Все словари русского языка: Толковый словарь, Словарь синонимов, Словарь антонимов, Энциклопедический словарь, Академический словарь, Словарь существительных, Поговорки, Словарь русского арго, Орфографический словарь, Словарь ударений, Трудности произношения и ударения, Формы слов, Синонимы, Тезаурус русской деловой лексики, Морфемно-орфографический словарь, Этимология, Этимологический словарь, Грамматический словарь, Идеография, Пословицы и поговорки, Этимологический словарь русского языка.

макроэволюция

Энциклопедический словарь

Макроэволю́ция - совокупность процессов эволюции живых форм на надвидовом уровне. Макроэволюция происходит на основе процессов микроэволюции.

* * *

МАКРОЭВОЛЮЦИЯ - МАКРОЭВОЛЮ́ЦИЯ, эволюция надвидовых таксонов. В широком смысле это вся эволюция жизни на Земле, которая отражена с точностью до рода.

Впервые представления о разных формах эволюции появляются у Ж. Ламарка (см. ЛАМАРК Жан Батист) (градация и адекватная изменчивость). В дальнейшем во второй половине 19 в. неоднократно (Т. Эймер, К. М. Бэр (см. БЭР Карл Максимович)) высказывались предположения о различии механизмов, лежащих в основе возникновения видов и более крупных групп организмов (обычно начиная с уровня рода). Однако соответствующий термин - макроэволюция - был предложен только в 1928 Ю. А. Филипченко (см. ФИЛИПЧЕНКО Юрий Александрович). Позднее Дж. Симпсон (см. СИМПСОН Джордж Гейлорд) предложил понятие мегаэволюции для процесса происхождения классов и типов, однако этот термин употребляется редко. Поскольку виды являются генетически изолированными системами, макроэволюция, в отличие от микроэволюции (см. МИКРОЭВОЛЮЦИЯ), оказывается необратимой. Принцип необратимости эволюции сформулировал как эмпирическое правило в 1893 итальянский палеонтолог Л. Долло (см. ДОЛЛО Луи).

В современной биологии сложились три точки зрения на взаимосвязь микро- и макроэволюции. Согласно первой из них, макроэволюция представляет собой всего лишь длительную микроэволюцию. Такой подход (по сути - редукционизм (см. РЕДУКЦИОНИЗМ)) характерен для классического дарвинизма (см. ДАРВИНИЗМ) и неодарвинизма (см. НЕОДАРВИНИЗМ). Однако, палеонтологические данные свидетельствуют о значительных (на несколько порядков) различиях в темпах возникновения и вымирания различных таксонов в разное время. Темпы эволюции могут быть непостоянными даже в пределах одной группы организмов. Так, новые группы плеченогих (см. ПЛЕЧЕНОГИЕ) возникали со скоростью от 0,8 до 3,9 родов на миллион лет. Эти обстоятельства, в сочетании с рядом трудных для объяснения с позиций дарвинизма фактов, еще в 19 в. привели к возникновению альтернативной точки зрения, основанной на принципиальном различии механизмов микро- и макроэволюции. Таковы, например, различные теории ортоламаркизма (см. ЛАМАРКИЗМ) или сальтационизма (см. САЛЬТАЦИОНИЗМ). В дальнейшем успехи генетики и развитие синтетической теории эволюции (см. ЭВОЛЮЦИОННОЕ УЧЕНИЕ) вызвали появление третьей точки зрения, согласно которой макроэволюционный процесс заключается в регуляции скорости и направленности микроэволюционного. Механизмы такой регуляции связаны как с особенностями среды обитания или биотического окружения, так и с основами строения самого организма. Независимо от точки зрения механизмы макроэволюции воспринимаются как ограничения ее скорости и направленности. На скорость эволюции влияют размеры ареала (см. АРЕАЛ) и популяционная структура группы, место вида в трофических цепях, его численность и скорость размножения. Например, широко распространенные группы со сложной популяционной структурой эволюционируют быстрее. Представления об ограничивающем и направляющем влиянии среды были обобщены Дж. Симпсоном в теории адаптивной зоны.

Строение организмов накладывает заметные ограничения на возможные направления их эволюции хотя бы вследствие закона Долло (см. ДОЛЛО ЗАКОН). Эта часть теории макроэволюции развивалась главным образом благодаря исследованиям русских зоологов и эволюционистов А. Н. Северцова (см. СЕВЕРЦОВ Алексей Николаевич) и И. И. Шмальгаузена (см. ШМАЛЬГАУЗЕН Иван Иванович). Изменение организма как целогочастности - проявление мутационных новообразований) обеспечивается корреляциями. Они основаны на взаимовлиянии частей генома (см. ГЕНОМ), согласованном возникновении структур в ходе эмбриогенеза (см. ЭМБРИОГЕНЕЗ) и компенсационном развитии или ослаблении отдельных органов и частей в постэмбриональном развитии. Для каждой группы организмов характерна своя система корреляций, складывавшаяся в ходе эволюции под влияние предшествующих. Преемственное эволюционирование корреляционных систем А. Н. Северцов обозначил как координации. В эволюции одних групп организмов согласованное изменение органов определяется, чаще всего, адаптациями к условиям среды (биологическая координация). Например, для бесхвостых амфибий (см. БЕСХВОСТЫЕ ЗЕМНОВОДНЫЕ) в связи со способом охоты характерна обратная корреляция между длиной ног и языка, не обусловленная взаисвязью ног и языка как органов. У других организмов, напротив, эволюционирующие системы органов жестко связаны друг с другом (топографическая координация), что проявляется в существовании эволюционно устойчивых планов строения. Наконец, адаптивное изменение одних систем органов может приводить к согласованному изменению других (динамическая координация).

