Образование видов ― микроэволюция. Макроэволюция

Микроэволюция — это распространение в популяции малых изменений в частотах аллелей на протяжении нескольких поколений; эволюционные изменения на внутривидовом уровне.

Такие изменения происходят из-за следующих процессов: мутации, естественного отбора, искусственного отбора, переноса генов и дрейфа генов.

Эти изменения приводят к дивергенции (то есть расхождению признаков и свойств у первоначально близких групп организмов) популяций внутри вида и, в конечном итоге, к видообразованию.

Выделяют три пути, ведущих к появлению новых видов.

Первый из них — преобразование существующих видов. В ходе эволюции вид А меняется и превращается в вид В.

Такой процесс называется филетическим видообразованием и не предполагает изменения числа видов.

Второй путь связан со слиянием двух существующих видов и образованием нового вида. При этом говорят о гибридогенном видообразовании.

Третий путь видообразования обусловлен разделением одного предкового вида на несколько независимо эволюционирующих видов ─ это дивергентное видообразование. Именно по этому пути и шла в основном эволюция биоразнообразия на Земле.

Процесс образования новых видов проследить сложно, так как такой процесс происходит очень медленно.  Например, рассчитано, что одних только жуков появляется в среднем по два новых вида в столетие.

Выделяют два основных пути видообразования — аллопатрическое (географическое) и симпатрическое (экологическое).

Аллопатрическое видообразование осуществляется на основе изоляции популяций вида, занимающих различные территории.

Рассмотрим схематический процесс аллопатрического образования нового вида.

Допустим, что часть особей популяции мигрировала на новую территорию. Эта территория отделена от прежней географической преградой, например рекой.

В результате образовалось 2 популяции: популяция А, которая обитает в прежних условиях и популяция Б, которая находится уже в новых условиях обитания. А это значит, что и генофонд (то есть совокупность всех генов популяции) разделился на две части.

Река препятствует свободному скрещиванию особей между популяциями А и Б. И каждая часть теперь развивается изолированно друг от друга.  В популяциях А и Б будут фиксироваться разные мутации, как нейтральные, так и полезные. Организмы, оказавшись в новых условиях обитания, начинают к ним приспосабливаться.

Особи, которые не справляются с новыми условиями, погибают. А те, которые смогли преодолеть трудности (возможно, благодаря каким-либо признакам, например, (определённая окраска), выживают, размножаются и дают начало новому поколению с теми же признаками.

Со временем необходимых признаков для выживания появляется все больше, такие особи становятся отличными от тех что были прежде.

Рано или поздно это приведёт к полной генетической несовместимости между популяциями А и Б.

В средней полосе в пределах территории России произрастает более двадцати видов лютика. Все они произошли от одного вида.  Потомки его заселили различные места обитания — степи, леса, поля — и благодаря изоляции обособились друг от друга сначала в подвиды, потом и в виды.

Симпатрическое видообразование, как правило, начинается с возникновения биологической изоляции между группами особей в пределах материнской популяции.

Примером экологического (симпатрического) видообразования являются виды синиц, которые образовались в связи с пищевой специализацией: по выбору мест кормёжки, по составу поедаемых кормов, по способам их поиска и добычи.

Рассмотрим способы протекания симпатрического видообразования.

Один из них — возникновение новых видов при быстром изменении кариотипа путём полиплоидизации (то есть удвоения хромосомного набора).

Этот механизм видообразования интересен тем, что он ведёт к мгновенному формированию полной генетической несовместимости нового вида с видами-предками.

Например, у картофеля исходное число хромосом равно 12, но в результате полиплоидизации возникли виды с хромосомными наборами, равными 24, 48 и 72.

Это позволяет предполагать, что соответствующие виды образовались в результате полиплоидии, т. е. путём кратного умножения числа хромосом исходного предкового вида.

Другой способ симпатрического видообразования — гибридизация с последующим удвоением числа хромосом.

Так, например, всем известная слива возникла благодаря скрещиванию тёрна и алычи c последующим увеличением числа хромосом в геноме. То есть слива возникла в результате межвидовой гибридизации и последующей полиплоидизации.

Лишь в случае гибридогенного возникновения видов появляется новая видовая форма, отличная от каждой из родительских.

Третий способ симпатрического видообразования — возникновение репродуктивной изоляции особей внутри первоначально единой популяции в результате фрагментации или слияния хромосом и других хромосомных перестроек (мутаций). Этот способ распространён как у растений, так и у животных.

Полагают, что большая панда произошла от медведя в результате хромосомных изменений. У панды 42 хромосомы, а у медведя 74. Поэтому и отличий между ними достаточно.

Макроэволюция органического мира — это процесс формирования крупных систематических единиц: из видов — новых родов, из родов — новых семейств.

Например, синица и воробей относятся к одному отряду Воробьинообразные.

Другими словами, макроэволюция ― это эволюционные процессы, существенные изменения внешнего строения и физиологии организмов, которые происходят над видом.

Так, например, формирование замкнутой системы кровообращения у животных произошло в результате макроэволюции.

Также к макроэволюции можно отнести превращение передних конечностей рептилий в крылья.

Можно сказать, что макроэволюционные процессы строятся на основе многих микроэволюционных. Если в результате микроэволюционных процессов образование новых подвидов и видов может происходить в короткие сроки, то макроэволюционные происходят за очень большие промежутки времени.

