Чому не варто сумніватися в теорії еволюції

Ідея того, що види поступово змінюються протягом багатьох поколінь, є наріжним каменем біології. еволюція - Одна з найбільших теорій у всій науці. З її допомогою ми пояснюємо життя, як перший найпростіший паросток породив величезне розмаїття життя, від бактерій до дубових дерев і синіх китів. Ось як ми до цього прийшли.

Для вчених еволюція є фактом. Ми знаємо, що життя еволюціонувала, з такою ж упевненістю, з якою знаємо, що Земля майже кругла, що гравітація утримує нас на її поверхні і що оси на пікніку дратують.

Але в деяких країнах, як ви знаєте, теорії еволюції вставляють палиці в колеса або ж називають її «просто теорією», негідною звання об`єктивної істини. Чому біологи так впевнені в ній? Якісь докази? Важко зрозуміти, з чого почати. Але список доказів того, що життя дійсно еволюціонувала, великий.

Можливо, варто почати з розмови про те, що насправді говорить дарвінівська теорія еволюції. Більшість з нас мають про неї загальне уявлення: види зміняться з часом, виживають сильне, і якимось чином з мавпи вийшла людина.

Дарвінівська теорія еволюції говорить, що кожен новий організм трохи відрізняється від своїх батьків, і ці відмінності іноді можуть допомогти потомству або перешкодити йому. Оскільки організми конкурують за їжу і партнерів, вигідні риси дозволяють виробляти більше потомства, тоді як непотрібні риси, навпаки, перешкоджають цьому. Таким чином, всередині конкретної популяції вигідні риси стають звичайними, а непотрібні зникають, не маючи продовження.

При належному часу ці зміни можуть накопичитися і привести до появи нових видів і нових типів організмів. Крок за кроком, черви стали рибою, риба вийшла на землю і придбала чотири ноги, чотириногі тварини відростили шерсть і - в кінцевому підсумку - деякі з них почали ходити на двох ногах, називати себе людьми і читати цю статтю.

Можливо, в це важко повірити. Одна справа - зрозуміти, що ви не ідентичні своїм батькам: у вас можуть бути волосся різного кольору, різний зростання, характер веселіше. Але куди складніше визнати, що всі ми вийшли з черв`яків, пройшовши через незліченні покоління. Звичайно, багато людей не погодяться з цим. Звичайно, багатьом простіше уявити, що нас зліпили з глини, занесли з іншої планети, наплодили в матриці або створили з ребра. Але поки опустимо філософію. Почнемо, як Чарльз Дарвін, з порога.

Книга Дарвіна «Походження видів», вперше опублікована в 1859 році, починається з пропозиції читачеві поглянути на всі боки. Чи не на недосліджені тропічні острови або далекі джунглі, а до обори і сад. Там ви легко можете побачити, що організми передають свої характеристики потомству, і природа цих організмів змінюється з часом.

Дарвін підкреслює процес культивації та розведення. Фермери і садівники поколіннями виводили тварин, щоб ті були більше і сильніше, і культури, які дають більше врожаю. Ось ці фермери працюють так, як дарвіновська уявна еволюція. Припустимо, ви хочете вивести курчат, які дають більше яєць. Спочатку потрібно знайти курей, які відкладають більше яєць, ніж інші. Потім потрібно дати їх яйцям вилупитися і переконатися в тому, що нові курчата дають потомство. Ця курка теж повинна давати більше яєць.

Якщо повторювати процес з кожним поколінням, в кінцевому підсумку у вас будуть кури, які дають набагато більше яєць, ніж дикі кури. Самка джунглевої курки - найближчого родича домашніх курей - може відкласти 30 яєць на рік, в той час як кури на фермі можуть давати в десять разів більше.

Ці зміни з покоління в покоління називають «спуск з модифікацією».

Молодий курча буде багато в чому схожий на своїх батьків: це буде точно курочка, а не мурахоїд, і вона, ймовірно, буде більше схожа на батьків, ніж на інших курчат. Але вони не будуть ідентичні.

«У цьому вся еволюція, - говорить Стів Джонс з Університетського коледжу Лондона у Великобританії. - Це серія помилок, яка росте ».

Ви думаєте, що процес розведення може внести лише кілька змін, але їм, здається, немає кінця. «Немає ніякого прикладу того, що змінюється істота перестає змінюватися в процесі культивації, - писав Дарвін. - Наші найстаріші культурні рослини на зразок пшениці як і раніше часто дають нові різновиди: наші найстаріші одомашнені тварини як і раніше здатні швидко поліпшуватися або змінюватися ».

Розведення, як припустив Дарвін, - це по суті еволюція під наглядом людини. Воно показує нам, що невеликі зміни з покоління в покоління можуть підсумовуватися. «Це неминуче, - говорить Джонс. - Це має відбуватися ».

