Эволюционное дерево

Белый медведь

Конкретным примером крупномасштабных эволюционных изменений является белый медведь (Ursus maritimus), который, несмотря на родство с бурым медведем (Ursus arctos), очевидное в силу того факта, что эти виды могут скрещиваться и давать плодовитое потомство, приобрел значительные физиологические различия с бурым медведем. Эти различия позволяют белому медведю комфортно жить в условиях, в которых бурый медведь бы не выжил. В частности, белый медведь способен проплыть десятки километров в ледяной воде, сливается со снегом и не замерзает в Арктике. Всё это возможно благодаря конкретным изменениям: белая окраска способствует маскировке хищника при охоте на тюленей; полые волоски увеличивают плавучесть и сохраняют тепло; слой подкожного жира, толщина которого к зиме доходит до 10 сантиметров, обеспечивает дополнительную теплоизоляцию; удлиненная по сравнению с другими медведями шея позволяет легче держать голову над водой во время плавания; увеличенные лапы с перепонками действуют как весла; небольшие бугорки и полости-присоски на подошвах уменьшают опасность поскользнуться на льду, а плотная шерсть на подошвах защищает лапы от сильного холода и обеспечивает трение; уши меньше, чем у других медведей, и уменьшают потери тепла; веки действуют как солнечные очки; зубы острее, чем у других медведей, и больше подходят для полностью мясного рациона; увеличенный объем желудка позволяет голодному хищнику съесть сразу целого тюленя, кроме того белый медведь способен обходиться без пищи до девяти месяцев за счет переработки мочевины.

Генетические данные свидетельствуют о том, что белый медведь (вид Ursus maritimus) отделился от североамериканских бурых медведей сравнительно недавно, всего около 150 тыс. лет назад, и очень быстро приспособился к своей новой среде обитания в Арктике. Этот вывод основан, в частности, на результатах анализа ДНК из челюсти ископаемого медведя, жившего 110-130 тыс. лет назад на Шпицбергене. Этот доисторический медведь по структуре своей ДНК оказался переходным между бурыми и белыми медведями (Lindqvist et al., 2009).

Филогенетическое дерево с указанием размера геномов.

Классификация живых организмов представляет собой многоуровневую иерархическую структуру: организмы делятся на царства, царства делятся на типы, типы — на классы, классы — на отряды, и так далее. В результате такого ветвления получается филогенетическое дерево. Наличие единственной (естественной) классификации означает, что существует объективная закономерность в основе этой классификации. Именно такой результат можно ожидать при эволюционном происхождении животных от общего предка. Ветвление филогенетического дерева соответствует делению популяций в процессе видообразования.

Несмотря на многочисленные разногласия между биологами по поводу отнесения тех или иных видов к конкретным группам (таксонам), эти противоречия имеют частный характер. Практика показывает, что биологические классификации, построенные на основе разных признаков (морфологических, эмбриологических, биохимических или генетических) в тенденции стремятся к одной и той же древовидной иерархической схеме — естественной классификации, отражающей последовательность расхождения эволюционных линий. Чем больше признаков учитывается в ходе классификации, тем выше сходство получаемых деревьев. Наличие естественной классификации было очевидно биологам еще в додарвиновские времена, и это изначально трактовалось как свидетельство иерархической организации замысла Творца. Однако в разнообразии других природных объектов, которые, в отличие от живых организмов, не происходят от общего предка, отсутствует единая древовидная иерархическая структура. Классификация таких объектов либо получается принципиально различной при использовании разных наборов признаков (например, минералы), либо имеет принципиально не «древесный» вид (например, химические элементы, звезды). Невозможно объективно построить иерархию элементарных частиц, химических элементов, планет Солнечной системы. Также не существует объективной иерархии таких сознательно созданных объектов, как книги в библиотеке, дома, мебель, машины и т. д.. Можно при желании объединять эти объекты в произвольные иерархии, но нет единственной объективной иерархии, принципиально лучшей, чем все остальные.

Если бы была верна концепция «бараминов», естественная классификация и филогенетические деревья, получаемые на основе различных признаков и статистических методов, должны были бы иметь весьма характерный вид: изолированные пучки коротких ветвей (барамины) должны были бы отделяться друг от друга очень длинными (точнее, имеющими абсолютно произвольную длину) ветвями. Этого не наблюдается. Длины ветвей филогенетического дерева (отражающие, в первом приближении, степень различий по используемым признакам) в среднем примерно одинаковы между видами одного рода, родами одного семейства, семействами одного отряда и т.д. Это обстоятельство является дополнительным свидетельством в пользу того, что между процессами появления новых видов, родов, семейств, отрядов, классов, типов и т.д. не существует принципиальной разницы. Каждый новый род изначально появляется «всего лишь» как новый вид, и лишь позже, в ретроспективе, может «заслужить» в глазах биологов статус рода.

