Объяснение адаптации с точки зрения автоэволюционизма

Реферат

"Объяснение адаптации с точки зрения автоэволюционизма"

Главные "загадочные факты" эволюции и их интерпретация

Тэйлор перечисляет "загадочные факты" эволюции, которые, по его мнению, полностью противоречат концепции случайной трансформации видов. До него пришли к такому же заключению и многие другие. Важно отметить, что за долгие годы изучения мутационного процесса и статистического анализа популяций этой проблемы не касались. К загадочным фактам относятся: 1) существование определенных направлений эволюции; 2) многократное возникновение в процессе эволюции одного и того же явления; 3) формирование определенных структур до того, как они стали необходимы; 4) наличие адаптации, являющихся результатом многих координированных процессов; 5) существование организмов н генов, которые почти не эволюционируют.

Уже на заре эволюционных исследований были введены термины для описания этих явлений. Однако они обычно не используются, потому что от соответствующих явлений либо отмахнулись, либо посчитали, что они полностью объясняются отбором. Такими терминами были: 1) ортогенез; 2) конвергенция или параллельная эволюция; 3) преадаптация; 4) адаптация; 5) консерватизм. Примеров этих явлений можно привести много, и они неоднократно описывались в большинстве книг по палеонтологии, ботанике, зоологии и эволюции. Ограничимся лишь несколькими из них.

Ортогенез. Классическим примером служит эволюция зубов и копыт у лошадей, изменявшихся в определенных направлениях. Некоторые неодарвинисты, например Грант, отрицают ортогенез, поскольку они неспособны объяснить его на основе случайности и естественного отбора.

В рамках автоэволюционизма ортогенез представляется прямым результатом канализации, внутренне присущей эволюциям, которые предшествовали биологической эволюции, и результатом автономных эволюции, происходящих в пределах клетки и организма.

Рис. 1. Классический пример ортогенеза: эволюция лошади в Северной Америке с ранней эпохи третичного периода до настоящего времени

Конвергенция проявляется на молекулярном, клеточном и организменном уровнях; случаев конвергенции так много, что о ней можно написать целый трактат. По словам Масаки, "фотопериодизм как средство сезонной адаптации - один из самых замечательных примеров конвергентной эволюции, встречающейся как у животных, так и у растений". Другим примером служит параллельное развитие способности к биолюминесценции во многих классах животных. Конвергенция прослеживается также на уровне молекулярного строения хромосом: одни и те же последовательности ДНК обнаруживаются в одном и том же месте молекулы у неродственных видов. Эволюция сумчатых в Австралии протекала почти так же, как эволюция плацентарных млекопитающих в Евразии. Симпсон подчеркивает, что явление эволюционной конвергенции "все еще не дает покоя палеонтологам и другим биологам". Теперь конвергенцию можно рассматривать как результат того, что хромосома и клетка обладают жесткой организацией и следуют по своим собственным эволюционным направлениям, до некоторой степени независимо от среды. Примером служит замкнутый цикл, в котором участвуют белок, ДНК и РНК. Синтез белков невозможен без РНК и ДНК. ДНК не может воспроизводиться или функционировать без белка. Кроме того, РНК онкогенных вирусов не может репродуцироваться, если не синтезируется ДНК, и в этом процессе используется белок - обратная трайскриптаза. Как только клетка оказалась включенной в жесткую последовательность химических каналов, она была вынуждена вновь и вновь принимать одно и то же решение, независимо от того, в какой она находилась среде.

Консерватизм. Классическими примерами консерватизма служат такие виды, как Gingko blloba, акула и опоссум, которые практически не изменялись на протяжении миллионов лет. Многие гены, например гены, определяющие синтез рРНК, не претерпели существенных изменений со времени появления бактерий. Консерватизм - это выражение той внутренней упорядоченности, которая направляла автоэволюцию. Частным случаем консерватизма является атавизм, т.е. повторное возникновение признаков, которые, как казалось, были утрачены в процессе эволюции. Примером служит маленький хвостик, спорадически встречающийся у младенцев и напоминающий нам о наших обезьяньих предках. Существование у высших организмов прерывистого гена, способного реорганизовывать многие свои нуклеотидные последовательности, позволяет теперь дать таким случаям простое объяснение: этот ген может легко воспроизводить прежние комбинации.

