα από το οποίο έχουν βρεθεί μόνο επίπεδες ράχες. Πιστεύεται ότι το ίδιο το ζώο στριμώχτηκε σε ένα στενό κενό της ακίδας και έπρεπε με κάποιο τρόπο να κρατηθεί στο υπόστρωμα στο ρεύμα του νερού που ρέει γύρω του. Αυτή η ανακατασκευή δεν ήταν πολύ πειστική, οπότε στο τέλος αποφασίστηκε ότι η ακίδα δεν ήταν ολόκληρος ο σκελετός του ζώου, αλλά μόνο ένα μέρος. Τα αγκάθια της Χαλκιέριας βρίσκονταν συνήθως μαζί με επίπεδα λέπια, τα οποία είχαν και τα δύο παρόμοια διακόσμηση. Έχοντας υπολογίσει την αναλογία των φολίδων και των αγκάθων, το ζώο άρχισε να απεικονίζεται ως σκουλήκι, πλήρως καλυμμένο με λέπια και αγκάθια. Ήταν ακόμα καλύτερο από ένα ακατανόητο τέρας που ζούσε σε πίδακες νερού.

Αλλά εδώ σε έναν από τους καταυλισμούς στη Γροιλανδία (το μέρος ονομάζεται Sirius Passet) βρήκαν το αποτύπωμα ενός ολόκληρου ζώου, στο οποίο - ω φρίκη! - υπήρχαν αγκάθια χαλκιέριας. Και εδώ είναι, μια πραγματική χαλκιέρια, ένα σκουλήκι πολλαπλών τμημάτων, ελαφρώς παρόμοιο με ένα μαλάκιο γαστερόποδων - μια γυμνοσάλιαγκα, καλυμμένη με σειρές φολίδων διαφόρων τύπων, και επιπλέον, μπροστινά και πίσω προσαρτήθηκαν ραβδώσεις που μοιάζουν με κοχύλια βραχιόποδων. Μια τέτοια χίμαιρα, φυσικά, δεν μπορούσε να φανταστεί κανείς πιο τολμηρός ζωολόγος. Αλλά τώρα ξέρουμε πώς θα μπορούσε να μοιάζει ο κοινός πρόγονος των μαλακίων, των βραχιόποδων και των ανελιδών.

Πριν από εσάς είναι ένα απλοποιημένο δέντρο τύπων του ζωικού βασιλείου. Δείχνει τη θέση των σημαντικότερων απολιθωμάτων, ρίχνοντας φως στην προέλευση και τη συγγένεια των σύγχρονων τύπων.

Το τμήμα Cambrian και Vendian (Ediacaran) του δέντρου είναι γεμάτο με αδιέξοδα κλαδιά - εξαφανισμένες μορφές κοντά στους προγόνους ενός ή περισσότερων τύπων σύγχρονων ζώων. Υπάρχουν κλαδιά που εκτείνονται όχι από τους ισχυρούς κορμούς των σημερινών τύπων, αλλά από τα διακεκομμένα, βασικά μέρη του δέντρου. Υπάρχουν τα περισσότερα από αυτά στη Βεντία και στην αρχή της Κάμβριας.

Οι περισσότερες από τις μεταβατικές μορφές της Μέσης Κάμβριας είναι γνωστές από το Lagerstätt που ονομάζεται σχιστόλιθος Burgess ( Burgess Shale). Ανακαλύφθηκε στον νοτιοδυτικό Καναδά από τον Charles Wolcott το 1909, αυτό είναι το παλαιότερο, πιο διάσημο και πιο εξερευνημένο lagerstätten στον κόσμο.

Εδώ είναι μια από τις χαρακτηριστικές μεταβατικές μορφές που συναντάμε σε αυτή την τοποθεσία. Αυτό το πλάσμα, όπως και η χαλκιέρια, συνδυάζει τα σημάδια των annelids, των βραχιόποδων και των μαλακίων. Περιγράφηκε από τον Simon Conway Morris, έναν Βρετανό παλαιοντολόγο, προσεκτικό, σχολαστικό και θαρραλέο μορφολόγο, και τον Jean-Bernard Caron, έναν ειδικό από τον Καναδά που δημιούργησε ένα εικονικό μουσείο στο Burgess Shale ( Κόνγουεϊ Μόρις, καρόν, 2007).

Ένα παράξενο πλάσμα μήκους 6-10 mm πήρε το όνομα Orthrozanclus reburrus. Το μαλακό σώμα του ζώου ήταν καλυμμένο από πάνω και από τα πλάγια με σκληρούς, αλλά όχι μεταλλοποιημένους σκληρίτες - ετίνες και ακίδες διαφόρων σχημάτων και μηκών, διατεταγμένων σε πολλές σειρές. Επιπλέον, το μπροστινό άκρο του σώματος ήταν καλυμμένο με ένα μικρό κέλυφος. Το ζώο οδήγησε στον κάτω τρόπο ζωής και σέρνονταν στην κοιλιακή πλευρά σαν γυμνοσάλιαγκα. Οι αιχμές και οι τρίχες εξυπηρετούσαν μια προστατευτική και πιθανώς αισθητηριακή λειτουργία. Ο σκοπός του κελύφους είναι ασαφής. Ίσως χρησίμευε ως στήριγμα για τους μύες της στοματικής συσκευής.

Προβληματικός Orthrozanclus reburrusφέρει σημάδια δύο άλλων προβληματικών ομάδων της Κάμβριας - των halkieriids (βλ. παραπάνω) και των vivaxiiids, τα οποία ερμηνεύονται από διαφορετικούς ερευνητές είτε ως πρωτόγονα μαλάκια, είτε ως annelids, είτε ως βραχιόποδα. Σύμφωνα με τις σύγχρονες ιδέες, που υποστηρίζονται από μια σύγκριση του DNA, αυτοί οι τρεις τύποι σχετίζονται και συνδυάζονται σε έναν υπερτύπο Lophotrochozoa. Το σημαντικότερο κοινό χαρακτηριστικό τους είναι η παρουσία μιας ειδικής πλωτής προνύμφης, του τροχοφόρου. Ο ίδιος υπερτύπος περιλαμβάνει βρυόζωα, εχιουρίδες, νεμερτέους και μερικές άλλες ομάδες.

Αιχμές και τρίχες Ορθροζάνκλοςσχεδόν το ίδιο όπως στα vivaxiiids, και το κέλυφος - όπως στα halkieriids. Παρά ορισμένες σημαντικές διαφορές (για παράδειγμα, στη χαλκιέρια, σε αντίθεση Ορθροζάνκλος, εκτός από το πρόσθιο κέλυφος, υπάρχει και ένα οπίσθιο, και οι σκληρίτες είναι μεταλλοποιημένοι), οι συγγραφείς πιστεύουν ότι το εύρημα τους αποδεικνύει τη στενή σχέση και την κοινή προέλευση των χαλκιεριδών, των βιβαξιιδών και Ορθροζάνκλος. Προτείνουν να ενωθούν όλες αυτές οι μορφές σε μια ενιαία ομάδα "halvaxid".

Η θέση των χαλβαξιειδών στο εξελικτικό δέντρο του υπερτύπου Lophotrochozoaμέχρι να μπορέσει να προσδιοριστεί με σαφήνεια. Εξετάζονται δύο πιθανές επιλογές: είτε αυτή η ομάδα είναι κοντά στους προγόνους των μαλακίων, είτε είναι πιο κοντά στους κοινούς προγόνους των annelids και των βραχιόποδων. Ωστόσο, σε γενικές γραμμές, η διαφορά μεταξύ αυτών των υποθέσεων είναι μικρή, δεδομένου ότι οι κοινοί πρόγονοι των μαλακίων, των βραχιόποδων και των annelids ήταν πολύ κοντά ο ένας στον άλλο. Δεν προκαλεί λοιπόν έκπληξη το γεγονός ότι βρέθηκαν εξαφανισμένα ζώα με σημάδια και των τριών τύπων: αντίθετα, αυτό είναι ένα ζωντανό παράδειγμα μιας πρόβλεψης της εξελικτικής θεωρίας που έγινε πραγματικότητα.

"Micro" ή "macro";

Έχουμε φτάσει κοντά στο ερώτημα γιατί οι βιολόγοι δεν ενδιαφέρονται να αποδείξουν ότι οι μεταβατικές μορφές υπάρχουν πραγματικά. Και το θέμα δεν είναι μόνο ότι υπάρχουν στην προβλεπόμενη ποικιλία και σειρά, αλλά και ότι το ενδιαφέρον γι' αυτά έχει πλέον μετατοπιστεί σε άλλο επίπεδο. Σήμερα μας ενδιαφέρει πρωτίστως πωςσημειώθηκαν σημαντικές αλλαγές και προέκυψαν προσαρμογές σε εντελώς νέες συνθήκες - για παράδειγμα, κατά την ανάπτυξη της γης και του γλυκού νερού από τα πρώτα ασπόνδυλα και στη συνέχεια από τα σπονδυλωτά, κατά την ανάπτυξη του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος από έντομα και πτηνά, η επιστροφή των θηλαστικών στο ωκεανός. Είναι δυνατόν να εντοπιστεί ο σχηματισμός μεγάλων ομάδων σε απολιθώματα; Τα απολιθώματα παρέχουν εικόνα για τις διαδρομές της εξελικτικής δημιουργικότητας;

Αν μιλάμε για συνηθισμένη ειδογένεια, δεν είναι δύσκολο να φανταστούμε τα μικρότερα βήματα που έχει κάνει η εξέλιξη αιώνα με τον αιώνα και οι προσαρμογές έχουν βελτιωθεί. Στην περίπτωση της προσγείωσης ή της εφεύρεσης της πτήσης, τέτοια βήματα είναι πιο δύσκολο να φανταστούμε. Για να επιβιώσουν στη στεριά, τα ζώα έπρεπε να αναδιοργανωθούν πλήρως: να αναγκάσουν την κύστη να αναπνεύσει, να αναγκάσουν την καρδιά να διώξει το αίμα από την κύστη απευθείας στο κεφάλι, να αναγκάσει το σώμα να ακουμπήσει στα πόδια και να τα αναγκάσουν. πόδια για να σταυρώσουν, τα νεφρά - για να εξοικονομήσετε νερό, αυτιά και μάτια - για να ακούσετε και να δείτε στον αέρα περιβάλλον. Και όλα αυτά έγιναν σταδιακά, και κάθε ενδιάμεσος κρίκος προσαρμόστηκε στο περιβάλλον του, χωρίς σχεδιασμό και προοπτική ματιά στο μέλλον... ναι, δεν είναι εύκολο να φανταστεί κανείς μια τέτοια διαδρομή βήμα βήμα με την πρώτη ματιά.

Αλλά καθώς η βιολογία αναπτύχθηκε (συμπεριλαμβανομένης της πειραματικής μελέτης της εξέλιξης και των παρατηρήσεων περιπτώσεων γρήγορης προσαρμοστικής ακτινοβολίας στη φύση), έγινε ολοένα και πιο σαφές ότι η μακροεξέλιξη είναι μια σειρά από τα ίδια μικρογεγονότα, μόνο μεγαλύτερη (βλ. Κεφάλαιο 2). Αυτό είναι το σωρευτικό αποτέλεσμα πολλών διαδοχικών μικροεξελικτικών μετασχηματισμών. Για να αποδειχθεί τελικά αυτό το συμπέρασμα, είναι σημαντικό να μελετηθούν οι μεταβατικές μορφές απολιθωμάτων, που δείχνουν τη δυνατότητα σταδιακών ανακατατάξεων, από τις οποίες, βήμα προς βήμα, σχηματίζεται μια επαναστατική αλλαγή στον οργανισμό. Αυτές οι μεταβατικές μορφές είναι πλέον το αντικείμενο της ιδιαίτερης προσοχής των παλαιοντολόγων.

Όσο πιο προσεκτικά μελετάται η εξελικτική σειρά, τόσο πιο ξεκάθαρη γίνεται η σταδιακή πορεία των αλλαγών. Άλλωστε, αν ο ερευνητής έχει μόνο τους αρχικούς και τους τελικούς κρίκους της αλυσίδας, τότε το χάσμα μεταξύ τους φαίνεται τεράστιο, ανυπέρβλητο. Και μετά, μπροστά στο τεράστιο έργο, βρίσκουν έναν ειδικό όρο «μακρο-» και προσπαθούν να εφεύρουν έναν ειδικό μακρο-μηχανισμό για να ξεπεράσουν την άβυσσο. Αλλά αν ψάξετε καλύτερα και ρίξετε μια πιο προσεκτική ματιά, τότε από την αρχική έως την τελική έκδοση, αρχίζει να φαίνεται η διαδρομή των διαδοχικών «μικρο» βημάτων. Και εδώ η κύρια βοήθεια, φυσικά, ήταν τα νέα υπέροχα ευρήματα των παλαιοντολόγων. Πολλά τα πιο σημαντικά ευρήματαπου γέμισαν τις απατηλές αβύσσους είναι ευρήματα στα lagerstätts. Και όχι μόνο το Κάμβριο, αλλά και το Μεσοζωικό, που σχηματίζεται όχι μόνο από θαλάσσια ιζήματα, αλλά και από γλυκά νερά.

Φυσικά, ασχολούμενος με τη μακροκλίμακα, δεν μπορεί να βασιστεί σε άμεσες παρατηρήσεις. Μπορούμε, όπως φαίνεται στα Κεφάλαια 5 και 6, να παρατηρήσουμε την εμφάνιση νέων ειδών, αλλά όχι νέων οικογενειών και τάξεων - αυτά τα επίπεδα ταξινόμησης που, κατά κανόνα, σηματοδοτούν την είσοδο σε μια νέα προσαρμοστική ζώνη. Ρωτάς γιατί - και δικαίως. Αυτή είναι μια θεμιτή ερώτηση. Και η απάντηση σε αυτό είναι πολύ απλή: δεν μπορούμε εξ ορισμού. Το θέμα δεν είναι καθόλου ότι οι φορείς ενός νέου χαρακτηριστικού, συγκρίσιμου με εκείνους με τους οποίους δημιουργούνται μεγάλα taxa (οικογένειες, τάξεις κ.λπ.), δεν μπορούν να εμφανιστούν μπροστά στα μάτια μας. Αυτό είναι απλά παρακαλώ. Ποτέ όμως δεν θα αναγνωρίσουμε μια τέτοια μορφή ως εκπρόσωπο μιας νέας μεγάλης ταξινόμησης. Οι βιολόγοι δεν θα ξεχωρίσουν ένα πλάσμα που μόλις εμφανίστηκε μπροστά στα μάτια μας ως ειδική ταξινόμηση, όσο και αν διαφέρει από τους προγόνους του. Ένας από τους λόγους είναι ότι οι προοπτικές της νέας φόρμας και το νέο χαρακτηριστικό της είναι άγνωστες. Δεν είναι γνωστό εάν μια σειρά διαφορετικών μορφολογικά και οικολογικά ειδών θα μπορούσε να προκύψει από αυτή την καινοτομία. Ή ίσως η καινοτομία είναι μάταιη, οι φορείς της θα πεθάνουν σύντομα, και τότε θα πρέπει να ταξινομηθούν όχι ως πρόγονοι ενός μεγάλου ταξινομητή, αλλά ως φρικιά. Είτε μας αρέσει είτε όχι, οι βιολόγοι αποδίδουν μεγάλες ταξινομικές τάξεις σε μια ομάδα μόνο εκ των υστέρων, όταν η ομάδα έχει ήδη «αποκτήσει δύναμη», έχει συσσωρεύσει ένα απόθεμα μεταβλητότητας, χωρισμένη σε γένη και είδη, έχει δείξει τις εξελικτικές και οικολογικές της ικανότητες που είναι διαφορετικές από άλλες ομάδες - με μια λέξη, αποδεικνύεται με όλη της την ιστορία, που αξίζει μια υψηλή κατάταξη. Έστω και ως αποτέλεσμα μακρομεταλλάξειςθα προκύψει μια ασυνήθιστη μορφή με αλλαγμένο σχέδιο σώματος, θα χρειαστούν εκατομμύρια χρόνια για να μάθουμε αν αυτή η μορφή μπορεί να θεωρηθεί ο πρόγονος μιας νέας μεγάλης ταξινομικής τάξης ή ήταν απλώς ένα φρικιό καταδικασμένο σε εξαφάνιση - ένας παρεκκλίνων εκπρόσωπος της μητρικής ταξινόμησης , από το οποίο δεν προέκυψε τίποτα άξιο προσοχής.

Ένα καλό παράδειγμα θα ήταν η εμφάνιση μιας νέας τάξης βρυόζωων Φενστελλίδα.Αυτά τα βρυόζωα διαφέρουν από τα άλλα ως προς τη μορφή αποικιών και την υψηλή εξειδίκευση των ζωοειδών. Το πρώτο γένος από αυτά τα βρυόζωα εμφανίστηκε στο Silurian. Και τα επόμενα 25 εκατομμύρια χρόνια, πολλά είδη βρυόζωων με χαρακτηριστική μορφολογία φενεστελιδών υπήρχαν ταυτόχρονα με τους προγόνους τους, συγκρατημένα ικανοποιημένα με τα νερά των θαλασσών που περιβάλλουν τη Λαυρεντία (τη μελλοντική Βόρεια Αμερική). Μόνο στην αρχή της ανθρακοφόρου περιόδου αυτά τα λίγα είδη δημιούργησαν μια ολόκληρη δέσμη υποσχόμενων μορφών που εξαπλώθηκαν σε όλο τον κόσμο. Με βάση τη μορφολογία που «προτάθηκε» από το πρώτο γένος Silurian, δημιούργησαν πολλά γένη και οικογένειες που αποτελούσαν την τάξη Φενστελλίδα. Εάν οι παλαιοντολόγοι είχαν αρχίσει να εργάζονται με το είδος Silurian, τότε, μη γνωρίζοντας περαιτέρω ιστορία, θα είχαν προσθέσει μεμονωμένα είδη με έναν ασυνήθιστο χαρακτήρα φενεστελιδών στην προγονική τάξη, χωρίζοντάς τα σε ένα ξεχωριστό γένος, αλλά τίποτα περισσότερο. Αλλά μόλις πέσει στα χέρια τους όλη η μετέπειτα ποικιλομορφία, εμφανίζεται αμέσως μια εντελώς νέα απόσπαση. Ποιος λοιπόν προέκυψε στο Silurian και υπήρξε χωρίς αλλαγές για δύο ολόκληρες περιόδους - ένα νέο γένος ή απόσπαση; Αυτό είναι ένα ερώτημα που απαιτεί επίσημη λύση και προοπτική. Οποιαδήποτε νέα, παρεκκλίνουσα μορφή μπορεί να γίνει ο πρόγονος μιας μεγάλης ταξινομικής ομάδας ή μπορεί άδοξα να εξαφανιστεί.

Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, η αρχή ενός μεγάλου ταξινομικού είναι ένα είδος που αποκλίνει πάντα από την προγονική μορφολογία, το οποίο έχει λάβει κάποιο πλεονέκτημα που έχει ανοίξει νέες ευκαιρίες για τους απογόνους του. Αυτό είναι το πρώτο μακροεξελικτικό βήμα.

Εμπρός στο διάστημα

Ας εξετάσουμε πώς τα τετράποδα βγήκαν από τα ψάρια, τα οποία έγιναν οι κατακτητές της γης: πώς τα ψάρια πήγαν στον χερσαίο χώρο. Αυτό το γεγονός χρονολογείται στο τέλος της Δεβονικής περιόδου, 385–360 Ma. Τα πρώτα τετράποδα δεν ήταν τα πρώτα πλάσματα που εγκατέλειψαν το υδάτινο περιβάλλον: τα φυτά είχαν ήδη εγκατασταθεί στη γη στο τέλος της Ορδοβικιανής, προφανώς, μια πλούσια πανίδα ασπόνδυλων εμφανίστηκε στα εδάφη της Κάμβριας και ακόμη νωρίτερα βακτήρια και μύκητες έγιναν κάτοικοι της γης. Έτσι τα ψάρια, θυσιάζοντας την αρμονία με το συνηθισμένο υδάτινο περιβάλλον τους και μετατρέπονται σε αργά, αδέξια τετράποδα, ήρθαν σε έναν κόσμο κατοικημένο και φιλόξενο. Αν τα αρπακτικά τους περίμεναν στο νερό και έπρεπε να συναγωνιστούν με πολλούς πεινασμένους τρώγοντες για φαγητό, τότε δεν υπήρχαν μεγάλα αρπακτικά στη στεριά και η αφθονία της διαθέσιμης τροφής τους προσέλκυε. Επομένως, μια επικίνδυνη και δύσκολη απόρριψη ήταν μια κερδοφόρα επιχείρηση. Ήταν μια γιγαντιαία ακατοίκητη οικολογική θέση. Και η εξέλιξη έσπευσε να το γεμίσει μόλις παρουσιάστηκε η ευκαιρία.

Πρωτοταξίτες (Prototaxites), κωνοειδείς δομές της περιόδου του Devonian ύψους από 6 έως 9 μ. Όπως αποδείχθηκε, πρόκειται για γιγάντια εξαφανισμένα μανιτάρια. Μια πλούσια μυκητιακή χλωρίδα υπήρχε πολύ νωρίτερα, τουλάχιστον πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια. Αυτό αποδεικνύεται, ειδικότερα, από τις μελέτες του Konstantin Nagovitsyn από το Ινστιτούτο Γεωλογίας Πετρελαίου και Γεωφυσικής, ο οποίος εντόπισε διάφορους και ασυνήθιστους μύκητες από προτεροζωικά πετρώματα ηλικίας 1 δισεκατομμυρίου ετών. Πρέπει να θυμόμαστε ότι τα ανώτερα φυτά θα μπορούσαν να ξεκινήσουν την ανάπτυξη της γης μόνο "με τη γνώση" των απαραίτητων συντρόφων τους - μυκήτων και βακτηρίων. Ποιος άλλος, αν όχι αυτοί, θα διορθώσει το ατμοσφαιρικό άζωτο για τα φυτά και θα απελευθερώσει τις απαραίτητες για τα φυτά ουσίες από οργανική ύλη που είναι θαμμένη στο έδαφος; Πράγματι, χωρίς αυτό, η ζωή ενός χερσαίου φυτού είναι αδύνατη. Η ανάπτυξη της γης από τα φυτά προετοιμάστηκε από τον προηγούμενο αποικισμό της γης από μύκητες και βακτήρια.

Η ευκαιρία, προφανώς, δόθηκε από τις συνθήκες της Devonian περιόδου. Η παλαιοοικολογική ερμηνεία των τοποθεσιών με τις μεταβατικές μορφές του Devoni μας έλκει μικρά, ασθενώς ρέοντα γλυκά υδάτινα σώματα της υποτροπικής ή τροπικής ζώνης. Υποτίθεται ότι η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα και στο νερό είναι χαμηλή. Ίσως λόγω έντονης περιοδικής ρηχότητας, τα ψάρια με πτερύγια του όψιμου λοβού του Devonian έπρεπε να προσαρμοστούν στη ζωή σε συνθήκες όπου το νερό δεν χρησιμεύει πλέον ως στήριγμα για το σώμα, επειδή είναι πολύ ρηχό, όπου πρέπει να αναπνέετε ατμοσφαιρικό αέρα χωρίς τη βοήθεια βράγχων .

Αυτές οι δεξαμενές επιλέχθηκαν από διάφορα ψάρια - και υπήρχαν πολλά από αυτά, συμπεριλαμβανομένων μεγάλων και μικρών αρπακτικών. Δεν είναι τυχαίο ότι στις θάλασσες του Devonian, το 17% των γενών ψαριών απέκτησε κέλυφος - οι πολίτες απέκτησαν προστατευτικό εξοπλισμό. Αυτή ήταν η εποχή της ακμής των ψαριών - εκτός από τα ψάρια χωρίς γνάθο που εμφανίστηκαν όχι αργότερα από το Ordovician, τα χόνδρινα και οστεώδη ψάρια κολύμπησαν στις θάλασσες του Devonian, οι οποίες χωρίστηκαν ξανά στη Silurian. Και τα οστεώδη ψάρια στο Devonian αντιπροσωπεύονταν ήδη από δύο ομάδες - με πτερύγια ακτίνων και με πτερύγια λοβών. Αυτές οι ομάδες διαφέρουν, μεταξύ άλλων, στη δομή των πτερυγίων: στα πτερύγια με λοβό, το πτερύγιο κάθεται σε μια σαρκώδη βάση, ο σκελετός της οποίας αποτελείται από επιμήκη οστά, ο λοβός του πτερυγίου υποστηρίζεται από μια σειρά συμμετρικών κοκάλινα πιάτα. Στα πτερύγια με ακτίνες, οι λοβοί των πτερυγίων είναι ασύμμετροι και τα οστά της βάσης του πτερυγίου βραχύνονται.

Ήταν μια από τις ομάδες των λοβοπτερυγίων με ισχυρά θωρακικά και κοιλιακά πτερύγια που μοιάζουν με πόδια - ripidistia - που προκάλεσαν τα χερσαία σπονδυλωτά. Τα ζώα με πτερύγια λοβού περιλαμβάνουν τα σύγχρονα πτερύγια με λοβό (κοελακάνθη) και τα πνευμονόψαρα (κερατόδοντο, πρωτόπτερο, νιφάδα). Η γενετική ανάλυση έδειξε ότι των σύγχρονων ψαριών, οι πιο στενοί συγγενείς των τετραπόδων είναι τα lungfish.