Начиная с работ Э. Геккеля (см. ГЕККЕЛЬ Эрнст), онтогенез (см. ОНТОГЕНЕЗ) и его изменения, обычно воспринимались как «зеркало» эволюции. А. Н. Северцов показал, что удлинение (анаболия) или отклонения (девиация и архаллаксис) онтогенеза могут быть механизмами эволюции (теория филэмбриогенезов (см. ФИЛЭМБРИОГЕНЕЗ)), ускоряющими или радикально меняющим ее направление. Представления о координациях, филэмбриогенезах и других морфофизиологических закономерностях эволюции были обобщены в учении о формах эволюционного процесса. А. Н. Северцов различал ароморфоз (см. АРОМОРФОЗ), идиоадаптацию (см. ИДИОАДАПТАЦИЯ) и дегенерацию (см. ДЕГЕНЕРАЦИЯ). Любая из этих форм в конечном итоге ведет к биологическому прогрессу группы. При этом ароморфозы сопровождаются морфофизиологическим прогрессом, при идиоадаптациях не происходит существенного изменения уровня организации, а при дегенерации наблюдается морфофизиологический регресс.

Длительность и необратимость макроэволюции делает невозможной экспериментальную проверку теоретических положений, описывающих этот процесс. Поэтому теории макроэволюции, в отличие от микроэволюционных построений, более разнообразны и во многом - противоречивы.

Полезные сервисы

эволюционное учение

Энциклопедический словарь

Эволюцио́нное уче́ние (биол.), комплекс знаний об истории развитии живой природы. Согласно эволюционному учению, все ныне существующие виды организмов произошли от ранее существовавших путём длительного их изменения. См. Трансформизм, Ламаркизм, Дарвинизм.

* * *

ЭВОЛЮЦИОННОЕ УЧЕНИЕ - ЭВОЛЮЦИО́ННОЕ УЧЕ́НИЕбиологии), комплекс знаний об историческом развитии (эволюции) живой природы. Согласно эволюционному учению, все ныне существующие виды организмов произошли от ранее существовавших путем длительного их изменения.

Эволюционное учение занимается анализом индивидуального развития отдельных организмов (онтогенезом (см. ОНТОГЕНЕЗ)), эволюции и путей развития групп организмов (филогенезом (см. ФИЛОГЕНЕЗ) ) и их адаптаций (см. АДАПТАЦИЯ (в биологии)).

Исторический обзор учения об эволюции

Представления о том, что наблюдаемые в современном мире формы жизни не неизменны, встречаются у античных философов - Эмпедокла (см. ЭМПЕДОКЛ), Демокрита (см. ДЕМОКРИТ), Лукреция Кара (см. ЛУКРЕЦИЙ). Но нам неизвестно о фактах, которые привели их к такому умозаключению, хотя недостаточно и данных для утверждения, что это гениальная умозрительная догадка.

В христианском мире многие столетия господствовала креационистская (см. КРЕАЦИОНИЗМ) точка зрения, хотя высказывались предположения о существовании «допотопных» чудовищ, вызванные редкими в то время находками ископаемых останков.

По мере накопления фактов в естествознании в 18 в. сложился трансформизм (см. ТРАНСФОРМИЗМ)- учение об изменяемости видов. Но сторонники трансформизма (виднейшие - Ж. Бюффон (см. БЮФФОН Жорж Луи Леклерк)и Э. Жоффруа Сент-Илер (см. ЖОФФРУА СЕНТ-ИЛЕР)во Франции, Э. Дарвин (см. ДАРВИН ЭразмАнглии) для доказательства своих взглядов оперировали главным образом двумя фактами: наличием переходных форм между видами и сходством общего плана строения больших групп животных и растений. Никто из трансформистов не ставил вопрос о причинах изменения видов. Крупнейший натуралист рубежа 18-19 вв. Ж. Кювье (см. КЮВЬЕ Жорж)объяснял смену фаун теорией катастроф (см. КАТАСТРОФ ТЕОРИЯ).

В 1809 вышел в свет труд Ж. Б. Ламарка (см. ЛАМАРК Жан Батист) « Философия зоологии», в котором впервые был поставлен вопрос и о причинах изменения видов, эволюции. Ламарк считал, что изменения в окружающей среде ведут и к изменению видов.

Ламарк ввел понятие градаций - перехода от низших форм к высшим. Градации, по Ламарку, происходят в результате присущего всему живому стремлению к совершенству, внутреннее чувство животных порождает стремление к изменениям. Наблюдения за явлениями природы привели Ламарка к двум основным предположениям: «закону неупражнения и упражнения» - развития органов по мере их использования и «наследования благоприобретенных свойств» - признаки передавались по наследству и в дальнейшем либо еще более развивались, либо исчезали. Труд Ламарка не произвел на ученый мир особого впечатления и был забыт ровно на пятьдесят лет, до появления в 1859 книги Чарлза Дарвина (см. ДАРВИН Чарлз Роберт)«О происхождении видов. Приведенные Дарвином аргументы в пользу идеи эволюции обеспечили этой теории широкое признание. Но и Дарвин был убежден в наследуемости благоприобретенных признаков. Непонимание дискретной природы наследственности приводило к неразрешимому парадоксукошмар Дженкинса»): изменения должны были затухать, но фактически этого не происходило. Противоречия были столь серьезны, что и сам Дарвин в конце жизни усомнился в правильности своей теории, хотя в это время уже были проведены опыты Менделя, которые могли бы ее подтвердить. Кажущаяся слабость дарвинизма стала причиной возрождения ламаркизма как неоламаркизма (см. НЕОЛАМАРКИЗМ).

Лишь труд последующих многих поколений биологов привел к появлению синтетической теории эволюции (СТЭ). В отличие от теории Дарвина, СТЭ не имеет одного автора и одной даты возникновения, а представляет собой плод коллективных усилий ученых разных специальностей из многих стран («невидимый колледж»).

Синтетическая теория эволюции

После переоткрытия законов Менделя, доказательства дискретной природы наследственности и особенно после создания теоретической популяционной генетики трудами Р. Фишера (см. ФИШЕР Роналд Эйлмер)(1918-1930), Дж. Б. С. Холдейна-мл. (см. ХОЛДЕЙН Джон)(1924,), С. Райта (см. РАЙТ Сьюалл) (1931; 1932), учение Дарвина приобрело прочный генетический фундамент. Но пока теоретики спорили о частоте естественного мутационного процесса, немецкий генетик растений Э. Баур в 1924 показал на львином зеве насыщенность природных популяций малыми, преимущественно физиологическими мутациями.

