Переходная форма. Переходные формы

Почему же некоторые выдающиеся палеонтологи прошлого, такие как Жорж Кювье, не признавали эволюцию? Ответ очень прост: потому что в те времена палеонтология находилась еще в зародышевом состоянии. Если бы современные палеонтологи знали о геологии, биологии, стратиграфии и палеонтологии только то, что было известно Кювье и его современникам, они тоже, вероятно, смогли бы обойтись без эволюционного учения. А вот если бы Кювье жил и работал в наше время, он бы непременно был эволюционистом.

Креационисты иногда заявляют, что они отрицают из всех наук только одну-единственную - эволюционную биологию, а со всеми остальными науками у них полное согласие. Неправда. Отрицая геохронологическую шкалу, креационисты идут сразу против трех наук: биологии, геологии и физики.

Фрагмент стратотипа (эталонного, или типового геологического разреза) отложений тоарского века (это последний век ранней юры, начавшийся 183 млн лет назад и закончившийся 175,6 млн лет назад; его можно найти на приведенной выше международной шкале - Toarcian). Стратотип находится во Франции, но отложения тоарского века известны по всему миру. Решения о том, какой разрез считать типовым, принимает Международная стратиграфическая комиссия. Быстрая эволюция аммонитов в тоарском веке (их изображения можно видеть на пронумерованных табличках) позволяет подразделить тоарские отложения на множество последовательных «зон» - геохронологических интервалов гораздо меньшей длительности чем «век» (геологические века длились по несколько миллионов лет). Никакая «сортировка» ископаемых во время Потопа - ни гидродинамическая, ни экологическая - не могла бы обеспечить присутствие каждого из руководящих видов аммонитов (морских активно плавающих животных) только в одном узком слое осадков, прослеживающихся на большой территории. Особенно если учесть, что эти виды были очень сходны и по размеру, и по экологии, и по строению, так что различить их может только специалист. Эти виды, несомненно, сменяли друг друга в геологическом времени, а осадки накапливались в течение весьма длительного срока.

Отложения датского века (Danian), первого века кайнозойской эры, - в данном случае это темный известняк - залегают поверх ярко-белых меловых отложений маастрихтского века (Maastrichtian), последнего века мезозойской эры. Граница белых и темных слоев соответствует рубежу мезозоя и кайнозоя (65,5 млн лет), когда вымерли последние динозавры, аммониты и многие другие животные. Ископаемые фауны белого и темного слоев различаются очень сильно (потому что на этом рубеже произошло массовое вымирание), и так по всему миру (этот снимок сделан в Дании).

«Золотой гвоздь», вбитый в границу отложений криогенового и эдиакарского (вендского) периодов в типовом разрезе в Австралии. Возраст этой границы - около 635 млн лет. Ниже этой границы, в криогеновых отложениях, по всему миру присутствуют недвусмысленные следы величайшего в истории Земли оледенения (ледники доходили до экватора, Земля в том время едва не превратилась в «снежок», см. Snowball Earth). В криогеновых отложениях обнаружены химические следы присутствия низших многоклеточных животных - губок (см.: Животные появились свыше 635 миллионов лет назад), более сложные животные не найдены. Выше этой границы, в эдиакарском периоде, появляются ископаемые эмбрионы многоклеточных, заключенные в сложные оболочки, и другие формы животной жизни (см.: Тайна эмбрионов Доушаньтуо раскрыта; Малаховская, Иванцов. Вендские жители земли). Дырки, высверленные около «золотого гвоздя», остались после взятия проб для палеомагнитного анализа (этот метод позволяет определить, на какой географической широте находился данный район в то время, когда образовывались эти слои).