Οι εξελικτικές αλλαγές που συνέβησαν με τα ριπιδίστια, τους προγόνους των πρώτων τετραπόδων (αμφιβίων), ήταν σταδιακές. Περισσότεροι από δώδεκα εκπρόσωποι είναι γνωστοί από τις αποθέσεις του Ύστερου Δεβόνιου, που συνδυάζουν σημάδια αμφιβίων και ψαριών. Παρατάσσονται σε μια σχετικά τακτική σειρά απολιθωμάτων: ευστενόπτερο ( Ευθενόπτερον), pandericht ( Πανδερίχθης), tiktaalik ( Tiktaalik), ελπιστόστεγα ( Ελπιστόστεγα), Λιβονικό ( Λιβονιανά), ελγινερπέτον ( Ελγινερπέτον), ventatega ( Βενταστέγκα), μεταξυγνάθος ( Μεταξυγνάθους), acanthostega ( Ακανθοστέγκα), ichthyostega ( Ιχθυόστεγα), τουλερπέτον ( Τουλερπετόν) και greererpeton ( Greererpeton). Σε αυτή τη σειρά, τα ψάρια μειώνονται σταδιακά και συσσωρεύονται τα χαρακτηριστικά των τετράποδων, αλλά διαφορετικά συστήματα οργάνων δεν κάνουν αυτή τη μετάβαση ταυτόχρονα, άλλα έρχονται στην κατάσταση τετραπόδων πιο γρήγορα, άλλα πιο αργά. Ακολουθώντας τον διάσημο Σουηδό παλαιοζωολόγο Eric Jarvik, αυτά τα πλάσματα συχνά αποκαλούνται «τετράποδα ψάρια».

Το κυριότερο που έπρεπε να αλλάξει για να αποκτήσουν το δικαίωμα να ονομάζονται «αληθινά τετράποδα» είναι τα άκρα. Ωστόσο, τα τετράποδα και το περπάτημα ως τέτοιο προέκυψαν επίσης πολύ πριν από τα ίδια τα τετράποδα. Πολλά ψάρια με πτερύγια λοβού μπόρεσαν να περπατήσουν επιδέξια κατά μήκος του πυθμένα πάνω σε τέσσερα πτερύγια, υψώνοντας το σώμα τους πάνω από το έδαφος. Υπήρχαν λοιπόν προ-προσαρμογές για περπάτημα στη σκηνή του «ψαριού». Αλλά για να περπατάτε αποτελεσματικά στη στεριά, όπου το σώμα ζυγίζει πολύ περισσότερο, είναι ακόμα επιθυμητό να έχετε ένα εξειδικευμένο μέλος. Ήταν απαραίτητο να σχηματιστεί μια κινητή άρθρωση του ποδιού και να ξεκουμπωθεί η ζώνη των μπροστινών άκρων από το κρανίο. Πράγματι, στα ψάρια, η ζώνη του θωρακικού πτερυγίου συνδέεται άκαμπτα με το οπίσθιο κροταφικό οστό του κρανίου και αυτό περιορίζει την κίνηση τόσο του κεφαλιού όσο και των πτερυγίων.

Αλλά αν ρίξετε μια πιο προσεκτική ματιά, αποδεικνύεται ότι τα άκρα (πτερύγια) των ψαριών με πτερύγια Devonian δεν διέφεραν τόσο στο δομικό τους σχέδιο από τα πόδια των πρωτόγονων τετραπόδων. Αν και τα μέλη δεν έχουν διατηρηθεί σε όλες τις μεταβατικές μορφές απολιθωμάτων, γνωρίζουμε με αρκετή λεπτομέρεια τι άλλαξε και πώς. Ήδη στο Ευστενόπτερο, το πρόσθιο πτερύγιο περιείχε ένα οστό που αντιστοιχεί στο βραχιόνιο των τετραπόδων και δύο οστά που αντιστοιχούσαν στην ωλένη και την ακτίνα. Η δομή των «απώτερων στοιχείων», που αντιστοιχεί στο μελλοντικό τετράποδο χέρι, στο Ευστενόπτερο και στον Πάνδεριχθο παρέμενε ακόμη σχετικά άτακτη.

Επόμενο σε αυτή τη σειρά είναι το Tiktaalik, που ανακαλύφθηκε το 2006 από τους Αμερικανούς παλαιοντολόγους Edward Deshler, Neil Shubin και Farish Jenkins στο νησί Ellesmere (Αρκτικός Καναδάς). «Tiktaalik» στη γλώσσα των Εσκιμώων σημαίνει «μεγάλα ψάρια του γλυκού νερού που ζουν σε ρηχά νερά». Πράγματι, το tiktaalik είναι ένα επίπεδο, μεγάλου μεγέθους ψάρι με κεφάλι κροκόδειλου, πάνω στο οποίο κάθονται τα μάτια, δύο ρουθούνια μπροστά και ένα μεγάλο οδοντωτό στόμα. Σε αυτό το ψάρι, όπως και σε άλλους εκπροσώπους της σειράς μεταβατικών μορφών που μας ενδιαφέρουν, μερικά από τα χαρακτηριστικά είναι παρόμοια με αυτά με πτερύγια λοβού, ενώ άλλα χαρακτηριστικά το φέρνουν πιο κοντά στα τετράποδα. Τα σημάδια των ψαριών είναι τα λέπια, οι ακτίνες των πτερυγίων, σχεδόν ίδιες με εκείνες των σταυροκοπτέρων, μια πολύπλοκη κάτω γνάθος και τα οστά της υπερώας. Σημάδια τετράποδων - κοντό κρανίο, διαχωρισμένο από τη ζώνη των μπροστινών άκρων και επομένως ένα σχετικά κινητό κεφάλι, παρουσία αρθρώσεων αγκώνα και ώμων ( Οι Daeschler et al., 2006).

Σε σύγκριση με το Pandericht, ο σκελετός του μπροστινού άκρου Tiktaalik απέκτησε μια ελαφρώς πιο καλοσχηματισμένη εμφάνιση, επομένως γίνεται λίγο πολύ σαφές από πού προήλθαν τα οστά του μετακάρπου και των δακτύλων στους απογόνους του Tiktaalik. Οι Tiktaalik και Pandericht μπορούσαν ήδη να λυγίσουν το μπροστινό τους πτερύγιο ή το πόδι στην άρθρωση, που οι απόγονοί τους θα αποκαλούσαν άρθρωση αγκώνα.

Και ο Tiktaalik δοκίμασε επίσης μια μικρή αλλά σημαντική καινοτομία - παραλίγο να απαλλαγεί από το κάλυμμα των βραγχίων, το οποίο είχε ακόμη ο Pandericht (θα επιστρέψουμε στις λειτουργίες του βραγχιακού καλύμματος).

Μαζί με το κάλυμμα των βραγχίων χάθηκε και η άκαμπτη σύνδεση μεταξύ της ζώνης των πρόσθιων άκρων και του κρανίου. Το κεφάλι απελευθερώθηκε από τα μπροστινά άκρα (ή τα άκρα από το κεφάλι). Και τα δύο έγιναν πιο κινητά. Τώρα μπορείτε να αρχίσετε να μαθαίνετε να περπατάτε κανονικά. Τα πλευρά του Tiktaalik ήταν πεπλατυσμένα, οι αρθρώσεις των σπονδύλων του οστεοποιήθηκαν. Εξαιτίας αυτού, άρχισε να λυγίζει χειρότερα, αλλά το σώμα απέκτησε σταθερότητα, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για έναν τρόπο ζωής με περπάτημα και όχι αιώρηση.

Η απώλεια του operculum αποδείχθηκε εξαιρετικά χρήσιμη στο μέλλον. Η άρθρωση των υπολειμμάτων του βραγχιακού καλύμματος με το κεφάλι φαίνεται να έχει γίνει ένα υποτυπώδες εξάρτημα για ένα επίγειο πλάσμα που αναπνέει. Αλλά δεν εξαφανίστηκε καθόλου, αλλά ξεκίνησε ένα αργό και εξαιρετικά σημαντικό ταξίδι μέσα στο κρανίο για όλα τα επίγεια τετράποδα, μετατρέποντας σιγά σιγά σε μικροσκοπικά ακουστικά οστάρια. Μάλιστα, τα ακουστικά οστάρια άρχισαν να σχηματίζονται ακόμη και πριν από την απώλεια του οπίσθιου οστού. Όπως έδειξαν οι Per Ahlberg και Martin Brazo από την Ουψάλα, ο Pandericht, και όχι ο Tiktaalik, ήταν ο πρώτος που προσάρμοσε ένα από τα οστά της άρθρωσης της διακλαδωτής συσκευής με το κρανίο (hyomandibula) για έναν πρωτόγονο αναβολέα (ακουστικό οστάρι). Αυτό το οστό ήταν λεπτό, χαριτωμένο, ήταν δίπλα στο αναπνευστικό άνοιγμα (η πρώτη σχισμή βραγχίων), που επεκτάθηκε στον Πάνδεριχθους. Στα ψάρια, αυτό το άνοιγμα ονομάζεται πιτσίλισμα· υπάρχει στα έμβρυα τετραπόδων, αλλά καθώς το έμβρυο αναπτύσσεται, γίνεται η κοιλότητα του μέσου αυτιού και η ευσταχιανή σάλπιγγα. Ο Pandericht ανέπνεε αέρα, η συσκευή άντλησης του καλύμματος των βραγχίων (βλ. παρακάτω) εξασθενούσε και μέρη του επαναπροσανατολίστηκαν για να εκτελέσουν μια άλλη λειτουργία - την αντίληψη του ήχου. Όλα τα τετράποδα, συμπεριλαμβανομένων και εμάς ( Brazeau, Ahlberg, 2006).

Στο Ventastega, το οποίο καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ Tiktaalik και Akantostega ως προς τη δομή του κρανίου, δυστυχώς, δεν έχει διατηρηθεί σχεδόν τίποτα από τα άκρα. Το πλατύ σχήμα του ρύγχους και η δομή του κρανίου φέρνουν το ventastega πιο κοντά στο acanthostega, ενώ το σχήμα και οι αναλογίες των περιβλημάτων των οστών του κρανίου μοιάζουν με Tiktaalik.

Το φαρδύ σαγόνι του Ventatega ήταν γεμάτο με μικρά, κοφτερά δόντια. Σε ένα μακρύ σώμα - περίπου ενάμισι μέτρο μήκους - υπήρχαν δύο ζεύγη κοντών άκρων με δάχτυλα (πόσα δάχτυλα είναι άγνωστα) και μια ουρά με πτερύγιο, το οποίο στηριζόταν από ακτίνες πτερυγίων μήκους περίπου 7 εκ. Ο Βενταστέγκα ζούσε σε υφάλμυρες ρηχές παραθαλάσσιες περιοχές και, έχοντας εντυπωσιακό μέγεθος, κυνηγούσε ψάρια. Όπως στο Panderichthus με το Tiktaalik, στο Ventastega ένα μέρος της προηγούμενης άρθρωσης της βραγχιακής συσκευής με το κρανίο μετατράπηκε σε ακουστικό οστάρι - αναβολέα. Το πού να αποδοθεί το ventastega - ακόμη και σε ψάρια ή ήδη σε τετράποδα, δηλαδή στα πιο αρχαία αμφίβια - είναι μια επίσημη ερώτηση, αλλά αν είχε πραγματικά δάχτυλα, τότε ίσως η δεύτερη επιλογή είναι προτιμότερη.

Τα επόμενα στη σειρά είναι τα Acanthostega και Ichthyostega, τα οποία θεωρούνται ήδη «πραγματικά» τετράποδα. Τα άκρα τους αντιπροσωπεύουν ένα ακόμη μικρό βήμα προς τη διαφοροποίηση των περιφερικών τμημάτων του σκελετού (πόδια και χέρι). Έχουν τελικά σχηματίσει τρία μεγάλα οστά του άκρου (στο μπροστινό πέλμα, αυτά είναι ο ώμος, η ωλένη και η ακτίνα), ενώ τα πολυάριθμα οστά του χεριού ήταν ακόμη μικρά και μεταβλητά. Αλλά η Acanthostega είχε ήδη πραγματικά δάχτυλα και δεν είχε ακτίνες πτερυγίων, οι οποίες εξακολουθούσαν να διατηρούνται στο Tiktaalik. Ταυτόχρονα, ο αριθμός των δακτύλων στην Acanthostega κυμαινόταν από πέντε έως οκτώ: το χαρακτηριστικό δεν έχει ακόμη «σταθεροποιηθεί». Είναι επίσης μεταβλητό στο ichthyostega. Ένας πιο σταθερός αριθμός δακτύλων είναι χαρακτηριστικός του tulerpeton (έξι δάχτυλα). είχε επίσης εντελώς «τετράποδα» ωλένη, ακτίνα και μετακάρπια οστά. Ο αριθμός των δακτύλων του Grirerpeton έχει σταθεροποιηθεί - τώρα θα υπάρχουν πάντα πέντε από αυτά.

Εκτός από τα άκρα, η μετάβαση στη στεριά απαιτούσε μια βαθιά μεταμόρφωση του αναπνευστικού και του κυκλοφορικού συστήματος. Και πάλι, φαίνεται ότι η μετάβαση από το νερό που αναπνέει στον αέρα που αναπνέει είναι αδύνατη με μικρές βελτιώσεις στο σχεδιασμό - χρειάζεται κάποιο είδος μετασχηματισμού μεγάλης κλίμακας και των δύο συστημάτων ταυτόχρονα. Αλλά αυτό, όπως αποδεικνύεται, δεν είναι έτσι. Όπως η σταδιακή μεταμόρφωση των άκρων, έτσι και η μετάβαση από την αναπνοή των βραγχίων στην αναπνοή των πνευμόνων συνέβη επίσης σταδιακά. Και αυτό φαίνεται στην ίδια σειρά απολιθωμάτων τετραπόδων.

Έτσι, πρέπει να σχηματίσετε τους πνεύμονες και, κατά συνέπεια, δύο κύκλους κυκλοφορίας του αίματος και μια καρδιά τριών θαλάμων. Μια τέτοια δομή του κυκλοφορικού και του αναπνευστικού συστήματος, αν κρίνουμε από παλαιοντολογικά δεδομένα, βρέθηκε σε όλα σχεδόν τα ψάρια με πτερύγια του Devonian. Έχει διατηρηθεί και στα σύγχρονα πνευμονόψαρα. Ως όργανο της αναπνοής του αέρα, τα ζώα με πτερύγια λοβού άρχισαν να χρησιμοποιούν μια ειδική προεξοχή του πρόσθιου τμήματος του οισοφάγου. Το ψάρι καταπίνει αέρα, ο οποίος στέλνεται σε αυτή τη φούσκα, πλεγμένο με αιμοφόρα αγγεία - αυτός είναι ο απλούστερος πνεύμονας.

Στο lungfish, η κύστη εκτελεί δύο λειτουργίες: έναν πρωτόγονο πνεύμονα και ένα πρωτόγονο υδροστατικό όργανο. Στα περισσότερα (αλλά όχι όλα) οστεώδη ψάρια, η διογκωμένη προεξοχή του οισοφάγου έχει εξειδικευτεί για μια δεύτερη λειτουργία και έχει γίνει μια «πραγματική» κολυμβητική κύστη. Αλλά στα ψάρια Devonian, αυτή η ανάπτυξη του οισοφάγου συνδύαζε τις λειτουργίες ενός πνεύμονα και ενός ρυθμιστή άνωσης.

Στις δεξαμενές του Devonian, η απόκτηση ενός επιπλέον αναπνευστικού οργάνου ήταν περισσότερο από δικαιολογημένη: η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα μειώθηκε και η αναλογία διοξειδίου του άνθρακα, αντίθετα, αυξήθηκε σε σύγκριση με το παρόν. Επομένως, στο νερό, ειδικά σε λιμνάζοντα νερά, ήταν δύσκολο για τα ψάρια να αναπνέουν μόνο με βράγχια. Και απέκτησαν ένα επιπλέον όργανο για την αναπνοή του ατμοσφαιρικού αέρα. Έτσι, γινόταν ήδη «προετοιμασία» για να προσγειωθεί στην ξηρά - οι πνεύμονες για την αναπνοή του αέρα και το τροποποιημένο κυκλοφορικό σύστημα που ήταν συνδεδεμένο σε αυτά ήταν ήδη αποθηκευμένα στα ψάρια με πτερύγια του Devonian. Φυσικά, η επιλογή τους υποστήριξε ως προσαρμογές για ζωή σε νερό φτωχό σε οξυγόνο. Ούτε τα ψάρια ούτε η επιλογή ήξεραν σε τι θα ήταν χρήσιμα αργότερα.

Η έλευση της αναπνευστικής κύστης - ενός πρωτόγονου πνεύμονα - έθεσε τις βάσεις για μια ακόμη καινοτομία: την αποτελεσματική αντλία αέρα. Στα οστεώδη ψάρια, το νερό διοχετεύεται μέσα από τα βράγχια από το κάλυμμα των βραγχίων: το ψάρι κλείνει το στόμα του και ανυψώνει το μεσαίο τμήμα του καλύμματος, αυξάνοντας τον όγκο της βραγχιακής κοιλότητας (το μαλακό χείλος του πιέζεται σφιχτά στο σώμα). Αντίστοιχα, η πίεση στην κοιλότητα των βραγχίων μειώνεται και όταν το ψάρι ανοίγει το στόμα του, το νερό τρέχει εκεί. Τότε το ψάρι κλείνει το στόμα του, το κάλυμμα των βραγχίων πέφτει, το χείλος απομακρύνεται από την άκρη και το νερό ρέει έξω, πλένοντας τα βράγχια.

Όλα αυτά είναι δυνατά σε ένα πυκνό υδάτινο περιβάλλον, όταν απαιτείται να παρέχεται μια διαμπερής ροή νερού μέσα από τα βράγχια. Σε ένα περιβάλλον σπάνιου αέρα, μια τέτοια αντλία θα είναι εξαιρετικά αναποτελεσματική, επειδή εκτός από τη διαφορετική πυκνότητα του μέσου, η αναπνευστική αντλία έχει και άλλες εργασίες. Είναι απαραίτητο να μην οδηγείτε αέρα μέσω της ροής, αλλά να αερίζετε έναν τυφλό αερόσακο. Αλλά τα πρώτα τετράποδα (αμφίβια) δεν έλυσαν πραγματικά αυτό το πρόβλημα. Μόνο τα ερπετά τα κατάφεραν. Και στα αμφίβια, η αρχή της εξαναγκασμού του αέρα στους πνεύμονες είναι περίπου η ίδια όπως στα ψάρια που αναπνέουν αέρα. Χρησιμοποιούν την τροποποιημένη συσκευή αψίδας βραγχίων για την επέκταση της φαρυγγικής κοιλότητας και, κατά συνέπεια, για την εισπνοή. Ο αέρας εξαγωγής από τους πνεύμονες εκπνέεται με τη σύσπαση των μυών των πνευμόνων (και στα πνευμονόψαρα, αποβάλλεται από περισσότερους υψηλή πίεσηστο νερό σε σύγκριση με την επιφάνεια του αέρα πάνω από το νερό, όπου το ψάρι εκθέτει το κεφάλι του για εισπνοή-εκπνοή).

Τα χαρακτηριστικά της βραγχιακής συσκευής προσαρμοσμένης για εισπνοή και εκπνοή λόγω της κίνησης του φάρυγγα, και όχι της βραγχικής κοιλότητας, αντικατοπτρίζονται καλά στον σκελετό τόσο του σύγχρονου όσο και του απολιθωμένου λοβού του Devonian. Για πιο αποτελεσματική απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα από το σώμα, τα ζώα με πτερύγια λοβού χρησιμοποιούν βράγχια και τα αμφίβια που έχουν χάσει τα βράγχιά τους χρησιμοποιούν το δέρμα τους («αναπνοή δέρματος»). Αυτό δημιουργεί πολλούς περιορισμούς, λόγω των οποίων τα αμφίβια δεν μπορούσαν να φτάσουν μακριά από το νερό.

Αλλά στον αέρα, το κάλυμμα των βραγχίων δεν λειτουργούσε ακόμα ως αντλία αέρα, επομένως έπρεπε να εγκαταλειφθεί, και αυτό άνοιξε πρόσθετες ευκαιρίες για τους κατοίκους της γης - τα οστά του βραγχιακού καλύμματος πήγαν μέσα στο κρανίο. Και άρχισε να σχηματίζει το μέσο αυτί. Το operculum μειώθηκε μερικώς στο Tiktaalik. Αυτό σημαίνει ότι δεν χρειάζεται πλέον τον τρόπο αναπνοής που συνέχισαν να χρησιμοποιούν άλλα ψάρια. Ο Tiktaalik ανέπνεε κυρίως αέρα μέσω των πνευμόνων του και πιθανώς μέσω του δέρματός του.

Δεδομένου ότι το κάλυμμα των βραγχίων του Tiktaalik μειώθηκε, αυτό σημαίνει ότι έπρεπε να μάθει να καταπίνει χωρίς να χρησιμοποιεί αντλία βραγχίων αναρρόφησης - τα ψάρια ρουφούν τα σωματίδια τροφής με ένα ρεύμα νερού. Ο Tiktaalik κατάπιε μόνο κινώντας το λαιμό και το κεφάλι του. Η Acanthostega, η κληρονόμος του Tiktaalik, διατηρούσε ακόμη τα εσωτερικά βράγχια, ενώ είχαν ήδη μειωθεί στο Ichthyostega (τα εξωτερικά βράγχια των προνυμφών των αμφιβίων διατηρούνται ακόμη και σήμερα). Ως εκ τούτου, οι οπαδοί του Tiktaalik κατάπιαν επίσης μέσω των κινήσεων του κεφαλιού και της γνάθου. Στη συνέχεια, καθώς τα υπολείμματα της βραγχιακής συσκευής μειώθηκαν στα αρχαία αμφίβια, η περιοχή του τραχήλου της μήτρας αναπτύχθηκε σταδιακά.

Έτσι, δεν υπήρξαν αιχμηρά άλματα στη δομή του αναπνευστικού και του κυκλοφορικού συστήματος κατά τη μετάβαση από τα ψάρια στα τετράποδα και οι πιο σημαντικές αλλαγές σημειώθηκαν στο στάδιο του "ψαριού". Κάθε καινοτομία στην αναπνοή και την κυκλοφορία του αίματος δεν δημιουργήθηκε από την αρχή, αλλά βελτίωσε μόνο τις απαιτούμενες λειτουργίες με βάση την ανάπτυξη των υπαρχουσών συσκευών.

Τα πτερύγια μετατρέπονται σε δάχτυλα: μια άποψη της γενετικής Πρόσφατα, ανακαλύφθηκε και ονομάστηκε μια οικογένεια γονιδίων που είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη των πτερυγίων στα ψάρια ακτινιδίνη (και). Τα χερσαία σπονδυλωτά δεν έχουν αυτά τα γονίδια. Αν απενεργοποιήσετε τα γονίδια του ψαριού και, στη συνέχεια, πρώτον, οι ελαστικές ακτίνες πτερυγίων - λεπιδοτριχία - δεν αναπτύσσονται σε ζευγαρωμένα πτερύγια (αλλά αναπτύσσονται κανονικά στο ουραίο πτερύγιο) και δεύτερον, η φύση του έργου ορισμένων βασικών ρυθμιστικών γονιδίων (συμπεριλαμβανομένων hoxd13aκαι ηχητικός σκαντζόχοιρος), τα οποία υπάρχουν όχι μόνο στα ψάρια, αλλά και στα τετράποδα και από τα οποία εξαρτάται η πρόσθιο-οπίσθια πολικότητα του βασικού άκρου (είτε είναι πτερύγιο είτε πόδι). Παρόμοιες αλλαγές στη λειτουργία αυτών των ρυθμιστικών γονιδίων στα τετράποδα, που προκύπτουν από ορισμένες μεταλλάξεις, οδηγούν σε πολυδακτυλία (πολυδαχτυλία). Προφανώς, η απώλεια γονιδίων και από τα αρχαία τετράποδα οδήγησε στην απώλεια λεπιδοτριχίας σε ζευγαρωμένα άκρα, αλλά η λεπιδοτριχία μπορούσε να διατηρηθεί στο ουραίο πτερύγιο. Αυτό ακριβώς συμβαίνει με τα παλαιότερα τετράποδα που βρέθηκαν στο αρχείο απολιθωμάτων, όπως το Acanthostega και το Ichthyostega. Αυτά τα ζώα δεν είχαν πλέον ακτίνες πτερυγίων στα ζευγαρωμένα άκρα τους, αλλά εξακολουθούσαν να διατηρούνται στην πτυχή των πτερυγίων που οριοθετούσε την ουρά. Προηγούμενες μεταβατικές μορφές, όπως το Tiktaalik, είχαν ακτίνες πτερυγίων σε ζευγαρωμένα άκρα. Είναι λογικό να υποθέσουμε ότι η απώλεια γονιδίων καικαι η επακόλουθη αποσταθεροποίηση του έργου των ρυθμιστικών γονιδίων στα πιο αρχαία τετράποδα δημιούργησε τις προϋποθέσεις για την ανάπτυξη μεγάλου αριθμού (έως οκτώ) σχεδόν πανομοιότυπων δακτύλων σε αυτά. Στη συνέχεια, η αρχική, «κανονική» φύση της εργασίας των ρυθμιστικών γονιδίων αποκαταστάθηκε στα τετράποδα και τώρα το έργο τους δεν εξαρτιόταν πλέον από τα χαμένα γονίδια. και. Το αποτέλεσμα αυτού θα μπορούσε να είναι μια αυτόματη μείωση του αριθμού των δακτύλων σε πέντε. Έτσι, η μελέτη της γενετικής των σύγχρονων ζώων βοηθά στην κατανόηση των μοριακών μηχανισμών των γεγονότων που συνέβησαν πριν από εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια ( Zhang et al., 2010).

