Развитие вселенной, часть 7

Изменчивость - ключ к эволюции

Эволюционный процесс может идти только в том случае, если в данной популяции имеются особи с самыми различными характеристиками. Пока в популяции есть животные, наделенные различными свойствами, некоторые из них будут приспосабливаться к среде обитания лучше остальных. Существует два типа подобной изменчивости - наследственная и ненаследственная. Ненаследственную изменчивость вызывает воздействие окружающей среды - например, отсутствие достаточного количества пищи у животного или света у растения. Наследственная изменчивость определяется некими врожденными свойствами, передающимися от поколения к поколению. То же самое происходит и в человеческом обществе. Человек, у которого родители маленького роста, вряд ли вырастет очень высоким. В то же время его рост будет в немалой степени зависеть от качества питания, полученного в детстве.

Меняя программу

Наверное, каждый из вас знает семьи, в которых братья и сестры совершенно непохожи друг на друга, хотя родители у них одни и те же. Почему такое происходит? Дело в том, что наследственность человека заключена в специальном коде - его называют генетическим. Генетический код содержится в особом химическом веществе (так называемой ДНК), присутствующем в каждой живой клетке. Наследственные черты передаются от родителей к потомству при размножении, в момент, когда молекулы ДНК, содержащиеся в сперматозоиде, сливаются с молекулами ДНК яйцеклетки. Такое смешивание ДНК двух различных особей приводит к возникновению новой генетической комбинации в организме их отпрыска.
Бывают случаи, когда изменчивость вызывает трансформация самой ДНК. К примеру, генетический код могут изменить проникшие в организм вредоносное излучение или какие-либо химические вещества. Случается так, что при делении клеток во вновь образовавшихся дочерних клетках происходит неверное воспроизводство ДНК, и организм приобретает совершенно новые свойства.

Так называемое "древо жизни". За сотни миллионов лет эволюции возникло множество разнообразных жизненных форм, каждая из которых заняла свою собственную экологическую нишу на Земле. На этой схеме показаны родственные связи между различными группами растений и животных. Она поможет вам разобраться, какие. организмы близкие родственники, а какие нет.



Движение в разные стороны

Часто новые виды возникают вследствие серьезных изменений рельефа и климата Земли. Когда вырастают новые горные цени или большие реки меняют свои русла, различные популяции одного и того же вида оказываются отрезанными друг от друга. На протяжении многих поколений эти популяции все более и более специализируются, то есть приспосабливаются к специфическим местным условиям. Условия эти могут стать совершенно различными из-за дрейфа материков, когда географическая широта данной местности меняется, что приводит к резкой перемене климата. В конце концов изолированные друг от друга популяции становятся настолько различными, что больше уже не могут производить на свет совместное потомство: теперь это два новых самостоятельных вида.

Живые учебники истории

История материков легко прочитывается но географическому распределению некоторых групп родственных животных, встречающихся в наши дни в разных частях света. Одна нз самых странных - группа, объединяющая крупных нелстающих птиц: африканских страусов, южноамериканских нанду, австралийских эму и недавно вымерших гигантских новозеландских моа. Подобные птицы болыпе нигде в мире нс встречаются. Объясняют это тем, что они появились на Земле во времена, когда Африка, Австралия II Южная Америка были собраны в единый громадный южный сверхматерик Гопдвапу. Поскольку эволюция этих птиц началась уже после того, как северные материки отделились от Гон-дваны, их не оказалось ни в Европе, ни в Суеверной Америке.

Крупные нелетающие птицы-их называют бескилевыми-в прошлом были распространены гораздо шире, чем в наши дни. Тем не менее они никогда не водились в Европе или в Северной Америке, поскольку их предки появились на древнем сверхматерике Гондвана уже после того, как он отделился от северных материков.



Подражатели?