В результате микроэволюции изменяются уже имеющиеся структуры органов и систем, а в результате макроэволюции возникают совершенно новые структурные единицы, органы, системы органов, которых не было ранее.

Макроэволюция, так же как микроэволюция, носит дивергентный характер.

Что это значит? Дивергенция — это расхождение признаков и свойств у первоначально близких групп организмов в ходе эволюции, результат обитания в разных условиях и неодинаково направленного естественного отбора.

Дивергенция может возникнуть в следующих случаях:

1) в результате распада одного вида на два дочерних; 2) вследствие образования из исходной формы нескольких дочерних и 3) отщепления, когда предковый вид существует одновременно с дочерними, происшедшими из обособленных в разное время популяций.

Доказательства макроэволюции учёные обнаружили благодаря палеонтологическим данным, то есть ископаемым останкам вымерших организмов.

Палеонтологические доказательства макроэволюции

Убедительные доказательства изменений органического мира во времени даёт сопоставление ископаемых остатков из земных пластов разных геологических эпох.

К палеонтологическим доказательствам относятся нахождение остатков вымерших переходных форм, позволяющих проследить путь от одной группы живых существ к другой.

Обнаружение ископаемых останков археоптерикса позволило сделать вывод о существовании переходных форм между пресмыкающимися и птицами. Археоптерикс — это небольшое животное, которое имело признаки птицы, но сохраняло ещё черты пресмыкающихся.

Признаки пресмыкающихся: длинный ряд хвостовых позвонков, брюшные ребра и наличие зубов. Признаки птиц: задние конечности с цевкой, наличие перьев, общий вид.

На берегах Северной Двины была найдена группа зверозубых рептилий. Они совмещали признаки млекопитающих и пресмыкающихся.

Ещё одним примером служат ихтиостеги — переходная форма между пресноводными кистепёрыми рыбами и земноводными.

У ихтиостег были ноги, но они, возможно, не использовались для ходьбы по суше. Они имели хвостовой плавник и некоторые органы чувств, функционирующие только в воде. Тело их было покрыто мелкими чешуйками.

Переходные формы сочетают в себе одновременно признаки как древних, так и более эволюционно молодых групп. К сожалению, палеонтологических находок не очень много, и они не всегда могут ответить на все вопросы.

Отечественный зоолог Владимир Онуфриевич Ковалевский воссоздал последовательный ряд ископаемых форм лошадиных ─ филогенетический ряд, который свидетельствует о том, что одни виды происходят от других.

Исследуя историю развития лошадей, Ковалевский показал, что современные однопалые животные происходят от мелких пятипалых всеядных предков, живших 60-70 млн лет назад в лесах.

На эволюцию конечностей повлияло изменение климата Земли, в результате чего происходило сокращение площадей лесов и увеличение размеров степей. И предки современных лошадей начали осваивать новую среду обитания ─ степи.

Необходимость защиты от хищников и передвижений на большие расстояния в поисках хороших пастбищ привела к преобразованию конечностей — в данном случае уменьшению числа пальцев вплоть до одного.

Параллельно изменению конечностей происходило преобразование и всего организма. Считается, что на все эти эволюционные изменения ушло 60─70 млн лет.

Следующими доказательствами макроэволюции являются эмбриологические доказательства.

Учёный Карл Бэр ― один из основоположников эмбриологии и сравнительной анатомии. Он сформулировал законы зародышевого сходства.

Сходство зародышей разных систематических групп свидетельствует об общности их происхождения.

По мере эмбрионального развития последовательно происходит расхождение признаков зародышей, приобретающих черты, характеризующие класс, отряд, род и, наконец, вид, к которому они принадлежат.

Сравнительно-анатомические доказательства макроэволюции

Все животные имеют единый план строения, что указывает на единство происхождения. В частности, об общих предках рыб, земноводных, рептилий, птиц и млекопитающих говорит строение гомологичных органов.

Гомологичные органы — это сходные между собой по происхождению и строению органы, но выполняющие разные функции.

Примером гомологичных органов у животных могут служить передние конечности, состоящие из одинаковых костей, имеющих одинаковое происхождение, но выполняющих разные функции.

О единых предках свидетельствуют и атавизмы — органы предков, развивающиеся иногда у современных существ.

Например, к атавизмам у человека относится возникновение многососковости, хвоста, сплошного волосяного покрова и т. п.

Ещё одно доказательство эволюции — наличие рудиментов — органов, утративших своё значение и находящихся на стадии исчезновения. У человека — это остатки третьего века, аппендикс, утрачиваемый волосяной покров и т. п.

Рудиментарные органы помогают установить путь филогенеза. Они подтверждают наличие родственных связей между современными и вымершими организмами. А также доказывают действие естественного отбора, удаляющего ненужный признак.

Доказательствами макроэволюции является и клеточное строение подавляющего числа организмов.

Биохимические доказательства макроэволюции

Осуществление генетического кодирования, биосинтеза белков и нуклеиновых кислот происходит по единому для всего живого на Земле механизму.

Также единообразие химического состава живых организмов (и их предковых форм). Единообразие генетического кода (ДНК и РНК).

Все эти и другие факты неоспоримо свидетельствуют о едином плане строения и общности происхождения всех организмов.