Έχουμε εξετάσει έναν αριθμό μεταβατικών μορφών που συνδέουν ψάρια με πτερύγια λοβών με πρωτόγονα τετράποδα. Είναι εντελώς ακατανόητο πού βρίσκεται σε αυτή τη σειρά η επιθυμητή μεγάλη «μακρο-μετάβαση». Απόκτηση αποφύσεων του οισοφάγου μέσα στα οποία μπορεί να συρθεί αέρας; Όχι, αυτό είναι απλώς μια προσαρμογή των ψαριών σε κακώς αεριζόμενα υδάτινα σώματα. Παρόμοια όργανα αναπνοής αέρα (για παράδειγμα, με τη μορφή τροποποιήσεων της στοματικής κοιλότητας) προέκυψαν σε μεταγενέστερους χρόνους σε διαφορετικά ψάρια που βρέθηκαν σε παρόμοιες συνθήκες. Απόκτηση οστών ζώνης άκρου από ευστενόπτερο; Δύσκολα, γιατί ήταν και μια καθαρά «ψαρική» προσαρμογή στη μεγαλύτερη κινητικότητα των πτερυγίων. Ίσως αντιστοιχίσετε αυτό το ορόσημο για την απόκτηση μιας κινητής άρθρωσης στα πόδια, δηλαδή κάπου μεταξύ ευστενόπτερου και tiktaalik; Αλλά αυτό είναι απλώς μια προσαρμογή των ψαριών να σέρνονται κατά μήκος του πυθμένα μικρών λακκούβων και να σέρνονται από τη μια ξηρή δεξαμενή στην άλλη, η οποία, επιπλέον, αναπτύχθηκε για μεγάλο χρονικό διάστημα και σταδιακά. Υπάρχει μια άλλη επιλογή - να εκχωρήσετε έναν τίτλο "μακροεντολής" στο Tiktaalik, στον οποίο τα μπροστινά άκρα χωρίστηκαν από το κρανίο και έγιναν ελεύθερα πόδια ... αν και αυτή είναι απλώς μια βελτιωμένη προσαρμογή για κίνηση κατά μήκος του πυθμένα σε ρηχά νερά. Απώλεια ακτίνων πτερυγίων και απόκτηση δακτύλων; Με έντονη επιθυμία, μπορείτε, φυσικά, να δηλώσετε αυτή τη μικρή τροποποίηση των περιφερικών τμημάτων των άκρων, δημιουργώντας έτσι την εποχή «μετατρέποντας ένα ψάρι σε αμφίβιο». Πράγματι, σε αυτό το μέρος συνεχείς σειρέςμεταβατικές μορφές, οι ειδικοί χαράζουν μια επίσημη γραμμή μεταξύ ριπιδιστίας και τετράποδων. Αλλά δεν είναι καλύτερο να παραδεχτούμε ειλικρινά ότι τα παλαιοντολογικά δεδομένα δείχνουν απλώς μια μακρά σειρά σταδιακών μικρών αλλαγών, καθεμία από τις οποίες από μόνη της δεν ισοδυναμεί με ένα «μακρογεγονό»;

Παντού σε αυτή τη σειρά βλέπουμε διαδοχικές διασκευές που εξυπηρέτησαν πιστά τους ιδιοκτήτες τους σε συγκεκριμένες συνθήκες. Κανένας από αυτούς μεμονωμένα δεν αξίζει το καθεστώς της «μακρο αλλαγής». Εξελικτικοί μετασχηματισμοί συγκρίσιμοι σε κλίμακα λαμβάνουν χώρα στη σύγχρονη φύση γύρω μας, σε εργαστηριακά πειράματα και στην καθημερινή εργασία των κτηνοτρόφων. Και φυσικά, αν τα πρώτα τετράποδα πέθαιναν χωρίς να προκύψουν μια μεγάλη και ποικιλόμορφη ομάδα ζώων, τα έξυπνα χταπόδια δεν θα ξεχώριζαν ποτέ τα ichthyostegu, τα acanthostega και τους συγγενείς τους σε μια ειδική τάξη - θα τα θεωρούσαν το πολύ ξεχωριστό αδιέξοδο. οικογένεια με λοβοπτερύγια. Και θα είχαν δίκιο.

Σε άτακτες σειρές - στο μέλλον της γης

Ολοκληρώνοντας τη συζήτηση για τις μεταβατικές μορφές μεταξύ ψαριών και τετράποδων, θα πρέπει να διευκρινιστεί ότι, με την τακτοποίηση των ευρημάτων σε μια σειρά, φυσικά απλοποιούμε πολύ την πραγματικότητα. Στην παλαιοντολογία, αυτή είναι μια τυπική κατάσταση: ενώ έχουν βρεθεί λίγες μεταβατικές μορφές, είναι βολικό να τις τακτοποιήσουμε στη σειρά, αλλά όσο περισσότερα ευρήματα, τόσο πιο θαμνώδες γίνεται το εξελικτικό σχήμα. Γενικά, η εξέλιξη μοιάζει πιο συχνά με ένα θάμνο παρά με ένα νήμα και πολλοί παραλληλισμοί είναι το πιο χαρακτηριστικό γνώρισμά της (συζητήσαμε την παράλληλη εξέλιξη και τα γενετικά της θεμέλια στο Κεφάλαιο 4).

Με την πρώτη ματιά, οι διαδοχικές αλλαγές από ψάρια σε τετράποδα συσχετίζονται καλά με τη σειρά της θέσης των μεταβατικών μορφών στη χρονοσειρά: τα πλάσματα με κυριαρχία των χαρακτηριστικών ψαριών έζησαν πρώτα απ 'όλα, μετά με την πάροδο του χρόνου τα χαρακτηριστικά των ψαριών χάθηκαν και αντικαταστάθηκαν από τετράποδα . Οι Panderichths έζησαν 385–383 Ma, Tiktaalik 380–375 Ma, Ventastega 374–365 Ma, Acanthostega και Ichthyostega 370–365 Ma, Greererpeton 359 Ma.

Ωστόσο, έχουν βρεθεί και άλλα «τετράποδα ψάρια» που παραβιάζουν αυτή την αρμονική εικόνα. Για παράδειγμα, Μεταξυγνάθους, από την οποία έχει βρεθεί μόνο η κάτω γνάθος. Η ηλικία του είναι 374 εκατομμύρια χρόνια. Θα έπρεπε, αν κρίνουμε από τη γεωλογική του ηλικία, να έχει μορφολογία κοντά στο Tiktaalik, αλλά η μορφολογική του θέση είναι μετά το Ventatega. Προφανώς, στο Μεταξυγνάθουςη ανάπτυξη της συσκευής της γνάθου προχώρησε ταχύτερα από ό,τι σε άλλες, παράλληλες αναπτυσσόμενες μορφές. Ταυτόχρονα, τα υπόλοιπα όργανά του θα μπορούσαν να αλλάξουν πιο αργά (αν και αυτό μπορούμε μόνο να το μαντέψουμε προς το παρόν). Ο άνισος ρυθμός εξέλιξης διαφορετικών συστημάτων οργάνων είναι χαρακτηριστικός της περιόδου έναρξης πολλών εξελικτικών μετασχηματισμών μεγάλης κλίμακας (εμφάνιση ψαριών στη στεριά, προέλευση αρθρόποδων, πτηνών, θηλαστικών, ανθοφόρων φυτών κ.λπ.). Σε αυτό το στάδιο, μπορεί να συνυπάρχουν μορφές στις οποίες, για παράδειγμα, το αναπνευστικό σύστημα είναι ήδη προχωρημένο, αλλά δεν υπάρχουν ακόμα πόδια, ή μπορεί να υπάρχουν εκείνες στις οποίες τα πόδια ήδη περπατούν αρκετά και οι πνεύμονες είναι ακόμα σαν ψάρια.

Ο διαφορετικός ρυθμός εξέλιξης των μορφολογικών δομών σε διαφορετικές γραμμές δημιουργεί ένα μωσαϊκό προηγμένων και πρωτόγονων χαρακτήρων που δεν μπορούν να αποσυντεθούν σε έναν τακτοποιημένο χάρακα. Μπορεί κανείς να δει μόνο τη γενική κατεύθυνση των αλλαγών: πώς οι ενδιάμεσες μορφές με την κυριαρχία των χαρακτηριστικών των ψαριών αργά εξαφανίζονται και επιβιώνουν με την κυριαρχία των τετραπόδων.

Στα τέλη του Devonian (385-359 εκατομμύρια χρόνια πριν), υπήρχαν εκπρόσωποι διαφορετικών σειρών ψαριών, που έσπευσαν στην προσαρμοστική φυλή τους σε έναν ημι-υδάτινο, ημι-γήινο τρόπο ζωής. Τα απολιθώματα του ύστερου Devonian βοηθούν στην ανακατασκευή της γενικής κατεύθυνσης αυτής της φυλής, αλλά όχι της διαδρομής καθεμιάς από τις γραμμές. Αυτό που γνωρίζουν οι παλαιοντολόγοι - λιγοστά θραύσματα φαινομενικά πλούσιας πανίδας - σχεδιάζει με διακεκομμένα την πορεία διαφόρων εξελικτικών γραμμών, αλλά δεν δείχνει τη σύνδεση μεταξύ τους, την αρχή και το τέλος τους. Επομένως, δεν μπορεί να υποστηριχθεί ότι όλοι εμφανίστηκαν και εξαφανίστηκαν στο Ύστερο Devonian, επειδή γνωρίζουμε μόνο μερικές από τις πινελιές της διακεκομμένης γραμμής.

Πιθανότατα, η ιστορία των τετράποδων ψαριών ξεκίνησε όχι στα τέλη, αλλά στη μέση Devonian (397-385 εκατομμύρια χρόνια πριν) ή ακόμα και νωρίτερα. Από αυτή την άποψη, μπορούμε να περιμένουμε ευρήματα μεταβατικών μορφών με χαρακτηριστικά ψαριών, ελαφρώς αραιωμένα χαρακτηριστικά τετραπόδων, στα στρώματα του Μέσου Δεβόνιου. Το γεγονός ότι τα σπονδυλωτά μπορεί να άρχισαν να αναπτύσσουν γη νωρίτερα από το Ύστερο Δεβόνιο αποδεικνύεται από απολιθωμένα ίχνη που άφησε κάποιο είδος ζώου που περπατούσε στην ξηρά. Αυτά τα ίχνη βρέθηκαν στην Πολωνία σε ένα στρώμα ηλικίας 395 εκατομμυρίων ετών. Δεν φαίνεται να υπάρχει λόγος αμφιβολίας για τον προσδιορισμό της ηλικίας του στρώματος στο οποίο βρέθηκαν αυτά τα ίχνη. Το στρώμα σχηματίστηκε σε ένα παράκτιο θαλάσσιο περιβάλλον. Ίσως ήταν μια λιμνοθάλασσα ή μια πλημμυρική πεδιάδα. Στην επιφάνεια του στρώματος διακρίνονται ακόμη και λάκκοι από σταγόνες βροχής και ρωγμές από το στέγνωμα. Τα ίδια τα κομμάτια ποικίλλουν σε μέγεθος και μορφολογία. υπάρχουν αλυσίδες από ίχνη, υπάρχουν και μονές εκτυπώσεις. Το μεγαλύτερο αποτύπωμα έχει πλάτος 26 cm. Για σύγκριση, ένα ichthyostega μήκους περίπου 2,5 m άφησε στάμπα 15 cm. Στην αλυσίδα των κομματιών, διακρίνονται τα αποτυπώματα των μπροστινών και πίσω ποδιών - τα μπροστινά είναι μικρότερα από τα πίσω.

Η ανακατασκευή της διαδρομής από αυτά τα ίχνη υποδηλώνει ότι το ζώο κινήθηκε λυγίζοντας το σώμα του από τη μία πλευρά στην άλλη, σαν σαλαμάνδρα. Δεν υπάρχουν ίχνη σέρνοντας την ουρά. Αυτό σημαίνει ότι το ιερό οστό και η ζώνη των πίσω άκρων έχουν ήδη σχηματιστεί, σηκώνοντας το σώμα πάνω από το έδαφος. Όλα αυτά είναι σημάδια τετράποδου περπατήματος ( Οι Niedwiedzki et al., 2010). Οι ειδικοί διαφωνούν σχετικά με την ερμηνεία αυτών των σημαδιών - σε ορισμένα ψάρια αρέσει επίσης να βγαίνουν για μια βόλτα στον αέρα και να αφήνουν ίχνη στη στεριά: θυμηθείτε, για παράδειγμα, ένα υπέροχο ψάρι - ένα λασποβάτης που έχει προσαρμοστεί τέλεια στο περπάτημα στον καθαρό αέρα. Αλλά ακόμα κι αν οι αμφιβολίες σχετικά με την προέλευση των τετραπόδων αυτών των αρχαίων ιχνών τελικά εξαφανιστούν, αυτό θα υποδηλώνει μόνο τη μωσαϊκή φύση της εξέλιξης στα πρώτα στάδια του σχηματισμού των τετραπόδων. Τότε θα πειστούμε ότι σε μια από τις γραμμές της ripidistia το τετράποδο βάδισμα βελτιώθηκε πιο γρήγορα από ό,τι σε άλλες. Αυτό μπορεί να έχει αποβεί σε βάρος μιας πιο ισορροπημένης μορφολογίας (δείτε την ενότητα "Επιλογή για το Εξελικτικό Δυναμικό" στο Κεφάλαιο 4).

Το γατόψαρο έδειξε πώς τα ψάρια μπορούν να δειπνήσουν στη στεριά Αν και είναι αδύνατο να αναπαραχθούν στο εργαστήριο τόσο μεγάλες αλληλουχίες μικρών αλλαγών όπως «ψάρια που προσγειώνονται στη στεριά», οι εργαστηριακές παρατηρήσεις μπορούν ακόμα να διευκρινίσουν πολλά. Για να καταλάβουμε πώς τα ψάρια θα μπορούσαν να τρώνε στη στεριά χωρίς καμία ικανότητα, πραγματοποιήθηκε μια περίεργη μελέτη. Ως αντικείμενο επιλέχθηκε ένας εκπρόσωπος του γατόψαρου clariid Channallabes apusζώντας στα βαλτώδη νερά της Αφρικής. Η επιλογή δεν ήταν τυχαία: όλα τα διαυγή γατόψαρα μπορούν να κινούνται στη στεριά και ορισμένοι εκπρόσωποι αυτής της οικογένειας σέρνονται από τη μια λίμνη στην άλλη, κινούμενοι σαν χέλι. Για την αναπνοή, χρησιμοποιούν έναν ειδικό "πνεύμονα" - ένα τροποποιημένο τμήμα του φάρυγγα πίσω από τα βράγχια, διαποτισμένο με αιμοφόρα αγγεία. Μπορούν επίσης να αναπνέουν με δέρμα χωρίς λέπια. Έτσι, τα γατόψαρα έχουν προσαρμοστεί για να ζήσουν μια διπλή ζωή - στο νερό και στην ξηρά, όπως τα τετράποδα ψάρια του Ύστερου Devonian. Μπορούν όμως να φάνε στη στεριά; Εξάλλου, η διατροφή όλων των ψαριών βασίζεται σε έναν ενιαίο μηχανισμό σύλληψης θηράματος - το ρουφούν μέσα τους. Απλώνοντας τα βράγχια, δημιουργούν μειωμένη πίεση στην κοιλότητα των βραγχίων, μετά ανοίγουν το στόμα τους - και ένα ρεύμα νερού ορμάει εκεί με αντικείμενα τροφής, σε όποιον αρέσει. Τι γίνεται όμως με εκείνα τα ψάρια που, όπως το γατόψαρο, πεινούν ενώ βρίσκονται στη στεριά; Πράγματι, στον αέρα, ένας τέτοιος μηχανισμός για τη σύλληψη τροφής δεν θα λειτουργήσει. Οι παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι το γατόψαρο, ωστόσο, δεν λιμοκτονεί στη στεριά. Για να αρπάξει το θήραμα, ρίχνει το κεφάλι του μπροστά, γκρεμίζει το έντομο (και τα ασπόνδυλα της γης αποτελούν τη βάση της διατροφής του) και, λυγίζοντας το κεφάλι του, πιέζει το θήραμα στο έδαφος και το αρπάζει. Είναι αλήθεια ότι μπορεί μόνο να πιπιλίσει και να καταπιεί επί τόπου μαλακό θήραμα - έναν γυμνοσάλιαγκα ή ένα σκουλήκι. Σκληρά πλάσματα όπως τα σκαθάρια πρέπει ακόμα να συρθούν στο νερό. Οι στοχασμοί σχετικά με τη μέθοδο της χερσαίας σίτισης στα σύγχρονα γατόψαρα οδήγησαν τους επιστήμονες στο συμπέρασμα ότι τα ψάρια που άρχισαν να αναπτύσσουν γη στο Devonian είχαν «προ-προσαρμογές» στη διατροφή τους στον αέρα. Στο δρόμο «από το νερό στον αέρα» τα ζώα χρησιμοποιούσαν κάθε ευκαιρία που προέβλεπε το σχέδιο δόμησης των ψαριών. Η ικανότητα να τρώτε στη στεριά θα μπορούσε αρχικά να παρέχεται από έναν εύκαμπτο λαιμό και την ανάπτυξη μιας ειδικής στάσης «το κεφάλι στο έδαφος». Με τον ίδιο ακριβώς τρόπο, παρεμπιπτόντως, τρέφεται και ο λασποβάτης, κάτοικος των μαγκρόβων, γνωστός λάτρης του καθαρού αέρα. Οι Tiktaalik και Ichthyostega είχαν επίσης μια χαρακτηριστική καμπυλότητα της αυχενικής μοίρας της σπονδυλικής στήλης. Είναι πιθανό ότι τα αρχαία χερσαία σπονδυλωτά έμαθαν πρώτα απ 'όλα να μην ανοίγουν το στόμα τους ευρύτερα, αλλά, όπως το γατόψαρο, να λυγίζουν με χάρη το λαιμό τους. Αυτή η μέθοδος σύλληψης θηραμάτων ήταν οικεία στα ψάρια, έτσι ώστε οι κατακτητές της γης να μην χρειαζόταν να εφεύρουν κάτι νέο στην αρχή.

Σύγχρονοι πειραματιστές: Mudskipper και Anglerfish

Κάποια υπάρχοντα οστεώδη ψάρια ήδη στον Καινοζωικό άρχισαν να κάνουν νέες «προσπάθειες» να κυριαρχήσουν στη γη, μερικές φορές πολύ επιτυχημένες. Αυτά τα σύγχρονα ψάρια έχουν πολύ λιγότερες προϋποθέσεις για πρόσβαση στην ξηρά από τους προκατόχους τους από το Devonian. Πρώην πνεύμονεςέχουν ήδη «δαπανηθεί» στην κολυμβητική κύστη και τα πίσω άκρα (κοιλιακά πτερύγια) έχουν γίνει ακατάλληλα για να μετατραπούν σε πόδια. Παρ' όλα αυτά, ο λασποβάτης περπατά επιδέξια στη στεριά, ακουμπώντας στα θωρακικά του πτερύγια και βοηθώντας τον εαυτό του με την ουρά του, και αναπνέει αέρα με τη βοήθεια ενός νέου, μάλλον «χειροποίητου» και αναποτελεσματικού αναπνευστικού οργάνου που έχει σχηματιστεί στη στοματική του κοιλότητα. Αυτά τα καταπληκτικά ψάρια είναι σε θέση να τρέφονται στη στεριά και ακόμη και να αναπαράγονται στην ακτή σε πήλινους πύργους, στο κάτω μέρος των οποίων οργανώνουν μια λακκούβα όπου αναπτύσσεται το χαβιάρι.

Δεν ξέρουμε αν οι λασπόφοροι θα προκαλέσουν νέο κύμα επέκτασης των ψαριών της ξηράς. Ίσως το κάνουν, αν και τώρα έχουν πολλούς ανταγωνιστές στην ξηρά. Το τετράποδο ψάρι του Devonian δεν είχε ανταγωνιστές στην ακτή, αλλά η τροφή (χερσαία και ασπόνδυλα του εδάφους) ήταν ήδη άφθονη. Εάν, ωστόσο, μια νέα μεγάλη ομάδα γης προκύψει από τους γενναίους λασπόπτερους, οι ζωολόγοι του μέλλοντος θα της δώσουν υψηλή βαθμίδα και οι πρόγονοί τους -οι σημερινοί λασπόφοροι- θα αντιμετωπιστούν με εντελώς διαφορετικά μάτια: όχι ως εξωφρενικό ξένο, αλλά ως διορατικός πειραματιστής.

Τα Mudskippers δεν είναι μακράν τα μόνα ψάρια που σήμερα, στον ένα ή τον άλλο βαθμό, «αναπαράγουν» αυτό το μακροχρόνιο μακροεξελικτικό γεγονός - την προσγείωση στη στεριά. Ένα άλλο παράδειγμα είναι οι αντεναρίδες πεσκανδρίτσας ρηχών νερών. Δεν βγαίνουν στη στεριά, αλλά τα θωρακικά τους πτερύγια έχουν αποκτήσει μια εντυπωσιακή ομοιότητα με τα πόδια των τετράποδων. Έχουν ακόμα και κάτι σαν δάχτυλα!

Τα ψαράκια με τη βοήθεια των ποδιών τους σέρνονται κατά μήκος του βυθού και κρατιούνται από τις πέτρες για να μην κρέμονται από τα κύματα. Όπως μπορείτε να δείτε, τα πόδια μπορούν επίσης να είναι χρήσιμα υποβρύχια (τα πρώτα τετράποδα πιθανότατα πέρασαν το μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους στο νερό). Αν και τα πόδια των ψαράδων είναι πολύ παρόμοια σε εμφάνιση και κινήσεις με τα πόδια των τετραπόδων, ο σκελετός τους είναι διαφορετικός. Αυτή η ομοιότητα ονομάζεται ανάλογη, δηλ. εμφανίστηκε ανεξάρτητα σε διαφορετική βάση, σε αντίθεση με την ομόλογη ομοιότητα που δείχνουν τα σχετικά είδη και γένη.

Οι δεινόσαυροι κυριαρχούν στον αέρα

Ο σύγχρονος κόσμος αφθονεί με ιπτάμενα πλάσματα - έντομα, πουλιά, νυχτερίδες. Υπάρχουν άλλοι που, αν και δεν είναι πραγματικοί ιπτάμενοι, δεν είναι ήδη αρκετά επίγειοι κάτοικοι - δεντροβάτραχοι, σκίουροι, μάλλινα φτερά, σαύρες - «ιπτάμενοι δράκοι» ... Υπάρχει ακόμη και αεροπλαγκτόν - τα μικρότερα ζώα και βακτήρια προσαρμοσμένα να μεταφέρονται για μεγάλο χρονικό διάστημα αποστάσεις κατά μάζες αέρα. Ένα άτομο δεν υστερεί επίσης - ανεβαίνει στον αέρα με τη βοήθεια τεχνικών μέσων. Έτσι, σε πολλές ομάδες ζώων, υπάρχει η τάση να κυριαρχούν στον εναέριο χώρο.

Η πτήση απαιτεί συντονισμένες και πολλαπλές ρυθμίσεις σώματος. Όσο πιο ισορροπημένοι και βαθύτεροι είναι, τόσο πιο επιδέξιος είναι ο ιπτάμενος που προκύπτει. Σε αυτή την ενότητα, θα αναλύσουμε πώς πέταξαν τα πουλιά, επειδή η εξελικτική τους ιστορία έχει γίνει εντυπωσιακά σαφής τα τελευταία χρόνια χάρη σε μια σειρά από λαμπρά ευρήματα διαφόρων μεταβατικών μορφών.

Λίγο μετά τη δημοσίευση του The Origin of Species, ανακαλύφθηκε ο πρώτος σκελετός του Archeopteryx, της περίφημης ενδιάμεσης μορφής μεταξύ ερπετών και πτηνών. Θάφτηκε στα κοιτάσματα του Ύστερου Ιουρασικού της Γερμανίας, τα οποία, σύμφωνα με τα τελευταία στοιχεία, είναι λίγο κάτω από 150 εκατομμύρια χρόνια. Ο Archeopteryx είχε αναπτύξει φτέρωμα (ένα τυπικό χαρακτηριστικό των πτηνών) και στη σκελετική δομή του διέφερε ελάχιστα από τους μικρούς δεινόσαυρους θηρόποδα. Είχε νύχια στα μπροστινά άκρα, δόντια και μακριά ουρά. Υπήρχαν ελάχιστα χαρακτηριστικά «πουλιού» χαρακτηριστικά του σκελετού (αγκιστροειδείς διεργασίες στα πλευρά, πιρούνι). Το Archeopteryx είναι ένα κλασικό παράδειγμα μεταβατικής μορφής. Αλλά αυτό το απολίθωμα ήταν απλώς μια μοναχική πινακίδα στον μακρύ δρόμο που οδηγούσε στα πουλιά. Είναι σαφές ότι με τη σταδιακή ανάπτυξη των χαρακτηριστικών των πτηνών, τέτοιες ενδιάμεσες μορφές ήταν πολύ πιο διαφορετικές. Έχουν επιζήσει όμως; Θα μπορέσουν οι παλαιοντολόγοι να τα βρουν;

Διαχειρίζεται. Περαιτέρω έρευνες στα στρώματα του Ιουρασικού και του Κρητιδικού αποκάλυψαν μια πλούσια πανίδα πρωτόγονων μεταβατικών μισών δεινοσαύρων-μισών πτηνών. Παρακάτω είναι ένα φυλογενετικό σχήμα που αντικατοπτρίζει τους οικογενειακούς δεσμούς των περισσότερων από τις μεταβατικές μορφές που είναι γνωστές σήμερα, συνδυάζοντας σημάδια πτηνών και δεινοσαύρων.