І все ж ретельно розведені кури, що дають більше яєць, - це лише невеликий крок в природної еволюції нових видів. Відповідно до теорії еволюції, ці кури походять від динозаврів, а якщо піти далі, то і з риби. Справа в тому, що еволюції потрібно багато часу, щоб робити серйозні зміни. Щоб побачити докази цього, вам доведеться пошукати більш старі записи. Доведеться звернутися до скам`янілостям.

Скам`янілості - це викопні рештки давно померлих організмів, що збереглися в гірській породі. Оскільки породи складаються шарами, один над іншим, скам`янілості фактично покладені в хронологічному порядку: найстаріші глибше всіх.

Вивчаючи скам`янілості, ми розуміємо, що життя змінилося з плином часу.

Найдавніші скам`янілості з усіх є останками одноклітинних організмів на кшталт бактерій-набагато пізніше з`явилися складніші речі на зразок тварин і рослин. Серед тварин скам`янілостей риби з`явилися набагато раніше амфібій, птахів або ссавців. Наші щодо найближчі родичі серед мавп були виявлені лише в наймолодших породах.

«Я завжди говорю, що найпереконливішим доказом еволюції є палеонтологічний літопис, - говорить Джонс. - Не випадково одна з шести сторінок «Походження видів» звертається до скам`янілостям. Дарвін знав, що вони були незаперечним доказом того, що еволюція мала місце ».

Уважно вивчаючи скам`янілості, вчені змогли зв`язати багато вимерлі види з тими, що вижили на сьогоднішній день, іноді відзначаючи походження одного виду з іншого. Приміром, в 2014 році вчені описали скам`янілості м`ясоїда Dormaalocylon віком 55 мільйонів років, який може бути спільним предком всіх сьогоднішніх левів, тигрів і ведмедів. До цього висновку наводять форми зубів Dormaalocyon.

І все ж вас це навряд чи переконає. У цих тварин можуть бути схожі зуби, але леви, тигри і Dormaalocyon - це все різні види. Звідки ми можемо знати, що один вид еволюціонував в інший? Палеонтологічний літопис погана тим, що вона неповна. «Якщо ви подивитеся на більшість викопних знахідок, ви виявите, що одна форма перебувала досить довгий час, а після неї з`явилася зовсім інша форма, відмінна від колишньої».

Але в міру того, як ми заглиблюємося і знаходимо більше останків, виявляються «перехідні скам`янілості». Ці «відсутні зв`язку» пролягають між уже відомими видами. Наприклад, раніше ми сказали про те, що курки походять від динозаврів. У 2000 році група вчених на чолі з Сін Сюй з Китайської академії наук описала невеликого динозавра Microraptor, який володів пір`ям, чим нагадував сучасних птахів і, можливо, вмів літати.

Можна також спостерігати за еволюцією нових видів в міру того, як вона відбувається.

У 2009 році Пітер і Розмарі Грант з Прінстонського університету в Нью-Джерсі описали, як на одному з Галапагоських островах з`явився новий вид вьюрков- ці ж острова відвідував Дарвін.

У 1981 році на острів під назвою Дафне майор прилетів зяблик. Він був надзвичайно великий і співав іншу пісню в порівнянні з місцевими птахами. Йому вдалося залишити потомство, яке успадкувало його незвичайні риси. Через кілька поколінь вони були репродуктивно ізольовані: вони відрізнялися від інших птахів і співали інші пісні, тому могли розмножуватися тільки між собою. Ця невелика група птахів утворила новий вид, відбулося «видоутворення». Новий вид зовсім небагато відрізнявся від попередників: у них були різні дзьоби і співали вони незвичайну пісню. Але іноді відбуваються і більш серйозні зміни.

Річард Ленскі з Університету штату Мічиган проводить найтриваліший еволюційний експеримент в світі. З 1998 року Ленскі спостерігає за 12 популяціями кишкової палички (Escherichia coli, E. coli) в своїй лабораторії. Бактеріям були надані власні оселі в контейнерах, живильне середовище, і група Ленскі регулярно заморожує невеликі зразки.

Ця E. coli вже зовсім не та, якою була в 1988 році. «У всіх 12 популяціях бактерії розвивалися і росли швидше, ніж їхні предки, - говорить Ленскі. Вони адаптувалися до конкретної поживної суміші хімічних речовин. - Це найпряміша демонстрація дарвінівської ідеї адаптації в процесі природного відбору. Через 20 років проведення експерименту типовий лінійний ріст бактерій відбувається на 80% швидше ».