Особенно велика роль С. С. Четверикова (см. ЧЕТВЕРИКОВ Сергей Сергеевичсоздании генетики природных популяций Он был не только генетиком, но и глубоко знающим зоологом, что позволило впервые обсудить проблемы вида и видообразования с генетической точки зрения. Поэтому эволюционный синтез как бы в зародыше содержался уже в статье Четверикова «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» (1926). Статья Четверикова составила конкретную программу популяционно-генетических исследований, которая была реализована его талантливыми учениками. Н. В. и Е. А. Тимофеевы-Ресовские (см. ТИМОФЕЕВ-РЕСОВСКИЙ Николай Владимирович)«вывезли» четвериковские идеи в Европу, а Ф. Г. Добржанский (см. ДОБРЖАНСКИЙ Феодосий Григорьевич)- ученик ленинградского генетика-эволюциониста Ю. А. Филипченко (см. ФИЛИПЧЕНКО Юрий Александрович) - создал самую большую в мире международную школу эволюционных генетиков, которая и развернула невиданные по масштабам исследования в США. Таким образом, многие фундаментальные идеи будущей синтетической теории эволюции были вывезены из России.

Важной предпосылкой для возникновения новой теории эволюции явилась книга английского генетика, математика и биохимика Дж. Б. С. Холдейна-мл. (см. ХОЛДЕЙН Джон), издавшего ее в 1932 г. под названием «The causes of evolution». Русский перевод 1935 года выполнен с сокращениями и не отражает полноту идей автора.

Холдейн, создавая генетику индивидуального развития, сразу же включил новую науку в решение проблем макроэволюции. Крупные эволюционные новшества очень часто возникают на основе неотении (см. НЕОТЕНИЯ)(сохранение ювенильных признаков у взрослого организма). Неотенией Холдейн объяснял происхождение человека (голая обезьяна), эволюцию таких крупных таксонов, как аммоноидеи, граптолиты (см. ГРАПТОЛИТЫфораминиферы (см. ФОРАМИНИФЕРЫ). Учитель Четверикова Н. К. Кольцов в 1933 показал, что неотения в животном царстве широко распространена и играет важную роль в прогрессивной эволюции. Неотения ведет к морфологическому упрощению, но при этом сохраняется богатство генотипа (см. ГЕНОТИП).

В 1930-40-е годы быстро произошел широкий синтез генетики и дарвинизма. Генетические идеи проникли в систематику, палеонтологию, эмбриологию, биогеографию. Термин «Современный» или «Эволюционный синтез» происходит из названия книги Дж. Хаксли «Evolution: The Modern synthesis» (1942). Выражение «синтетическая теория эволюции» в точном приложении к данной теории впервые было использовано Дж. Симпсоном (см. СИМПСОН Джордж Гейлорд) в 1949 году.

В американской литературе среди создателей СТЭ чаще всего называют имена Ф. Добржанского, Дж. Хаксли, Э. Майра, Дж. Симпсона, Б. Ренша, Дж. Стеббинса. Это, конечно, далеко не полный список. Только из российских ученых, по меньшей мере, следовало бы назвать, А. Н. Северцова (см. СЕВЕРЦОВ Алексей Николаевич), И. И. Шмальгаузена (см. ШМАЛЬГАУЗЕН Иван Иванович), Н. В. Тимофеева-Ресовского (см. ТИМОФЕЕВ-РЕСОВСКИЙ Николай Владимирович), Г. Ф. Гаузе (см. ГАУЗЕ Георгий Францевич), Н. П. Дубинина (см. ДУБИНИН Николай Петрович), А. Л. Тахтаджяна (см. ТАХТАДЖЯН Армен Леонович), Е. И. Лукина. Из британских ученых велика роль Дж. Б. С. Холдейна-мл., Д. Лэка, К. Уоддингтона, Г. де-Бира. Немецкие историки (W. Reif, Th. Junker, U. Hosfeld) среди активных создателей СТЭ называют имена Э. Баура, В. Циммермана, В. Людвига, Г. Хеберера и др.

Авторы синтетической теории расходились во мнениях по ряду фундаментальных проблем и работали в разных областях биологии, но они были практически единодушны в трактовке следующих основных положений: элементарной единицей эволюции считается локальная популяция; материалом для эволюции являются мутационная и рекомбинационная изменчивость; естественный отбор рассматривается как главная причина развития адаптаций, видообразования и происхождения надвидовых таксонов; дрейф генов и принцип основателя выступают причинами формирования нейтральных признаков; вид есть система популяций, репродуктивно изолированных от популяций других видов, и каждый вид экологически обособлен (один вид - одна ниша); видообразование заключается в возникновении генетических изолирующих механизмов и осуществляется преимущественно в условиях географической изоляции; заключения о причинах макроэволюции (происхождение надвидовых таксонов) могут быть получены за счет исследования микроэволюции, построенного на основе точных экспериментальных данных, полевых наблюдений и теоретических дедукций. Вполне очевидно, что «Синтез» не был метафизической конструкцией без очерченных границ. Скорее это была четкая научная программа, выступающая в качестве организатора конкретных исследований.

Активность американских создателей СТЭ была столь высока, что они быстро создали международное общество по изучению эволюции, которое в 1946 стало учредителем журнала «Evolution». Журнал «American Naturalist» вновь вернулся к публикации работ по эволюционной тематике, делая акцент на синтезе генетики, экспериментальной и полевой биологии. В результате многочисленных и самых разнообразных исследований основные положения СТЭ прошли не только успешную проверку, но и видоизменялись, дополнялись новыми идеями.

Практически во всех историко-научных моделях 1937 год был назван годом возникновения СТЭ - в этом году появилась книга русско-американского генетика и энтомолога-систематика Ф. Г. Добржанского «Genetics and the Origin of Species». Успех книги Добржанского определялся тем, что он был одновременно натуралистом и экспериментальным генетиком. «Двойная» специализация Добржанского позволила ему первому перебросить твердый мост от лагеря экспериментальных биологов к лагерю натуралистов» (Э. Майр). Добржанского часто называли «двойником Дарвина в 20 веке». Впервые было сформулировано важнейшее понятие об «изолирующих механизмах эволюции» - тех репродуктивных барьерах, которые отделяют генофонд одного вида от генофондов других видов. Добржанский ввел в широкий научный оборот полузабытое уравнение Харди-Вайнберга. Он также внедрил в натуралистический материал «эффект С. Райта», полагая, что микрогеографические расы возникают под воздействием случайных изменений частот генов в малых изолятах, т. е. адаптивно-нейтральным путем.

В 1942 немецко-американский орнитолог и зоогеограф Э. Майр (см. МАЙР Эрнст) издал книгу «Систематика и происхождение видов» (русский перевод: 1947), в которой была последовательно развита концепция политипического вида и генетико-географическая модель видообразования. Майр предложил принцип основателя, который в окончательной форме был им сформулирован в 1954. Если дрейф генов, как правило, дает причинное объяснение формированию нейтральных признаков во временном измерении, то принцип основателя в пространственном (островная модель видообразования.).

После публикации трудов Добржанского и Майра систематики получили генетическое объяснение тому, во что они уже давно верили: подвиды и близкородственные виды различаются по адаптивно-нейтральным признакам. Ни один из трудов по СТЭ не может сравниться с упомянутой книгой 1942г. английского экспериментального биолога и натуралиста Дж. Хаксли. Труд Хаксли по объему анализируемого материала и широте проблематики превосходит даже книгу самого Дарвина. Хаксли на протяжении многих лет держал в уме все направления в развитии эволюционной мысли, внимательно следил за развитием родственных наук и имел личный опыт генетика-экспериментатора. Видный историк биологии так оценил труд Хаксли: «Эволюция. Современный синтез» была наиболее всесторонней по теме и документам, чем другие работы на эту тему. Книги Холдейна и Добржанского были написаны главным образом для генетиков, Майра для систематиков и Симпсона для палеонтологов. Книга Хаксли стала доминантной силой в эволюционном синтезе». (Провин)

По объему книга Хаксли не имела себе равных (645 стр.). Но самое интересное состоит в том, что все основные идеи, изложенные в книге, были очень ясно выписаны Хаксли на 20 стр. еще в 1936, когда он послал адрес Британской ассоциации содействия науки под названием: «Natural selection and evolutionary progress». В этом аспекте ни одна из публикаций по эволюционной теории, вышедшая в 1930-40-х гг., не может сравниться со статьей Хаксли. Хорошо чувствуя дух времени, Хаксли писал: «В настоящее время биология находится в фазе синтеза. До этого времени новые дисциплины работали в изоляции. Сейчас проявилась тенденция к унификации, которая является более плодотворной, чем старые односторонние взгляды на эволюцию» (Huxley, 1936, p.81). Еще в трудах 1920-х годов Хаксли показал, что наследование приобретенных признаков невозможно (Майр и Ренш в это время были ламаркистами); естественный отбор действует как фактор эволюции и как фактор стабилизации популяций и видов (эволюционный стазис); естественный отбор действует на малые и крупные мутации; географическая изоляция - важнейшее условие видообразования. Кажущаяся цель в эволюции объясняется мутациями и естественным отбором.

Основные положения статьи Хаксли 1936 г. можно очень кратко изложить в такой форме:

1. Мутации и естественный отбор - комплементарные (см. КОМПЛЕМЕНТАЦИЯ) процессы, которые по отдельности не способны создать направленные эволюционные изменения.

2. Отбор в природных популяциях чаще всего действует не на отдельные гены, а на комплексы генов. Мутации не могут быть полезными или вредными, но их селективная ценность варьирует в разных средах. Механизм действия отбора зависит от внешней и генотипической среды, а вектор его действия от фенотипического проявления мутаций

3. Репродуктивная изоляция - главный критерий, свидетельствующий о завершении видообразования. Видообразование может быть непрерывным и линейным, непрерывным и дивергентным, резким и конвергентным.

4. Градуализм и панадаптационизм не являются универсальными характеристиками эволюционного процесса. Большинству наземных растений свойственна именно прерывистость и резкое образование новых видов. Широко распространенные виды эволюционируют градуально, а малые изоляты - прерывисто и не всегда адаптивно. В основе прерывистого видообразования лежат специфические генетические механизмы (гибридизация, полиплоидия, хромосомные и геномные абберации). Виды и надвидовые таксоны, как правило, различаются по адаптивно-нейтральным признакам. Главные направления эволюционного процесса (прогресс, специализация) - компромисс между адаптивностью и нейтральностью.

5. В природных популяциях широко распространены потенциально преадаптивные мутации. Этот тип мутаций играет важнейшую роль в макроэволюции, особенно в периоды резких средовых перемен.

6. Онто- и филогенез. Концепция скоростей действия генов объясняет эволюционную роль гетерохроний и аллометрии. Синтез проблем генетики с концепцией рекапитуляции ведет к объяснению быстрой эволюции видов, находящихся в тупиках специализации. Через неотению происходит «омоложение» таксона, и он приобретает новые темпы эволюции. Анализ соотношения онто- и филогенеза дает возможность обнаружить эпигенетические механизмы направленности эволюции.

7. В процессе прогрессивной эволюции отбор действует в сторону улучшения организации. Главным результатом эволюции было появление человека. С возникновением человека большая биологическая эволюция перерастает в психо-социальную. Эволюционная теория входит в число наук, изучающих становление и развитие человеческого общества Она создает фундамент для понимания природы человека и его будущего.

Широкий синтез данных сравнительной анатомии, эмбриологии, биогеографии, палеонтологии с принципами генетики был осуществлен в трудах И. И. Шмальгаузена (1939), А. Л. Тахтаджяна (1943), Дж. Симпсона (1944), Б. Ренша (1947). Из этих исследований выросла теория макроэволюции. Только книга Симпсона была опубликована на английском языке и в период широкой экспансии американской биологии, чаще всего она одна упоминается среди основополагающих трудов. И. И. Шмальгаузен был учеником А. Н. Северцова. Однако уже в 20-е годы определился его самостоятельный путь. Он изучал количественные закономерности роста, генетику проявления признаков, саму генетику. Одним из первых Шмальгаузен осуществил синтез генетики и дарвинизма. Из огромного наследия И. И. Шмальгаузена особо выделяется его монография «Пути и закономерности эволюционного процесса» (1939). Впервые в истории науки он сформулировал принцип единства механизмов микро-и макроэволюции. Этот тезис не просто постулировался, а прямо следовал из его теории стабилизирующего отбора, который включает популяционно-генетические и макроэволюционные компоненты (автономизация онтогенеза) в ходе прогрессивной эволюции. А. Л. Тахдаджян в монографической статье: «Соотношения онтогенеза и филогенеза у высших растений» (1943) не только активно включил ботанику в орбиту эволюционного синтеза, но фактически построил оригинальную онтогенетическую модель макроэволюции («мягкий сальтационизм»). Модель Тахтаджяна на ботаническом материале развивала многие замечательные идеи А. Н. Северцова, особенно теорию архаллаксисов (внезапное изменение органа на самых ранних стадиях его морфогенеза, приводящее к резким изменениям всего хода онтогенеза). Труднейшая проблема макроэволюции - разрывы между крупными таксонами, объяснялась Тахтаджяном ролью неотении в их происхождении. Неотения играла важную роль в происхождении многих высших таксономических групп, в том числе и цветковых. Травянистые растения произошли от древесных путем ярусной неотении

Экология популяций и сообществ вошла в эволюционную теорию благодаря синтезу закона Гаузе и генетико-географической модели видообразования. Репродуктивная изоляция была дополнена экологической нишей в качестве важнейшего критерия вида. При этом нишевой подход к виду и видообразованию оказался более общим, чем чисто генетический, так как он применим и к видам, не имеющим полового процесса.

Вхождение экологии в эволюционный синтез представляло собой заключительный этап формирования теории. С этого момента начался период использования СТЭ в практике систематики, генетики, селекции, продолжавшийся до развития молекулярной биологии и биохимической генетики.

Быть может, важнейшим вкладом молекулярной генетики в теорию эволюции было разделение генов на регуляторные и структурные (модель Р. Бриттена и Э. Дэвидсона 1971). Именно регуляторные гены контролируют возникновение репродуктивных изолирующих механизмов и высокие скорости становления новых форм. То, что гены-регуляторы, по-видимому, изменяются независимо от энзимных генов и вызывают быстрые изменениямасштабах геологического времени) на морфологическом и физиологическом уровнях, стало одной из причин широкого возрождения идей в духе «твердого» сальтационизма. В то же время сторонники СТЭ (Ф. Добржанский, Э. Майр, А. Л. Тахаджян, Ф. Аяла) убедительно интерпретировали эти данные в рамках идей СТЭ. В частности было показано формирование репродуктивных изолирующих мезано. Но развитие новейших наук пока еще не породило концепции эволюции, которая могла бы в полной мере не только заменить, но даже конкурировать с синтетической теорией.

Сейчас большинство ученых пользуется выражением «современная эволюционная теория». При таком названии уже не требуется какой-либо одной концепции макроэволюции, строго вытекающей из микроэволюционных исследований. Главным достижением современной эволюционной теории является такой взгляд на эволюцию, при котором градуальные изменения могут чередоваться с сальтационными.

Полезные сервисы

филогенез

Энциклопедический словарь

ФИЛОГЕНЕ́З [нэ́], ; м. [от греч. phylon - род, племя и genēs - происхождение, возникновение] Биол. Процесс развития органического мира в целом или отдельных его форм с момента возникновения жизни. Ф. клетки.

Филогенети́ческий, -ая, -ое. Ф. анализ.

* * *

филогене́з (от греч. phýlon - род, племя и ...генез), процесс исторического развития мира живых организмов как в целом, так и отдельных групп - видов, родов, семейств, отрядов (порядков), классов, типов (отделов), царственный филогенез изучается в единстве и взаимообусловленности с индивидуальным развитием организмов - онтогенезом.

* * *

ФИЛОГЕНЕЗ - ФИЛОГЕНЕ́З (от греч. «phylon» - род, племя и «генез»), историческое развитие организмов, в отличие от онтогенеза (см. ОНТОГЕНЕЗ)- индивидуального развития организмов. Термин предложен немецким эволюционистом Э. Геккелем (см. ГЕККЕЛЬ Эрнст) в 1866 году. Позднее термин «филогенез» получил более широкую трактовку - за ним закрепилось значение истории эволюционного процесса. Можно говорить о филогенезе отдельных признаков: органов, тканей, биохимических процессов, структуры биологических молекул и о филогенезе таксонов любого ранга - от видов до надцарств. Цель филогенетических исследований - реконструкция происхождения и последовательных эволюционных преобразований изучаемых структур и таксонов.

Филогенез - эволюцию в прошлом - невозможно наблюдать непосредственно, а филогенетические реконструкции невозможно проверить при помощи эксперимента. Поэтому их можно только уточнять и исправлять по мере накопления новых данных.

Неполнота палеонтологической летописи

Казалось бы, филогенез можно проследить, пользуясь данными палеонтологии, непосредственно выстраивая ряды организмов от предков к потомкам. Но палеонтологическая летопись очень неполна: число известных ископаемых видов составляет около 9 % от современного биоразнообразия и не более 3 % от биоразнообразия, существовавшего в течение 3,5 миллиардов лет истории биосферы Земли. Сведения о вымерших формах жизни представлены для разных организмов очень неравномерно. Остатки крупных животных сохраняются лучше, чем мелких. Поэтому, например, динозавры изучены несравненно лучше современных им млекопитающих. Твердые ткани - кости, панцири, раковины и т. п. - окаменевают и сохраняются лучше, чем мягкие, отпечатки которых палеонтологи находят редко. Это резко ограничивает количество признаков, доступных для сравнения вымерших форм и между собой, и с ныне живущими организмами: сравнивая только обломки костей или раковины, невозможно найти для каждой новой палеонтологической находки надлежащее место в филогенетической реконструкции. Например, еще в 1844 году были найдены какие-то окаменевшие зубчики, названные конодонтами. Эти зубчики встречаются, иногда в больших количествах, в течение длительного периода эволюции биосферы - с середины кембрийского периода до конца мелового, то есть более 400 млн. лет. Организмы, имевшие эти зубчики, вымерли примерно 70 млн. лет назад. Только в 1983 году в отложениях начала каменноугольного периода в Шотландии был найден полный отпечаток тела конодонта. Это было маленькое, около 4 см длиной животное, не имевшее скелета, плававшее при помощи хвоста, а зубчики служили ему для охоты за мелкими планктонными организмами. До этого никто не знал, кому принадлежали зубчики. Высказывались самые разные гипотезы: то их считали хитиновыми челюстями морских многощетинковых червей-полихет, то обломками чешуи осетровых рыб. Тем не менее, поскольку эволюция конодонтов не прекращалась, структура зубчиков менялась от более ранних морских осадочных пород к более поздним, и этим пользовались геологи для целей стратиграфии - определения последовательности слоев осадочных горных пород в разных пунктах их обнажения на поверхности Земли.