Λόγω των κανόνων της σύγχρονης κλαδιστικής ταξινόμησης, το γεγονός ότι τα πουλιά προέρχονται από δεινόσαυρους (και όχι από κοινούς προγόνους με δεινόσαυρους) απαιτεί να θεωρούνται τα πουλιά ως υποομάδα δεινοσαύρων, και ένας δυσκίνητος όρος χρησιμοποιείται πλέον για τους δεινόσαυρους «σωστά». δεινόσαυροι χωρίς πτηνά(δεινόσαυροι που δεν είναι πτηνά).

Η αρχή του σχηματισμού των πτηνών θα πρέπει να θεωρηθεί η Ιουρασική εποχή, όταν πολλοί αρπακτικοί δεινόσαυροι άρχισαν να εξελίσσονται «προς την κατεύθυνση του πουλιού». Οι εκπρόσωποι της σειράς των δεινοσαύρων στην οποία έλαβε χώρα αυτή η παράλληλη «βελτιστοποίηση» ενώνονται με την κοινή ονομασία παραβές. Τα ίδια τα σύγχρονα πουλιά στο διάγραμμα αντιπροσωπεύονται από τέσσερα είδη - κοτόπουλο ( Gallus) και gokko ( κραξ), πάπια ( Ανας) και παλαμήδεια ( Chauna). Καταλαμβάνουν μια μέτρια θέση σε έναν από τους κλάδους ανάμεσα σε πολλά απολιθωμένα είδη, σχηματίζοντας μαζί τους μια εκτεταμένη ομάδα. Avialae, «αδελφή» σε σχέση με μια άλλη μεγάλη κλάδα φτερωτών δεινοσαύρων - τους δεινόνυχοσαυρους. Οι δεινόνυχοσαυροι υποδιαιρούνται σε τροδοντίδες και δρομαιοσαυρίδες. Ο Archeopteryx κατέλαβε μια αρκετά λογική θέση στο διάγραμμα ως ένας από τους πιο πρωτόγονους εκπροσώπους ολόκληρης της διαφορετικής ομάδας μεσοζωικών ιπτάμενων. Στο τέλος της Κρητιδικής περιόδου, πριν από 65,5 εκατομμύρια χρόνια, εξαφανίστηκαν όλα, εκτός από μια μικρή ομάδα που επέζησε της κρητιδικής κρίσης και έδωσε γέννηση σύγχρονων πτηνών.

Ο πιο πρωτόγονος εκπρόσωπος παραβέςεξετάζεται επί του παρόντος επιδεξιπτέρυξ. Είναι κοντά στον κοινό πρόγονο των πρώτων ιπτάμενων δεινοσαύρων. Βρέθηκε το 2008 στα Ιουρασικά (από 168 έως 152 εκατομμύρια χρόνια πριν) κοιτάσματα της Εσωτερικής Μογγολίας (Κίνα). Αυτό το ζώο έχει το μέγεθος ενός περιστεριού. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι ο Epidexipteryx ζύγιζε περίπου 160 g - λιγότερο από άλλους δεινόσαυρους που μοιάζουν με πτηνά. Διαφέρει από τους συγγενείς του κυρίως στη κοντή ουρά του: έχει μόνο 16 σπονδύλους ουράς και οι τελευταίοι δέκα σχηματίζουν κάτι που μοιάζει με το πυγόστυλο των πρωτόγονων πτηνών, αν και αυτοί οι σπόνδυλοι δεν συγχωνεύονται σε ένα ενιαίο σύνολο. Το μήκος της ουράς είναι το 70% του μήκους του σώματος, ενώ στον πλησιέστερο συγγενή, τον Epidendrosaurus, η ουρά ήταν τρεις φορές μεγαλύτερη από το σώμα.

Το όνομα «επιδεξιπτέρυξ» (από τα ελληνικά . epidexi- "δείχνω" και πτέρυγας- «φτερό», «φτερό») ο δεινόσαυρος έλαβε για κάποιο λόγο. Στους σπονδύλους της ουράς ήταν κολλημένα τέσσερα ασυνήθιστα μακριά φτερά με έναν κεντρικό άξονα και έναν ανεμιστήρα από μη διακλαδισμένα γένια. Το σώμα, συμπεριλαμβανομένων των άκρων, ήταν καλυμμένο με μικρά φτερά χωρίς άξονα, παρόμοια με τα πούπουλα άλλων δεινοσαύρων και πρωτόγονων πτηνών. Ο επιδεξιπτέρυξ δεν είχε φτερά κατάλληλα για πτήση και σίγουρα δεν μπορούσε να πετάξει.

Αυτά τα μακριά φτερά της ουράς χρησίμευαν αποκλειστικά «για την ομορφιά», δηλαδή για να προσελκύσουν έναν γαμήλιο σύντροφο. Τα αρσενικά πολλών σύγχρονων πτηνών επιδεικνύουν μακριά φτερά ουράς μπροστά στα θηλυκά, τα οποία δεν είναι πλέον καλά για τίποτα και παρεμβαίνουν μόνο στο πέταγμα. Το φόρεμα του Epidexpteryx αποδεικνύει ότι η ομορφιά της νυφικής ενδυμασίας ήταν σημαντική για τον κλάδο των «πουλιών» των δεινοσαύρων στην αρχή της ιστορίας τους ( Οι Zhang et al., 2008).

Τα φτερά χρειάζονται για ομορφιά, ζεστασιά και πτήση. Προφανώς, στην αρχή έκαναν τις δύο πρώτες εργασίες και μόνο αργότερα ήταν χρήσιμοι για την τρίτη. Ναι, και η πτήση δεν ξεκίνησε αμέσως: τα φτερά πτήσης αναπτύχθηκαν σταδιακά. Η αύξηση της επιφάνειας έδρασης των μπροστινών άκρων αύξησε τη σταθερότητα ενός δεινοσαύρου που τρέχει ή πηδά. Τα αρχικά στάδια της εξέλιξης των φτερών πτήσης μπορεί να έχουν συνδεθεί με τη σταθεροποίηση του γρήγορου τρεξίματος σε ανώμαλες επιφάνειες. Ταυτόχρονα, μεγάλα φτερά μετατοπίστηκαν σταδιακά στο πίσω άκρο του άκρου. η δομή των ίδιων των φτερών και τα σημεία πρόσδεσής τους βελτιώθηκαν σταδιακά.

Οι φτερωτοί πρωτόγονοι πρόγονοι των πτηνών δημιούργησαν την ομάδα των δρομαιοσαυρίδων. Αυτά τα ζώα αποχαιρέτησαν την επιφάνεια της γης, προτιμώντας τα δέντρα. Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι ακόμη και οι φημισμένοι βελοσιράπτοραςόχι τόσο το τρέξιμο στις πεδιάδες όσο το σκαρφάλωμα στα δέντρα και η δομή του ήταν προσαρμοσμένη ακριβώς σε αυτόν τον τρόπο ζωής. Οι βελοσιραπτέρες βρέθηκαν καλυμμένοι με φτερά, υποδηλώνοντας θερμόαιμα ( Turner et al., 2007). Προηγουμένως, θεωρούνταν (αυτή η έκδοση απαθανατίστηκε από την ταινία "Jurassic Park") αρπακτικά με επίπεδη συσκευασία υψηλής ταχύτητας, προικισμένα με τρομερά όπλα - οδοντωτά σαγόνια και τέσσερα γιγάντια νύχια (ένα σε κάθε ένα από τα τέσσερα άκρα). Αλλά αποδείχθηκε ότι η συσκευή και η γεωμετρία των νυχιών στα πίσω πόδια του Velociraptor είναι συγκρίσιμες με τα νύχια ορισμένων πουλιών και θηλαστικών που αναρριχούνται σε δέντρα. Αυτή η σύγκριση σίγουρα μετακίνησε το velociraptor από το έδαφος στο δέντρο. Οι βελοσιραπτέρ χρησιμοποίησαν τα κολοσσιαία νύχια τους στα πόδια τους για κάτι περισσότερο από το να σκοτώνουν απλά θηράματα με χοντρό δέρμα. Όταν σκαρφάλωναν στον κορμό, βασίζονταν σε αυτό το νύχι. Έπρεπε να είναι μεγάλο για να κρατήσει ένα αρκετά ογκώδες ζώο σε έναν κατακόρυφο κορμό - αυτοί οι δεινόσαυροι ζύγιζαν περίπου 15 κιλά.

Πιθανότατα, οι velociraptors είχαν έναν μηχανισμό "όπως πουλί" για τη στερέωση των νυχιών. Όταν ένα πουλί κάθεται σε ένα κλαδί, τα νύχια του τυλίγονται γύρω από το κλαδί και στερεώνονται σε αυτή τη θέση χωρίς να ξοδεύουν ενέργεια. Αυτό επιτρέπει στο πουλί να κοιμάται ενώ κάθεται σε ένα δέντρο χωρίς να πέφτει. Κατά την προσγείωση στον κορμό, το αρπακτικό δέντρου στηριζόταν επίσης από μια σκληρή ουρά, αποτελούμενη από συγχωνευμένους σπονδύλους και οστεοποιημένους τένοντες. Φτερά, δενδρώδης τρόπος ζωής, και μάλιστα σε κοπάδι - γιατί όχι και πουλί!

Ανχιόρνης(Anchiornis huxleyi) ανήκει σε ένα άλλο τμήμα του φυλογενετικού δέντρου - στους βασικούς (δηλαδή, πρωτόγονους, πρώιμους) τρωδοντίδες. Ο Anchiornis έζησε πριν από τον Αρχαιοπτέρυξ - 155–151 εκατομμύρια χρόνια πριν. Όταν τον βρήκαν και τον περιέγραψαν (και αυτό συνέβη το 2009), πήρε αμέσως τη θέση του ανάμεσα στα πιο εκπληκτικά και απροσδόκητα ζώα. Αυτό το ιπτάμενο πλάσμα σε μέγεθος κοράκι είχε φτερά πτήσης με περίγραμμα τόσο στα μπροστινά όσο και στα πίσω άκρα του. Οι εξαιρετικές εκτυπώσεις μεταφέρουν αναμφισβήτητα τη δομή του σκελετού και των φτερών, επομένως δεν υπάρχει αμφιβολία στην ερμηνεία - στα πόδια του anchiornis υπήρχαν μεγάλα φτερά κατάλληλα για πτήση.

Αυτός δεν είναι ο πρώτος δεινόσαυρος που έχει βρεθεί με τετράφτερά - τέτοιοι ήταν γνωστοί πριν, για παράδειγμα microraptorπου έζησε πριν από 125 εκατομμύρια χρόνια. Στην αρχή, πολλοί ειδικοί ερμήνευσαν το τετράπτερο ως ένα είδος περιέργειας, μια υπερβολική, αλλά ασήμαντη στροφή της εξέλιξης. παραβές.

Το 2005, ένας άλλος δεινόσαυρος με μεγάλα φτερά ποδιών περιγράφηκε - pedopenna(που μεταφράζεται ως «περονόγκ»), που έζησε ταυτόχρονα με τον Αρχαιοπτέρυξ ή, ίσως, λίγο νωρίτερα. Είναι γνωστό μόνο από τα υπολείμματα φτερωτών πίσω άκρων. Το Pedopenna έχει ερμηνευτεί ως βασικός εκπρόσωπος παραβές(δεν φαίνεται στο διάγραμμα)

Κρίνοντας από την κατανομή των τετράπτερων μορφών κατά μήκος του εξελικτικού δέντρου, οι τετράπτερες μορφές ήταν χαρακτηριστικές των πρώτων εκπροσώπων και των τριών κλάδων. παραβές: τρωδοντίδες, δρομαιοσαυρίδες και Avialae. Από αυτό προκύπτει ότι Τα σύγχρονα πουλιά κατάγονται από τετράπτερους προγόνους.Παρεμπιπτόντως, πρωτόγονος Avialae, συμπεριλαμβανομένου του Archeopteryx, είχαν πράγματι φτερά περιγράμματος στα πόδια τους, αν και όχι τόσο μεγάλα.

Σε αντίθεση με εκείνα τα σύγχρονα πουλιά που έχουν περισσότερο ή λιγότερο ανεπτυγμένο φτέρωμα στα πόδια τους, στο Microraptor, στο Pedopenna και στο Anchiornis, τα φτερά του περιγράμματος των πίσω άκρων ήταν διατεταγμένα με τάξη και σχημάτιζαν μεγάλες επίπεδες επιφάνειες, οι οποίες αναμφίβολα επηρέασαν τις αεροδυναμικές ιδιότητες του ζώο. Το πώς ακριβώς χρησιμοποιήθηκαν αυτά τα πρόσθετα αεροπλάνα - για σχεδιασμό, ελιγμούς ή, ας πούμε, πέδηση - δεν είναι ακριβώς γνωστό. Είναι απίθανο ότι οι τετράπτεροι δεινόσαυροι θα μπορούσαν να χτυπήσουν ενεργά τα «πίσω φτερά» τους - ο σκελετός των πίσω άκρων τους δεν είναι προσαρμοσμένος για τέτοιες κινήσεις - αλλά θα μπορούσαν να στρίψουν τα πόδια τους με τέτοιο τρόπο ώστε τα φτερά να βοηθήσουν να γλιστρήσουν. Η τετράπτερη πτήση δεν είναι ούτως ή άλλως πολύ αποτελεσματική.

Ο Ανχιόρνης, αν κρίνουμε από τον σκελετό, δεν ήταν πολύ καλός ιπτάμενος (το μικροαρπατάκι πετούσε καλύτερα). Τα πίσω άκρα του anchiornis, αν ξεχάσετε τα φτερά, μοιάζουν περισσότερο με τα πόδια ενός επαγγελματία δρομέα. Αλλά τα μεγάλα φτερά στα πόδια του δύσκολα τον βοήθησαν να τρέξει γρήγορα - μάλλον, αντίθετα, θα έπρεπε να έχουν παρέμβει. Τα σύγχρονα πουλιά που τρέχουν γρήγορα τείνουν να χάνουν φτερά στα πόδια τους. Ίσως ο Anchiornis δεν είχε ακόμη χρόνο να «αποφασίσει» τι είναι πιο σημαντικό γι 'αυτόν - να πετάξει ή να τρέξει, και η δομή των πίσω ποδιών του είναι το αποτέλεσμα ενός συμβιβασμού μεταξύ διαφορετικών διανυσμάτων επιλογής. Στην πορεία της περαιτέρω εξέλιξης των πρώιμων πτηνών, τα φτερά και τα πόδια χώρισαν πιο ξεκάθαρα τις λειτουργίες: το πρώτο για πτήση, το δεύτερο για τρέξιμο.

Το Anchiornis είναι παρόμοιο σε πολλά σκελετικά χαρακτηριστικά με τα troodontids, στα οποία του αποδόθηκε, αλλά ορισμένα χαρακτηριστικά (για παράδειγμα, πολύ μακριά μπροστινά άκρα) τον φέρνουν πιο κοντά στους δρομαιοσαυρίδες και Avialae. Ως αποτέλεσμα, επίσημες διαγνώσεις (λίστες διακριτικών χαρακτηριστικών) των τριών ομάδων παραβέςγίνονται πιο θολά. Αυτή είναι μια τυπική κατάσταση, δυσάρεστη για τους ταξινομιστές, αλλά απολύτως αναπόφευκτη κατά τη μελέτη των βασικών εκπροσώπων των μεγάλων ταξινομήσεων (το συζητήσαμε όταν συζητήσαμε τους τύπους της Κάμβριας). Είναι σαφές ότι όσο πλησιάζουμε στον κοινό πρόγονο όλων παραβές, τόσο λιγότερο ευδιάκριτες είναι οι διαφορές μεταξύ των τριών εξελικτικών γραμμών που απαρτίζουν αυτήν την ομάδα. Οι «μεταβατικές μορφές» θολώνουν αυτές τις διακρίσεις. Ο Δαρβίνος είχε δίκιο όταν μίλησε για τη ασάφεια των ορίων μεταξύ ταξινομικών ομάδων.

Επιπλέον, το μωσαϊκό των πτηνών και των δεινοσαύρων αντιπροσωπεύεται τόσο ευρέως παραβές, θυμίζει για άλλη μια φορά παράλληλη εξέλιξη. Η αρχή της εξέλιξης κάθε μεγάλης ομάδας, κατά κανόνα, αντιπροσωπεύεται από πολλές γραμμές, σε καθεμία από τις οποίες, με τον δικό της τρόπο, με τα δικά της χαρακτηριστικά και με τη δική της ταχύτητα, προσαρμογή σε ένα νέο περιβάλλον ή έναν νέο τρόπο η ζωή έγινε. Στην περίπτωση της «βελτιστοποίησης» των δεινοσαύρων, αυτές είναι οι σειρές των δρομαιοσαύρων, των τροοδοντίδων και Avialae.

Πουλιά, δεινόσαυροι και τα γονίδιά τους Το να παραδεχτεί κανείς ότι τα πουλιά είναι δεινόσαυροι -και αυτό απαιτεί η σύγχρονη ταξινόμηση- είναι ψυχολογικά αρκετά δύσκολο. Επιπλέον, υπάρχουν υποθέσεις «μη δεινοσαύρων» για την προέλευση των πτηνών. Είναι αλήθεια ότι μέχρι σήμερα δεν έχουν απομείνει σχεδόν κανένας υποστηρικτής (μιλήσαμε για έναν από αυτούς στο βιβλίο "The Birth of Complexity"). Η γενετική ανάλυση μπορεί να βοηθήσει, αλλά το DNA των δεινοσαύρων δεν έχει διατηρηθεί (τουλάχιστον δεν έχει ακόμη απομονωθεί και διαβαστεί). Ωστόσο, οι επιστήμονες κατάφεραν να έρθουν κοντά στα γονίδια των δεινοσαύρων ( Organ et al., 2009). Υπολόγισαν έμμεσα το μέγεθος των γονιδιωμάτων διαφόρων δεινοσαύρων. Για να το κάνουν αυτό, εκμεταλλεύτηκαν το γεγονός ότι στα απολιθωμένα οστά, αν είναι καλά διατηρημένα, είναι ορατές μικρές κοιλότητες σε τομές, στις οποίες κατά τη διάρκεια της ζωής των ζωικών οστικών κυττάρων τοποθετήθηκαν οστεοκύτταρα. Είναι γνωστό ότι το μέγεθος του γονιδιώματος σε πολλές ομάδες ζωντανών όντων συσχετίζεται θετικά με το μέγεθος των κυττάρων. Τομές οστών 26 σύγχρονων ειδών τετραπόδων που ελήφθησαν για τη μελέτη αποκάλυψαν μια γραμμική σχέση μεταξύ του μεγέθους του γονιδιώματος και του μέσου όγκου οστεοκυττάρων. Η σχέση που βρέθηκε επέτρεψε στους επιστήμονες να εκτιμήσουν το μέγεθος των γονιδιωμάτων 31 ειδών δεινοσαύρων και απολιθωμάτων πτηνών με αποδεκτή ακρίβεια. Στα σύγχρονα πτηνά, το μέγεθος του γονιδιώματος είναι ασυνήθιστα μικρό - από 0,97 έως 2,16 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων, με μέσο όρο 1,45. Για σύγκριση, ένας φρύνος έχει 6,00, ένας κροκόδειλος έχει 3,21, μια αγελάδα έχει 3,7, μια γάτα έχει 2,9, ένας ποντικός έχει 3,3 και ένας άνθρωπος έχει 3,5. Και τι γίνεται με τους δεινόσαυρους; Το γονιδίωμα των ορνιθιστικών δεινοσαύρων (παρά το όνομά τους, που δεν σχετίζεται με τον κλάδο των πτηνών) είχαν μέσο μέγεθος περίπου 2,5 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων, το οποίο είναι συγκρίσιμο με τα σύγχρονα ερπετά. Τα γονιδιώματα των θηροπόδων (σαρκοφάγων δίποδων δεινοσαύρων), συμπεριλαμβανομένων των πιο αρχαίων που ζούσαν πολύ πριν την εμφάνιση των πτηνών, ήταν πολύ μικρότερα - κατά μέσο όρο 1,78 δισεκατομμύρια bp. Από τα εννέα είδη θεροπόδων που μελετήθηκαν, μόνο ένα (Oviraptor) είχε μέγεθος γονιδιώματος εκτός του εύρους που χαρακτηρίζει τα σύγχρονα πτηνά. Έτσι, ο κοινός πρόγονος όλων των δεινοσαύρων πιθανότατα είχε ένα μεγάλο γονιδίωμα τυπικό των επίγειων σπονδυλωτών. Αυτή η κατάσταση έχει διατηρηθεί σε ορνιθισχικούς δεινόσαυρους, καθώς και σε ερπετά που έχουν επιβιώσει μέχρι σήμερα. Στην αυγή της ιστορίας τους (στο Τριασικό), οι δεινόσαυροι σαύρες (που περιλαμβάνουν και τα θηρόποδα) υπέστησαν ριζική μείωση του γονιδιώματος. Τα πουλιά κληρονόμησαν έτσι ένα μικρό γονιδίωμα από τους προγόνους τους δεινόσαυρους θηρόποδους αντί να το αποκτήσουν αργότερα ως προσαρμογή για πτήση. Ωστόσο, εξακολουθεί να υπάρχει μια σύνδεση μεταξύ του μεγέθους του γονιδιώματος και της πτήσης. Αυτό αποδεικνύεται από δύο γεγονότα. Πρώτον, τα πουλιά που δεν πετούν (όπως οι στρουθοκάμηλοι) έχουν μεγαλύτερο γονιδίωμα από τα πουλιά που πετούν. Δεύτερον, οι νυχτερίδες έχουν μικρότερο γονιδίωμα από άλλα θηλαστικά. Μια άλλη γενετική μελέτη που έριξε φως στην πρώιμη εξέλιξη των πτηνών πραγματοποιήθηκε το 2011. Από την άποψη της εμβρυολογίας και της συγκριτικής ανατομίας, τα τρία δάχτυλα του φτερού στα πτηνά αντιστοιχούν στα δάχτυλα II, III και IV του αρχικού άκρου με πέντε δάχτυλα. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τα παλαιοντολογικά δεδομένα: τα απολιθώματα δείχνουν μια σταδιακή απώλεια των δακτύλων IV και V στην εξελικτική σειρά που οδηγεί από τους πρώτους Τριασικούς δεινόσαυρους στον Αρχαιοπτέρυξ και άλλα εξαφανισμένα πτηνά με ουρά σαύρας. Τα τρία δάχτυλα που έχουν απομείνει είναι τα δάχτυλα I, II και III. Έτσι, εάν τα σύγχρονα (ανεμιστήρα) πουλιά είναι απόγονοι πουλιών με ουρά σαύρας, τότε τα δάχτυλα των φτερών τους θα πρέπει να είναι δάχτυλα I-II-III, και όχι II-III-IV. Αποδεικνύεται ότι τα δάχτυλα είναι απλά δάχτυλα! - δεν συμφωνείτε να κατεβείτε από δεινόσαυρους. Και αυτό είναι αρκετό για να εγείρει αμφιβολίες για την εγκυρότητα της θεωρίας των δεινοσαύρων. Αλλά με τις προσπάθειες των γενετιστών, αυτή η σύγκρουση μεταξύ εμβρυολογίας και παλαιοντολογίας επιλύθηκε ( Wang et al., 2011). Μέτρησαν τη δραστηριότητα των γονιδίων στα ψηφία του μπροστινού και των πίσω άκρων του εμβρύου κοτόπουλου. Συνολικά, η δραστηριότητα 14.692 γονιδίων καταγράφηκε στα βασικά στοιχεία των δακτύλων. Η ανάλυση διεξήχθη χωριστά για κάθε δάκτυλο σε δύο στάδια ανάπτυξης του αρχιμόρδιου (πρώιμο και όψιμο). Αποδείχθηκε ότι σύμφωνα με τη φύση της γονιδιακής έκφρασης, τα πρώτα (εσωτερικά) δάχτυλα των φτερών και των ποδιών διαφέρουν σαφώς από τα υπόλοιπα (εξωτερικά) δάχτυλα, αλλά είναι παρόμοια μεταξύ τους. Τα πρώτα δάχτυλα διαφέρουν από τα άλλα ως προς το επίπεδο έκφρασης 556 γονιδίων. Αυτό είναι ένα ισχυρό επιχείρημα υπέρ του γεγονότος ότι το πρώτο δάχτυλο της πτέρυγας είναι στην πραγματικότητα το δάχτυλο I, και όχι II, όπως προκύπτει από τα εμβρυολογικά δεδομένα. Μείωση των δακτύλων IV και V στην εξελικτική σειρά από τους πρώιμους δεινόσαυρους στα πουλιά. Τα δάχτυλα αριθμούνται από αριστερά προς τα δεξιά. (A–C) Τριασικοί δεινόσαυροι: (Α) Ετεροδοντόσαυρος (ένας ορνιθίσκος δεινόσαυρος που δεν σχετίζεται με πτηνά), (Β) Herrerasaurus (πρώιμο θηρόποδα), (C) Coelophysis (ένα πιο προηγμένο θηρόποδα). (D–E) Jurassic theropods: (D) Allosaurus, (E) Ornitholestes. (F–G) πτηνά με ουρά σαύρας: (F) Archaeopteryx, (G) Cretaceous Sinornis. (H–I) σύγχρονα (ανεμιστήρα) πουλιά: (H) hoatzin nestling (Opisthocomus), (I) κοτόπουλο (Gallus). From Vargas A. O., 2005. Beyond Selection // Revista Chilena de Historia Natural. V. 78. Σ. 739–752. Προφανώς, το έργο αυτών των 556 γονιδίων είναι που καθορίζει την «ταυτότητα» των πρώτων δακτύλων από μοριακή γενετική άποψη. Όσον αφορά το δεύτερο και το τρίτο δάχτυλο της πτέρυγας, τα αναπτυξιακά τους προγράμματα φαίνεται να έχουν επαναδιαμορφωθεί από θραύσματα των αναπτυξιακών προγραμμάτων των δακτύλων II, III και IV. Επομένως, είναι αδύνατο να πούμε με βεβαιότητα ποια δάχτυλα των ποδιών είναι ομόλογα από μοριακή γενετική άποψη. Αλλά αν λάβουμε υπόψη ολόκληρο το σύμπλεγμα των διαθέσιμων δεδομένων (μοριακή γενετική ομολογία των πρώτων δακτύλων, τη σχετική θέση των δακτύλων του φτερού, παλαιοντολογικά δεδομένα), τότε εξακολουθεί να αποδεικνύεται ότι τα τρία δάχτυλα του φτερού του πουλιού προέρχονται από δάχτυλα I-II-III, και όχι II-III- IV. Και αυτό σημαίνει ότι η σύγκρουση μεταξύ των δεδομένων της εμβρυολογίας και της παλαιοντολογίας έχει αφαιρεθεί. Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν επιβεβαίωσαν την προηγουμένως δηλωθείσα υπόθεση, σύμφωνα με την οποία στην εξέλιξη των δεινοσαύρων θηροπόδων υπήρξε μια μετατόπιση στους τομείς εργασίας των προγραμμάτων για την ανάπτυξη των δακτύλων I-II-III κατά μια εμβρυϊκή θέση στην απομακρυσμένη κατεύθυνση (από το σώμα), έτσι ώστε το δάχτυλο άρχισα να αναπτύσσεται εκεί που έπρεπε να αναπτυχθεί. δάχτυλο II ( Wagner, Gauthier, 1999).

