Биология. Вопросы к экзамену по теории эволюции

• Название: Вопросы к экзамену по теории эволюции
• Анкор: Биология .doc
• Дата: 02.02.2017
• Размер: 1.36 Mb.
• Имя файла: Биология .doc
• Тип: Вопросы к экзамену; #1766
• страница: 15 из 18

6.5.1. Рудименты и атавизмы

Рудиментами называются органы, которые не имеют никакой функции или имеют функцию, отклоняющуюся от их строения. Полагают, что у подобных органов можно установить несоответствие структуры и функции, то есть, у этих органов структурные издержки кажутся чрезмерно большими для выполняемой ими функции. Утрата функции или ограничение функциональной способности интерпретируются в рамках эволюционной теории как потеря функции в ходе эволюции.

С первого взгляда понятно, что рудименты не могут служить доказательством развития от низших форм к высшим. Во всяком случае, рудименты показывают процесс отмирания этих органов. Как доказательство же прогрессивной эволюции рудименты исключаются.

Но, в конце концов, имеется еще один аргумент: рудиментарные органы свидетельствуют и против акта сотворения, так как в продуманном и планомерном сотворении подобные органы не могли бы иметь место. Поэтому мы рассматриваем проблематику рудиментов подробнее и предлагаем свою трактовку явления рудиментарности в рамках модели сотворения (более подробное обсуждение этой тематики в работе Junker, 1989).

Большинство рудиментов не утратило своих функций

Классическим органом, утратившим свои функции, долгое время считался аппендикс слепой кишки человека. В настоящее время, однако, известно, что червеобразный отросток выполняет защитную функцию при общих заболеваниях и участвует в контроле за бактериальной флорой в слепой кишке.

Птицы, рептилии и некоторые млекопитающие обладают третьим веком, прозрачной мигательной перепонкой. Предохраняя глаз, она тянется из его внутреннего угла через все глазное яблоко. При полете птиц мигательная перепонка функционирует, как стеклоочиститель. "Рудиментарная" мигательная перепонка у человека (рис. 6.15) выполняет задачу сбора инородных тел, которые попадают на глазное яблоко, она связывает их в углу глaза в клейкую массу. Оттуда они могут быть, легко удалены.

Копчик человека необходим для укрепления мускулатуры таза, которая держит внутренние органы малого таза и тем самым делает возможной вертикальную походку. Подвижность, которой копчик обязан своему происхождению в онтогенезе из позвоночного столба, имеет решающее значение для процесса родов.

Прилегание пищевода к трахее тоже не бессмысленно: находящаяся в дыхательных путях слизь может удаляться через пищевод. Кроме того, такое строение экономит место и делает возможным дыхание через рот, что при сильном насморке является чрезвычайно удобным способом. Поэтому его нельзя рассматривать как обусловленную филогенетическим развитием лишнюю структуру. Все эти структуры, впрочем, вполне объяснимы с точки зрения конструктивного развития (см. 6.5.2).

Примеры из мира животных

Эмбриональные зачатки зубов у усатых китов, которые никогда не становятся настоящими зубами, играют важную роль в образовании челюстных костей. То же самое касается зачатков верхних резцов жвачных животных, которые никогда не прорезываются через верхнюю челюсть.

Остатки крыльев у киви (рис. 6.16) служат для регулировки равновесия. Впрочем в этом случае рудименты - это лишь эволюционно-теоретическое понятие, в его основе лежит убеждение (которое сначала следовало бы доказать), что предки киви когда-то прежде были способны летать.

Рудиментарные кости таза и бедра кита (рис. 6.17) служат местом крепления мускулатуры половых органов и мускулатуры анального отверстия, и если их уничтожить, то содержимое желудка животных расплющится под воздействием высокого гидростатического давления на больших водных глубинах. Так что и в этом случае не может быть и речи о потере функциональности, так как без этих костей киты не могли бы так хорошо погружаться на глубину.

Остатки задних конечностей в виде роговых щитков у боа и питона ("сверхрудиментарные") очень помогают при движении змей через сучья, ветви и служат как вспомогательные органы при спаривании.

И, наконец, следует назвать еще один, так называемый, "рудимент поведения": благородный олень, когда угрожает своим собратьям по виду, поднимает верхнюю губу, как это делают многие животные, имеющие кинжаловидные клыки. Однако подобные зубы у оленя благородного слишком малы. Но поскольку угрожающие жесты понятны и без явно видных клыков, то и в этом случае нет настоятельной необходимости вести речь о явлении рудиментарности.

Можно утверждать, что явление утраты функции абсолютно точно доказать невозможно. Приводимые аргументы базируются, как правило, на сиюмоментном незнании.