Чрезвычайно редки находки форм, которые можно считать переходными между вымершими или ныне существующими таксонами. Группы - родоначальники дивергировавших таксонов обычно малочисленны и их обнаружение маловероятно - это закономерность эволюции. Например, одной их таких переходных форм долгое время считался археоптерикс (см. АРХЕОПТЕРИКС) (первоптица). Еще в 1860 году, в Баварии, в знаменитых своими палеонтологическими находками отложениях литографских известняков у Золенгофа было найдено перо птицы. По этому перу вид был назван Archaeopteryx lithographica (по гречески - древнекрыл литографический). Литографический - потому, что ровные плиты золенгофенских отложений использовали для гравирования и печати литографий. В 1876 году, еще при жизни Ч. Дарвина, был найден полный скелет этого существа, удивительным образом сочетавшего в себе признаки пресмыкающихся и птиц. У него был длинный, состоявший из многих позвонков хвост, как у ящерицы, но на этом хвосте росли перья. У него были настоящие крылья, но на них сохранялось по три пальца, одетые чешуей и с когтями. На челюстях, в отличие от всех современных птиц, были зубы, как у пресмыкающихся.

Это небольшая, величиной с сороку, птица жила на берегу мелководной морской лагуны в юрском периоде, примерно 148-145 миллионов лет назад. Сейчас известно 7 экземпляров археоптерикса, что позволило детально изучить строение и реконструировать внешний вид.

Археоптериксу посвящена масса исследований, и до 1980-х годов его считали переходной формой между пресмыкающимися и птицами. Однако, в 1981 году в Аргентине, в отложениях конца мелового периода, были найдены птицы, названные описавшим их англичанином Уокером (C. Walker) энантиорнисами (Enanthiornithes - противоположные птицы), а из отложений конца мелового периода Монголии в 1982 году российский палеонтолог Е. Н. Курочкин описал настоящую птицу, названную им амбиортусом (Ambiortus ). За последующие 10 лет число описанных энантиорнисов увеличилось за счет находок в Китае, Монголии, Испании. При детальном их изучении выяснилось, что эти птицы по своему строению близки к археоптериксу, но и археоптерикс, и энантиорнисы не могли быть предками современных птиц, что было доказано детальным изучением строения суставов крыльев и ног. Птиц пришлось разделить на две группы - ящерохвостых (Sauriurae), к которым отнесли археоптериксов и энантиорнисов, и птицехвостых (Ornithurae) - настоящих птиц. Попутно выяснилось, что обе группы сосуществовали примерно 80 миллионов лет. Ящерохвостые вымерли в конце мела. В результате оказалось, что археоптерикс не был переходной формой между пресмыкающимися и птицами, а предки настоящих птиц неизвестны.

Трудности изучения палеонтологических находок

Второе затруднение состоит в том, что полностью изучить организацию даже одноклеточного организма технически невозможно. Изучают исторические преобразования различных подсистем организма - более или менее сложных признаков. Признаки же эволюционируют с разной скоростью - это тоже одна из закономерностей эволюции. Те из них, которые подвержены действию движущего естественного отбора (см. ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР), меняются быстрее тех, на которые преобладающе действует стабилизирующий отбор. В разных таксонах одни и те же признаки меняются тоже с разной скоростью. Поэтому при изучении эволюции отдельных признаков и реконструкции на их основе филогенеза таксонов зачастую оказывается, что в данный филогенетический ряд попала форма совсем из другого ряда. Например, наземных позвоночных долгое время сравнивали с двоякодышащими рыбами. И у самых примитивных четвероногих, и у двоякодышащих рыб есть легкие и трехкамерное сердце, состоящее из двух предсердий и одного желудочка. У всех других ныне живущих рыб сердце двухкамерное, а легких нет, иногда встречаются только аналогичные легким органы дыхания воздухом, но то, что это не настоящие легкие, легко устанавливается при детальном изучении их строения и расположения в теле рыбы. Только в 1930-х годах шведские палеонтологи в слоях конца девонского периода (примерно 350 миллионов лет назад) в Гренландии обнаружили скелеты кистеперых рыб и древнейших земноводных, очень похожих на кистеперых. По строению плавников, верхней челюсти, позвонков, ноздрей было доказано, что именно кистеперые рыбы, а не их более или менее близкие родственники - двоякодышащие, входящие вместе с кистеперыми в группу лопастеперых рыб, являются предками наземных позвоночных. До сих пор время от времени публикуются исследования, авторы которых пытаются доказать близкое родство амфибий и двоякодышащих, но большинство ученых придерживается мнения, согласно которому девонская кистеперая рыба эустеноптерон и практически современная ей самая примитивная из ископаемых амфибий ихтиостега определяют направление филогенеза, приведшее к возникновению наземных позвоночных.

Таким образом, данные палеонтологии не позволяют с достаточной полнотой и точностью реконструировать филогенетические связи не только ископаемых, но и современных форм жизни.

Метод тройного параллелизма

Немецкий эволюционист, сподвижник Ч. Дарвина Эрнст Геккель понял это еще в 60-70 годах 19 века. Он первым поставил задачу реконструкции процесса эволюции, приведшего к возникновению современного биоразнообразия. Он же сформулировал и «метод тройного параллелизма» - основной метод филогенетических реконструкций, который в модифицированном и дополненном виде применяется и теперь. В первоначальном виде этот метод подразумевал сопоставление данных сравнительной анатомии взрослых современных организмов, сравнительной эмбриологии и палеонтологии.

Возможности палеонтологии видны из предыдущего изложения. Однако, пользоваться палеонтологическими данными можно только тогда, когда они соотнесены с современными формами жизни. Лишь в этом случае становится понятным, какое значение для реконструкции филогенеза имеет тот или иной обломок кости, раковины или панциря. История изучения конодонтов достаточно наглядно это иллюстрирует. Кроме того, палеонтологические данные дают шкалу времени. Если находка ихтиостеги относится к концу девонского периода, то это значит, что земноводные возникли не позднее конца этого периода. Может быть, раньше, но не позже.