«Τίποτα δεν είναι ιδιαίτερα δύσκολο αν χωρίσεις το έργο σε μέρη»

Αυτό διάσημο ρητότο οφείλουμε στον Χένρι Φορντ. Με την καθοδήγησή του πέτυχε. Η εξέλιξη, ακολουθώντας αυτόν τον κανόνα, έχει κάνει πολλή σκληρή δουλειά περισσότερες από μία φορές. Και πέτυχε επίσης τεράστια επιτυχία. Βλέπουμε τα τέλεια σχέδια ιδανικών φυλλαδίων - πετρελαιοειδή, swifts. Βλέπουμε εξαιρετικά κατασκευασμένους γρήγορους δρομείς - άλογα, τσιτάχ. Γνωρίζουμε αετούς με σχεδόν μαγική οπτική οξύτητα. Θαυμάζουμε την ακρίβεια των μεντεσέδων στα ρομποτικά έντομα. εξυψώνουμε τον εγκεφαλικό υπερστοχαστή - άνθρωπο. Όλα έχουν πολύπλοκα όργανα που ταιριάζουν απόλυτα στο σκοπό τους: τέλεια πόδια για τρέξιμο, εξαιρετικά τεχνικές αρθρώσεις, αποτελεσματικούς μύες, μάτια και εγκέφαλο. Εάν ήταν τακτοποιημένα λίγο διαφορετικά, γκρεμίστε λίγο τον συντονισμό των μερών τους - και το πόδι θα καθυστερήσει, το γόνατο δεν θα λυγίσει, το μάτι δεν θα δει και το φτερό δεν θα πετάξει. Πώς έχει καταφέρει η φυσική επιλογή να δημιουργήσει όργανα που φαινομενικά είναι χρήσιμα μόνο όταν συναρμολογούνται πλήρως; Η σωστή απάντηση είναι σταδιακά. Και σε κάθε βήμα αυτής της διαδικασίας, το σχέδιο αποδείχθηκε χρήσιμο στον ιδιοκτήτη του με τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Θα μπορούσε να είναι μια σταθερή βελτίωση στη δομή, κατά την οποία το επιθυμητό όργανο εξυπηρετούσε τον ιδιοκτήτη του όλο και καλύτερα. Όμως συνέβη με διαφορετικό τρόπο: το «ημιτελές» όργανο χρησιμοποιήθηκε με εντελώς διαφορετικό τρόπο από ό,τι το χρησιμοποιεί ο σημερινός ευτυχισμένος ιδιοκτήτης.

Ας εξετάσουμε ένα εντυπωσιακό παράδειγμα. Το ταξίδι των οστών του πρώτου και του δεύτερου βραγχιακού τόξου - χαρακτηριστικό όλων των σιαγόνων ψαριών - στο κρανίο και η μετατροπή τους σε ακουστικά οστάρια είναι σαν κόλπο. Βλέπουμε στα πρωτόγονα ψάρια πολλά σύνθετα βραγχιακά (σπλαχνικά) τόξα, μεταξύ των οποίων ξεχωρίζει το πρώτο - στα σαγόνια, έχει γίνει η άνω και κάτω γνάθος. Μεταξύ της άνω και της κάτω γνάθου υπάρχει μια άρθρωση της γνάθου. Τα υπόλοιπα βραγχιακά τόξα είναι λίγο πολύ τα ίδια. Τότε το δεύτερο βραγχιακό τόξο αναλαμβάνει τον δικό του ιδιαίτερο ρόλο. Συνδεδεμένο με το κρανίο, χρησιμεύει ως ανάρτηση για το οπίσθιο. Οι λειτουργίες των δύο πρώτων τόξων στα ψάρια είναι προφανείς: το πρώτο είναι τα σαγόνια, το δεύτερο είναι η αναπνευστική αντλία. Στη συνέχεια, με τη μετάβαση στην αναπνοή αέρα, η ανάγκη για το οπίσθιο εξαφανίζεται και μειώνεται. Και το οστό της άρθρωσης, με τη βοήθεια του οποίου το κάλυμμα των βραγχίων προσαρτήθηκε στο κρανίο, στέλνεται στην εξορία στο μέσο αυτί για να μεταδώσει ηχητικά σήματα. Έτσι εμφανίστηκε το πρώτο ακουστικό οστό - ο αναβολέας. Και αυτό συνέβη, όπως θυμόμαστε, ακόμη και μεταξύ των «τετράποδων ψαριών» του Ντέβον. Τόσο το ίδιο το κόκαλο όσο και η άρθρωση του ήταν χρήσιμα στα τετράποδα ψάρια με νέα ιδιότητα.

Το πρώτο βραγχιακό τόξο - σαγόνια ψαριών - μεταμορφώνεται επίσης με τη μετάβαση στην επίγεια ζωή. Το οστεοποιημένο τμήμα του με τη μορφή άρθρωσης γνάθου εξακολουθούσε να εξυπηρετεί κατά κάποιο τρόπο στη θέση του, αλλά στη συνέχεια και τα θηλαστικά παρέμειναν χωρίς δουλειά - η άρθρωση ανανεώθηκε λόγω άλλων οστών. Αυτή η απαρχαιωμένη άρθρωση του πρώην πρώτου τόξου έλαβε νέο ραντεβού - πήγε και στο μέσο αυτί. Έτσι, μια ομάδα τριών οστών συγκεντρώθηκε στο μέσο αυτί, που κάποτε τάιζε τους ιδιοκτήτες τους και τους βοηθούσε να αναπνεύσουν, αλλά εκτοπίστηκαν από τις θέσεις τους από στοιχεία και αρθρώσεις πιο κατάλληλες σε νέες συνθήκες. Αυτά τα τρία οστά - το σφυρί, ο αμόνις και ο αναβολέας - δεν εξαφανίστηκαν, αλλά ανέλαβαν νέες ευθύνες για την αντίληψη και τη μετάδοση των ηχητικών δονήσεων. Επιπλέον, έχουν γίνει ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά του σκελετού με το οποίο τα θηλαστικά μπορούν να διακριθούν από όλα τα άλλα χερσαία τετράποδα. Εδώ είναι μια τέτοια εξελικτική διαδρομή για τα ακουστικά οστάρια: από τα βραγχιακά τόξα μέχρι το μέσο αυτί. Αν δεν γνωρίζετε τα ενδιάμεσα στάδια αυτής της διαδρομής, τότε φαίνεται ότι ένα τέτοιο μονοπάτι είναι απίστευτο και αδύνατο. Ευτυχώς, οι θαυματουργοί μετασχηματισμοί των σπλαχνικών τόξων μπορούν να εντοπιστούν τόσο από τα δεδομένα της εμβρυολογίας και της συγκριτικής ανατομίας όσο και από το απολιθωμένο υλικό.

Τα απολιθωμένα πρωτόγονα θηλαστικά παρουσιάζουν μεταβάσεις από μια ερπετοειδική οργάνωση με ένα ακουστικό οστάρι (stapes) σε μορφές που έχουν και τα τρία, αλλά δύο από αυτά (σφυρί και αμόνι) εξακολουθούν να παραμένουν προσκολλημένα στην κάτω γνάθο. Αυτή είναι μια ανάμνηση του παρελθόντος όταν εργάζονταν ως άρθρωση γνάθου. Ο διαχωρισμός του σφυρού και του άκμονα από τη γνάθο έγινε επίσης σταδιακά. Αυτό θα μπορούσε να μαντέψει με βάση εμβρυολογικά δεδομένα. Στα σύγχρονα θηλαστικά κατά τη διάρκεια εμβρυϊκή ανάπτυξηΠρώτον, τα ακουστικά οστάρια διαχωρίζονται από την πλάγια επιφάνεια της κάτω γνάθου, αλλά παραμένουν συνδεδεμένα με αυτήν μπροστά μέσω του χόνδρου του Meckel, του υπολείμματος της κύριας κάτω γνάθου. Στο δεύτερο στάδιο, αυτή η πρόσθια ένωση εξαφανίζεται επίσης: ο χόνδρος του Meckel στα ενήλικα θηλαστικά απορροφάται. Και τότε υπήρχαν τέτοια απολιθωμένα είδη στα οποία, στην ενήλικη κατάσταση, διατηρείται μια μερική σύνδεση των ακουστικών οστών με την κάτω γνάθο. Morganucodon ( Morganucodon) είναι ένας πρωτόγονος εκπρόσωπος των «θηλαστικών» (άμεσοι πρόγονοι των θηλαστικών), που έζησε στα τέλη του Τριασικού πριν από περίπου 205 εκατομμύρια χρόνια. Το Morganucodon έχει ήδη και τα τρία οστάρια στο μέσο αυτί. Αλλά το σφυρί και το αμόνι εξακολουθούν να συνδέονται με την κάτω γνάθο τόσο μπροστά όσο και πλευρικά. Και πρόσφατα, βρέθηκαν άλλα δύο αρχαία ζώα στα οποία η διαδικασία διαχωρισμού των ακουστικών οστών έχει προχωρήσει λίγο περισσότερο. Αυτό είναι το Yanoconodon Γιανοκονόδων αλλήνη) και λαοκονοδόν ( Liaoconodon hui), πρωτόγονα θηλαστικά που έζησαν πριν από 125-120 εκατομμύρια χρόνια (στην Πρώιμη Κρητιδική εποχή) ( Οι Luo et al., 2007; Οι Meng et al., 2011). Από αυτούς παρέμειναν σκελετοί εξαιρετικής συντήρησης, στους οποίους διατηρήθηκαν και τα οστά του μέσου αυτιού.

Το Yanokonodon και το Laokonodon, όπως τα περισσότερα μεσοζωικά θηλαστικά, ήταν μικρά, μη περιγραφικά νυκτόβια ζώα. Όπως κάθε νυκτόβιο ζώο, θα ήταν πολύ χρήσιμα για την ευαίσθητη ακοή. Πιθανότατα, ο νυχτερινός τρόπος ζωής των πρώτων θηλαστικών συνέβαλε στην εξέλιξη των οργάνων ακοής. Στο Yanoconodon και στο Laoconodon, τα ακουστικά οστάρια δείχνουν το στάδιο όπου ο σφυρός και η εσοχή έχουν ήδη διαχωριστεί από την κάτω γνάθο από τα πλάγια, αλλά εξακολουθούν να είναι προσκολλημένα σε αυτήν μπροστά μέσω του χόνδρου του Meckel - μιας αρχαίας γνάθου ψαριού. Ακριβώς όπως σε ένα από τα εμβρυϊκά στάδια ανάπτυξης του μέσου ωτός στα σύγχρονα θηλαστικά. Αυτά τα απολιθωμένα ζώα έχουν γίνει ένα πραγματικό δώρο για τους εξελικτικούς - μια ζωντανή απεικόνιση του σταδιακού σχηματισμού πολύπλοκων οργάνων.

Ωστόσο, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι τρία ακουστικά οστάρια από μόνα τους δεν σημαίνουν ακόμη ριζική βελτίωση της ακοής. Προκειμένου να βελτιωθεί περαιτέρω αυτή η λειτουργία, είναι απαραίτητο να προστεθούν μέθοδοι επεξεργασίας πληροφοριών ήχου στον μηχανισμό μετάδοσης ηχητικών δονήσεων, και αυτό επίσης δεν συνέβη αμέσως. Για παράδειγμα, σε ένα από τα πρωτόγονα θηλαστικά Αδροκώδιοτο σφυρί και η έγχυση έχουν ήδη διαχωριστεί από την κάτω γνάθο. Αλλά η δομή του εσωτερικού αυτιού Αδροκώδιοακόμα πρωτόγονο, το ίδιο με Morganucodon. Προφανώς, τα αρχαία θηλαστικά δεν ήταν ακόμα ακροατές πρώτης κατηγορίας. Η ακοή βελτιώθηκε σταδιακά καθώς αναπτύχθηκαν διαφορετικά στοιχεία του συστήματος αντίληψης, μετάδοσης και ανάλυσης ηχητικών πληροφοριών.

Πρώτα το ένστικτο και μετά η φιλοσοφία

Ο εγκέφαλος των θηλαστικών (και ιδιαίτερα των ανθρώπων) συχνά συγκρίνεται με έναν εξαιρετικά περίπλοκο υπολογιστή ικανό να εκτελεί πολλές εργασίες ταυτόχρονα. Να δημιουργήσεις έναν τέτοιο υπολογιστή και να τον φέρεις σε τέτοια τελειότητα που να λειτουργεί χωρίς να «κρεμιέται» κάθε λεπτό, και να υπηρετεί πιστά τον ιδιοκτήτη του σε όλη του τη ζωή... ε, πώς να το κάνεις αυτό! Ωστόσο, η φύση εξακολουθούσε να αντιμετωπίζει αυτό, αυξάνοντας σταδιακά την ικανότητά της και συντονίζοντας τις γνωστικές εργασίες. Ξεκινώντας από τον νευρικό σωλήνα των πρώτων χορδών, η φυσική επιλογή σταδιακά πήρε το δρόμο της προς τα θηλαστικά με μεγάλο εγκέφαλο και ανεπτυγμένο νεοφλοιό (νέος φλοιός).

Ο εγκέφαλος των θηλαστικών διαφέρει ριζικά από τον εγκέφαλο των ερπετών όχι μόνο στο μέγεθός του, αλλά και στη δομή του. Συγκεκριμένα, στα θηλαστικά, οι οσφρητικοί βολβοί και οι περιοχές του φλοιού που σχετίζονται με την όσφρηση, καθώς και η παρεγκεφαλίδα, έχουν αυξηθεί δραματικά.

Μας ενδιαφέρει ιδιαίτερα η διαδικασία σχηματισμού του νεοφλοιού, που επιτρέπει σε εμάς, τους αναγνώστες, να αναλύουμε και να αντιλαμβανόμαστε τα γράμματα, να τα μεταφέρουμε σε λέξεις, να αναλύουμε πληροφορίες και, στη συνέχεια, να τα θυμόμαστε, να συμμετέχουμε σε περαιτέρω συζητήσεις. Πώς λοιπόν εμείς τα θηλαστικά αποκτήσαμε αυτό το εκπληκτικά πολύπλοκο όργανο - τον νεοφλοιό, τον εγκεφαλικό φλοιό;

Οι άμεσοι πρόγονοι των πρώτων θηλαστικών ταξινομούνται ως θηλαστικού σχήματος, που με τη σειρά τους προέρχονται από κυνοδόντες. Οι παλαιοντολόγοι ανακατασκεύασαν με λεπτομέρεια τα στάδια των εξελικτικών μετασχηματισμών των δοντιών και του σκελετού των κυνοδοντιών καθώς «θηλάζονταν» - μια σταδιακή εξελικτική κίνηση προς τα θηλαστικά. Πολύ λιγότερα είναι γνωστά για την εξέλιξη του εγκεφάλου. Εν τω μεταξύ, είναι προφανές ότι ήταν η ανάπτυξη του εγκεφάλου που προκαθόρισε σε μεγάλο βαθμό την εξελικτική επιτυχία των θηλαστικών.

Η μελέτη του εγκεφάλου των θηλαστικών και των πρώτων θηλαστικών ήταν δύσκολη, πρώτον, επειδή ήταν σπάνια δυνατόν να βρεθεί ένα καλά διατηρημένο κρανίο και δεύτερον, επειδή για να μελετηθεί ο ενδοκράνιος (ένα γύψο της εγκεφαλικής κοιλότητας, με το οποίο μπορεί να κρίνει το μέγεθος και το σχήμα του εγκεφάλου), το κρανίο, όπως ο κανόνας έπρεπε να σπάσει.

Οι Αμερικανοί παλαιοντολόγοι κατάφεραν να καλύψουν σε κάποιο βαθμό αυτό το ατυχές κενό ( Οι Rowe et al., 2011). Χρησιμοποιώντας υπολογιστική τομογραφία ακτίνων Χ, χωρίς να καταστρέψουν τα πολύτιμα κρανία, έλαβαν λεπτομερείς τρισδιάστατες εικόνες των ενδοκράνων δύο θηλαστικών μορφών που έζησαν στην αρχή του Πρώιμου Ιουρασικού (200-190 εκατομμύρια χρόνια πριν) στη σημερινή Κίνα.

Μελέτησε μορφές θηλαστικών Morganucodon oehleri(αναφέρθηκε ήδη ζώο με έτοιμα οστά του μέσου αυτιού) και Hadrocodium wui- οι πιο στενοί συγγενείς των πρώτων θηλαστικών. Σύμφωνα με τη δομή του σκελετού, είναι κλασικές μεταβατικές μορφές μεταξύ «ακίνητων ερπετών» και «ήδη θηλαστικών». Εν Morganucodonβρίσκεται πιο κοντά στους πρωτόγονους κυνοδόντες, και Αδροκώδιοπλησίασε όσο το δυνατόν πιο κοντά στα θηλαστικά ενώ παρέμεινε επίσημα εκτός ομάδας. Η μελέτη έδειξε ότι ως προς τη δομή του εγκεφάλου, αυτά τα ζώα καταλαμβάνουν επίσης μια ενδιάμεση θέση μεταξύ των τυπικών κυνοδοντών και των απογόνων τους - θηλαστικών.

Οι ενδοκράνες των πρώιμων κυνοδοντίων έχουν μελετηθεί προηγουμένως. Thrinaxodonκαι Diademodo. Αποδείχθηκε ότι ο εγκέφαλός τους ήταν ακόμα αρκετά ερπετός σε μέγεθος και δομή.

Το σχετικό μέγεθος του εγκεφάλου στα σπονδυλωτά υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον «συντελεστή εγκεφαλοποίησης» (EQ), ο οποίος υπολογίζεται σύμφωνα με τον εμπειρικά προερχόμενο τύπο EQ = EV / (0,055 0,74), όπου EV είναι ο όγκος της εγκεφαλικής κοιλότητας σε χιλιοστόλιτρα, Το Wt είναι το σωματικό βάρος σε γραμμάρια.

Σε βασικούς κυνοδόντες Thrinaxodonκαι DiademodoΤο EQ ποικίλλει από 0,16 έως 0,23. Για σύγκριση, ο αρουραίος έχει EQ 0,53. Οι οσφρητικοί βολβοί τους ήταν μικροί και δεν υπήρχαν οστεοποιημένοι κόγχοι στη μύτη, γεγονός που υποδηλώνει ασθενή ανάπτυξη του οσφρητικού επιθηλίου. Ο πρόσθιος εγκέφαλος ήταν μικρός και στενός, δεν υποδιαιρέθηκε σε τμήματα, χωρίς ενδείξεις νεοφλοιού. Ο μεσεγκέφαλος και η επίφυση (βρεγματικό μάτι) δεν καλύπτονταν από πάνω από τα ημισφαίρια του πρόσθιου εγκεφάλου. Η παρεγκεφαλίδα ήταν ευρύτερη από τον πρόσθιο εγκέφαλο, ο νωτιαίος μυελός ήταν λεπτός. Αυτά και άλλα «ερπετικά» χαρακτηριστικά του εγκεφάλου και του κρανίου των κυνοδοντίων δείχνουν ότι, σε σύγκριση με τα θηλαστικά, είχαν αδύναμη όσφρηση και όχι πολύ τέλεια ακοή, αφή και συντονισμό των κινήσεων.

Εγκέφαλος Morganucodon, όπως αποδείχθηκε, έμοιαζε περισσότερο με εγκέφαλο θηλαστικού. Όσον αφορά τον όγκο, είναι μιάμιση φορά μεγαλύτερος από τον εγκέφαλο των βασικών κυνοδόντων (EQ = 0,32). Ο οσφρητικός βολβός και ο οσφρητικός φλοιός αυξήθηκαν περισσότερο. Αυτό δείχνει ξεκάθαρα μια πιο ανεπτυγμένη αίσθηση όσφρησης. Τα ημισφαίρια του πρόσθιου εγκεφάλου έγιναν κυρτά λόγω της ανάπτυξης του νεοφλοιού. Καλύπτουν την κορυφή του μεσεγκεφάλου και της επίφυσης, όπως στα θηλαστικά. Ο πρόσθιος εγκέφαλος του Morganucodon είναι ευρύτερος από την παρεγκεφαλίδα, αν και η παρεγκεφαλίδα έχει επίσης αυξηθεί σημαντικά σε σύγκριση με τους βασικούς κυνοδόντες. Η αύξηση της παρεγκεφαλίδας υποδηλώνει βελτιωμένο συντονισμό των κινήσεων. Αυτό υποδεικνύεται επίσης από το παχύτερο νωτιαίο μυελό από ότι στους βασικούς κυνοδόντες.

Η ανάπτυξη του νεοφλοιού στα αρχαία θηλαστικά συνδέθηκε κυρίως με τη βελτίωση των σωματοαισθητηριακών λειτουργιών. Ένα σημαντικό μέρος του νεοφλοιού σε πρωτόγονα θηλαστικά όπως το οπόσουμ είναι ο σωματοαισθητικός φλοιός, ο οποίος είναι υπεύθυνος για τη συλλογή και την ανάλυση σημάτων από πολυάριθμους μηχανοϋποδοχείς που είναι διάσπαρτοι σε όλο το σώμα. Ειδικά πολλοί από αυτούς τους υποδοχείς περιορίζονται στους θύλακες των τριχών.

Σύμφωνα με πολλούς παλαιοντολόγους, τα μαλλιά εκτέλεσαν αρχικά μια λειτουργία αφής (απτική) και χρησιμοποιήθηκαν για τη θερμορύθμιση αργότερα, όταν άρχισε να αναπτύσσεται θερμόαιμα στους προγόνους των θηλαστικών. Στο Morganucodonκαι ΑδροκώδιοΔεν έχουν βρεθεί ακόμη αξιόπιστα υπολείμματα της γραμμής των μαλλιών, αλλά ο στενός συγγενής τους είναι το θηλαστικό που μοιάζει με κάστορα Καστοροκάουντα(μετάφραση από τα λατινικά - "με μια ουρά σαν κάστορας") - ήταν καλυμμένη με παχιά γούνα, αποτελούμενη από αξονικά μαλλιά και υπόστρωμα. Αυτό μας επιτρέπει να το υποθέσουμε Morganucodonκαι Αδροκώδιοήταν επίσης καλυμμένα με μαλλί. Πιθανώς, η εμφάνιση του νεοφλοιού σε θηλαστικά σχετίστηκε, μεταξύ άλλων, με την ανάπτυξη των μαλλιών και της αφής.

Έτσι ο εγκέφαλος ενός πρωτόγονου Morganucodonαπεικονίζει το πρώτο στάδιο της προοδευτικής εξέλιξης του εγκεφάλου κατά την ανάπτυξη των θηλαστικών. Σε αυτό το στάδιο, η αύξηση του εγκεφάλου οφειλόταν στην ανάπτυξη της όσφρησης, της αφής και του συντονισμού των κινήσεων.

Αδροκώδιο, ένα πιο προηγμένο μέλος των Mammaliaformes και ο πλησιέστερος συγγενής των «αληθινών» θηλαστικών, απεικονίζει το δεύτερο στάδιο ανάπτυξης του εγκεφάλου. Συντελεστής εγκεφαλοποίησης y Αδροκώδιοείναι 0,5, δηλαδή ο εγκέφαλος έχει αυξηθεί μιάμιση φορά σε σύγκριση με Morganucodonκαι έφτασε στο μέγεθος που χαρακτηρίζει ορισμένα πραγματικά θηλαστικά. Ο εγκέφαλος έχει αναπτυχθεί κυρίως λόγω των οσφρητικών βολβών και του οσφρητικού φλοιού. Έτσι, το δεύτερο στάδιο της προοδευτικής εξέλιξης του εγκεφάλου κατά τη θηλαστικότητα συνδέθηκε και με την ανάπτυξη της όσφρησης.

Το τρίτο στάδιο αντιστοιχεί στη μετάβαση από ανώτερα θηλαστικά, όπως π.χ Αδροκώδιοσε αληθινά θηλαστικά. Σε αυτό το στάδιο, η αίσθηση της όσφρησης γίνεται ακόμη πιο λεπτή, όπως αποδεικνύεται από αλλαγές στο ηθμοειδές οστό: σχηματίζονται ρινικές κόγχες σε αυτό, που υποστηρίζουν το κατάφυτο οσφρητικό επιθήλιο.