Геологическая карта мира (источник: OneGeology). На геологических картах разными цветами обозначается возраст отложений, залегающих на поверхности (точнее, непосредственно под слоем четвертичных, то есть самых молодых отложений). На этой карте используются такие же цвета, как на глобальной геохронологической шкале, приведенной выше. Обратите внимание на то, как выглядит на геологической карте Атлантический океан (для океанского дна показан возраст базальтового основания, без учета накопившихся сверху более молодых осадочных пород). Возраст океанского дна наглядно свидетельствует об истории океана. Новое океанское дно формируется в районе Центрально-Атлантического хребта и «расползается» на запад и восток. Чем дальше от хребта, тем древнее породы. Самые старые участки дна океана, у берегов Африки и Америки, окрашены зеленым, кое-где голубым цветом, что соответствует меловому и юрскому возрасту. Именно тогда и начал образовываться Атлантический океан (см.: тектоника). Америка и Старый Свет расползаются в разные стороны примерно с такой же скоростью, с какой у человека растут ногти. Самое замечательное, что сегодня мы уже можем непосредственно наблюдать это движение и измерять его скорость (при помощи высокочувствительной аппаратуры, установленной на спутниках). Антиэволюционисты, верящие в молодой возраст Земли и не верящие в точность радиометрического датирования, все равно не в состоянии объяснить, почему результаты этого датирования оказались именно такими.

Биостратиграфия - наука весьма практическая, она играет ключевую роль в поиске полезных ископаемых. Если бы она была основана на ложных посылках, как утверждают антиэволюционисты, не стали бы нефтяные компании - организации, весьма далекие от предрассудков - платить большие деньги биостратиграфам, которых они всегда нанимают для разведки новых месторождений.

По имеющимся оценкам, более 99% видов живых существ, когда-либо существовавших на Земле, - это вымершие виды, не дожившие до наших дней. На сегодняшний день палеонтологи описали примерно 250000 ископаемых видов , каждый из которых имеет строго определенное стратиграфическое распространение, то есть встречается только в одном слое или в нескольких соседних слоях - и нигде больше. Средняя продолжительность существования вида, судя по палеонтологическим данным - порядка 2-3 млн лет (некоторые виды существовали значительно дольше, другие - значительно меньше). Число описанных ископаемых родов - где-то около 60000; семейств - примерно 7000. Каждый род и каждое семейство тоже имеет строго определенное стратиграфическое распространение. Роды существуют десятки миллионов лет, семейства - многие десятки или сотни миллионов лет (это средние, ориентировочные цифры). Между прочим, анализ палеонтологической летописи показывает, что средняя продолжительность существования родов и семейств живых организмов неуклонно росла по крайней мере в течение последних 550 млн лет. Эволюционное учение прекрасно объясняет этот факт: в биосфере постепенно накапливаются наиболее устойчивые, «выносливые» группы организмов, которые легче переносят изменения среды и поэтому вымирают реже. Как это объяснить с креационистских позиций, пусть придумывают сами креационисты. Наиболее интересные количественные закономерности эволюции, выявленные путем анализа палеонтологической летописи, рассмотрены в нашем специальном обзоре.

Стратиграфическое распространение каждой отдельной группы организмов (и всех их вместе) подтверждает эволюцию и может быть адекватно объяснено только с эволюционных позиций. В частности, практически в каждой группе ископаемых прослеживаются превосходные «эволюционные ряды»: постепенные изменения строения организмов, сменяющих друг друга во времени. Довольно часто эти изменения выглядят направленными, в других случаях можно наблюдать более-менее случайные колебания. Есть ряды, в которых эти изменения невелики и ограничиваются появлением новых разновидностей или видов, а есть ряды, в которых можно наблюдать появление новых родов, семейств и более крупных таксонов. Примеры «макро-рядов» приведены ниже, а здесь приведем пример «микро-ряда».

Последовательная смена восьми видов неправильных морских ежей рода Micraster в отложениях верхнего турона - верхнего кампана (ок. 90 - 70 млн лет назад). Это пример последовательности небольших изменений, от которых антиэволюционисты обычно отмахиваются со словами «ну и что, еж остался ежом». Конечно, остался, ведь новые классы животных возникают крайне редко (морские ежи - это таксон ранга класса). Но здесь, тем не менее, мы видим последовательную смену восьми разных видов. Некоторые изменения морфологии в этом ряду выглядят ненаправленными, другие - вполне направленными (например, наблюдается неуклонное смещение рта все ближе к переднему краю панциря). Данный эволюционный ряд был связан с приспособлением микрастеров к жизни во все более тонкозернистом грунте (это зарывающиеся животные, питающиеся грунтом). Микрастеры вымерли 65,5 млн лет назад вместе с динозаврами, а вскоре после этого вымерли и другие роды этого семейства (Micrasteridae). Отряд, к которому относится это семейство (Spatangoida), дожил до наших дней, но он сегодня представлен уже другими семействами.

Читатели могут сами оценить масштаб накопленных палеонтологами сведений, ознакомившись с глобальными палеонтологическими базами данных, которые можно скачать здесь. Это колоссальный объем информации, от которого нельзя отмахнуться. Все эти сведения прекрасно согласуются с эволюционным учением и не имеют других научных объяснений.

Профессионально заниматься биостратиграфией и палеонтологией и при этом быть антиэволюционистом - немыслимо. Это все равно что быть хирургом, полагая, что в артериях течет воздух. При этом среди палеонтологов много верующих - возможно, даже больше, чем среди представителей других биологических специальностей. Многие палеонтологи склонны видеть в постепенном и закономерном развитии жизни Божий промысел.

Общеизвестное доказательство эволюции - наличие так называемых промежуточных форм (переходных форм), то есть организмов, сочетающих в себе характерные признаки разных видов (или разных таксонов более высокого ранга - родов, семейств и т.д.). Как правило, говоря о промежуточных (или переходных) формах имеют ввиду ископаемые виды, хотя промежуточные виды вовсе не должны непременно вымирать. На основе филогенетического дерева теория эволюции предсказывает, какие промежуточные формы реально существовали (и поэтому могут быть найдены), а какие - нет. В соответствии с научным методом, сбывшиеся предсказания подтверждают теорию. Например, зная строение организмов пресмыкающихся и птиц, можно предсказать некоторые особенности переходной формы между ними. Мы прогнозируем возможность найти останки животных, подобных рептилиям, но с перьями, или останки животных, подобных птицам, но с зубами или с длинными хвостами. При этом мы предсказываем, что не будут найдены переходные формы между птицами и млекопитающими, например - ископаемые млекопитающие с перьями или подобные птицам ископаемые с костями среднего уха как у млекопитающих.

Вскоре после публикации «Происхождения видов» был обнаружен первый скелет археоптерикса - промежуточной формы между рептилиями и птицами. У археоптерикса было развито оперение (типичная птичья черта), а по строению скелета он слабо отличался от динозавров. У него были когти на передних конечностях, зубы и длинный костяной хвост, а характерных «птичьих» особенностей скелета было немного (крючковидные отростки на ребрах, вилочка). Позднее были найдены и другие переходные формы между рептилиями и птицами.

Антиэволюционисты, как правило, имеют крайне превратные представления о том, что должны представлять из себя обнаруживаемые в ископаемой летописи переходные формы. Например, они «требуют», чтобы переходная форма между А и Б была непременно промежуточной между А и Б по всем без исключения признакам. Если какие-то признаки переходной формы ближе к А, а другие - к Б, антиэволюционисты объявляют такую форму «не переходной, а просто мозаичной». Тем самым антиэволюционисты навязывают эволюционной теории такие проверяемые следствия, которые из нее вовсе не следуют. Эволюционная теория не утверждает, что все признаки организмов эволюционируют с абсолютно одинаковой скоростью. Неравномерность темпов эволюции - одно из общих мест современной эволюционной теории. Естественно, в ходе эволюционного перехода от А к Б одни признаки А становятся «как у Б» раньше, другие - позже. Нет никаких причин, почему бы это должно было быть не так. Иными словами, эволюционная теория как раз и предсказывает, что большинство переходных форм должны быть «мозаичными».

Другой часто встречающийся тип неправомерных «требований» антиэволюционистов строится по схеме: «По-вашему утки произошли от крокодилов, ну так предъявите нам крокоутку». Но современные утки не произошли от современных крокодилов. И те, и другие, произошли от общего предка, который жил давно (по-видимому, в пермском периоде, более 250 млн лет назад) и не был ни крокодилом, ни уткой. Он был, если уж на то пошло, древним примитивным архозавром. И от него произошли не только утки и крокодилы, но и все динозавры, а уже затем от динозавров произошли птицы. Общий предок есть у любых двух современных организмов, но этот предок, естественно, не является ни одним из них. Поэтому мы не можем и не должны никому предъявлять крокоуток. Однако, поскольку птицы реально произошли от динозавров, мы имеем возможность предъявить целый ряд самых настоящих птицединозавров (см. ниже).

Еще один способ борьбы антиэволюционистов с переходными формами - это «игра в слова». «Эта форма ближе к А? Значит это просто А. Ближе к Б? Ну тогда это просто Б». Такой эссенциализм поддерживается формальными правилами биологической классификации. Биологи, согласно этим правилам, не могут написать на этикетке «форма, переходная между видом А и видом Б». Максимум, что они могут сделать, это выделить переходную форму в отдельный вид, назвать его, скажем, А1, и подписать внизу мелкими буквами «вид, переходный между А и Б». Но антиэволюционисты не замечают этих приписок и говорят: «Какая же это переходная форма? Это просто вид А1».

Для обоснования теории эволюции Ч. Дарвин широко использовал многочисленные доказательства из области палеонтологии, биогеографии, морфологии. Впоследствии были получены факты, воссоздающие историю развития органического мира и служащие новыми доказательствами единства происхождения живых организмов и изменяемости видов в природе.

Палеонтологические находки - едва ли не самые убедительные доказательства протекания эволюционного процесса. К ним относятся окаменелости, отпечатки, ископаемые остатки, ископаемые переходные формы, филогенетические ряды, последовательность ископаемых форм. Рассмотрим более подробно некоторые из них.

1. Ископаемые переходные формы - формы организмов, сочетающие признаки более древних и молодых групп.

Среди растений особый интерес представляют псилофиты. Они произошли от водорослей, первыми из растений осуществили переход на сушу и дали начало высшим споровым и семенным растениям.Семенные папоротники - переходная форма между папоротниковидными и голосеменными, а саговниковые - между голосеменными и покрытосеменными.

Среди ископаемых позвоночных можно выделить формы, являющиеся переходными между всеми классами этого подтипа. Например, древнейшая группа кистеперых рыб дала начало первым земноводным -стегоцефалам (рис. 3.15, 3.16). Это было возможно благодаря характерному строению скелета парных плавников кистеперых рыб, имевших анатомические предпосылки для превращения их в пятипалые конечности первичных земноводных. Известны формы, образующие переход между рептилиями и млекопитающими. К ним относятся звероящеры (иностранцевия) (рис. 3.17). А связующим звеном между пресмыкающимися и птицами явилась пер-воптица (археоптерикс) (рис. 3.18).

Наличие переходных форм доказывает существование филогенетических связей между современными и вымершими организмами и помогает в построении естественной системы и родословного древа растительного и животного мира.

2. Палеонтологические ряды - ряды ископаемых форм, связанные друг с другом в процессе эволюции и отражающие ход филогенеза (от греч. phylon - род, племя, genesis - происхождение). Классическим примером применения рядов ископаемых форм для выяснения истории отдельной группы животных является эволюция лошади. Русский ученый В.О. Ковалевский (1842-1883) показал постепенность эволюции лошади, установив, что сменяющие друг друга ископаемые формы приобретали все большее сходство с современными (рис. 3.20).

Современные однопалые животные произошли от мелких пятипалых предков, живших в лесах 60-70 млн лет назад. Изменение климата привело к увеличению площади степей и расселению по ним лошадей. Передвижение на большие расстояния в поиске пищи и при защите от хищников способствовало преобразованию конечностей. Параллельно увеличивались размеры тела, челюстей, усложнялось строение зубов и др.