За многие миллионы лет растения и животные, оказавшиеся на изолированных островах и материках, эволюционировали в собственных особых направлениях. Так, Австралия и Новая Гвинея населены уникальной группой животных, нигде более нс встречающихся. Это особая разновидность млекопитающих, так называемых сумчатых, самки которых рожают крайне неразвитых детенышей и затем донашивают их в специальных "сумках" па животах. Австралия и Новая Гвинея были очень длительное время изолированы от прочих материков, и эволюционный процесс пошел там совсем иным путем. В остальной части мира большинство млекопитающих относятся к разряду плацентарных: их самки вынашивают детенышей, пока те полностью не сформируются, внутри своего организма, связанного с зародышем плацентой.
Существует множество разнообразных видов сумчатых: медлительные коалы, пасущиеся в жесткой листве деревьев подобно ленивцам, живущие в норах бандикуты с повадками кроликов и даже свирепые сумчатые кошки, которые охотятся на сумчатых мышей. Более того, вплоть до недавнего времени в Австралии обитали сумчатые волки и сумчатые львы. Сбреди сумчатых сформировались виды, внешне похожие на плацентарных млекопитающих, живущих в аналогичных природных условиях. Процесс, в ходе которого неродственные растения и животные, обитающие ч разных частях света, но в схожих природных условиях, вырабатывают при естественном отборе сходные черты и свойства, называют биологической конвергенцией.
Биологическую конвергенцию можно наблюдать и среди плацентарных млекопитающих. Например, в Южной и Центральной Америке водятся муравьеды. У них громадные кривые когти на передних лапах, которыми они разрывают муравейники и термитники, длинная вытянутая морда и длинный клейкий язык, которым они слизывают добычу. В Африке муравьедов нет, но зато там обитают питающиеся муравьями трубкозубы и панголины со сходным строением. Такими "подражателями" могут быть и растения. Скажем, американские пустыни изобилуют мясистыми сочными кактусами в колючках, а в африканских пустынях произрастают столь же сочные и колючие эуфороии.

Процессия видов

Животные и растения, ныне обитающие на островах, могли оказаться отрезанными от внешнего мира из-за подъема уровня моря или "расползания" материков. Однако острова часто заселяются по воле случая скажем, птицами, сбившимися с курса во время миграции; рептилиями и насекомыми, случайно перенесенными через океан на "плотах" из плавучей растительности; семенами, разносимыми ветром либо птицами, к чьим ногам они пристают. Даже вновь образовавшиеся вулканические острова очень быстро покрываются зеленой растительностью, снособпой прокормит)" большие популяции птиц, насекомых и прочих животных.
Животные, прибывающие на остропа извне, зачастую находят там массу жизненного пространства, практически никем у них не оспариваемого. Поэтому отдельные виды животных, которые на материке неизбежно столкнулись бы с жесткой конкуренцией со стороны других видов, на островах могут достигать неслыханного ^процветания. Однако с быстрым ростом численности популяций неизбежно возрастает и конкуренция. Одним из способов выживания становится большая специализация животных - к примеру, некоторые из них начинают есть пищу, непригодную для всех остальных. В результате из тех немногих видов, что первоначально обосновались на острове, развивается множество новых видов. Этот процесс, называется адаптивной радиацией. То же самое происходит и при возникновении новых сред обитания-скажем, при отступлении моря, обнажающем сушу, или при формировании новых горных цепей.

Сопоставление структуры того или иного органа у различных животных позволяет выявить степень их родства. К примеру, передние конечности всех позвоночных состоят из одних и тех же костей, к тому же образующих аналогичные структуры,- значит. у них был общий предок. Подобные органы, внешне непохожие, но со сходным внутренним строением, называются гомологичными.