Αυτά τα δεδομένα δείχνουν ότι η ανάγκη για λεπτές αισθήσεις ήταν, προφανώς, το κύριο ερέθισμα για την ανάπτυξη του εγκεφάλου κατά τη διάρκεια του σχηματισμού των θηλαστικών. Στα θηλαστικά, όπως γνωρίζετε, η όσφρηση είναι πολύ καλύτερα ανεπτυγμένη από ό,τι σε όλα τα άλλα χερσαία σπονδυλωτά. Πιθανότατα, αυτό οφειλόταν αρχικά στην προσαρμογή σε έναν νυχτερινό τρόπο ζωής, όταν είναι άσκοπο να βασιζόμαστε στην όραση (μιλήσαμε για αυτό στο κεφάλαιο 5). Σε μια τέτοια κατάσταση, ήταν ωφέλιμο να βελτιωθεί το ήδη υπάρχον αρχαίο σύστημα όσφρησης: να διαφοροποιηθούν οι οσφρητικοί υποδοχείς και να αυξηθεί η ικανότητα του εγκεφάλου για την ανάλυσή τους. Λοιπόν, ας είναι η αίσθηση της όσφρησης, αλλά ως υποπροϊόν, τα θηλαστικά έλαβαν έναν φλοιό με μια μάζα νευρώνων και τελικά άρχισαν να τον χρησιμοποιούν για να κατανοήσουν τις αλλαγές που είχαν συμβεί.

Αυτό συνάδει με τον γνωστό «βιογενετικό νόμο» του Ernst Haeckel, ο οποίος αναφέρει ότι ατομική ανάπτυξηεπαναλαμβάνει την εξέλιξη. Στην άκαμπτη και απολυτοποιημένη μορφή του, ο βιογενετικός νόμος είναι λανθασμένος (στη βιολογία είναι γενικά επικίνδυνο να απολυτοποιείς οτιδήποτε), αλλά σε μια μαλακή εκδοχή είναι αρκετά δίκαιο.

Μερικές φορές αυτά τα τόξα ονομάζονται το δεύτερο και το τρίτο, αντίστοιχα, αφού το πρώτο τόξο - το χειλικό - απουσιάζει στα σύγχρονα ψάρια ή παραμένει με τη μορφή υποβάθρου.

Αλεξάντερ Μάρκοφ

Έλενα Ναϊμάρκ

ΕΞΕΛΙΞΗ

Κλασικές ιδέες υπό το πρίσμα νέων ανακαλύψεων

Πρόλογος

Γιατί η ζωή είναι υπέροχη;

Η εκπληκτική πολυπλοκότητα των έμβιων όντων, η φανταστική ποικιλομορφία τους, η σχεδόν τέλεια προσαρμογή τους στο περιβάλλον, μεταξύ τους, στη «θέση τους στην οικονομία της φύσης» είναι αξιοσημείωτα γεγονότα που απαιτούν εξήγηση. Στο παρελθόν, εξέπληξαν τη φαντασία όχι λιγότερο από τώρα. Ωστόσο, στην προεπιστημονική εποχή, ήταν, ειλικρινά, πιο απλό με εξηγήσεις: σχεδόν κάθε αισθητικά ισορροπημένη μυθοπλασία ήταν κατάλληλη για αυτόν τον ρόλο.

Με την ανάπτυξη της επιστήμης, η στάση των εγγράμματων ανθρώπων στις παραδοσιακές μυθολογικές «εξηγήσεις» έγινε πιο δροσερή. «Μάταια πολλοί άνθρωποι νομίζουν ότι τα πάντα, όπως βλέπουμε, δημιουργήθηκαν από την αρχή από τον Δημιουργό… Τέτοιοι συλλογισμοί είναι πολύ επιβλαβείς για την ανάπτυξη όλων των επιστημών, και κατά συνέπεια, για τη φυσική γνώση της γήινης σφαίρας. Αν και είναι εύκολο για αυτούς τους σοφούς να είναι φιλόσοφοι, μαθαίνοντας τρεις λέξεις από την καρδιά: Ο Θεός δημιούργησε έτσι και δίνοντας αυτό ως απάντηση αντί για όλους τους λόγους », έγραψε ο M.V. Lomonosov.

Αλλά πώς να εξηγήσετε την εκπληκτική αρμονία της ζωντανής φύσης χωρίς να εμπλέκονται υποθέσεις για το υπερφυσικό; Παρά τις προσπάθειες πολλών ασυνήθιστων μυαλών - από τον Εμπεδοκλή μέχρι τον Λαμάρκ - να προσφέρουν μια λογική εξήγηση, μέχρι το 1859 η αποδεκτή απάντηση σε αυτό το ερώτημα παρέμενε μια σταθερή «καμία περίπτωση». Η πολυπλοκότητα και η προσαρμοστικότητα των ζωντανών οργανισμών θεωρούνταν σχεδόν η πιο προφανής και αδιαμφισβήτητη απόδειξη της θεϊκής δημιουργίας του κόσμου. Το "Βιβλίο της Φύσης" ονομάστηκε η δεύτερη Γραφή, η μελέτη της - "φυσική θεολογία". Διαβάζουμε, για παράδειγμα, από τον ίδιο Λομονόσοφ: «Ο Δημιουργός έδωσε στο ανθρώπινο γένος δύο βιβλία. Στο ένα έδειξε το μεγαλείο του, στο άλλο τη θέλησή του. Ο πρώτος είναι αυτός ο ορατός κόσμος, που δημιούργησε ο ίδιος, ώστε ο άνθρωπος, κοιτάζοντας την απεραντοσύνη, την ομορφιά και την αρμονία των κτιρίων του, να αναγνωρίζει τη θεία παντοδυναμία στο βαθμό της χαρισμένης έννοιας. Το δεύτερο βιβλίο είναι η Αγία Γραφή. Δείχνει την καλοσύνη του Δημιουργού προς τη σωτηρία μας.

Φαινόταν ότι όσο περισσότερα νέα στοιχεία ανακαλύπτουμε, τόσο πιο ξεκάθαρα θα κατανοούμε το υψηλότερο σχέδιο.

Όλα πήγαν στραβά μετά τη δημοσίευση του βιβλίου του Δαρβίνου «On the Origin of Species by Means of Natural Selection» (1859). Πριν από τον Δαρβίνο, η ανθρωπότητα γνώριζε μόνο έναν αξιόπιστο τρόπο δημιουργίας πολύπλοκων, σκόπιμα σχεδιασμένων αντικειμένων: τον ευφυή σχεδιασμό. Οι πρώιμες εξελικτικές υποθέσεις, όπως αυτή του Lamarck στη Φιλοσοφία της Ζωολογίας (1809), πρόσφεραν μόνο ανεξέλεγκτες και ημιτελείς εναλλακτικές. Για παράδειγμα, η ιδέα του Lamarck για κληρονομικότητα των αποτελεσμάτων της άσκησης και της μη άσκησης των οργάνων προσέφερε μια λογική εξήγηση (αν και λανθασμένη, όπως γνωρίζουμε τώρα) για την αύξηση ή τη μείωση σε ήδη υπάρχουσες δομές, αλλά δεν εξήγησε την προέλευση του νέα όργανα. Ως εκ τούτου, εκτός από την άσκηση, ο Λαμάρκ έπρεπε να υποθέσει μια ειδική κινητήρια δύναμη που κάνει τους οργανισμούς να αναπτύσσονται κατά μήκος του μονοπατιού της επιπλοκής - τη μυστηριώδη «προσπάθεια για τελειότητα». Ήταν λίγο καλύτερο από την πρόνοια του Θεού.

Ο Δαρβίνος πρότεινε έναν άλλο, πολύ πιο απλό, πιο κομψό και προφανή τρόπο αυθόρμητης βελτίωσης των ζωντανών όντων: τη φυσική επιλογή τυχαίων κληρονομικών αλλαγών. Η υπόθεση του Δαρβίνου δεν υποστήριζε άγνωστες δυνάμεις και νέους νόμους της φύσης, και γενικά, όπως φαίνεται, βρισκόταν στην επιφάνεια. Εάν τα αντικείμενα μπορούν να αναπαραχθούν, αν μεταδώσουν τα μεμονωμένα χαρακτηριστικά τους στους απογόνους τους, εάν αυτά τα χαρακτηριστικά αλλάζουν μερικές φορές τυχαία, και αν, τελικά, τουλάχιστον μερικές από αυτές τις αλλαγές αυξάνουν την αποτελεσματικότητα της αναπαραγωγής, τότε τέτοια αντικείμενα είναι απλά υποχρεωμένα - και θα ! - από μόνα τους, χωρίς καμία λογική παρέμβαση, γίνονται όλο και πιο τέλειοι με το πέρασμα των γενεών. Τελειότητα σε αυτή την περίπτωση σημαίνει καταλληλότητα, είναι η αποτελεσματικότητα της αναπαραγωγής.

Ο επιστημονικός κόσμος συγκλονίστηκε. Είναι αλήθεια ότι ο Laplace (σε απάντηση στην ερώτηση του Ναπολέοντα, πού βρίσκεται ο Θεός στο μοντέλο του ηλιακού συστήματος) πριν από μισό αιώνα είπε ότι «δεν χρειάζεται αυτή την υπόθεση». Αλλά ο Laplace μίλησε για τη φυσική. Σχεδόν σε όλους φάνηκε ότι στη βιολογία, χωρίς «αυτή την υπόθεση», πουθενά.

Φυσικά, δεν αρκεί να κάνεις μια όμορφη εικασία. Το να το δικαιολογήσεις λογικά επίσης δεν αρκεί. η εικασία πρέπει να είναι ακόμα σωστή (και επαληθεύσιμη). Η θεωρία του Δαρβίνου δεν μπόρεσε να επιβεβαιωθεί στην πορεία της περαιτέρω ανάπτυξης της επιστήμης. Είχε όμως ένα ιδιαίτερο χάρισμα να βγάζει σωστές υποθέσεις βασισμένες σε ελλιπή δεδομένα. Χωρίς να γνωρίζει τη γενετική, χωρίς να γνωρίζει τη φύση της κληρονομικότητας, πολύ πριν από την ανακάλυψη του DNA, ο Δαρβίνος μπόρεσε να διατυπώσει σωστά τον κύριο νόμο της ζωής.

Για τη «φυσική θεολογία» το βιβλίο του Δαρβίνου ήταν η αρχή του τέλους. Αυτό είναι που οι ορθόδοξοι και οι φονταμενταλιστές δεν θα συγχωρήσουν ποτέ τον Δαρβίνο (ο περιβόητος «άνθρωπος που κατάγεται από μαϊμού» είναι, γενικά, ασήμαντο, ειδική περίπτωση). Ο φορέας ανάπτυξης της βιολογίας, και μάλιστα ολόκληρης της επιστημονικής κατανόησης του κόσμου, έχει αλλάξει προς το αντίθετο. Νέες ανακαλύψεις επιβεβαίωσαν ξανά και ξανά τον Δαρβίνο, όχι τη δημιουργία. Η φυσική επιλογή, μια τυφλή φυσική δύναμη, θριάμβευσε επί του «έξυπνου σχεδιασμού». Ο Δαρβίνος ανέτρεψε το σύμπαν όπως φανταζόταν προηγουμένως, αντικαθιστώντας ένα όμορφο παραμύθι όχι λιγότερο όμορφο, αλλά, δυστυχώς, πιο δύσκολο να κατανοηθεί η επιστημονική θεωρία.

Το μοντέλο του Δαρβίνου για την επιλογή μικρών κληρονομικών αλλαγών φαίνεται να είναι απλό - αλλά η απλότητά του είναι μόνο εμφανής. Δεν είναι τυχαίο ότι αυτό το μοντέλο, το οποίο πλέον αποτελεί τη βάση της βιολογίας, εισήλθε στην επιστήμη τόσο αργά - στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα. Σε άλλες επιστήμες - μαθηματικά, φυσική, αστρονομία - θεωρητικές ανακαλύψεις, συγκρίσιμες με αυτήν ως προς τη σημασία και το επίπεδό τους, ξεκίνησαν έναν ή δύο αιώνες νωρίτερα. Ακόμη και σήμερα, υπάρχουν περιπτώσεις που οι πιο ανόητοι άνθρωποι «σκοντάφτουν» στο δαρβινικό μοντέλο, δεν μπορούν να καταλάβουν πώς λειτουργεί, πώς εξηγεί τα παρατηρούμενα γεγονότα (και ορισμένοι μάλιστα πιστεύουν ότι αυτά τα γεγονότα δεν χρειάζονται εξηγήσεις).

Ίσως ένας από τους λόγους της παρεξήγησης είναι η ανεπαρκής προσοχή στη λεπτομέρεια. Βάσει γενικών αρχών, σχεδόν κάθε φαινόμενο μπορεί να ερμηνευθεί με αυτόν τον τρόπο: ο φιλοσοφικός συλλογισμός, όπως γνωρίζετε, είναι ένα καλό εργαλείο για την τεκμηρίωση των ακριβώς αντίθετων συμπερασμάτων. Η εξέλιξη είναι αντίθετη. Έχουμε συνηθίσει στο γεγονός ότι όλα θα πάνε όπως θα έπρεπε μόνο με έναν σαφώς καθορισμένο στόχο και ικανή ηγεσία. Υπό αυτή την έννοια, είναι πιο άνετο για εμάς να υπάρχουμε όταν κάποιος έχει σκιαγραφήσει ένα σχέδιο ανάπτυξης για πέντε χρόνια εκ των προτέρων, και όχι στις συνθήκες των σκληρών στοιχείων της «ελεύθερης αγοράς». Γνωρίζουμε πολύ καλά ότι είναι πιο εύκολο να κερδίσουμε εάν η επίθεση εκτελείται από έναν στρατό που αναπτύσσεται σε προγραμματισμένες θέσεις, και όχι από ένα πλήθος ανόμοιων ατόμων που επιδιώκουν τους προσωπικούς τους στόχους. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, η διαίσθηση συνήθως μας λέει ότι χωρίς συνειδητό σχεδιασμό και έλεγχο, τίποτα καλό δεν θα προκύψει, παρά μόνο χάος. Η εξελικτική βιολογία θα παραμείνει για πάντα ακατανόητη σε εκείνους των οποίων το μυαλό δεν μπορεί να απελευθερωθεί από την αιχμαλωσία αυτών των διαισθητικών αισθήσεων.

Το καθήκον που θέσαμε στους εαυτούς μας όταν ξεκινήσαμε να εργαζόμαστε για το βιβλίο είναι να προσπαθήσουμε, με βάση νέα επιστημονικά δεδομένα, να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί η Δαρβινική επιλογή. Γιατίκαι πωςμέσα από το χάος των τυχαίων κληρονομικών αλλαγών γεννιέται κάτι νέο, χρήσιμο, όμορφο, αρμονικό και πολύπλοκο. Εδώ είναι σημαντικό να εγκαταλείψουμε τους γενικούς συλλογισμούς και τις συζητήσεις στο επίπεδο της «κοινής λογικής» - τώρα θα πείσουν λίγους ανθρώπους. Πρέπει να δούμε προσεκτικά τα γεγονότα, τις λεπτομέρειες, τα παραδείγματα, από τα οποία ο μηχανισμός της μεγάλης ιστορικής μηχανής, της φυσικής επιλογής, θα εκδηλωθεί με όλη του την πολυπλοκότητα και τη λογική.

Πώς γίνονται νέα γονίδια, νέα χαρακτηριστικά, νέα προσαρμογή, νέα είδη, νέοι τύποι; Ποια είναι η βιολογική σημασία αυτών των λέξεων γενικά: νέα, χρήσιμη, όμορφη, αρμονική, πολύπλοκη; Άλλωστε, όλοι αυτοί οι όροι στη βιολογία έχουν ειδικές αποχρώσεις σημασίας. Τι θεωρείται πραγματική «καινοτομία» - είτε η απόκτηση μιας νέας μετάλλαξης, μια νέα εμφάνιση, ένα νέο γονίδιο, μια νέα λειτουργία ή ένας νέος τόπος διαμονής; Προσπαθήστε να απαντήσετε σε τέτοιες ερωτήσεις εν κινήσει... Και τι είναι η «ομορφιά» από τη σκοπιά μιας μέλισσας ή ενός χρωματιστού ψαριού λίμνης; Μάλλον δεν είναι το ίδιο με την κριτική επιτροπή του διαγωνισμού Μις Κόσμος. Για να κατανοήσουμε τη δομή της ζωντανής φύσης, για να κατανοήσουμε το νόημα όλων των συστατικών μερών και σχέσεών της, είναι απαραίτητο πρώτα από όλα να κατανοήσουμε το εξελικτικό τους πλαίσιο. Θέλουμε να δούμε την εξέλιξη από κοντά. Θέλουμε να ξεβιδώσουμε τον εξελικτικό μηχανισμό σε όλα τα γρανάζια και τα γρανάζια του, να τα μελετήσουμε, να κατανοήσουμε πώς συνδέονται και μετά να τον βιδώσουμε και να βεβαιωθούμε ότι εξακολουθεί να χτυπάει. Αλλά αυτή η εργασία θα μας δώσει μια ιδέα για ολόκληρη τη συσκευή - αν χτυπήσει, τότε καταλαβαίνουμε τη μηχανική της.

Στο The Birth of Complexity, το πρώτο μας βιβλίο στην εξελικτική βιολογία, η έμφαση δόθηκε στη «διάψευση του δόγματος». Πράγματι, πολλά συμπεράσματα που φαίνονταν απόλυτα πριν από 50 χρόνια πρέπει να αναθεωρηθούν σήμερα. Έγινε σαφές ότι η ζωή είναι πιο περίπλοκη από ό,τι φαινόταν μέχρι πρόσφατα. Στις φυσικές επιστήμες γενικά, και στη βιολογία ειδικότερα, οι απόλυτες αλήθειες είναι σφιχτές. Υπάρχουν εξαιρέσεις σε κάθε κανόνα. Από την άλλη, το «The Birth of Complexity» μπορεί να δημιουργήσει ένα είδος «δογματικής αντίκρουσης μεροληψίας» στο μυαλό των αναγνωστών. Θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί ότι πάρα πολλά από αυτά για τα οποία έγραψαν οι κλασικοί της εξελικτικής βιολογίας δεν έχουν αντέξει στη δοκιμασία του χρόνου.

Τρέχουσα σελίδα: 1 (το σύνολο του βιβλίου έχει 37 σελίδες) [προσβάσιμο απόσπασμα ανάγνωσης: 25 σελίδες]

Alexander Markov, Elena Naimark
ΕΞΕΛΙΞΗ
Κλασικές ιδέες υπό το πρίσμα νέων ανακαλύψεων

Πρόλογος. Γιατί η ζωή είναι υπέροχη;

Η εκπληκτική πολυπλοκότητα των έμβιων όντων, η φανταστική ποικιλομορφία τους, η σχεδόν τέλεια προσαρμογή τους στο περιβάλλον, μεταξύ τους, στη θέση που κατέχουν στην οικονομία της φύσης 1
Η υπόθεση [shaggy front, but]> Έτσι ρομαντικά έλεγαν οικολογικές κόγχες.

- τα γεγονότα είναι αξιοσημείωτα και απαιτούν εξήγηση. Στο παρελθόν, εξέπληξαν τη φαντασία όχι λιγότερο από τώρα. Ωστόσο, στην προεπιστημονική εποχή, ήταν, ειλικρινά, πιο απλό με εξηγήσεις: σχεδόν κάθε αισθητικά ισορροπημένη μυθοπλασία ήταν κατάλληλη για αυτόν τον ρόλο.

Με την ανάπτυξη της επιστήμης, η στάση των εγγράμματων ανθρώπων στις παραδοσιακές μυθολογικές «εξηγήσεις» έγινε πιο δροσερή. «Μάταια πολλοί άνθρωποι νομίζουν ότι τα πάντα, όπως βλέπουμε, δημιουργήθηκαν από την αρχή από τον Δημιουργό… Τέτοιοι συλλογισμοί είναι πολύ επιβλαβείς για την ανάπτυξη όλων των επιστημών, και κατά συνέπεια, για τη φυσική γνώση της γήινης σφαίρας. Αν και είναι εύκολο για αυτούς τους σοφούς να είναι φιλόσοφοι, μαθαίνοντας τρεις λέξεις από την καρδιά: Ο Θεός δημιούργησε έτσι και δίνοντας αυτό ως απάντηση αντί για όλους τους λόγους », έγραψε ο M.V. Lomonosov.

Αλλά πώς να εξηγήσετε την εκπληκτική αρμονία της ζωντανής φύσης χωρίς να εμπλέκονται υποθέσεις για το υπερφυσικό; Παρά τις προσπάθειες πολλών ασυνήθιστων μυαλών, από τον Εμπεδοκλή μέχρι τον Λαμάρκ, να προσφέρουν μια λογική εξήγηση, μέχρι το 1859 η γενικά αποδεκτή απάντηση σε αυτό το ερώτημα παρέμενε ένα σταθερό όχι. Η πολυπλοκότητα και η προσαρμοστικότητα των ζωντανών οργανισμών θεωρούνταν σχεδόν η πιο προφανής και αδιαμφισβήτητη απόδειξη της θεϊκής δημιουργίας του κόσμου. Το «Βιβλίο της Φύσης» ονομάστηκε δεύτερη Γραφή και η μελέτη του ονομάστηκε «φυσική θεολογία». Διαβάζουμε, για παράδειγμα, από τον ίδιο Λομονόσοφ: «Ο Δημιουργός έδωσε στο ανθρώπινο γένος δύο βιβλία. Στο ένα έδειξε το μεγαλείο του, στο άλλο τη θέλησή του. Ο πρώτος είναι αυτός ο ορατός κόσμος, που δημιούργησε ο ίδιος, ώστε ο άνθρωπος, κοιτάζοντας την απεραντοσύνη, την ομορφιά και την αρμονία των κτιρίων του, να αναγνωρίζει τη θεία παντοδυναμία στο βαθμό της χαρισμένης έννοιας. Το δεύτερο βιβλίο είναι η Αγία Γραφή. Δείχνει την καλοσύνη του Δημιουργού προς τη σωτηρία μας.

Φαινόταν ότι όσο περισσότερα νέα στοιχεία ανακαλύπτουμε, τόσο πιο ξεκάθαρα θα κατανοούμε το υψηλότερο σχέδιο.

Όλα πήγαν στραβά μετά τη δημοσίευση του βιβλίου του Δαρβίνου «On the Origin of Species by Means of Natural Selection» (1859). Πριν από τον Δαρβίνο, η ανθρωπότητα γνώριζε μόνο έναν αξιόπιστο τρόπο δημιουργίας πολύπλοκων, σκόπιμα σχεδιασμένων αντικειμένων: τον ευφυή σχεδιασμό. Οι πρώιμες εξελικτικές υποθέσεις, όπως αυτή του Lamarck στη Φιλοσοφία της Ζωολογίας (1809), πρόσφεραν μόνο ανεξέλεγκτες και ημιτελείς εναλλακτικές. Για παράδειγμα, η ιδέα του Lamarck για κληρονομικότητα των αποτελεσμάτων της άσκησης και της μη άσκησης των οργάνων προσέφερε μια λογική εξήγηση (αν και λανθασμένη, όπως γνωρίζουμε τώρα) για την αύξηση ή τη μείωση σε ήδη υπάρχουσες δομές, αλλά δεν εξήγησε την προέλευση του νέα όργανα. Ως εκ τούτου, εκτός από την άσκηση, ο Λαμάρκ έπρεπε να υποθέσει μια ειδική κινητήρια δύναμη που κάνει τους οργανισμούς να αναπτύσσονται κατά μήκος του μονοπατιού της επιπλοκής - τη μυστηριώδη «προσπάθεια για τελειότητα». Ήταν λίγο καλύτερο από την πρόνοια του Θεού.

Ο Δαρβίνος πρότεινε έναν άλλο, πολύ πιο απλό, πιο κομψό και προφανή τρόπο αυθόρμητης βελτίωσης των ζωντανών όντων: τη φυσική επιλογή τυχαίων κληρονομικών αλλαγών. Η υπόθεση του Δαρβίνου δεν υπέθεσε άγνωστες δυνάμεις και νέους νόμους της φύσης, και γενικά, όπως φαίνεται, βρισκόταν στην επιφάνεια 2
Δεν είναι περίεργο που ο Thomas Huxley (1825–1895), ο διάσημος Άγγλος βιολόγος, αφού διάβασε την Προέλευση των Ειδών, αναφώνησε: «Τι εξαιρετικά ανόητο ήταν να μην το σκεφτείς!»

Εάν τα αντικείμενα μπορούν να αναπαραχθούν, αν μεταδώσουν τα μεμονωμένα χαρακτηριστικά τους στους απογόνους τους, εάν αυτά τα χαρακτηριστικά αλλάζουν μερικές φορές τυχαία, και αν, τελικά, τουλάχιστον μερικές από αυτές τις αλλαγές αυξάνουν την αποτελεσματικότητα της αναπαραγωγής, τότε τέτοια αντικείμενα είναι απλά υποχρεωμένα - και θα ! - από μόνα τους, χωρίς καμία λογική παρέμβαση, γίνονται όλο και πιο τέλειοι με το πέρασμα των γενεών. Τελειότητα σε αυτή την περίπτωση σημαίνει καταλληλότητα, είναι η αποτελεσματικότητα της αναπαραγωγής.

Ο επιστημονικός κόσμος συγκλονίστηκε. Είναι αλήθεια ότι ο Laplace (σε απάντηση στην ερώτηση του Ναπολέοντα, πού βρίσκεται ο Θεός στο μοντέλο του ηλιακού συστήματος) πριν από μισό αιώνα είπε ότι «δεν χρειάζεται αυτή την υπόθεση». Αλλά ο Laplace μίλησε για τη φυσική. Σχεδόν σε όλους φάνηκε ότι στη βιολογία, χωρίς «αυτή την υπόθεση», πουθενά.