Рис. 2. Пример конвергенции: параллельная эволюция плацентарных млекопитающих и австралийских сумчатых млекопитающих

Рис. 3. Некоторые конвергентные формы среди млекопитающих Северной и Южной Америки, изображенные в одном масштабе

Адаптация и преадаптация. Большинство адаптации вызывает разногласия среди эволюционистов по той простой причине, что их трудно объяснить с позиций неодарвинизма. Уже Дарвин считал, что появление адаптации, таких, например, как глаз, которым необходима высокая степень координации различных физико-химических процессов и генетических событий, нельзя объяснить отбором. Но неодарвинисты верят в отбор больше, чем сам Дарвин: "Адаптация - это процесс эволюционного изменения, с помощью которого организм находит все более и более удачное "решение" стоящей перед ним "проблемы", что приводит в конечном итоге к состоянию адаптированности". Левонтин добавляет: "Биологи-эволюционисты исходят из допущения, что каждый аспект морфологии, физиологии и поведения данного организма был создан естественным отбором как решение той или иной проблемы, поставленной средой".

Рис. 4. Пример консерватизма: наличие жабер у зародыша человека. А. Зародыш человека, у которого видны жабры. Б. Зародыш электрического ската. В. Голова акулы

Объяснение адаптации с позиции автоэволюционизма

Существование адаптации и сама ее возможность обусловлены следующими главными факторами.

1. Вся материя и энергия состоят из элементарных частиц одного и того же типа. Самая большая галактика состоит из тех же протонов, которые имеются в сердце млекопитающего.

2. Как показывают химические данные, атомы кислорода, входящие в состав эритроцитов человека и содержащиеся в окружающей атмосфере, идентичны.

3. Все компоненты живого мира - от простейших молекул до макромолекул, клеточных органелл, клеток и организмов - строились изнутри. К уже существовавшим атомам и молекулам не добавлялось ни одного атома и ни одной молекулы, которые не согласовывались бы с первоначальной структурой. Ничего не добавлялось случайно; все подвергалось проверке, и только после этого включалось в уже существующую структуру.

4. Среда обитания данного организма, состоит ли она из других организмов или из неживых компонентов, создавалась по тем же правилам благодаря автоэволюции. Для неживой среды характерен более низкий уровень организации, чем для живой. Различие выражается только в степени сложности комбинаций.

5. Атомы, входящие в состав живого организма, постоянно возвращаются в неживой мир в результате таких метаболических процессов, как дыхание, выделение и удаление из организма мочи и кала. Одновременно с этим в живой мир непрерывно возвращаются атомы из неживого мира в результате таких процессов, как фотосинтез, дыхание и усвоение пищевых продуктов. Этот обмен образует перманентный поток. Статичных сред или статичных организмов не существует.

6. Биологическая эволюция - явление не первичное, а завершающее. Живые организмы не только имеют неорганическое происхождение, но, что самое важное, биологической эволюции предшествовали три эволюции, канализировавшие ее и поддерживавшие частичную автономию этих организмов, когда они вышли на биологический уровень. В результате компоненты живого организма подчиняются тем же основным законам эволюции и, следовательно, не могут не взаимодействовать частично координированным образом с компонентами среды.

7. У живых организмов в процессе их построения возникли рецепторы, распознающие основные физико-химические факторы внешней и внутренней среды. Это фоторецепторы, электрорецепторы, барорецепторы, хеморецепторы и терморецепторы.

8. Рецепторы дают возможность не только обнаруживать соответствующие сигналы, но, что очень важно, измерять их. Они тщательно регистрируют воздействие данного фактора и информируют организм о точном числе достигающих его фотонов или молекул. Антенны некоторых насекомых способны "уловить" одну-единственную молекулу того или иного соединения. Отдельная зрительная клетка глаза человека может зарегистрировать поглощение одного фотона.

9. Информация, полученная в результате таких измерений, не остается на уровне рецептора, а передается другим клеткам или всему организму. Примером служат обнаруженные недавно у растений структуры, способные играть роль световода. Другой пример - модификация биологических часов в результате изменений в среде. Третий - изменение кровяного давления у астронавтов в условиях невесомости, что влияет на кровообращение во всем организме.

10. Организм непременно реагирует на изменения, происходящие в среде, но важно указать, что его реакция не всегда соответствует конкретному изменению. Реакция эта не обязательно принадлежит организму как целому, но может касаться только одного или нескольких его компонентов, которые эволюционируют самостоятельно.

11. Организм благодаря своей гормональной системе и способности к внутренней передаче - информации имеет тенденцию реагировать как целое, однако такая реакция необязательно возникает 1) немедленно после изменений во внешней или внутренней среде или 2) при идеальных взаимоотношениях организм - среда.

12. Изменение не бывает "лучше" или "выгоднее", оно просто приводит к состоянию, отличному от прежнего. То, что в одном случае обеспечивает большее соответствие со средой, в другом создает противоположную ситуацию.

13. То, что обычно называют адаптацией, это то, что временно создает впечатление интегрированного процесса.

Фотосинтез и бессилие отбора

Один из основных догматов неодарвинизма состоит в том, что при наличии достаточно большого промежутка времени и соответствующей селекции можно получить любую адаптацию.

Фотосинтез - процесс, возникший на заре формирования клетки и игравший важнейшую роль в развитии жизни. Невольно встает вопрос: за столь длительное время, при таком продолжительном отборе на уровне клеток и организмов и таком большом физиологическом значении для других химических путей, какова эффективность этого процесса, созданного отбором? Ответ неодарвинистов очевиден: фотосинтез должен быть очень хорошо адаптирован. Однако, к сожалению, такой ответ основан на незнании физико-химических процессов. Обратимся лучше к биохимическим данным и прислушаемся к Ленинджеру: "Эффективность фотосинтеза в природе гораздо ниже, чем 38%, т.е. ниже величины, характерной для основных молекулярных процессов. Исходя из количества углерода, связываемого кукурузным полем за один вегетационный период, было установлено, что из всей солнечной энергии, падающей на поле, лишь 1-2% запасается в форме новых продуктов фотосинтеза; дикорастущие растения дают гораздо меньше - лишь 0,2%".

Принято считать, что фотосинтез возник на Земле вместе с сине-зелеными водорослями, т.е. ±3200 млн. лет назад.

Адаптация - состояние в основном внутреннее; в нем нет ничего перманентного, полного или оптимального.

Неодарвинизм рассматривает адаптацию как состояние 1) главным образом внешнего происхождения; 2) оптимальное и 3) полное. На самом же деле адаптация, напротив, состояние главным образом внутреннее, поскольку оно диктуется автоэволюцией.

Гораздо важнее, что адаптация никогда не бывает оптимальной и полной. Упомянутая автоэволюция создает состояние, всегда далекое от оптимального и полного. Кроме того, поскольку организмы и среды - системы динамичные, в адаптации нет ничего перманентного. Лишь незнание физико-химических процессов, происходящих в среде и в организме, создает у нас такое примитивное представление об этом состоянии.

Неодарвинистская интерпретация покровительственной окраски и мимикрии сталкивается со многими возражениями.

Многие типы окраски и паттерны считаются "обманчивыми" и "покровительственными". Однако события, происходящие в природе, могут сильно отличаться от наших представлений о них; последние ограничиваются возможностями нашего собственного зрения и предвзятыми идеями.

1. Многие хищные млекопитающие лишены цветового зрения. Эти животные обнаруживают свою добычу главным образом по запаху и по движениям. Таким образом, то, что человеку кажется похожим на лист благодаря зеленой окраске или на насекомое благодаря красным тонам, совершенно иначе воспринимается млекопитающими, которые видят все, что их окружает, в черно-белых тонах, как люди, страдающие цветовой слепотой. Цветовое зрение обнаружено у некоторых рыб, амфибий, рептилий и птиц, но большинство млекопитающих не способно различать цвета; исключение составляют приматы.

2. Разные животные видят разные цвета. Насекомые воспринимают ультрафиолетовую часть спектра. Иначе обстоит дело у человека, рептилий и птиц, которые также обладают цветовым зрением, но воспринимают разные области спектра. Так, например, цветок лапчатки Potentilla reptans имеет совершенно разные вид и окраску, если его сфотографировать в ультрафиолетовом или в видимом свете.

Рис. 5. Цветок лапчатки, сфотографированный в видимой области спектра и в ультрафиолетовом свете

Эти две фотографии различаются по виду и по окраске. Шмели воспринимают как видимую, так и ультрафиолетовую части спектра.

3. Подвижность жертвы выдает ее хищнику. Насекомое, похожее на лист растения, на первый взгляд можно принять за лист, но как только оно начинает двигаться, враги легко обнаруживают его.

4. Белая шкура белых медведей считается классическим примером покровительственной окраски, возникшей в результате адаптации под действием естественного отбора. Однако, как указывает ряд авторов, белые медведи - крупные хищники, у которых нет естественных врагов в области их обитания. Белая шкура необязательно должна быть непосредственно связана со средой, т.е. это необязательно модификация, дающая животному "преимущество". Однако она может быть связана со средой косвенным образом в том смысле, что изменение температуры заставляет гены, ответственные за окраску шерсти, продуцировать белый пигмент. Это было экспериментально показано на других млекопитающих - кроликах. Моллюски теплых морей имеют яркую окраску, тогда как у тех, кто обитает в холодных арктических областях, окраска тускло-коричневая или белая. Так, покровительственная окраска, которая может казаться адаптацией и хорошим примером действия отбора, на самом деле не является ни тем, ни другим. Окраска белого медведя может быть не "защитной" адаптацией, а результатом воздействия физического фактора - температуры, которая делает большинство обитателей полярных областей белыми, будь то медведи, другие млекопитающие или беспозвоночные, живущие в море.

Гигантские рога и крупные зубы мало связаны с дифференциальным размножением.

Вымерший олень Megaceros обладал гигантскими рогами размахом до 3,5 м и весил почти 250 кг; он жил в плейстоцене 2 млн. лет назад. Как указывает Холстед, "большие рога затрудняют жизнь в лесу и редколесье и, казалось бы, естественный отбор не должен был благоприятствовать их сохранению". Однако этот вид существовал на протяжении длительного времени.

Аналогичным образом, саблезубые кошки отличались очень крупными клыками. Один из наиболее известных видов, Stnilodon, жил в плейстоцене и был широко распространен. Примерно 11000 лет назад большинство представителей этой группы вымерло. У другой саблезубой кошки, Eusmilus, клыки были так велики, что при нападении на жертву животному приходилось очень сильно открывать пасть, так что угол между нижней и верхней челюстями составлял 90°. И в этом случае никакой отбор не мог подавить возникновение и развитие этих гигантских и очень обременительных структур.

Те, кто пытался объяснить развитие больших рогов отбором, обнаружили, что такая интерпретация не согласуется с имеющимися данными об их роли в драках или при спаривании. Так перед ними возникла, по их собственным словам, некая "дилемма" или "парадокс". Примером служат большие рога самки благородного оленя, которая не вступает в драки с другими самками, пытаясь заполучить самца. Объяснение в этом случае следует искать в молекулярной детерминированности клетки и хромосомы, эволюционные пути которых канализированы их внутренней организацией и которые частично независимы от поведения животного как целого и от его среды.

Серповидноклеточная анемия и неодарвинизм

Сохранение в популяции локально неблагоприятных аллелей обычно объясняют превосходством гетерозигот, которые поддерживают разнообразие, несмотря на "давление отбора, стремящееся элиминировать их".

Обычно в качестве примера такой ситуации приводят серповидноклеточную анемию. Это смертельное заболевание возникает в результате замены одной аминокислоты в цепях молекулы гемоглобина, что ведет к спаданию эритроцитов, приобретающих серповидную форму. Айала задает вопрос: "Если аллель серповидноклеточности столь очевидно неблагоприятен, почему же он сохраняется в популяциях человека в тропической Африке, достигая частоты 30%?" Этому дается явно неодарвинистское объяснение: индивидуумы, гетерозиготные по мутантному аллелю, не подвержены заболеванию малярией, тогда как гомозиготы болеют ею. Айала считает, что гетерозиготы "превосходят" каждую из гомозигот, поскольку они не заболевают ни малярией, ни анемией, а следовательно, имеют больше шансов выжить.

Рис. 6. Рога вымершего оленя Megaceros имели размах более 3 м, а вес его достигал почти 250 кг. Рога его нынеживущих родичей, благородных оленей, имеют сходную форму, но меньшие размеры

Рис. 7. Выступающие наружу клыки саблезубой кошки Smilodon из олигоцена и моржа

Одно из "узких мест" неодарвинизма - это допущение, что любое устойчивое событие на уровне клетки должно создавать "преимущество" или состояние "превосходства". С точки зрения автоэволюционизма клетка и организм представляют собой мозаики, образовавшиеся в результате частично автономных эволюции. А поэтому хромосомы и другие клеточные органеллы эволюционируют по своим собственным направлениям, не всегда совпадающим с эволюцией организма как целого.

Семейство орхидных представлено примерно 18000 видов с цветками самой разнообразной формы. Ничто в природе не имеет цели.

Некоторые виды орхидей (Ophrys insectlfera) так сходны по форме, окраске и запаху с одним видом ос, что в отсутствие самок самцы этих ос буквально копулируют с цветками орхидеи.

Мы показали несостоятельность попыток объяснить этот факт на основании отбора. Есть также орхидеи, похожие на ящериц, птиц и даже людей. Означает ли это, что они приобрели такие формы в результате отбора? Человек появился на нашей планете спустя миллионы лет после того, как у орхидей сложились эти формы. Совершенно очевидно, что будущим поколениям биологов подобное объяснение покажется неубедительным.

Ортодоксальность неодарвинистов доводит их до крайностей: "Сосновые деревья вырабатывают смолу специально для того, чтобы отпугивать насекомых, которые на них питаются". Ничто в природе не имеет цели. Существует взаимодействие между автоэволюциями среды и автоэволюциями организма. Результаты этого взаимодействия носят антитетический характер. При одних обстоятельствах оно ведет к конфронтации, а при других - к координации. В этом-то последнем случае, если не учитывать конфронтацию, и возникает ложное впечатление существования цели. Еще французский философ Вольтер иронически комментировал такие средневековые представления: "Бог дал нам нос, чтобы было на что надевать очки".