Все дело в зубах

Одно время сумчатые млекопитающие были широко распространены на всех материках, однако после появления хищных плацентарных млекопитающих большая часть сумчатых вымерла. Ко времени, отстоящему от нас на 25 млн лет, сумчатые уже полностью исчезли в Северной Америке, Европе и Азии. Это массовое вымирание по сей день остается загадкой. Никаких видимых причин, способных объяснить подобную неудачу сумчатых хищников в соревновании с плацентарными, нет.
Впрочем, дело тут, возможно, не только в конкуренции.
Период эволюции различных групп млекопитающих по времени совпал с дрейфом материков, перемещение которых в другие области земного шара вызвало резкое изменение климата. Вполне вероятно, что плацентарные хищники смогли лучше адаптироваться к новым условиям.
Есть и другая теория, утверждающая, что разгадка заключается в строении зубов этих животных. Хищникам, для того чтобы разрезать плоть своих жертв, нужны острые, как ножницы, зубы конической формы. Коренные зубы сумчатых хищников, все оез исключения, были острыми и идеально приспособленными для разрезания мяса, а вот у плацентарных хищников имелись и другие виды зубов, как у человека. Стало быть, при изменении климата или исчезновении привычной добычи плацентарные млекопитающие смогли перейти на другую пищу и, таким образом, выжить.
Некоторые современные хищники, например бурые медведи, часто охотятся на крупную дичь, но в то же время могут в определенное время года довольствоваться рыбой или ягодами. Возможно, зубы сумчатых хищников были пригодны только для мясной пищи - жесткую растительную пищу не очень-то пожуешь острыми коническими зубами.

Защищенные от прогресса

Хотя на северных материках сумчатые давным-давно перевелись, они по-прежнему продолжали процветать в Южной Америке, Антарктиде, Австралии и на Новой Гвинее. В то время эти материки были слиты в один ооширный южный сверхматерик Гондвану, который впоследствии раскололся на части. Южная Америка постепенно "отдрейфовала" к Северной Америке, Антарктида переместилась к Южному полюсу и покрылась вечными льдами, а Австралия с Новой Гвинеей, напротив, приблизились к экватору.
Около 2 млн лет назад между Северной и Южной Америкой выросла цепь вулканов, образовавших сперва группу "промежуточных" островов, а затем и настоящий сухопутный мост, соединивший оба материка. Животный мир Северной и Южной Америки перемешался. В результате численность сумчатых в Южной Америке резко сократилась, и большинство их видов вымерло. Лишь немногие из них дожили до наших дней, а часть уцелевших переселилась в Северную Америку. Всеядный виргипский опоссум по сей день продолжает распространяться к северу через Северо-Американский материк и, судя по всему, чувствует себя превосходно.
Богатый мир сумчатых сохранился в Австралии и на Новой Гвинее, надолго отрезанных от других материков. Однако в наши дни над австралийскими сумчатыми нависла грозная опасность. Вместо сухопутного моста между Австралией и остальным миром возник мост человеческий: люди завезли туда множество плацентарных млекопитающих, таких, как козы, кролики, собаки и кошки, и в результате многие виды сумчатых оказались па грани вымирания.

Цена прогресса

Нашу планету постоянно заселяют новые, более высокоразвитые виды животных. Некоторые из их предшественников не выдерживают конкуренции и уступают им пальму первенства. Например, в океанах самыми первыми хищниками были трилобиты. Затем там появились наутнлои-деи. Они плавали быстрее трилобитов и легко раскалывали их панцири мощными челюстями. Потом наутилоидеев па какое-то время оттеснили аммониты. Аммониты, в свою очередь, сильно пострадали в ходе нескольких массовых вымираний, а затем вновь стали бурно эволюционировать, пока наконец полностью не исчезли с лица Земли в конце мелового периода. А вот наутилоидеи выжили и, избавив-
шись от опасных конкурентов - аммонитов, стали вновь увеличиваться в числе. Однако к тому времени в морях уже владычествовали костные рыоы. Сегодня рыбы - господствующие хищники морей и океанов. Эволюция породила тысячи самых разнообразных видов рыб, заселивших практически все уголки Мирового океана.