Φυσικά, δεν αρκεί να κάνεις μια όμορφη εικασία. Το να το δικαιολογήσεις λογικά επίσης δεν αρκεί. η εικασία πρέπει να είναι ακόμα σωστή (και επαληθεύσιμη). Η θεωρία του Δαρβίνου δεν μπόρεσε να επιβεβαιωθεί στην πορεία της περαιτέρω ανάπτυξης της επιστήμης. Είχε όμως ένα ιδιαίτερο χάρισμα να βγάζει σωστές υποθέσεις βασισμένες σε ελλιπή δεδομένα. Χωρίς να γνωρίζει τη γενετική, χωρίς να γνωρίζει τη φύση της κληρονομικότητας, πολύ πριν από την ανακάλυψη του DNA, ο Δαρβίνος μπόρεσε να διατυπώσει σωστά τον κύριο νόμο της ζωής.

Για τη «φυσική θεολογία» το βιβλίο του Δαρβίνου ήταν η αρχή του τέλους. Αυτό ακριβώς είναι που οι ορθόδοξοι και οι φονταμενταλιστές δεν θα συγχωρήσουν ποτέ στον Δαρβίνο (ο περιβόητος «άνθρωπος που κατάγεται από πίθηκο» είναι, γενικά, μια ασήμαντη περίπτωση, μια ειδική περίπτωση). Ο φορέας ανάπτυξης της βιολογίας, και μάλιστα ολόκληρης της επιστημονικής κατανόησης του κόσμου, έχει αλλάξει προς το αντίθετο. Νέες ανακαλύψεις επιβεβαίωσαν ξανά και ξανά τον Δαρβίνο, όχι τη δημιουργία. Η φυσική επιλογή, μια τυφλή φυσική δύναμη, θριάμβευσε επί του «έξυπνου σχεδιασμού». Ο Δαρβίνος ανέτρεψε το σύμπαν όπως φανταζόταν προηγουμένως, αντικαθιστώντας ένα όμορφο παραμύθι όχι λιγότερο όμορφο, αλλά, δυστυχώς, πιο δύσκολο να κατανοηθεί η επιστημονική θεωρία.

Το μοντέλο του Δαρβίνου για την επιλογή μικρών κληρονομικών αλλαγών φαίνεται να είναι απλό - αλλά η απλότητά του είναι μόνο εμφανής. Δεν είναι τυχαίο ότι αυτό το μοντέλο, το οποίο πλέον αποτελεί τη βάση της βιολογίας, εισήλθε στην επιστήμη τόσο αργά - στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα. Σε άλλες επιστήμες - μαθηματικά, φυσική, αστρονομία - θεωρητικές ανακαλύψεις συγκρίσιμες με αυτήν ως προς τη σημασία και το επίπεδό τους ξεκίνησαν έναν ή δύο αιώνες νωρίτερα. Ακόμη και σήμερα, υπάρχουν περιπτώσεις που οι πιο ανόητοι άνθρωποι «σκοντάφτουν» στο δαρβινικό μοντέλο, δεν μπορούν να καταλάβουν πώς λειτουργεί, πώς εξηγεί τα παρατηρούμενα γεγονότα (και ορισμένοι μάλιστα πιστεύουν ότι αυτά τα γεγονότα δεν χρειάζονται εξηγήσεις).

Ίσως ένας από τους λόγους της παρεξήγησης είναι η ανεπαρκής προσοχή στη λεπτομέρεια. Βάσει γενικών αρχών, σχεδόν κάθε φαινόμενο μπορεί να ερμηνευθεί με αυτόν τον τρόπο: ο φιλοσοφικός συλλογισμός, όπως γνωρίζετε, είναι ένα καλό εργαλείο για την τεκμηρίωση των ακριβώς αντίθετων συμπερασμάτων. Η εξέλιξη είναι αντίθετη. Έχουμε συνηθίσει στο γεγονός ότι όλα θα πάνε όπως θα έπρεπε μόνο με έναν σαφώς καθορισμένο στόχο και ικανή ηγεσία. Υπό αυτή την έννοια, είναι πιο άνετο για εμάς να υπάρχουμε όταν κάποιος έχει σκιαγραφήσει ένα σχέδιο ανάπτυξης για πέντε χρόνια εκ των προτέρων, και όχι στις συνθήκες των σκληρών στοιχείων της «ελεύθερης αγοράς». Γνωρίζουμε πολύ καλά ότι είναι πιο εύκολο να κερδίσουμε εάν η επίθεση εκτελείται από έναν στρατό που αναπτύσσεται σε προγραμματισμένες θέσεις, και όχι από ένα πλήθος ανόμοιων ατόμων που επιδιώκουν τους προσωπικούς τους στόχους. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, η διαίσθηση συνήθως μας λέει ότι χωρίς συνειδητό σχεδιασμό και έλεγχο, τίποτα καλό δεν θα προκύψει, παρά μόνο χάος. Η εξελικτική βιολογία θα παραμείνει για πάντα ακατανόητη σε εκείνους των οποίων το μυαλό δεν μπορεί να απελευθερωθεί από την αιχμαλωσία αυτών των διαισθητικών αισθήσεων.

Το καθήκον που θέσαμε όταν ξεκινήσαμε την εργασία για το βιβλίο ήταν να προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε, με βάση νέα επιστημονικά δεδομένα, πώς λειτουργεί η Δαρβινική επιλογή. Γιατίκαι πωςμέσα από το χάος των τυχαίων κληρονομικών αλλαγών γεννιέται κάτι νέο, χρήσιμο, όμορφο, αρμονικό και πολύπλοκο. Εδώ είναι σημαντικό να εγκαταλείψουμε τους γενικούς συλλογισμούς και τις συζητήσεις στο επίπεδο της «κοινής λογικής» - δεν θα πείσουν κανέναν τώρα. Πρέπει να δούμε προσεκτικά τα γεγονότα, τις λεπτομέρειες, τα παραδείγματα, από τα οποία ο μηχανισμός της μεγάλης ιστορικής μηχανής, της φυσικής επιλογής, θα εκδηλωθεί με όλη του την πολυπλοκότητα και τη λογική.

Πώς γίνονται νέα γονίδια, νέα χαρακτηριστικά, νέα προσαρμογή3
Προσαρμογή- ένα σημάδι που έχει προσαρμοστική αξία. Για παράδειγμα, ο προστατευτικός (καμουφλάζ) χρωματισμός είναι μια προσαρμογή που βοηθά ένα ζώο να κρυφτεί πάνω στο θήραμα ή να κρυφτεί από ένα αρπακτικό.

Νέα είδη, νέοι τύποι; Ποια είναι η βιολογική σημασία αυτών των λέξεων γενικά: νέα, χρήσιμη, όμορφη, αρμονική, πολύπλοκη; Άλλωστε, όλοι αυτοί οι όροι στη βιολογία έχουν ειδικές αποχρώσεις σημασίας. Τι θεωρείται πραγματική «καινοτομία» - είτε η απόκτηση μιας νέας μετάλλαξης, μια νέα εμφάνιση, ένα νέο γονίδιο, μια νέα λειτουργία ή ένας νέος τόπος διαμονής; Προσπαθήστε να απαντήσετε σε τέτοιες ερωτήσεις εν κινήσει... Και τι είναι η «ομορφιά» από τη σκοπιά μιας μέλισσας ή ενός χρωματιστού ψαριού λίμνης; Μάλλον δεν είναι το ίδιο με την κριτική επιτροπή του διαγωνισμού Μις Κόσμος. Για να κατανοήσουμε τη δομή της ζωντανής φύσης, για να κατανοήσουμε το νόημα όλων των συστατικών μερών και σχέσεών της, είναι απαραίτητο πρώτα από όλα να κατανοήσουμε το εξελικτικό τους πλαίσιο. Θέλουμε να δούμε την εξέλιξη από κοντά. Θέλουμε να ξεβιδώσουμε τον εξελικτικό μηχανισμό σε όλα τα γρανάζια και τα γρανάζια του, να τα μελετήσουμε, να κατανοήσουμε πώς συνδέονται και μετά να τον βιδώσουμε και να βεβαιωθούμε ότι εξακολουθεί να χτυπάει. Αλλά αυτή η εργασία θα μας δώσει μια ιδέα για ολόκληρη τη συσκευή - αν χτυπήσει, τότε καταλαβαίνουμε τη μηχανική της.

Στο The Birth of Complexity, το πρώτο μας βιβλίο στην εξελικτική βιολογία, η έμφαση δόθηκε στη «διάψευση του δόγματος». Πράγματι, πολλά συμπεράσματα που φαίνονταν απόλυτα πριν από 50 χρόνια πρέπει να αναθεωρηθούν σήμερα. Έγινε σαφές ότι η ζωή είναι πιο περίπλοκη από ό,τι φαινόταν μέχρι πρόσφατα. Στις φυσικές επιστήμες γενικά, και στη βιολογία ειδικότερα, οι απόλυτες αλήθειες είναι σφιχτές. Υπάρχουν εξαιρέσεις σε κάθε κανόνα. Από την άλλη, το «The Birth of Complexity» μπορεί να δημιουργήσει ένα είδος «δογματικής αντίκρουσης μεροληψίας» στο μυαλό των αναγνωστών. Θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί ότι πάρα πολλά από αυτά για τα οποία έγραψαν οι κλασικοί της εξελικτικής βιολογίας δεν έχουν αντέξει στη δοκιμασία του χρόνου.

Έτσι, η διόρθωση αυτής της προκατάληψης είναι άλλο ένα έργο του βιβλίου που κρατάτε στα χέρια σας. Πράγματι, στην πραγματικότητα, οι κλασικές ιδέες δεν διαψεύδονται τόσο από τις νέες ανακαλύψεις όσο συγκεκριμενοποιούνται, εκλεπτύνονται και αναπτύσσονται. Έτσι, οι παλαιοντολόγοι μπορούν να διορθώσουν τη συστηματική θέση των τριλοβιτών όσο θέλουν, φέρνοντάς τους είτε με καρκινοειδή, είτε με αραχνοειδείς, είτε χωρίζοντάς τους σε ξεχωριστό υποτύπο - δεν σημαίνει καθόλου ότι η γνώση μας για τους τριλοβίτες είναι αναξιόπιστη ή ότι η επιστήμη σημαδεύει χρόνο, χαμένο σε εικασίες, – αντίθετα, αυτές οι διαδικασίες αντανακλούν μια ολοένα και πιο ολοκληρωμένη και σωστόςη κατανόηση από τους επιστήμονες αυτής της εξαφανισμένης ομάδας ζώων και οι πιο θεμελιώδεις, κλασικές αλήθειες παραμένουν ακλόνητες και μόνο ενισχύονται (για παράδειγμα, η πεποίθηση ότι οι τριλοβίτες είναι εκπρόσωποι αρθρόποδων, που σημαίνει ότι ο τελευταίος κοινός πρόγονος ενός τριλοβίτη και μιας μύγας έζησε αργότερα από τον τελευταίο κοινό πρόγονο ενός τριλοβίτη και ενός σπουργίτη). Οι κλασικές ιδέες είναι συχνά κλασικές γιατί επιβεβαιώνονται αξιόπιστα από πολλές πλευρές. Σας επιτρέπουν να αναπτύξετε και να τροποποιήσετε ιδέες για τον κόσμο χωρίς καμία ζημιά σε αυτές. Αυτή, φυσικά, είναι η καλύτερη εκδοχή των «κλασικών ιδεών»: μερικές φορές τα πραγματικά ξεπερασμένα δόγματα μεταμφιέζονται με επιτυχία σε αυτά. Και τα δύο είναι βαρετά κλισέ, αλλά τι μπορείτε να κάνετε - είναι μαζί τους που συναντάτε κάθε τόσο στην επιστημονική ζωή. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, αυτές οι κλασικές ιδέες που θα συζητηθούν στο βιβλίο είναι κλασικές με την καλή έννοια της λέξης. Θα προσπαθήσουμε να υποστηρίξουμε αυτή τη δήλωση με τα πιο πρόσφατα επιστημονικά δεδομένα.

Τα τελευταία χρόνια, οι βιολόγοι έχουν λάβει ένα ολόκληρο σύνολο νέων δεδομένων που κατέστησαν δυνατή την καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο περιστρέφονται τα γρανάζια του εξελικτικού μηχανισμού. Θαυμάσια πράγματα συμβαίνουν μπροστά στα μάτια μας. Οι σκελετοί των θεωριών είναι κατάφυτοι από τη σάρκα των πραγματικών γεγονότων. Πολλές όμορφες υποθέσεις και μοντέλα που μέχρι στιγμής έχουν αποτύχει να δοκιμαστούν πειραματικά έχουν τελικά υποβληθεί σε τέτοια δοκιμή. Μοτίβα που μέχρι τώρα υπήρχαν μόνο στη φαντασία των θεωρητικών, μπορούμε πλέον να τα εξετάσουμε με μικροσκόπιο. Μπορούμε να τα χρησιμοποιήσουμε! Η «εφαρμοσμένη εξελικτική βιολογία» δεν είναι πια φαντασία, αλλά πραγματικότητα. Αυτό το βιβλίο είναι αφιερωμένο σε τέτοιες ανακαλύψεις.

Πρέπει να δούμε συγκεκριμένα παραδείγματα για το πώς λειτουργούν η κληρονομικότητα, η μεταβλητότητα, η επιλογή, ο ανταγωνισμός, η απομόνωση, η ολίσθηση και άλλα στοιχεία της μεγάλης φυσικής μηχανής που δημιουργεί ακούραστα νέους τύπους ζωντανών όντων.

Ελπίζουμε ότι ο αναγνώστης έχει ήδη μια ελάχιστη γνώση της βιολογίας - και αν δεν το κάνει, θα μπορεί να κοιτάξει τις πληροφορίες που λείπουν σε διαθέσιμες πηγές, για παράδειγμα, σε ένα σχολικό βιβλίο ή στη Wikipedia 4
Ή στο προηγούμενο βιβλίο μας, The Birth of Complexity, που έχει ένα γλωσσάρι όρων.

>. Τελικά, κανείς δεν μπορεί καθεβιβλίο λαϊκών επιστημών για να επαναλάβετε τις ίδιες πληροφορίες από το σχολικό πρόγραμμα. Είναι κρίμα για τον χρόνο, το χαρτί και τους αναγνώστες για τους οποίους αυτό δεν θα είναι το πρώτο βιολογικό βιβλίο που πήραν. Επομένως, δεν θα ξαναπούμε αναλυτικά για εκατοστή φορά τι είναι η αντιγραφή του DNA και η κυτταρική μεμβράνη, αλλά θα πάμε κατευθείαν στο θέμα.

Μερικοί όροι που δεν μπορείτε να κάνετε χωρίς

Οι κληρονομικές πληροφορίες που περιέχονται στο DNA είναι ετερογενείς και είναι γραμμένες σε πολλές διαφορετικές «γλώσσες». Η καλύτερα μαθημένη γλώσσα περιοχές του DNA που κωδικοποιούν πρωτεΐνες5
Θα τονίσουμε με έντονους χαρακτήρες ειδικούς όρουςστην πρώτη τους αναφορά. Αυτοί οι όροι θα επεξηγηθούν απευθείας στο κείμενο ή στις υποσημειώσεις.

Η αλληλουχία νουκλεοτιδίων σε μια τέτοια περιοχή είναι μια οδηγία για τη σύνθεση ενός μορίου πρωτεΐνης, γραμμένη χρησιμοποιώντας γενετικός κώδικας- ένα σύστημα αντιστοιχιών κοινών για όλα τα ζωντανά όντα μεταξύ ορισμένων τριπλών νουκλεοτιδίων DNA (τριπλές ή κωδικόνια) και των αμινοξέων που συνθέτουν την πρωτεΐνη. Για παράδειγμα, η τριάδα των νουκλεοτιδίων ΑΑΑ κωδικοποιεί το αμινοξύ λυσίνη, CHG - αργινίνη.

Για να συντεθεί μια πρωτεΐνη με βάση μια τέτοια οδηγία, οι πληροφορίες πρέπει πρώτα να μεταγραφούν από DNA σε RNA, ένα μόριο που διαφέρει από το DNA σε ορισμένες λεπτομέρειες: για παράδειγμα, αντί για το νουκλεοτίδιο Τ (θυμιδίνη), το RNA χρησιμοποιεί Υ (ουριδίνη). Η επανεγγραφή πληροφοριών από το DNA σε RNA (σύνθεση RNA σε ένα πρότυπο DNA) ονομάζεται μεταγραφή. Ένα γονίδιο μπορεί να μεταγραφεί συχνά, οπότε πολλά μόρια μιας δεδομένης πρωτεΐνης θα παραχθούν στο κύτταρο, ή σπάνια, οπότε θα υπάρχει λίγη πρωτεΐνη. Λέγεται επίπεδο έκφρασηςγονίδιο. Το επίπεδο έκφρασης ελέγχεται από ειδικές ρυθμιστικές πρωτεΐνες.

Το μόριο RNA που προκύπτει χρησιμοποιείται στη συνέχεια για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Η μοριακή «μηχανή» για τη σύνθεση πρωτεϊνών που βασίζεται στις οδηγίες που είναι γραμμένες στο RNA ονομάζεται ριβόσωμα, και η ίδια η διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης είναι αναμετάδοση.

Κεφάλαιο 1. Κληρονομικότητα: πού οδεύει ο κόσμος;

Το DNA είναι το βασικό «γρανάζι» της κληρονομικότητας

Υπήρξαν αρκετές οδυνηρές στιγμές στην ιστορία της βιολογίας τον περασμένο ενάμιση αιώνα, όταν το δαρβινικό μοντέλο δοκιμάστηκε σοβαρά - και σίγουρα θα διαψευζόταν αν αποδειχτεί λάθος. Ένα από αυτά ήρθε στις αρχές της δεκαετίας του 1950, όταν αρκετοί ταλαντούχοι βιολόγοι και χημικοί 6
James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin, Maurice Wilkins.

Σοβαρά ασχολείται με την αποκρυπτογράφηση της δομής του DNA - της μυστηριώδους «ουσίας της κληρονομικότητας». Η υπόθεση, όπως γνωρίζετε, έληξε με την ανακάλυψη της περίφημης διπλής έλικας το 1953. Σύμφωνα με το μύθο, ο Φράνσις Κρικ αναφώνησε με χαρά: «Ανακαλύψαμε το κύριο μυστικό της ζωής!» Τι εννοούσε; Δεν ενθουσιάστηκες;

Τέσσερα σημαντικά γεγονότα στην ιστορία της βιολογίας

1. 1859 Η θεωρία της εξέλιξης από τη φυσική επιλογή.

2. 1900–1910. Κλασική γενετική, χρωμοσωμική θεωρία κληρονομικότητας. Αρχικά, σε πολλούς φαινόταν ότι η γενετική ήταν αντίθετη με τον Δαρβινισμό: τελικά, ο Δαρβίνος έβαλε στο προσκήνιο μικρές, ομαλές αλλαγές και οι πρώτοι γενετιστές εργάστηκαν με «ακαθάριστες και ορατές» διακριτές αλλαγές - μεταλλάξεις με ισχυρό αποτέλεσμα.

3. Δεκαετία 1930. Η φαινομενική αντίφαση επιλύθηκε με επιτυχία. Υπήρχε μια γενετική, είναι επίσης συνθετική, θεωρία της εξέλιξης (GTE ή STE) - μια θριαμβευτική ένωση του Δαρβινισμού με τη γενετική.

4. Δεκαετία 1950-1960 - ανακάλυψη της υλικής φύσης της κληρονομικότητας και της μεταβλητότητας: δομή DNA, αντιγραφή, μεταγραφή, μετάφραση, γενετικός κώδικας.

Για να καταλάβουμε γιατί έγινε τόση φασαρία σχετικά με την ανακάλυψη της διπλής έλικας του DNA, χρειαζόμαστε αρκετό ιστορικό πλαίσιο. Υπήρχε γενετική. Ήταν ήδη γνωστό ότι οι κληρονομικές πληροφορίες αποτελούνται από διακριτές μονάδες - γονίδια, τα οποία βρίσκονται στα χρωμοσώματα και βρίσκονται εκεί γραμμικά, το ένα μετά το άλλο. Τα χρωμοσώματα αποτελούνται από πρωτεΐνες και DNA. Αρχικά, φαινόταν πολύ πιθανό ότι οι κληρονομικές πληροφορίες καταγράφονται στις πρωτεΐνες. Άλλωστε, οι πρωτεΐνες αποτελούνται από 20 διαφορετικά αμινοξέα, ενώ το DNA αποτελείται μόνο από τέσσερα νουκλεοτίδια. Το DNA φαινόταν πολύ «μονότονο» ένα μόριο. Υπάρχει λογική σε αυτό: η σύνταξη ενός μεγάλου κειμένου σε αλφάβητο 20 γραμμάτων φαίνεται να είναι ευκολότερη από ό,τι σε ένα τετραγράμματο 7
Ένα παράδειγμα «γενικής συλλογιστικής» που άλλοτε λειτουργεί στη βιολογία και άλλοτε όχι, επομένως πρέπει να τα χρησιμοποιείτε με προσοχή.

Στη συνέχεια όμως αποδείχθηκε ότι οι κληρονομικές πληροφορίες εξακολουθούν να είναι αποθηκευμένες στο DNA. Αυτό έχει αποδειχθεί σε πειράματα με επισημασμένους ιούς. Αποδείχθηκε ότι για να πολλαπλασιαστεί ο ιός των βακτηριοφάγων σε ένα βακτηριακό κύτταρο, είναι απαραίτητο και αρκετό να εισέλθει το ιικό DNA στο κύτταρο. Οι ιικές πρωτεΐνες δεν χρειάζεται να διεισδύσουν στα βακτήρια. Όλες οι απαραίτητες πληροφορίες για την παραγωγή τους βρίσκονται στο DNA. Ως εκ τούτου, το DNA είναι η «ουσία της κληρονομικότητας».

Έμειναν δύο μεγάλα ερωτήματα.

Με ποιον τρόπο, σε ποια γλώσσα καταγράφονται οι κληρονομικές πληροφορίες στο μόριο του DNA;

Πώς καταφέρνει το κελί να αντιγράψει αυτές τις πληροφορίες πριν από κάθε διαίρεση;

Η πρώτη ερώτηση έχει ήδη απαντηθεί. Ήταν γνωστό ότι το DNA είναι ένα μακρύ μόριο, ένα πολυμερές που αποτελείται από τέσσερις τύπους νουκλεοτιδίων. Αυτά, όπως θυμάστε, φυσικά, υποδηλώνονται με τα γράμματα A, G, T, C. Οι κληρονομικές πληροφορίες κωδικοποιούνται κατά κάποιο τρόπο στην ακολουθία των νουκλεοτιδίων - γραμμένες σε αυτό το αλφάβητο των τεσσάρων γραμμάτων.

Η δεύτερη ερώτηση φάνηκε πιο μπερδεμένη. Εδώ είναι απαραίτητο να διευκρινιστεί ότι η Ζωή (όχι οποιαδήποτε ζωή, αλλά τέτοια, η ανάπτυξη της οποίας περιγράφεται επαρκώς από τη γενετική θεωρία της εξέλιξης) δεν μπορεί να βασίζεται σε κανένα πολυμερές στο οποίο κάτι είναι κωδικοποιημένο. Πρέπει να είναι ένα μόριο, πρώτον, ικανό να αναπαραχθεί και δεύτερον, να διαθέτει κληρονομική μεταβλητότητα. Οι πρωτεΐνες, παρεμπιπτόντως, δεν έχουν αυτές τις ιδιότητες (με μια ενδιαφέρουσα εξαίρεση, την οποία θα συζητήσουμε σύντομα).

Ας ξεκινήσουμε με την αναπαραγωγή. Το μόριο που βρίσκεται κάτω από τη ζωή πρέπει να περιέχει οδηγίες για τη δημιουργία αντιγράφων του εαυτού του. Από χημική άποψη, πρέπει να είναι ένα μόριο ικανό να καταλύει τη σύνθεση των αντιγράφων του. Χωρίς αυτό, τα ζωντανά όντα απλά δεν μπορούν να αναπαραχθούν. Οι κληρονομικές πληροφορίες πρέπει να αντιγραφούν ώστε οι γονείς να τις μεταδώσουν στους απογόνους τους.

Η ικανότητα του «μορίου της κληρονομικότητας» να αναπαράγεται - επαρκής κατάστασηώστε να μπορεί να υπάρχει Ζωή που βασίζεται σε ένα τέτοιο μόριο. Για παράδειγμα, αν ήταν η Ζωή που δημιουργήθηκε τεχνητά από κάποιον, που δεν υπόκειται σε εξελικτικές αλλαγές, τότε θα αρκούσε για το «μόριο κληρονομικότητας» απλώς να μπορεί να πολλαπλασιαστεί.

Αυτό, ωστόσο, δεν αρκεί για μια Ζωή ικανή να εξελιχθεί με βάση τον Δαρβινικό μηχανισμό. Εάν το GTE περιγράφει επαρκώς την πραγματικότητα, τότε το "μόριο κληρονομικότητας" πρέπει να έχει μια ακόμη ιδιότητα - κληρονομική μεταβλητότητα. Αυτό σημαίνει ότι όχι μόνο τα «γενικά χαρακτηριστικά» του μητρικού μορίου πρέπει να μεταδοθούν στα μόρια απογόνου, αλλά και τα επιμέρους, ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του, τα οποία κατά καιρούς υφίστανται μικρές τυχαίες αλλαγές. Αυτές οι αλλαγές πρέπει επίσης να κληρονομηθούν.

Τα συστήματα που μπορούν να αναπαραχθούν και έχουν κληρονομική μεταβλητότητα ονομάζονται αντιγραφείς.