Некоторые рудименты возникают путем дегенерации в рамках одного вида и в течение короткого промежутка времени (дегенеративная микроэволюция). Типичным примером этого могут служить "зубы мудрости" человека. Можно (как в модели сотворения, так и в эволюционной модели) исходить из того, что в прошлом все 32 зуба человека регулярно использовались и были полностью функционально загружены. То, что современному человеку не обязательно требуются зубы мудрости, возможно, связано с его изменившимися привычками в еде. Поэтому усилившееся дегенеративное развитие не нанесло ущерба. И так как с дегенеративным развитием не произошло какого-либо достойного упоминания структурного изменения, то не может быть и речи об эволюции в смысле эволюционного учения. Подобное дегенеративное развитие возможно лишь в течение короткого срока, для этого не требуется ни миллионов, ни сотен тысяч лет. Это равносильно тому, как если бы считать "эволюцией" большую предрасположенность, к заболеваниям или ухудшающееся зрение.

Атрофия зубов мудрости у различных paс различная. Особенно далеко в этом процессе продвинута монголоидная раса. Обнаруженные ископаемые останки человека имеют в наличии функционально пригодные зубы мудрости.

В этой рубрике могут быть перечислены также так называемые общеизвестные "заболевания цивилизации", такие как часто упоминаемые примеры ослабления межпозвоночного хряща, паховой грыжи, геморроя, расширения вен и плоскостопия. Это не имеет ничего общего с "катастрофическим планированием", как это выразил недавно зоолог Р. Риидл (1984, с. 192), но лишь с "использованием ненадлежащим образом". Если технический прибор используется ненадлежащим образом, то появляющиеся поломки нельзя объяснить недостатками в конструкции. Человек - это нечто большее, чем прибор, по его физическое самочувствие тоже зависит от стиля жизни.

Простой микроэволюционной дегенерацией можно было бы объяснить возникновение крыльев-рудиментов у жужелиц или у насекомых, которые живут на островах, подверженных сильным порывам ветра (см. раздел 3.3.3). Сюда же можно было бы причислить и тычинки-рудименты, встречающиеся, например, у норичниковых (Scrophulariaceae).

Много рудиментов в образе поведения можно объяснить микроэволюцией. Например, тот факт, что собаки, перед тем как уснуть, крутятся, рассматривается как рудимент прежнего осмысленного образа поведения, чтобы лично удостовериться, нет ли угрозы.

Аргумент сходства как истинный аргумент

К предшествующему разделу нельзя было отнести, например, рудиментарные тазовые и бедренные кости китов (рис. 6.17]. Они. по сравнению с окончательно развитыми гомологичными частями скелета сухопутных животных, выполняют лишь некоторые функции. Частичная утрата функций (в соответствии с передвижением) компенсируется особой адаптацией к нетипичному для млекопитающих способу передвижения, который невозможно приобрести в ходе микроэволюции.

Этот пример дает хорошую возможность сопоставить подходы к аргументации при попытке объяснения рудиментарных органов в рамках эволюционной модели и модели сотворения.

Аргументация в рамках эволюционной модели: рудиментарные тазовые и бедренные кости китов имеют функцию, но для этой функции не требуется сходство этих структур с соответствующими (гомологичными) костями сухопутных млекопитающих. Описанная выше функция может выполняться и негомологичными структурами. Тем самым это сходство указывает на родовые взаимосвязи. Таким образом, истинным аргументом в пользу родовых взаимосвязей в данном случае является наличие сходства.

В рамках модели сотворения можно привести аргументацию из раздела 6.1 (вариант одного общего плана сотворения для множества разных организмов). Программист, который имеет задание изготовить много похожих программ, не будет каждый раз начинать с самого начала, но будет каждый раз использовать изготовленную вначале "неспециализированную" программу, внося в не необходимые модификации.

Многофункциональность рудиментарных органов

Констатация потери функциональности или несоответствия структуры и функции - шаг опрометчивый и возможный лишь тогда, когда не известны и не приняты во внимание соотношения во время прохождения всего онтогенеза. Особенно поучительными являются результаты изучения индивидуального развития человека (раздел 6.5.2). То, что это не исключительный случай, показывает следующий пример.

Многие пещерные рыбы имеют атрофированные глаза. О пещерном обитателе Astyanax mexicanus известно также, что его зрительный аппарат первоначально формируется нормальным. Затем, в ходе дальнейшего индивидуального развития, происходит обратное развитие (атрофия) уже имеющихся отдельных структур. Этот примечательный факт, однако, понятен, так как глазной аппарат имеет физиологическое значение при формировании головы. Глаз, таким образом, у этих пещерных животных в своей функции аппарата восприятия явно очень ограничен, но зато выполняет на ранних стадиях развития еще и формообразующую функцию. Поэтому редукция возможна лишь с того момента, пока не нарушается формообразовательная функция.