Значение данных сравнительной анатомии

Роль сравнительной анатомии состоит в том, что она позволяет изучать не только скелеты, но и мягкие ткани. Это значительно расширяет круг сравниваемых признаков и, тем самым, делает сравнение более надежным. Например, у земноводных сердце трехкамерное - два предсердия и один желудочек. У пресмыкающихся - черепах, ящериц и змей - есть межжелудочковая перегородка, но она не полностью разделяет желудочек сердца. В результате артериальная кровь от легких и венозная кровь от остального тела перемешиваются, хотя и не так сильно, как у земноводных. Однако все органы пресмыкающихся все равно снабжаются смешанной кровью, лишь наполовину обогащенной кислородом. У птиц и млекопитающих перегородка полностью оделяет друг от друга правый и левый желудочки. При этом у птиц артериальная кровь из легких поступает в правый желудочек, а у млекопитающих - в левый. На основании такого сравнения уже можно сказать, что организация пресмыкающихся выше, чем у земноводных, у птиц и млекопитающих она выше, чем у пресмыкающихся, но птицы и млекопитающие возникли от рептилий независимо друг от друга.

Конечно, по одному органу, даже такому важному, как сердце, сравнительно-анатомический анализ родственных связей недостаточен. Однако анатомия, одна из старейших биологических наук, накопила огромное количество фактических данных, позволяющее проводить сравнение по очень многим признакам и в очень широких пределах: от сравнения между таксонами высокого ранга (например, классами хордовых (см. ХОРДОВЫЕ)) до сравнения видов одного рода. Однако, сами по себе сравнительно-анатомические исследования дают очень приблизительную картину филогенеза. Они позволяют сказать, какие из современных форм продвинулись по пути эволюции дальше, а какие эволюционировали медленнее, и дать оценку степени родства между современными таксонами. Эта оценка неизбежно бывает неполной и неточной по двум причинам. Во-первых, общие предки современных таксонов, как правило, неизвестны, а сами таксоны, особенно ранга семейства и выше, дивергировали настолько, что между ними невозможно установить непрерывные ряды преобразования морфологических структур. Во-вторых, коль скоро сами морфологические структуры эволюционируют с разными скоростями, ряд, выстроенный по одному или немногим признакам, отражая филогенез признаков, далеко не обязательно отражает филогенез организмов, обладающих этими признаками, а тем более, филогенез таксонов, к которым принадлежат эти организмы.

Неравномерность темпов эволюции подсистем организма называется мозаичностью эволюции, или гетеробатмией. Примером гетеробатмии может служить организация археоптерикса, сочетающая наличие перьев - эволюционно продвинутый, «птичий» признак и зубы на челюстях - эволюционно примитивный, «рептильный» признак.

Таким образом, сравнительно-анатомический подход позволяет построить ряд современных форм, располагая их в порядке эволюционной примитивности - продвинутости, и, тем самым, наметить направление эволюции. Позволяет он оценить и степень родства, а тем самым высказать предположение о наличии более или менее отдаленных общих предков у сравниваемых групп. При этом данные по филогенезу отдельных признаков оказываются более надежными, чем реконструкции филогенетических отношений таксонов, выполненные на основе изучения этих признаков. Данные палеонтологии, как уже сказано, вносят в эти реконструкции шкалу времени и дополняют ее вымершими формами, то есть делают ряды более подробными, а тем самым более надежными.

Значение данных эмбриологии

Третья параллель, предложенная Геккелем - данные сравнительной эмбриологии. Возможность их использования основана на явлении рекапитуляции (см. РЕКАПИТУЛЯЦИЯ). Действительно, в онтогенезе потомков довольно часто повторяются признаки, свойственные их предкам (см. Филэмбриогенез (см. ФИЛЭМБРИОГЕНЕЗ) ). Примером рекапитуляции может служить закладка жаберных щелей в эмбриогенезе всех высших позвоночных - пресмыкающихся, млекопитающих и птиц. Жаберные щели возникают и затем рассасываются в раннем развитии этих животных. Они нужны для того, чтобы сформировались кровеносные сосуды головы - сонные артерии и яремные вены, произошедшие от жаберных артерий и вен. Эта рекапитуляция подтверждает происхождение пресмыкающихся от земноводных, у которых жабры функционируют на стадии личиночного развития. Таким образом, эмбриологические данные дополняют и делают более достоверными реконструкции филогенеза.

Ограничение метода тройного параллелизма

Настоящие трудности возникают тогда, когда не удается использовать данные какой-либо из этих трех параллелей. Например, палеонтологам известно около 17 семейств бесчелюстных (см. БЕСЧЕЛЮСТНЫЕ) - предков современных миног и миксин. Эта ветвь эволюции низших позвоночных возникла в конце кембрийского периода и в ископаемом состоянии неизвестна с конца девонского периода. Более близкие предки миног и миксин не найдены, но строение ископаемых изучено не хуже, чем строение многих современных животных. Дело в том, что у ископаемых бесчелюстных обызвествлялись жаберные полости, полость головного мозга, стенки многих крупных кровеносных сосудов и других внутренних органов. Поэтому можно утверждать, что «работают» и сравнительно-анатомическая и палеонтологическая параллели. Однако, данных эмбриологии нет, и ученые до сих пор не могут придти к единому мнению о родственных связях между ископаемыми бесчелюстными и о предках современных форм. Не прекращаются дискуссии о происхождении типов царства животных. В этом случае работает только сравнительная анатомия и в очень необходимой степени - эмбриология. Дивергенция типов началась, по-видимому, в кембрийском периоде, то есть свыше 500 млн. лет назад.

Недостатки метода тройного параллелизма заставили искать и новые «параллели», дополняющие те, которые предложил Геккель, и новую методологию построения родословных «деревьев». «Деревьев» потому, что эволюция дивергентна: исходный таксон обычно бывает родоначальником нескольких или многих дочерних таксонов. Немецкий эволюционист Г. Хенниг в 1966 году предложил простое решение вопроса. Для того, чтобы определить момент дивергенции двух линий филогенеза, достаточно найти два признака: один, свойственный обеим линиям и их предкам (этот признак называется плезиоморфным, древним), другой, свойственный только потомкам, - апоморфный, или новый признак. Соотношение этих признаков дает точку дивергенции и последовательность ответвления дочерних таксонов.