Αναπαραγωγή χωρίς κληρονομικότητα

Ένα παράδειγμα αναπαραγωγής χωρίς κληρονομική μεταβλητότητα είναι η αυτοκαταλυτική αντίδραση του Butlerov. Κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, η φορμαλδεΰδη (CH 2 O) μετατρέπεται σε ένα σύνθετο μείγμα διαφορετικών σακχάρων και η αντίδραση καταλύεται από τα ίδια τα σάκχαρα που σχηματίζονται σε αυτήν. Γι' αυτό η αντίδραση είναι αυτοκαταλυτική: καταλύεται από τα δικά της προϊόντα.

Μια τέτοια αντίδραση μπορεί να περιγραφεί με όρους αναπαραγωγής, μεταβλητότητας και κληρονομικότητας. Τα μόρια ζάχαρης καταλύουν τη σύνθεση άλλων μορίων ζάχαρης: μπορούμε να πούμε ότι πολλαπλασιάζονται χρησιμοποιώντας φορμαλδεΰδη ως «τροφή». Έχουν και μεταβλητότητα, γιατί το αποτέλεσμα είναι ένα μείγμα διαφορετικόςσάκχαρα. Αλλά εδώ κληρονομικόςΑυτή η διακύμανση δεν είναι, επειδή η σύνθεση του προκύπτοντος μίγματος είναι πρακτικά ανεξάρτητη από το ποια σάκχαρα καταλύουν την αντίδραση. Τώρα, εάν, ας πούμε, η ριβόζη καταλύει επιλεκτικά τη σύνθεση της ριβόζης, αλλά ταυτόχρονα, μερικές φορές συντίθενται «κατά λάθος» μόρια γλυκόζης, τα οποία θα άρχιζαν να καταλύουν επιλεκτικά τη σύνθεση άλλων μορίων γλυκόζης, τότε θα μπορούσαμε να πούμε ότι το σύστημα έχει κληρονομική μεταβλητότητα.

Ένα άλλο παράδειγμα δίνεται στα βιβλία του από τον Richard Dawkins: combustion. Μπορούμε να ανάψουμε ένα σπίρτο, να ανάψουμε ένα κερί με τη φωτιά του, κάτι άλλο με τη φωτιά ενός κεριού. Τα φώτα φαίνεται να πολλαπλασιάζονται, αλλά τα μεμονωμένα χαρακτηριστικά ενός συγκεκριμένου φωτός - για παράδειγμα, το χρώμα του - δεν εξαρτώνται από τις ιδιότητες του μητρικού φωτός. Εξαρτώνται μόνο από το «περιβάλλον», για παράδειγμα, από τη σύνθεση του εύφλεκτου υλικού. Όπως τα σάκχαρα στην αντίδραση Butlerov, η φωτιά κληρονομεί μόνο τα «γενικά χαρακτηριστικά» της, αλλά όχι μεμονωμένα χαρακτηριστικά. Σε ένα τέτοιο σύστημα υπάρχει αναπαραγωγή και μεταβλητότητα, αλλά δεν υπάρχει κληρονομικότητα με τη στενή έννοια. Τέτοια συστήματα θα μπορούσαν να αποτελούν τη βάση κάποιου είδους ζωντανών όντων, αλλά μόνο τεχνητών, που δημιουργήθηκαν σε τελειωμένη μορφή, σαν τα ρομπότ να συναρμολογούσαν άλλα ρομπότ από αυτοσχέδια υλικά. Τέτοια πλάσματα δεν θα μπορούσαν να αναπτυχθούν και να γίνουν πιο περίπλοκα μόνα τους, εξελισσόμενοι «σύμφωνα με τον Δαρβίνο».

Πολύ πριν αποκρυπτογραφηθεί η δομή του DNA, οι γενετιστές το γνώριζαν ήδη με βεβαιότητα μεταλλάξεις(τυχαίες αλλαγές στο γενετικό υλικό) επίσης αντιγράφονται και κληρονομούνται. Αυτό σημαίνει ότι το σύστημα αντιγραφής κληρονομικών πληροφοριών δεν εξαρτάται από το είδος των πληροφοριών που αντιγράφονται με τη βοήθειά του. Αυτό είναι ένα καθολικό σύστημα: όχι μια σφραγίδα που παράγει τα ίδια κείμενα ξανά και ξανά, αλλά κάτι σαν αντιγραφικό που αναπαράγει οποιοδήποτε κείμενο, ανεξάρτητα από το περιεχόμενό του. Εάν μια αλλαγή συμβεί κατά λάθος στο κείμενο, τότε τα αντίγραφα που έγιναν από το τροποποιημένο κείμενο θα περιέχουν επίσης αυτήν την αλλαγή.

Έτσι, ένα μόριο DNA πρέπει να έχει μια εκπληκτική ιδιότητα - πρέπει να μπορεί να αυτοαντιγραφεί και είναι απαραίτητο όλα τα νουκλεοτίδια στο αντίγραφο να έχουν την ίδια σειρά όπως στο πρωτότυπο. Εάν συμβεί μια μετάλλαξη, τότε αντίγραφα από το μεταλλαγμένο μόριο πρέπει επίσης να περιέχουν αυτήν τη μετάλλαξη. Μόνο ένα τέτοιο μόριο - ένα μόριο - αντιγραφέας- μπορεί να αποτελεί τη βάση της επίγειας ζωής. Αυτό προέκυψε από τη δαρβινική θεωρία. Αυτό προέκυψε από τα δεδομένα της γενετικής. Και αυτό επιβεβαιώθηκε έξοχα από την ανακάλυψη των Watson και Crick.

Το κύριο πράγμα που ανακάλυψαν είναι η αρχή ειδικό ζεύγος νουκλεοτιδίων, ή συμπληρωματικότητα. Στη διπλή έλικα του DNA, η αδενίνη (Α) συνδυάζεται πάντα με τη θυμίνη (Τ) και η γουανίνη (G) με την κυτοσίνη (C). Τα συμπληρωματικά νουκλεοτίδια ταιριάζουν μεταξύ τους σε μέγεθος (τα ζεύγη A-T και G-C έχουν το ίδιο μέγεθος και επομένως η έλικα του DNA είναι λεία και ισχυρή), καθώς και στη θέση θετικά και αρνητικά φορτισμένων περιοχών. Λόγω της τελευταίας περίστασης, σχηματίζονται δύο δεσμοί υδρογόνου μεταξύ Α και Τ και σε ζεύγη G-C υπάρχουν τρεις τέτοιοι δεσμοί.

Στο τέλος του άρθρου τους-ορόσημο που περιγράφει τη δομή του DNA, οι συγγραφείς είπαν: «Δεν διέφυγε της προσοχής μας ότι το συγκεκριμένο ζευγάρωμα που υποθέσαμε υποδεικνύει άμεσα έναν πιθανό μηχανισμό αντιγραφής γενετικού υλικού» ( Watson, Crick, 1953). Αυτή η φράση θεωρείται μία από τις δύο πιο μετριοπαθείς δηλώσεις στην ιστορία της βιολογίας. 8
Για το πρώτο μιλήσαμε στο βιβλίο «Εξέλιξη του Ανθρώπου». Αυτή είναι μια φράση που έριξε ο Δαρβίνος στο τελευταίο κεφάλαιο της Προέλευσης των Ειδών, ότι η θεωρία του θα ρίξει φως στην προέλευση του ανθρώπου.

Φυσικά, δεν διέφυγε της προσοχής τους ότι ανακάλυψαν κύριο μυστικό της ζωής!

Έτσι, η ανακάλυψη ήταν ότι το μόριο του DNA ήταν τόσο διευθετημένο που είναι πολύ εύκολο να αντιγραφεί. Για να γίνει αυτό, αρκεί να ξετυλίξετε τη διπλή έλικα σε δύο σκέλη και στη συνέχεια να ολοκληρώσετε το δεύτερο σκέλος σε καθένα από αυτά σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας. Αυτό σημαίνει ότι το μόριο του DNA κωδικοποιεί τον εαυτό του. Καθένας από τους κλώνους της διπλής έλικας κωδικοποιεί τον δεύτερο κλώνο, ορίζοντας με ακρίβεια τη δομή του. Το DNA κωδικοποιεί και για πολλά άλλα πράγματα - ολόκληρη τη δομή ενός οργανισμού, τελικά, αλλά κυρίως κωδικοποιεί για τον εαυτό του. Η ίδια ελέγχει την παραγωγή των αντιγράφων της. μηχανισμός αντιγραφής ( αντιγραφή) Το DNA ενσωματώνεται απευθείας στη δομή του. Φυσικά, οποιοδήποτε σφάλμα μετάλλαξης, οποιαδήποτε υποκατάσταση νουκλεοτιδίου με αυτή τη μέθοδο αντιγραφής θα κληρονομηθεί από τα θυγατρικά μόρια DNA.

Το μόριο κληρονομικότητας αποδείχθηκε ότι ήταν ακριβώς αυτό που θα έπρεπε να ήταν σύμφωνα με τις προβλέψεις GTE. Οι επιστήμονες το λατρεύουν όταν όλα συγκλίνουν, όταν οι θεωρητικές κατασκευές επιβεβαιώνονται από γεγονότα. Ο Κρικ λοιπόν είχε έναν άξιο λόγο για ηχηρές δηλώσεις για το «μυστικό της ζωής».

Ένα άλλο σημαντικό συμπέρασμα είναι ότι η δομή του μορίου του DNA συνεπάγεται άμεσα το αναπόφευκτο της δαρβινικής εξέλιξης. Τα έμβια όντα που έχουν ένα τέτοιο μόριο κληρονομικότητας απλά δεν μπορούν παρά να εξελιχθούν «σύμφωνα με τον Δαρβίνο». Κανένα σύστημα αντιγραφής δεν μπορεί να είναι απολύτως ακριβές. Από καιρό σε καιρό, αστοχίες, λάθη, δηλ. μεταλλάξεις, θα συμβαίνουν αναγκαστικά. Θα κληρονομηθούν. Επειδή το DNA καθορίζει τη μερίδα του λέοντος στις κληρονομικές ιδιότητες του οργανισμού (ας αφήσουμε λίγο για κάθε είδους επιγενετική και μητρική επίδραση 9
Μιλήσαμε για αυτά τα φαινόμενα στο βιβλίο The Birth of Complexity.

), ορισμένες μεταλλάξεις σίγουρα θα επηρεάσουν την αποτελεσματικότητα της αναπαραγωγής - τόσο τα ίδια τα μόρια του DNA όσο και οι οργανισμοί των οποίων τη δομή ελέγχουν. Έτσι, το DNA διασφαλίζει την εκπλήρωση ενός συνόλου απαραίτητων και επαρκών συνθηκών για τη δαρβινική εξέλιξη: 1) αναπαραγωγή. 2) κληρονομική μεταβλητότητα. 3) η επιρροή του δεύτερου στην αποτελεσματικότητα του πρώτου 10
Αυτό το σύνολο συνθηκών μπορεί επίσης να διατυπωθεί με άλλο τρόπο: «κληρονομική παραλλαγή και διαφορική αναπαραγωγή» ή «κληρονομικότητα, παραλλαγή και επιλογή».

Alexander Markov, Elena Naimark

ΕΞΕΛΙΞΗ

Κλασικές ιδέες υπό το πρίσμα νέων ανακαλύψεων

Πρόλογος. Γιατί η ζωή είναι υπέροχη;

Η εκπληκτική πολυπλοκότητα των έμβιων όντων, η φανταστική ποικιλομορφία τους, η σχεδόν τέλεια προσαρμογή τους στο περιβάλλον, μεταξύ τους, στη «θέση τους στην οικονομία της φύσης» - αυτά είναι αξιοσημείωτα γεγονότα που απαιτούν εξήγηση. Στο παρελθόν, εξέπληξαν τη φαντασία όχι λιγότερο από τώρα. Ωστόσο, στην προεπιστημονική εποχή, ήταν, ειλικρινά, πιο απλό με εξηγήσεις: σχεδόν κάθε αισθητικά ισορροπημένη μυθοπλασία ήταν κατάλληλη για αυτόν τον ρόλο.

Με την ανάπτυξη της επιστήμης, η στάση των εγγράμματων ανθρώπων στις παραδοσιακές μυθολογικές «εξηγήσεις» έγινε πιο δροσερή. «Μάταια πολλοί άνθρωποι νομίζουν ότι τα πάντα, όπως βλέπουμε, δημιουργήθηκαν από την αρχή από τον Δημιουργό… Τέτοιοι συλλογισμοί είναι πολύ επιβλαβείς για την ανάπτυξη όλων των επιστημών, και κατά συνέπεια, για τη φυσική γνώση της γήινης σφαίρας. Αν και είναι εύκολο για αυτούς τους σοφούς να είναι φιλόσοφοι, μαθαίνοντας τρεις λέξεις από την καρδιά: Ο Θεός δημιούργησε έτσι και δίνοντας αυτό ως απάντηση αντί για όλους τους λόγους », έγραψε ο M.V. Lomonosov.

Αλλά πώς να εξηγήσετε την εκπληκτική αρμονία της ζωντανής φύσης χωρίς να εμπλέκονται υποθέσεις για το υπερφυσικό; Παρά τις προσπάθειες πολλών ασυνήθιστων μυαλών, από τον Εμπεδοκλή μέχρι τον Λαμάρκ, να προσφέρουν μια λογική εξήγηση, μέχρι το 1859 η γενικά αποδεκτή απάντηση σε αυτό το ερώτημα παρέμενε ένα σταθερό όχι. Η πολυπλοκότητα και η προσαρμοστικότητα των ζωντανών οργανισμών θεωρούνταν σχεδόν η πιο προφανής και αδιαμφισβήτητη απόδειξη της θεϊκής δημιουργίας του κόσμου. Το «Βιβλίο της Φύσης» ονομάστηκε δεύτερη Γραφή και η μελέτη του ονομάστηκε «φυσική θεολογία». Διαβάζουμε, για παράδειγμα, από τον ίδιο Λομονόσοφ: «Ο Δημιουργός έδωσε στο ανθρώπινο γένος δύο βιβλία. Στο ένα έδειξε το μεγαλείο του, στο άλλο τη θέλησή του. Ο πρώτος είναι αυτός ο ορατός κόσμος, που δημιούργησε ο ίδιος, ώστε ο άνθρωπος, κοιτάζοντας την απεραντοσύνη, την ομορφιά και την αρμονία των κτιρίων του, να αναγνωρίζει τη θεία παντοδυναμία στο βαθμό της χαρισμένης έννοιας. Το δεύτερο βιβλίο είναι η Αγία Γραφή. Δείχνει την καλοσύνη του Δημιουργού προς τη σωτηρία μας.

Φαινόταν ότι όσο περισσότερα νέα στοιχεία ανακαλύπτουμε, τόσο πιο ξεκάθαρα θα κατανοούμε το υψηλότερο σχέδιο.

Όλα πήγαν στραβά μετά τη δημοσίευση του βιβλίου του Δαρβίνου «On the Origin of Species by Means of Natural Selection» (1859). Πριν από τον Δαρβίνο, η ανθρωπότητα γνώριζε μόνο έναν αξιόπιστο τρόπο δημιουργίας πολύπλοκων, σκόπιμα σχεδιασμένων αντικειμένων: τον ευφυή σχεδιασμό. Οι πρώιμες εξελικτικές υποθέσεις, όπως αυτή του Lamarck στη Φιλοσοφία της Ζωολογίας (1809), πρόσφεραν μόνο ανεξέλεγκτες και ημιτελείς εναλλακτικές. Για παράδειγμα, η ιδέα του Lamarck για κληρονομικότητα των αποτελεσμάτων της άσκησης και της μη άσκησης των οργάνων προσέφερε μια λογική εξήγηση (αν και λανθασμένη, όπως γνωρίζουμε τώρα) για την αύξηση ή τη μείωση σε ήδη υπάρχουσες δομές, αλλά δεν εξήγησε την προέλευση του νέα όργανα. Ως εκ τούτου, εκτός από την άσκηση, ο Λαμάρκ έπρεπε να υποθέσει μια ειδική κινητήρια δύναμη που κάνει τους οργανισμούς να αναπτύσσονται κατά μήκος του μονοπατιού της επιπλοκής - τη μυστηριώδη «προσπάθεια για τελειότητα». Ήταν λίγο καλύτερο από την πρόνοια του Θεού.

Ο Δαρβίνος πρότεινε έναν άλλο, πολύ πιο απλό, πιο κομψό και προφανή τρόπο αυθόρμητης βελτίωσης των ζωντανών όντων: τη φυσική επιλογή τυχαίων κληρονομικών αλλαγών. Η υπόθεση του Δαρβίνου δεν υποστήριζε άγνωστες δυνάμεις και νέους νόμους της φύσης, και γενικά, όπως φαίνεται, βρισκόταν στην επιφάνεια. Εάν τα αντικείμενα μπορούν να αναπαραχθούν, αν μεταδώσουν τα μεμονωμένα χαρακτηριστικά τους στους απογόνους τους, εάν αυτά τα χαρακτηριστικά αλλάζουν μερικές φορές τυχαία, και αν, τελικά, τουλάχιστον μερικές από αυτές τις αλλαγές αυξάνουν την αποτελεσματικότητα της αναπαραγωγής, τότε τέτοια αντικείμενα είναι απλά υποχρεωμένα - και θα ! - από μόνα τους, χωρίς καμία λογική παρέμβαση, γίνονται όλο και πιο τέλειοι με το πέρασμα των γενεών. Τελειότητα σε αυτή την περίπτωση σημαίνει καταλληλότητα, είναι η αποτελεσματικότητα της αναπαραγωγής.

Ο επιστημονικός κόσμος συγκλονίστηκε. Είναι αλήθεια ότι ο Laplace (σε απάντηση στην ερώτηση του Ναπολέοντα, πού βρίσκεται ο Θεός στο μοντέλο του ηλιακού συστήματος) πριν από μισό αιώνα είπε ότι «δεν χρειάζεται αυτή την υπόθεση». Αλλά ο Laplace μίλησε για τη φυσική. Σχεδόν σε όλους φάνηκε ότι στη βιολογία, χωρίς «αυτή την υπόθεση», πουθενά.

Φυσικά, δεν αρκεί να κάνεις μια όμορφη εικασία. Το να το δικαιολογήσεις λογικά επίσης δεν αρκεί. η εικασία πρέπει να είναι ακόμα σωστή (και επαληθεύσιμη). Η θεωρία του Δαρβίνου δεν μπόρεσε να επιβεβαιωθεί στην πορεία της περαιτέρω ανάπτυξης της επιστήμης. Είχε όμως ένα ιδιαίτερο χάρισμα να βγάζει σωστές υποθέσεις βασισμένες σε ελλιπή δεδομένα. Χωρίς να γνωρίζει τη γενετική, χωρίς να γνωρίζει τη φύση της κληρονομικότητας, πολύ πριν από την ανακάλυψη του DNA, ο Δαρβίνος μπόρεσε να διατυπώσει σωστά τον κύριο νόμο της ζωής.

Για τη «φυσική θεολογία» το βιβλίο του Δαρβίνου ήταν η αρχή του τέλους. Αυτό ακριβώς είναι που οι ορθόδοξοι και οι φονταμενταλιστές δεν θα συγχωρήσουν ποτέ στον Δαρβίνο (ο περιβόητος «άνθρωπος που κατάγεται από πίθηκο» είναι, γενικά, μια ασήμαντη περίπτωση, μια ειδική περίπτωση). Ο φορέας ανάπτυξης της βιολογίας, και μάλιστα ολόκληρης της επιστημονικής κατανόησης του κόσμου, έχει αλλάξει προς το αντίθετο. Νέες ανακαλύψεις επιβεβαίωσαν ξανά και ξανά τον Δαρβίνο, όχι τη δημιουργία. Η φυσική επιλογή, μια τυφλή φυσική δύναμη, θριάμβευσε επί του «έξυπνου σχεδιασμού». Ο Δαρβίνος ανέτρεψε το σύμπαν όπως φανταζόταν προηγουμένως, αντικαθιστώντας ένα όμορφο παραμύθι όχι λιγότερο όμορφο, αλλά, δυστυχώς, πιο δύσκολο να κατανοηθεί η επιστημονική θεωρία.

Το μοντέλο του Δαρβίνου για την επιλογή μικρών κληρονομικών αλλαγών φαίνεται να είναι απλό - αλλά η απλότητά του είναι μόνο εμφανής. Δεν είναι τυχαίο ότι αυτό το μοντέλο, το οποίο πλέον αποτελεί τη βάση της βιολογίας, εισήλθε στην επιστήμη τόσο αργά - στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα. Σε άλλες επιστήμες - μαθηματικά, φυσική, αστρονομία - θεωρητικές ανακαλύψεις συγκρίσιμες με αυτήν ως προς τη σημασία και το επίπεδό τους ξεκίνησαν έναν ή δύο αιώνες νωρίτερα. Ακόμη και σήμερα, υπάρχουν περιπτώσεις που οι πιο ανόητοι άνθρωποι «σκοντάφτουν» στο δαρβινικό μοντέλο, δεν μπορούν να καταλάβουν πώς λειτουργεί, πώς εξηγεί τα παρατηρούμενα γεγονότα (και ορισμένοι μάλιστα πιστεύουν ότι αυτά τα γεγονότα δεν χρειάζονται εξηγήσεις).

Ίσως ένας από τους λόγους της παρεξήγησης είναι η ανεπαρκής προσοχή στη λεπτομέρεια. Βάσει γενικών αρχών, σχεδόν κάθε φαινόμενο μπορεί να ερμηνευθεί με αυτόν τον τρόπο: ο φιλοσοφικός συλλογισμός, όπως γνωρίζετε, είναι ένα καλό εργαλείο για την τεκμηρίωση των ακριβώς αντίθετων συμπερασμάτων. Η εξέλιξη είναι αντίθετη. Έχουμε συνηθίσει στο γεγονός ότι όλα θα πάνε όπως θα έπρεπε μόνο με έναν σαφώς καθορισμένο στόχο και ικανή ηγεσία. Υπό αυτή την έννοια, είναι πιο άνετο για εμάς να υπάρχουμε όταν κάποιος έχει σκιαγραφήσει ένα σχέδιο ανάπτυξης για πέντε χρόνια εκ των προτέρων, και όχι στις συνθήκες των σκληρών στοιχείων της «ελεύθερης αγοράς». Γνωρίζουμε πολύ καλά ότι είναι πιο εύκολο να κερδίσουμε εάν η επίθεση εκτελείται από έναν στρατό που αναπτύσσεται σε προγραμματισμένες θέσεις, και όχι από ένα πλήθος ανόμοιων ατόμων που επιδιώκουν τους προσωπικούς τους στόχους. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, η διαίσθηση συνήθως μας λέει ότι χωρίς συνειδητό σχεδιασμό και έλεγχο, τίποτα καλό δεν θα προκύψει, παρά μόνο χάος. Η εξελικτική βιολογία θα παραμείνει για πάντα ακατανόητη σε εκείνους των οποίων το μυαλό δεν μπορεί να απελευθερωθεί από την αιχμαλωσία αυτών των διαισθητικών αισθήσεων.

Το καθήκον που θέσαμε όταν ξεκινήσαμε την εργασία για το βιβλίο ήταν να προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε, με βάση νέα επιστημονικά δεδομένα, πώς λειτουργεί η Δαρβινική επιλογή. Γιατίκαι πωςμέσα από το χάος των τυχαίων κληρονομικών αλλαγών γεννιέται κάτι νέο, χρήσιμο, όμορφο, αρμονικό και πολύπλοκο. Εδώ είναι σημαντικό να εγκαταλείψουμε τους γενικούς συλλογισμούς και τις συζητήσεις στο επίπεδο της «κοινής λογικής» - δεν θα πείσουν κανέναν τώρα. Πρέπει να δούμε προσεκτικά τα γεγονότα, τις λεπτομέρειες, τα παραδείγματα, από τα οποία ο μηχανισμός της μεγάλης ιστορικής μηχανής, της φυσικής επιλογής, θα εκδηλωθεί με όλη του την πολυπλοκότητα και τη λογική.

Πώς γίνονται νέα γονίδια, νέα χαρακτηριστικά, νέα προσαρμογή, νέα είδη, νέοι τύποι; Ποια είναι η βιολογική σημασία αυτών των λέξεων γενικά: νέα, χρήσιμη, όμορφη, αρμονική, πολύπλοκη; Άλλωστε, όλοι αυτοί οι όροι στη βιολογία έχουν ειδικές αποχρώσεις σημασίας. Τι θεωρείται πραγματική «καινοτομία» - είτε η απόκτηση μιας νέας μετάλλαξης, μια νέα εμφάνιση, ένα νέο γονίδιο, μια νέα λειτουργία ή ένας νέος τόπος διαμονής; Προσπαθήστε να απαντήσετε σε τέτοιες ερωτήσεις εν κινήσει... Και τι είναι η «ομορφιά» από τη σκοπιά μιας μέλισσας ή ενός χρωματιστού ψαριού λίμνης; Μάλλον δεν είναι το ίδιο με την κριτική επιτροπή του διαγωνισμού Μις Κόσμος. Για να κατανοήσουμε τη δομή της ζωντανής φύσης, για να κατανοήσουμε το νόημα όλων των συστατικών μερών και σχέσεών της, είναι απαραίτητο πρώτα από όλα να κατανοήσουμε το εξελικτικό τους πλαίσιο. Θέλουμε να δούμε την εξέλιξη από κοντά. Θέλουμε να ξεβιδώσουμε τον εξελικτικό μηχανισμό σε όλα τα γρανάζια και τα γρανάζια του, να τα μελετήσουμε, να κατανοήσουμε πώς συνδέονται και μετά να τον βιδώσουμε και να βεβαιωθούμε ότι εξακολουθεί να χτυπάει. Αλλά αυτή η εργασία θα μας δώσει μια ιδέα για ολόκληρη τη συσκευή - αν χτυπήσει, τότε καταλαβαίνουμε τη μηχανική της.