Этот пример, к которому можно было бы прибавить еще множество подобных, показывает, что следует учитывать соотношение частей во время онтогенеза при попытке толкования явления рудиментов, так как в процессе онтогенеза некоторые структуры организма имеют определенные функции (например, при формировании зародыша), которые невозможно наблюдать в окончательно сформированном органе.

Одна и та же структура может, таким образом, выполнять одновременно разные задачи. Это может быть расценено как доказательство общего организационного принципа (вероятно, "принципа сотворения"): органы выполняют, как правило, много функций одновременно или последовательно в ходе индивидуального развития. Лишь в только что описанном случае был обнаружен принцип, согласно которому какой-то определенный орган (глаз) мог при определенных условиях окружающей среды стать рудиментом в отношении одной из выполняемых им функций.

В эволюционной модели подобные явления интерпретируются как "развитие окольным путем" или "рекапитуляционное развитие". Если же, как это было многократно продемонстрировано, в таких "окольных путях" возникает настоятельная физиологическая потребность, то эта интерпретация, по крайней мере, неубедительна. На основании подобных данных некоторые биологи пришли к мнению, что явление "окольного пути развития" следует расценивать как свидетельство того, что именно на этом пути и сосредотачивается физиологическое селекционное давление в развитии организмов. Некоторые исследователи считают поэтому вполне возможным, что для определенных физиологических проблем развития имеется лишь один путь формального решения, а именно: кажущиеся побочными пути развития в действительности являются "кратчайшими путями к успеху"

Атавизмы

Структуры, которые по стечению обстоятельств образовались у отдельных индивидуумов одного вида и которые призваны напомнить о предполагаемых более ранних филогенетических стадиях развития, называются атавизмами (лат. atavus - прапредок). В этих случаях говорят о кризисе в ранее пройденных историко-родовых стадиях. В качестве примеров атавизмов у человека приводят фистулы в горле, слишком выраженный волосяной покров, хвостики и многососковость.

Как и "рудименты", атавизмы не являются доказательствами в пользу прогрессивной эволюции. К тому же, явно очевидно, что приводимая аргументация появления атавизмов отличается непоследовательностью. Деформации (пороки развития) рассматриваются только как доказательства предполагаемого филогенеза, (то есть, интерпретируются как атавизмы), если в них проявляется сходство с предполагаемыми предками затронутых этим явлением организмов. Если быть последовательными, то следовало бы исторически интерпретировать все явления деформации, к примеру, разветвленные ребра, и заячью губу, и явление шестипалости, и образование двух голов: и появление пятой ноги.

Это означает, что даже такие деформации должны расцениваться как доказательства пройденных ранее стадий филогенетического развития, которые таковыми являться не могут наверняка. Недопустимо, однако, и обратное: проводить интерпретацию того или иного дефекта в развитии лишь тогда, когда это укладывается в рамки заранее выстроенной концепции. Поэтому, атавизмы не могут расцениваться как доказательства филогенетичеза организмов. Тот факт, что некоторые (но только некоторые) деформации напоминают другие организмы (предположительно, предков рассматриваемых организмов), из-за многочисленных проявлений внешнего сходства не является чем-то неожиданным и не стоит особого внимания. (Атавизмы - это зачастую "пограничные случаи проявления нормы", см. раздел 6.5.2.)

Примером атавизма у животных являются дополнительные пальцы ног у лошадей (рис. 6.18). В этом случае была, вероятно, в результате ошибочного управляющего сигнала, дважды сформирована (безо всякой видимой пользы) единственная в нормальных условиях структура ноги. Кстати, у лошадей известны, к тому же, только трех- и четырехпалые формы, среди них не встречается двупалых (как в нашем случае).

Насколько ошибочной может быть атавистическая интерпретация при ее последовательном применении, демонстрирует следующий пример: четырехкрылые плодовые мушки рассматриваются как свидетельство того, что двукрылые насекомые (Deptera) произошли от четырехкрылых. Возникновение четырех крыльев расценивается как атавизм. Но встречаются также плодовые мушки-мутанты с четырьмя качающимися жужжальцами и совсем без крыльев - абсурдная "конструкция", абсолютно непригодная в качестве филогенетического предка.