К настоящему времени известно достаточное количество палеонтологических рядов (хо ботных, хищных, китообразных, носорогов, некоторых групп беспозвоночных), которые доказывают существование эволюционного процесса и возможность происхождения одного вида от другого.

Морфологические доказательства основаны на принципе: глубокое внутреннее сходство организмов может показать родство сравниваемых форм, следовательно, чем больше сходство, тем ближе их родство.

1. Гомология органов. Органы, име ющие сходное строение и общее происхождение, называютсягомологичными. Они занимают одинаковое положение в теле животного, развиваются из сходных зачатков и имеют одинаковый план строения. Типичный пример гомологии - конечности наземных позвоночных животных (рис. 3.21). Так, скелет свободных передних конечнрс-тей у них обязательно имеет плечевую кость, предплечье, состоящее из лучевой и локтевой костей, и кисть (запястье, пясть и фаланги пальцев). Такая же картина гомологии отмечается при сравнении скелета задних конечностей. У лошади грифельные косточки гомологичны пястным косточкам второго и четвертого пальцев других копытных. Очевидно, что у современной лошади эти пальцы исчезли в процессе эволюции.

Доказано, что ядовитые железы змей - гомолог слюнных желез других животных, жало пчелы - гомолог яйцеклада, а сосущий хоботок бабочек - гомолог нижней пары челюстей других насекомых.

Гомологичные органы есть и у растений. Например, усики гороха, колючки кактуса и барбариса - видоизмененные листья.

Установление гомологии органов позволяет найти степень родства между организмами.

2. Аналогия. Аналогичные органы - это органы, имеющие внешнее сход ство и выполняющие одинаковые фун кции, но имеющие разное происхож дение. Эти органы свидетельствуют лишь о сходном направлении приспо соблений организмов, определяемом в

процессе эволюции действием естественного отбора. Наружные жабры головастиков, жабры рыб, многощетинковых кольчатых червей и водных личинок насекомых (например, стрекоз) аналогичны. Бивни моржа (видоизмененные клыки) и бивни слона (разросшиеся резцы) - типичные аналогичные органы, так как их функции сходны. У растений аналогичны колючки барбариса (видоизмененные листья), колючки белой акации (видоизмененные прилистники) и шиповника (развиваются из клеток коры).

Рудименты. Рудиментарными (от лат. rudimentum - зачаток, первоос нова) называются органы, которые закладываются в ходе эмбрионального раз вития, но в дальнейшем перестают развиваться и остаются у взрослых форм в недоразвитом состоянии. Другими словами, рудименты - это органы, утра тившие свои функции. Рудименты - ценнейшие доказательства историчес кого развития органического мира и общности происхождения живых форм. Например, у муравьедов рудиментарны зубы, у человека - ушные мышцы, кожная мускулатура, третье веко, а у змей - конечности (рис. 3.22).

Атавизмы. Появление у отдельных организмов какого-либо вида признаков, которые существовали у отдаленных предков, но были утраче ны в ходе эволюции, называется атавизмом (от лат. atavus - предок). У человека атавизмами являются хвост, волосяной покров на всей повер хности тела, многососковость (рис. 3.23). Среди тысяч однопалых лоша дей встречаются экземпляры с трехпалыми конечностями. Атавизмы ненесут каких-либо функций, важных для вида, но показывают историческую взаимосвязь между вымершими и ныне существующими родственными формами.

Эмбриологические доказатель ства. В первой половине 19 в. русский эмбриолог К.М. Бэр (1792-1876) сформулировал закон зародышевого сходства: чем более ранние стадии индивидуального развития исследуются, тем больше сходства обнаруживается между различными организмами.

Например, на ранних стадиях развития эмбрионы позвоночных не отличаются друг от друга. Только на средних стадиях появляются особенности, характерные для рыб и амфибий, а на более поздних - особенности развития рептилий, птиц и млекопитающих (рис. 3.24). Эта закономерность в развитии зародышей указывает на родство и последовательность расхождения в эволюции этих групп животных.