Животные, обитающие в различных географических регионах и не состоящие друг с другом в родственных связях, зачастую, попадая в сходную среду обитания или ведя сходный образ жизни, вырабатывают у себя похожие свойства и черты. Это называется биологической конвергенцией. Коала (справа), сумчатое животное из Австралии, и ленивец (слева), плацентарное млекопитающее из Южной и Центральной Америки, ведут чрезвычайно малоактивный образ жизни. Они очень медленно передвигаются и кормятся исключительно листвой ограниченного набора деревьев, содержащей крайне мало питательных веществ. Подобный медлительный образ жизни позволяет обоим расходовать минимум энергии, и им требуется гораздо меньше пищи, чем прочим млекопитающим. Поедая листья, абсолютно непривлекательные для других животных, они тем самым избегают конкуренции со стороны.



Эволюция и вымирание

Существует множество причин, вызывающих вымирание отдельных видов животных. Так, какой-то вид животных может вытеснить или попросту съесть новые виды живых существ (в том числе люди), более высокоорганизованные и жизнеспособные. При сближении материков различным группам животных приходится конкурировать между собой за жизненное пространство. Или, скажем, природная среда может изменяться быстрее, чем данный вид животных успевает к пей приспособиться. Наконец, если какой-либо вид становится слишком специализированным, то внутривидовая изменчивость может оказаться недостаточной для того, чтобы этот вид смог успешно приспособиться к изменениям в окружающей среде. Сравните, к примеру, такой процветающий вид, как рыжая лиса, и большую панду, находящуюся на грани вымирания. Лиса питается чем угодно, от земляных червей до кроликов, а панда не ест практически ничего, кроме бамбука.

Великие вымирания

В истории Земли насчитывается несколько относительно коротких периодов, за которые происходило массовое вымирание огромного количества видов животных и растений. Возможно, самое грандиозное массовое вымирание было около 250 млн лет назад, в конце пермского периода. Тогда с лица Земли исчезло от 76 до 96 процентов населявших ее видов - около 200 из 400 известных нам семейств. Другое массовое вымирание произошло в конце мелового периода, 65 млн лет назад, и привело к гибели динозавров и аммонитов.
Причины подобных массовых вымираний - по сей день величайшая загадка. Существует масса теорий, призванных найти им разумное объяснение. Наиболее вероятной причиной можно считать глобальные изменения климата, вызванные, по всей видимости, движением материков или же переменой угла наклона земной оси. Причина великого мелового вымирания, возможно, - столкновение Земли с гигантским метеоритом. При этом в атмосферу должно было быть выброшено столько пыли, что произошло резкое охлаждение климата. Окислы азота, образовавшиеся при высочайших температурах, которые сопутствовали взрыву, должны были раствориться в дождевой влаге. В результате на землю обрушились кислотные дожди, погубившие значительную часть растительности.
Сам факт, что то или иное животное исчезло с лица Земли, еще вовсе не означает, что оно было менее высокоразвито или жизнеспособно, чем современные животные. Так, даже самые высокоорганизованные современные хищники, например львы или медведи, не могут сравниться с динозаврами в умении вспарывать жесткие шкуры рептилий и земноводных, водившихся в изобилии на Земле в меловой период.
Вслед за каждым великим вымиранием неизменно следовал мощный эволюционный взрыв. Возникали новые живые организмы, которые быстро заселяли освободившиеся экологические ниши, принимая тем самым эстафету жизни от исчезнувших видов.

На протяжении всей истории Земли на ней возникало и исчезало множество видов животных, а на смену им приходили все новые и новые виды. В этой таблице представлена история развития некоторых основных групп животных. Относительно быстрые изменения в распределении суши и моря по земному шару либо перемены в климате - такие, как начало или окончание ледниковых эпох с сопутствующими колебаниями высоты уровня моря, - периодически приводили к вымиранию большого числа видов за весьма короткий отрезок геологического времени. Вслед за подобными массовыми вымираниями обычно следовал новый эволюционный взрыв: его вызывала быстрая адаптация уцелевших видов к новым жизненным условиям.

К оглавлению

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *