Полтора века эволюции

Большинству людей знакомо утверждение, что человек произошел от обезьяны. Многие уверены, что именно в этом заключается суть эволюционной теории Дарвина. 12 февраля 2009 года мир отмечает 200-летие со дня рождения ученого. Попробуем выяснить, что же на самом деле сделало имя Дарвина знаменитым.
Позор семьи

Чарльз Роберт Дарвин родился в 1809 году в семье известного врача Роберта Дарвина. В школе мальчик не показывал больших успехов. Охота, рыбалка, поиск птичьих гнезд и необычных ракушек интересовали юного Дарвина гораздо больше, чем иностранные языки и литература. Отец настаивал, чтобы Чарльз стал врачом, однако будущий автор эволюционной теории захотел получить богословское образование.

Дарвин окончил Кембриджский университет, но работать по специальности не спешил. "Тебя интересуют только охота, собаки и ловля крыс, - упрекал Чарльза отец, - Ты позоришь себя и всю семью". В конце концов, знакомый ботаник из Кембриджа устроил Дарвина на корабль "Бигль", отправлявшийся в кругосветное путешествие. В обязанности Чарльза входил сбор биологических и геологических образцов. По итогам пятилетней экспедиции (с 1831 по 1836 годы) Дарвин издал несколько трудов, посвященных геологии и систематике членистоногих. Кроме того, ученый записывал свои наблюдения за живыми существами, с которыми он сталкивался в разных странах, в частности на Галапагосских островах.

После возвращения в Англию Дарвин продолжал размышлять над изменчивостью видов животных и растений, однако свои соображения он нигде не публиковал. В 1856 году молодой ученый Альфред Рассел Уоллес попросил уже ставшего известным путешественника отрецензировать статью, содержавшую идеи, которые приходили в голову и самому Чарльзу Дарвину. Это событие послужило толчком к написанию книги "Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь", которая сделала Дарвина знаменитым. В основу книги легли наблюдения, собранные ученым во время плавания на "Бигле".

Классика

Дарвин обратил внимание на несколько необычных фактов. Во-первых, он заметил, что близкородственные виды в различных частях Галапагосов имели несущественные, но тем не менее очевидные внешние отличия. Во-вторых, по мере продвижения вглубь материковой части Южной Америки территорию населяли разные популяции близких видов. Еще одним ключевым фактом стала находка ископаемых останков древних животных, которые были покрыты панцирем, очень напоминающим панцирь современных броненосцев.

Классическим примером, иллюстрирующим принцип естественного отбора, является пример вьюрков с Галапагосских островов. Дарвин обнаружил, что птицы, обитающие в разных частях островов, имеют различную форму клюва. В том районе, где основной пищей вьюрков были насекомые, жили вьюрки, клюв которых позволял ловить их наиболее эффективно. Клюв птиц, живших в другой части островов и питавшихся преимущественно семенами, был "заточен" как раз под дробление семян.

Объяснением всех этих наблюдений послужило предположение о способности видов меняться. Но как небольшие изменения могут приводить к появлению тысяч разновидностей живых существ, обитающих на планете? Дарвин осознал, что определенные изменения должны давать некие преимущества, которые позволят их носителям лучше приспосабливаться к среде обитания. Выжившие особи смогут передать новый признак своим потомкам, и таким образом он закрепится в популяции. Выживание и преимущественное размножение приспособленных особей Дарвин назвал естественным отбором.

Таким образом, эволюция по Дарвину выглядит следующим образом. У живых существ случайным образом возникают различные изменения. Благодаря некоторым из этих изменений особь лучше остальных адаптируется к окружающим условиям. Она выживает (то есть побеждает в борьбе за ресурсы) и оставляет потомство. Ее потомки также будут нести "выгодное" изменение, так что у них шансов размножиться будет больше, чем у других сородичей. В итоге все сообщество рано или поздно приобретет это изменение. И именно так, постепенно, из обезьяноподобного предка развился вид Homo sapiens.

В том случае, если представители одного и того же вида попадают в разные условия (например, птицы поселяются в разных частях острова), постепенно они накапливают различный набор изменений, который позволяет им адаптироваться именно к своей среде.

Книга "Происхождение видов" была написана на редкость тяжеловесно. Кроме узких специалистов почти никто не читал этот труд в оригинале. Совсем недавно появились сообщения, что некоторые знаменитые цитаты, якобы взятые из книги, на самом деле не фигурируют ни в одной из работ ученого.

Новая теория была принята научным сообществом "на ура". Она объясняла, каким образом возникло все наблюдаемое многообразие видов. Однако в теории Дарвина было немало подводных камней. Один из них, который сильно беспокоил самого ученого, был связан с механизмом наследования новых признаков. Во второй половине XIX века люди ничего не знали о генах и хромосомах. Считалось, что признаки организмов "рассеяны" по их крови. Потомки, получающие равное количество крови от обоих родителей, должны обладать промежуточными характеристиками. Используя этот довод, математик Флеминг Дженкин доказал, что наследование благоприятных признаков принципиально невозможно. "Полезные" изменения, появившиеся у отдельных особей, попросту "растворятся" в популяции, где большинство особей таких изменений не несет. Это возражение получило название кошмар Дженкина.

Современный взгляд

Кошмар Дженкина стал рассеиваться после того, как научный язык обогатился термином "генетика". Точнее, это произошло сразу после выяснения, что наследственность носит дискретный характер. Другими словами, родители передают потомству свои признаки не в виде раствора, а в форме неких отдельных материальных носителей - генов, которые не изменяются при смешении.

Теория Дарвина, дополненная генетическими знаниями, называется синтетической теорией эволюции (СТЭ). Случайное появление новых признаков СТЭ объяснила мутациями - изменениями, возникающими в ДНК организмов. Отдельная мутация не обязательно приводит к появлению нового признака: изменения в ДНК могут накапливаться, никак не проявляя себя. Как это возможно?

Генетики выяснили, что за развитие того или иного признака отвечает не один ген, а их группа. С другой стороны, каждый ген участвует в проявлении нескольких признаков. Таким образом, возникшая мутация может никак не влиять на признак до тех пор, пока к ней не "присоединятся" другие мутации. Получается, что дарвиновский естественный отбор действует не на отдельные гены, а на группы генов.

Объединение мутаций или просто попадание мутации в другое генное окружение, которое позволит ей проявиться, может происходить при зачатии нового организма. При этом клетки родительских особей сливаются, а их гены перетасовываются.

Эволюционной единицей СТЭ сделала не отдельную особь или вид, а популяцию - группу организмов одного вида, долгое время проживающую на отдельной территории. Именно внутри популяции могут возникать и закрепляться новые признаки.

Важно отметить, что СТЭ не отменяет основные положения эволюционной теории, предложенной Чарльзом Дарвином. Принцип случайного появления изменений и закрепления некоторых из них под действием естественного отбора остается неизменным. СТЭ объясняет механизмы происходящих изменений с позиций современной генетики.

Не верю

Дискуссии вокруг эволюционной теории продолжаются до сих пор, несмотря на то, что с момента выхода "Происхождения видов" прошло ровно 150 лет. Ученые спорят не о том, правомерно ли понятие эволюции. Они выясняют, могут ли существующие теории объяснить те или иные наблюдения.
Накануне юбилея Чарльза Дарвина существование эволюции признал даже Ватикан. Глава папского совета по культуре архиепископ Джанфранко Равази заявил, что теория Дарвина не противоречит библейской версии сотворения мира и живых организмов. Более того, католическая церковь обнаружила истоки эволюционной теории в текстах святого Августина и Фомы Аквинского. Равази подчеркнул, что Ватикан вообще никогда официально не порицал теорию эволюции.

Некоторые американские учебные заведения, оказавшиеся не столь прогрессивными, начали преподавать эволюционное учение только недавно. Например, Совет образования штата Флорида в 2008 году разрешил включить в образовательные программы словосочетание "теория эволюции". До этого учителя должны были использовать туманные выражения вроде "изменения с течением времени".

В Техасе, где детям в школах рассказывают о теориях креационизма и разумного творения, борцами за эволюцию выступили университетские профессора. По мнению преподавателей техасских вузов, недоверие к эволюционной теории существенно снижает уровень подготовки школьников к поступлению в университеты.

Опросы общественного мнения показывают, что в соображения Чарльза Дарвина не верят не только во Флориде и Техасе. В среднем в США каждый третий житель считает, что эволюционная теория не подкреплена никакими фактическими доказательствами. При этом треть американцев вообще не знает, в чем ее суть. Последний опрос показал, что имя Дарвина связывает с понятием эволюции только один из трех жителей Соединенных Штатов.

В Великобритании в теорию эволюции верит 50 процентов населения. В России в правоте Дарвина не сомневаются только 24 процента жителей. Столько же россиян доверяют богу, а большинство - 38 процентов, считают, что за развитие видов ответственен кто-то (или что-то) еще. По данным другого опроса, термин "дарвинизм" оказался незнаком 53 процентам граждан РФ.

Не знаю

С момента издания "Происхождения видов" прошло полтора столетия. За это время специалисты уточнили многие механизмы развития человека и других живых существ. Однако эволюционные баталии прошли мимо большинства людей, которые просто никогда не задумываются над подобными проблемами. Для них вопрос происхождения видов остается таким же туманным, как для современников Дарвина. Тут эволюция, похоже, остановилась.


Датский ученый опроверг все прогнозы наступления ледникового периода
Датский ученый Питер Дитлевсен (Piter Ditlevsen) утверждает, что предполагаемое время наступления нового ледникового периода на Земле неверно. Такой вывод он сделал на основании проведенных им расчетов.
В настоящее время считается, что периодические изменения климата на Земле объясняются изменениями земной орбиты. Притяжение других небесных тел вызывает различные отклонения оси вращения Земли и изменения траектории ее движения при вращении вокруг Солнца. Выделяют три основных типа изменений.

Во-первых, ось вращения Земли не является неподвижной - она совершает круговое движения. Это эффект получил название прецессии. Второй эффект - нутация - заключается в постоянном колебании угла наклона оси вращения нашей планеты. Третьим фактором, влияющим на климат, считается изменение формы орбиты движения Земли: из эллиптической она превращается в круговую, затем снова в эллиптическую, но расположенную перпендикулярно исходному эллипсу, затем снова в круговую и так далее.

Все эти изменения приводят к тому, что в разное время поверхности Земли достигает различное количество солнечного излучения. Когда на Землю попадает меньше света от Солнца - наступает ледниковый период. В науке укрепилось мнение, что прецессия, нутация и изменение формы земной орбиты ответственны за глобальные климатические циклы продолжительностью 41 и 100 тысяч лет и зависимость носит линейный характер.

Однако некоторые исследователи считают, что изменения в количестве достигающего поверхности Земли солнечного света недостаточно сильны для того, чтобы спровоцировать столь серьезные климатические сдвиги по линейному закону. По мнению Дитлевсена, колебания интенсивности солнечного излучения выступают усилителями климатического резонансного эффекта. Описанная исследователем система не является абсолютно стабильной - в определенный момент она может резко изменить свои характеристики под влиянием входящих в нее параметров. Смена характеристик системы соответствует наступлению и прекращению ледниковых периодов.

Так как ученым неизвестно, какие конкретно параметры входят в систему и какие их значения должны спровоцировать "переключение", они не могут даже приблизительно предсказать время следующего глобального похолодания.