У 2008 році група Ленскі повідомила, що бактерії зробили величезний стрибок вперед. Суміш, в якій вони живуть, включає хімречовина цитрат, яке кишкова паличка переварити не може. Але через 31 500 поколінь одна з дванадцяти популяцій почала харчуватися цитратом. Це як якщо б люди раптово почали успішно є деревну кору.

Цитрат завжди там був, каже Ленскі, «тому у всіх популяцій була можливість виробляти здатність до його використання. Але тільки одна з 12 популяцій змогла навчитися цьому ».

У цей момент звичка Ленскі регулярно заморожувати зразки бактерій виявилася вирішальною. Він зміг повернутися до старших зразкам і відстежити зміни, які призвели до того, що кишкова паличка почала їсти цитрат. Для цього довелося зазирнути під капот. Він використовував інструмент, якого не існувало за часів Дарвіна, але який зробив революцію в розумінні еволюції: генетику.

Всі живі створіння переносять гени в формі ДНК.

Гени контролюють, як організм росте і розвивається, і передаються від батьків до потомства. Коли мама-курка відкладає багато яєць і передає це своєму потомству, це відбувається за допомогою генів. За минуле століття вчені склали каталог генів самих різних видів. Виявилося, що всі живі істоти зберігають інформацію в ДНК однаково: всі використовують один і той же «генетичний код».

Більш того, організми мають багато ідентичних генів. Тисячі генів, виявлених в людській ДНК, можна також знайти в ДНК інших істот, включаючи рослини і навіть бактерій. Ці два факти означають, що вся сучасна життя сталася від одного загального предка, «останнього універсального предка», який жив мільярди років тому.

Порівнюючи, як багато спільних генів мають організми, ми можемо з`ясувати, як вони між собою пов`язані. Наприклад, люди поділяють гени з мавпами, з шимпанзе і горил ми маємо більше загальних генів, ніж з іншими тваринами, до 96%. Це передбачає, що вони наші найближчі родичі.

«Спробуйте пояснити якось ще, що цей зв`язок сталися не з допомогою ланцюжка змін з плином часу, - говорить Кріс Стрінгер з Музею природної історії в Лондоні. - У нас спільний предок з шимпанзе, і ми, і вони відійшли від цього загального предка ».

Ми також можемо використовувати генетику для відстеження деталей еволюційних змін.

«Ви можете порівняти різні типи бактерій і виявити загальні гени, - говорить Ненсі Моран з Техаського університету в Остіні. - Як тільки ви визначите ці гени, ви можете поглянути на те, як вони розвивалися у різних популяцій ».

Коли Ленський повернувся назад до ранніх зразків кишкової палички, він виявив, що поїдають цитрат бактерії отримали кілька змін в ДНК, на відміну від інших бактерій. Ці зміни називаються мутаціями.

Деякі з них відбулися задовго до того, як бактерії виробили свою нову здатність. «Самі по собі ці мутації не включили здатність рости в цитрат, але заклали основу для подальших мутацій, які і підключили цю здатність», - каже Ленскі.

Ця комплексна ланцюжок подій допомагає пояснити, чому тільки одна популяція виробила цю здатність. Також вона ілюструє важливий момент еволюції. Окремий еволюційний крок може здаватися вкрай малоймовірним, але якщо занадто багато організмів до нього прагнуть, один з них напевно захоче і зможе його здійснити.

Кишкова паличка Ленскі показує нам, що еволюція може дати організмам абсолютно нові здібності. Але еволюція не завжди робить краще. Її наслідки частенько здаються нашому оку випадковими.

Мутації, які призводять до змін в організмі, дуже рідко ведуть до кращого, говорить Моран. Більшість мутацій не мають ніякого впливу, позитивного або негативного, на те, як здійснюється діяльність організму. Коли бактерії виявляються в ізольованому середовищі, вони вдаються до небажаних генетичних мутацій, які поширюються на кожне покоління. Згодом це поступово вбиває вид.

«Це дійсно процес еволюції, - каже Моран. - Це не просто адаптація і дорога до кращого, все може піти ой як недобре ».

Іноді організми втрачають свої здібності. Приміром, тварини, які віддають перевагу темні печери, часто втрачають свої очі. Це може здатися дивним. Ми звикли вважати еволюцію процесом біологічного поліпшення виду, прагненням втекти від примітивності. Але це зовсім не так.

Про прагнення до поліпшення заговорив ще вчений Жан-Батіст Ламарк, який просував ідею еволюції організмів ще до Дарвіна. Внесок Ламарка виявився дуже цінним. Але, на відміну від Дарвіна, Ламарк вважав, що організми все більше звикають до свого середовища і поліпшення їх властивостей є навмисною реакцією на ці середовища, нібито вони хочуть ставати краще.

Теорія Ламарка сказала б, що жирафи володіють довгими шиями, бо її пращури хотіли діставати до високих гілок і потім передавали ці новонабутий довгі шиї своєму потомству.

«Дарвін писав про Ламарк в приватному порядку і називав його теорію абсолютно безглуздою і не перевіряється, - говорить Джонс. - Що саме вони хотіли поліпшити? Як це перевірити? ».

У Дарвіна була альтернативна теорія: природний відбір. Він запропонував зовсім інше пояснення довгих ший жирафів. Уявіть собі предка сучасного жирафа, якого-небудь оленя або антилопу. Якби в місцях проживання цих тварин було багато високих дерев, тварини з довгою шиєю отримували б більше їжі і відчували себе краще короткошиїй тварин.

Через кілька поколінь, у всіх тварин були б шиї довше, ніж у предків. Знову ж, виграли б тварини з самими довгими шиями, тому через багато років шиї жирафів поступово подовжувалися б, так як довгошиї тварини давали б більше потомства. Мутації, які лежать в основі всього цього, відбувалися випадково і з однаковою ймовірністю справили б короткі і довгі шиї. Але мутації коротких шей особливо не затрималися.

Тварини на кшталт жирафів дивують нас, оскільки здається, що вони ідеально адаптувалися. Вони живуть в місцях, де дерева високі, їх листя знаходяться високо над землею, тому у жирафів обов`язково повинні бути довгі шиї, щоб їсти.

«Таке уявлення насправді вводить людей в ступор. Оскільки воно виглядає ідеально, здається, ніби все було ретельно сплановано і задумано, - каже Моран. Але якщо придивитися, всі виявиться результатом довгого ланцюга невеликих змін. - Ви розумієте, блін, нічого воно не було задумано, просто одне випадкове подія призвела до іншого випадковій події ».

Тепер у нас є всі шматочки доказів, і якщо їх скласти докупи, вони покажуть, що життя еволюціонувала.

Спуск з модифікацією, яка була викликана випадковими мутаціями в генах, в кінцевому рахунку привів до поступових змін і утворення нових видів - багато що з цього обумовлено природним відбором, який відсіває ті організми, які найменше підходять для навколишнього середовища.

Тепер давайте приміряємо все це на себе.

Еволюція людини завжди була концепцією, яку важко переварити, але зараз, дивлячись на неї, неможливо закривати очі, каже Стрінгер. Homo sapiens, як вважають, мав еволюціонувати в Африці і потім розселитися по всьому світу.

Викопні літописі показують поступову зміну від мавпоподібних тварин, які ходять рачки, до двоногих створінь, які поступово набули великі мізки. Ці перші люди покинули Африку і скористалися з іншими гоминидами начебто неандертальців. В результаті люди європейського і азіатського походження несуть гени неандертальців в своєму ДНК, а люди в Африці - немає.

Все це відбулося тисячі років тому, але історія ще не закінчилася. Ми як і раніше еволюціонуємо.

Наприклад, в 50-х роках британський доктор Ентоні Еллісон вивчав генетичне захворювання - серповидно-клітинну анемію - поширене серед деяких населений Африки. Люди з цим розладом мають деформованими еритроцитами, які не переносять кисень по всьому тілу так добре, як могли б, якби не було серпоподібними. Еллісон виявив, що східні популяції Африки були розділені на групи людей, що мешкають в низинних областях, більш схильних до хвороби, і людей, що живуть в гірській місцевості, менш схильних.

Виявилося, що люди, які переносять серповидно-клітинну лінію, отримали несподівану перевагу. Вона захищає їх від малярії, яка загрожує лише людям, що живуть в низинах. Таким людям краще було переносити серповидно-клітинну мутацію, навіть якщо їхні діти могли хворіти анемією. З іншого боку, що живуть в горах люди не були схильні до небезпеки малярії. Їм не потрібно було носити серповидно-клітинну лінію, так як вона сама по собі не давала вагомих переваг.

Звичайно, в еволюції залишається ще багато питань, на які ми поки не знаємо відповідей.

Стрінгер задає один простіше: яке генетичні зміна дозволило людям стати прямоходящими і чому ця мутація виявилася такою успішною? Поки ми не знаємо, але палеонтологічні літописі одного разу можуть пролити світло на дану таємницю.

Поки ми знаємо, що еволюція - це природний факт. Це основа життя на Землі, якою ми її знаємо. Так що наступного разу, коли ви опинитеся в саду або на фермі, просто пройдіть, подивіться на тварин і на рослини, подумайте, як вони стали такими. Кожен організм, який ви бачите, будь то комаха або гігантський слон, - це останній член своєї давньої родини. Їхні предки вишикувалися в безперервний ланцюг на 3 мільярди років, передаючи слово життя до тих пір, поки не з`явився цей слон або тарган. Втім, і ми теж.