Кладистический метод

Широкое распространение компьютерной техники облегчило такой анализ, и кладограммы (от греч. «klados» - ветвь) стали появляться в большинстве филогенетических публикаций. Однако очень скоро выяснилось, что оценка родственных связей таксонов зависит от того, какие признаки выбирают в качестве апоморфоных и плезиоморфных. Проблема заключается в том, что признаки, которыми пользуются разные исследователи, не равноценны по своему значению, и нет общего правила, пользуясь которым, можно было бы выбрать наиболее информативные в филогенетическом отношении черты организации изучаемых групп.

Сказанное не означает, что кладистические методы хуже традиционных. Для слабо изученных групп, где выбор признаков невелик, подобные исследования дают подчас принципиально новые результаты. Например, при исследовании структуры нуклеиновых кислот у различных групп бактерий, удалось выявить архебактерии - наиболее примитивные и наиболее древние прокариоты.

Данные молекулярной биологии

Исследование структуры нуклеиновых кислот и других макромолекул стало в настоящее время одним из важнейших дополнений к методу тройного параллелизма. Реконструкции филогенеза, основанные на сравнении последовательности нуклеотидов в хромосомной или митохондриальной ДНК, аминокислотной последовательности в молекулах цитохромов и других белков, часто не совпадают с реконструкциями, основанными на традиционных подходах, но иногда это несовпадение указывает на необходимость пересмотреть существующие взгляды. Например, по последовательности аминокислот в хорошо изученном белке цитохроме c было показано, что черепахи ближе к птицам, чем к другим современным пресмыкающимся. Это можно было бы принять за ошибку, если бы в 1983 году М. Ф. Ивахненко не доказал на палеонтологическом материале, что черепахи произошли от амфибий независимо от всех остальных пресмыкающихся.

Данные молекулярной биологии - не единственная дополнительная параллель к методу тройного параллелизма. В филогенетических исследованиях используют любые данные, позволяющие уточнить и проверить существующие реконструкции.

Например, рыбы удаляют конечные продукты азотного обмена в основном в виде аммиака (NH3). Аммиак хорошо растворим в воде и выделяется главным образом через жабры. Накапливать в организме аммиак нельзя - он ядовит. У наземных позвоночных жабер нет, поэтому у них сформировалась сложная система ферментов, превращающая аммиак в мочевую кислоту (птицы, многие пресмыкающиеся) или в мочевину (взрослые земноводные, многие млекопитающие), которые выводятся из организма через почки. Земноводные на стадии личинки, живущей в воде, выделяют аммиак, который выводится через жабры. На стадии метаморфоза включается система ферментов, синтезирующих мочевину, и эта система функционирует затем в течении всей жизни животных. Эта физиолого-биохимическая рекапитуляция может служить еще одним доказательством происхождения земноводных от рыб. Однако, пожалуй, важнее то, что она показывает, каким путем шло приспособление позвоночных животных к жизни на суше.

Заключение

Таким образом, знания о филогенезе животных и растений - филогенетические реконструкции - уточняются и верифицируются очень медленно и постепенно. Общая картина филогенеза этих двух царств воссоздана. Уточнение выражается в том, что реконструкции становятся все более подробными. От установления родства на уровне классов ученые переходят к реконструкции филогенетических связей на уровне отрядов, семейств, иногда даже родов и видов. Однако, филогенез беспозвоночных животных в целом исследован гораздо менее полно, чем позвоночных. Это объясняется, во-первых, их несравненно большим биологическим разнообразием, а, во-вторых, тем, что далеко не все беспозвоночные обладали хорошо развитым скелетом, а многие из них, особенно насекомые - животные мелкие. Поэтому палеонтологических данных, относящихся к этим группам, недостаточно.

У читателей может возникнуть законный вопрос: для чего нужны реконструкции филогенеза? Почему ученые многих стран мира уже более 150 лет кропотливо перебирают признаки современных и вымерших животных, по крупицам собирая аргументы за и против существующих реконструкций, спорят о значении тех или иных признаков и, в конце концов, договариваются о том, что, например, земноводное Dophesherpeton , жившее в начале юрского периода, может претендовать на то, чтобы считаться предком бесхвостых амфибий? На этот вопрос можно отвечать по-разному.

С одной стороны, изучение филогенеза является самоцелью. Если в окружающем нас мире есть что-то неизвестное, то задача науки - изучить и объяснить это неизвестное, независимо от теоретического и практического значения предмета изучения.

С другой - история эволюции живых существ не менее важный предмет изучения, чем, например, изучение геологической истории нашей планеты. Историческая геология и филогенетика - наука о филогенезе - тесно связаны между собой. Остатки ископаемых организмов служат целям стратиграфии - периодизации и датировке осадочных пород земной коры. Без выяснения родства и происхождения этих ископаемых остатков данные стратиграфии ненадежны.

Кроме того, филогенетические реконструкции являются основой, на которой выясняются закономерности эволюции. Эволюция - медленный процесс, длящийся сотни тысяч, миллионы и даже десятки миллионов лет. Человеку не дано непосредственно наблюдать возникновение видов, а тем более - новых крупных таксонов. Только на основе филогенетических реконструкций можно было выявить неравномерность темпов эволюции. Причины рекапитуляции (см. Филэмбриогенез) тоже нельзя изучать, не зная путей исторического развития организмов. Дивергентность эволюции можно выявить и на основе изучения микроэволюционных (см. МИКРОЭВОЛЮЦИЯ) процессов. Однако, явление адаптивной радиации - одновременноегеологическом времени) возникновение многих ветвей филогенеза, возникающее при освоении организмами новых сред обитания, - можно выявить, только изучая филогенез. Существует еще много и других закономерностей эволюции, которые были обнаружены благодаря филогенетическим исследованиям.

Наконец, надо вспомнить, что все современное биоразнообразие, включая и Homo sapiens , сформировалось в процессе эволюции, и каждый современный вид представляет собой концевую веточку филогенеза своих предшественников. Другими словами, филогенетические исследования показывают место человека и других существ в потоке эволюционного развития жизни.

Полезные сервисы