Кроме того, если бы в идее «бараминов» было хоть какое-то рациональное зерно, этого не могли бы не заметить специалисты по систематике животных и растений еще задолго до Дарвина. Они бы обязательно увидели, что один из надвидовых таксономических рангов (род, отряд или семейство — антиэволюционисты обычно утверждают, что их «барамины» соответствуют каким-то из этих рангов) радикально отличается от всех остальных. Например, они бы увидели, что животный мир четко делится на семейства, которые поэтому являются особым, «естественным» уровнем классификации (и соответствуют «богосотворенным родам»), и гораздо менее четко делится на роды, подсемейства, надсемейства, отряды, подклассы и т.д., которые никаким «богосотворенным родам» не соответствуют. В действительности все ранги биологической классификации имеют примерно одинаковую степень как «четкости», так и «расплывчатости». По-настоящему «естественной» единицей классификации безоговорочно признается лишь вид (по критерию полного или почти полного отсутствия скрещиваний с другими видами в природе), но барамин по определению — это не вид, а нечто большее. Однако никакого надвидового ранга, более «естественного», чем остальные, в природе не существует.

Существуют различные статистические методы для точной оценки того, насколько объекты с разными свойствами укладываются в ту или иную иерархию. Эти методы измеряют так называемый «филогенетический сигнал», позволяя отличить мнимые закономерности от объективных. Например, у любого «генеалогического древа» автомобилей будет низкий уровень филогенетического сигнала. У эволюционного дерева и у различных его частей, напротив, стабильно четкий филогенетический сигнал.

Есть несколько источников данных, на основе которых можно делать выводы о степени родства между видами. Если существует единое эволюционное дерево, объединяющее все виды в объективную генеалогию, то все данные должны подтверждать эту генеалогию. Филогенетические деревья, построенные независимо, должны соответствовать друг другу. Наиболее простой, хотя и не очень точный способ построить такое дерево — сравнение строения организмов животных: чем меньше различий между видами, тем меньше поколений отделяют их от общего предка. Палеонтологическая летопись, наряду с другими подходами, позволяет установить родство между классами животных. Например, найденные останки пернатых динозавров свидетельствуют о родстве между рептилиями и птицами. Биогеография и эмбриология также дают информацию об эволюционной близости видов. Наиболее точный источник данных, недоступный во времена Дарвина — сравнительный анализ геномов различных организмов. Эволюционное дерево можно построить по каждому отдельно взятому гену, также исследователи рассматривают всевозможные некодирующие последовательности. Практика показывает, что чем больше генов включается в анализ, тем меньше остается в дереве статистически слабо обоснованных участков, и тем меньше различия между деревьями, построенными по разным наборам генов.

Все эти источники информации дают одинаковую картину с точностью до погрешности используемых методов. Тот факт, что эволюционные деревья, построенные по разным данным, соответствуют друг другу, элементарно объясняется эволюционной теорией. Другие объяснения отсутствуют: например, нет никаких причин, почему организмы, сходные по строению, должны иметь сходные некодирующие последовательности в геноме (интроны в одних и тех же местах генов, остатки встроившихся ретровирусов в одних и тех же местах генома и т.д.), если они не произошли от одного предка.

Примеры биологических исследований, связанных с построением эволюционных деревьев:

1) Новые данные позволили уточнить родословную животного царства

2) Невероятное разнообразие жуков получило эволюционное объяснение

3) Геном ланцетника помог раскрыть секрет эволюционного успеха позвоночных

4) Найдено «недостающее звено» между членистоногими и загадочными кембрийскими чудовищами аномалокарисами

5) Доказан скачкообразный характер эволюционного процесса

Горизонтальный перенос генов, межвидовая гибридизация и симбиогенез порождают горизонтальные перемычки между некоторыми ветвями эволюционного дерева, особенно в его «нижней» части — у прокариот. Это, однако, не разрушает его общую древовидную (иерархическую) структуру, потому что вертикальная передача генов (от родителей к потомкам) у всех живых организмов резко преобладает над горизонтальной.

Дата добавления: 2015-05-06