При попытке объяснения явления деформации как атавизма подходит то же самое, что говорилось о рудиментах: все попытки толкования поспешны, пока не выявлена лежащая в основе генетическая и физиологическая ситуация развития и функциональное значение в процессе роста. Поэтому, мы отказались от умозрительных интерпретаций аномальных структурных образований.



Назад к тексту

Рис. 6.15. Мигательная перепонка - "рудимент" человека.



Назад к тексту

Рис. 6.16. Киви, неспособная летать птица, обитающая в австралийском регионе. Образ жизни киви соответствует образу жизни маленького млекопитающего. Неспособные летать виды птиц распространены особенно на островах, так как там живет крайне мало естественных врагов. (Музей замка Розенштайн, Штутгарт.)



Назад к тексту

Рис. 6.17. Снимок наверху: рудиментарные тазовые кости кашалотов, сейвалов, финвалов (сверху вниз). Финвалы обладают, кроме того, бедренными рудиментами. На нижнем снимке видно расположение тазового рудимента в животе сейвалов. Исследователь китов Арвей считает, что тазовые рудименты китов не могут быть названы гомологичными соответствующим тазовым костям сухопутных млекопитающих. Он называет эти кости желудочными костями. (Музей замка Розенштайн, Штутгарт.)



Генотип и фенотип, их изменчивость

Генотип — это совокупность всех генов организма, являющихся его наследственной основой.

Фенотип — совокупность всех признаков и свойств организма, которые выявляются в процессе индивидуального развития в данных условиях и являются результатом взаимодействия генотипа с комплексом факторов внутренней и внешней среды.

Каждый биологический вид имеет свойственный только ему фенотип. Он формируется в соответствии с наследственной информацией, заложенной в генах. Однако в зависимости от изменений внешней среды состояние признаков варьирует от организма к организму, в результате чего возникают индивидуальные различия — изменчивость.

На основе изменчивости организмов появляется генетическое разнообразие форм. Различают изменчивость модификационную, или фенотипическую, и генетическую, или мутационную.

Модификационная изменчивость не вызывает изменений генотипа, она связана с реакцией данного, одного и того же генотипа на изменение внешней среды: в оптимальных условиях выявляется максимум возможностей, присущих данному генотипу. Модификационная изменчивость проявляется в количественных и качественных отклонениях от исходной нормы, которые не передаются по наследству, а носят лишь приспособительный характер, например, усиление пигментации кожи человека под действием ультрафиолетовых лучей или развития мышечной системы под действием физических упражнений и т. д.

Степень варьирования признака у организма, то есть пределы модификационной изменчивости называются нормой реакции. Таким образом, фенотип формируется в результате взаимодействия генотипа и факторов среды, Фенотипические признаки не передаются от родителей к потомкам, наследуется лишь норма реакции, то есть характер реагирования на изменение окружающих условий.

Генетическая изменчивость бывает комбинативной и мутационной.

Комбинативная изменчивость возникает в результате обмена гомологичными участками гомологичных хромосом в процессе мейоза, что приводит к образованию новых объединений генов в генотипе. Возникает в результате трех процессов: 1) независимого расхождения хромосом в процессе мейоза; 2) случайного соединения их при оплодотворении; 3) обмена участками гомологичных хромосом или конъюгации. .

Мутационная изменчивость (мутации). Мутациями называют скачкообразные и устойчивые изменения единиц наследственности — генов, влекущие за собой изменения наследственных признаков. Они обязательно вызывают изменения генотипа, которые наследуются потомством и не связаны со скрещиванием и рекомбинацией генов.

Существуют хромосомные и генные мутации. Хромосомные мутации связаны с изменением структуры хромосом. Это может быть изменение числа хромосом кратное или не кратное гаплоидному набору (у растений — полиплоидия, у человека — гетероплоидия). Примером гетероплоидии у человека может быть синдром Дауна (одна лишняя хромосома и в кариотипе 47 хромосом), синдром Шерешевского — Тернера (отсутствует одна Х-хромосома, 45). Такие отклонения в кариотипе человека сопровождаются расстройством здоровья, нарушение психики и телосложения, снижением жизнеспособности и др.

Генные мутации — затрагивают структуру самого гена и влекут за собой изменение свойств организма (гемофилия, дальтонизм, альбинизм и др.). Генные мутации возникают как в соматических, так и в половых клетках.

Мутации, возникающие в половых клетках, передаются по наследству. Их называют генеративными мутациями. Изменения в соматических клетках вызывают соматические мутации, распространяющиеся на ту часть тела, которая развивается из изменившейся клетки. Для видов, размножающихся половым путем, они не имеют существенного значения, для вегетативного размножения растений они важны.