Глубокая связь между индивидуальным и историческим выражается в биогенетическом законе, установленном во второй половине 19 в. немецкими учеными Э. Геккелем (1834-1919) и Ф. Мюллером (1821-1897). Согласно этому закону каждая особь в своем индивидуальном развитии (онтогенезе) повторяет историю развития своего вида, или онтогенез есть краткое

и быстрое повторение филогенеза. Например, у всех позвоночных животных в онтогенезе закладывается хорда - признак, который был свойствен их отдаленным предкам. У головастиков бесхвостых земноводных развивается хвост, что является повторением признаков их хвостатых предков.

В дальнейшем в биогенетический закон были внесены поправки и дополнения. Особый вклад в выяснение связей онто- и филогенеза внес русский ученый А.Н. Северцов (1866-1936).

Ясно, что за такой короткий срок, как индивидуальное развитие, не могут быть повторены все этапы эволюции. Поэтому повторение стадий исторического развития вида в зародышевом развитии происходит в сжатой форме, с выпадением многих этапов. Вместе с тем зародыши организмов одного вида сходны не со взрослыми формами другого вида, а с их зародышами. Так, жаберные щели у зародыша человека в месячном возрасте сходны с аналогичными у зародыша рыбы, а не взрослой рыбы. Это означает, что в онтогенезе млекопитающие проходят стадии, сходные с зародышами рыб, а не со взрослыми рыбами.

Следует отметить, что еще Ч. Дарвин обратил внимание на явление повторения в онтогенезе черт строения предковых форм.

Все приведенные выше сведения имеют большое значение для доказательства эволюции и для выяснения родственных связей между организмами.

Биогеографические доказательства. Биогеография - это наука о закономерностях современного расселения животных и растений на Земле.

Вы уже знаете из курса физической географии, что современные географические зоны сформировались в ходе исторического развития Земли, в результате действия климатических и геологических факторов. Знаете и о том, что часто сходные природные зоны оказываются заселены различными организмами, а разные зоны - сходными. Найти объяснения этим фактам можно только с позиций эволюции. Например, своеобразие флоры и фауны Австралии объясняется обособлением ее в далеком прошлом, в связи с чем развитие животного и растительного мира происходило в изоляции от других материков. Следовательно, биогеография вносит много доказательств в эволюцию органического мира.

В настоящее время для доказательства эволюционных процессов широко используются методы биохимии и молекулярной биологии, генетики, иммунологии.

Так, изучая состав и последовательность нуклеотидов в нуклеиновых кислотах и аминокислот в белках у разных групп организмов и обнаруживая сходство, можно судить об их родстве.

Биохимия располагает методами исследования, с помощью которых можно выяснить «кровное родство» организмов. При сравнении белков крови учитывается способность организмов в ответ на введение в кровь чужих белков вырабатывать антитела. Эти антитела можно выделить из сыворотки крови и определить, при каком разведении эта сыворотка будет реагировать с сывороткой сравниваемого организма. Такой анализ показал, что ближайшие родственники человека - высшие человекообразные обезьяны, а наиболее дальние из них - лемуры.

Эволюция органического мира на Земле подтверждается множеством фактов из всех областей биологии: палеонтологии (филогенетические ряды, переходные формы), морфологии (гомология, аналогия, рудименты, атавизмы), эмбриологии (закон зародышевого сходства, биогенетический закон), биогеографии и др

Слайд 2

Палеонтологами были обнаружены формы организмов, сочетающие признаки более древних и более молодых групп. Такие ископаемые переходные формы служат доказательством эволюции, поскольку свидетельствуют об исторической связи разных групп организмов.

Слайд 3

Археоптерикс

Большинство эволюционистов полагает, что археоптерикс, имя которого означает «древнепернатый» или «древняя птица», был связующим звеном между пресмыкающимися и птицами.

Слайд 4

• Уже имея крылья и перья, это животное сохранило, однако, и многие черты, присущие пресмыкающимся: зубы, хорошо развитые пальцы на передних лапах-крыльях, длинный хвост из множества позвонков.
• Археоптерикс, считающийся переходным звеном между птицами и пресмыкающимися.