Грандиозный мир. 101 ключевая идея: Эволюция - Мортон Дженкинс

Эукариоты

Эукариоты — это одноклеточные или многоклеточные организмы, генетический материал которых в форме ДНК окружен мембраной (ядерной оболочкой), образующей ядро. Им противопоставлены прокариоты с более примитивным строением, которые не имеют мембраны и в которых значительно меньше внутриклеточных структур (органелл). Клетки эукариотов можно сравнить с заводом, где ядро играет роль администрации, органеллы — это механизмы, а ферменты — рабочие. Как и любой завод, для эффективной работы клетка должна получать сырье. Она также должна избавляться от отходов.

Во всех клетках мембрана состоит в основном из молекул липидов (жиров), которые называются «фосфолипиды», а также из молекул белков. Таким образом, образование этих органических молекул, липидов и белков, является необходимым условием развития мембраны вокруг клеток всех живых организмов. Каждая молекула фосфолипида состоит из растворимой в воде «головки» и водоотталкивающего «хвоста». Эти молекулы выстраиваются в два ряда: их головки присоединяются к водной цитоплазме снаружи, а хвосты, отталкиваемые водой, остаются внутри мембраны. Такое расположение одновременно и устойчивое, и подвижное. Оно устойчиво потому, что противоположные свойства головок и хвостов не дают молекулам повернуться, и гибко, потому что мембрана может сокращаться и изменять форму.

Мембраны играют важную роль не только для ограждения клетки от внешней среды, но и внутри клеток. Мембраны делят клетку на части, называемые органеллами, которые выполняют различные функции и в которых происходят всевозможные реакции с участием ферментов. Внутренние мембраны имеют такое же строение, как и внешние, поэтому предполагается, что они произошли из складок внешних слоев. Двойная мембрана поддерживает целостность центра управления клеток эукариотов — ядра.

См. также статьи «Прокариоты», «Протобионты».

Эффект «бутылочного горлышка»

Иногда численность популяций сокращается до нескольких особей. Это может произойти вследствие климатических изменений, увеличения популяций хищников, болезней или катастроф (например, извержений вулканов или других природных катаклизмов). В результате последующим поколениям передают свои гены небольшое количество индивидов. Генофонд популяции сокращается. Выжившие особи не обязательно имеют все наборы признаков изначального генофонда, и частота аллелей может сильно измениться. Помимо эффекта «бутылочного горлышка», малые популяции подвержены дрейфу генов и инбридингу.

В общих чертах историю популяции, подвергшейся данному явлению, можно изложить следующим образом.

· Существует большая популяция с большим генетическим разнообразием.

· Численность популяции сокращается до нескольких особей; она теряет генетическое разнообразие и едва не вымирает.

· Популяция снова обретает большую численность, но генетическое разнообразие потеряно.

В качестве примера можно привести популяцию современных гепардов. За последние годы численность диких гепардов уменьшилась и теперь составляет менее 20 000 особей. Благодаря современной технике генетического анализа было выяснено, что популяция гепардов обладает очень малым генетическим разнообразием. По всей видимости, в конце последнего ледникового периода, 10–20 тысяч лет назад, гепарды едва избежали вымирания (возможно, где-нибудь в пещере выжила только одна самка, давшая потомство). Исходя из малого генетического разнообразия, всех современных гепардов можно считать потомками одного помета. По приблизительным оценкам, во время последнего ледникового периода вымерло 75 % крупных млекопитающих (включая мамонтов, пещерных медведей и саблезубых тигров). Недостаток генетического разнообразия у гепардов привел к отклонениям в образовании сперматозоидов, уменьшению плодовитости, высокой смертности детенышей и повышенной чувствительности к болезням.

Со времени сокращения численности популяции прошло недостаточно времени, чтобы благодаря случайным мутациям образовалось новое генетическое разнообразие.

См. также статьи «Дрейф генов», «Генетический анализ».

Эффект основателя

Принципы эффекта основателя были изложены Эрнстом Майром в качестве объяснений эволюции среди малочисленных популяций. Иногда несколько организмов оказываются изолированными от основной популяции и образуют отдельную группу размножения. Например, некоторых птиц ветер может отнести с материка на острова, что, по всей видимости, и случилось с дарвиновыми вьюрками. Они стали основателями новой популяции. Иногда бури могут сломить стволы огромных деревьев и превратить их в плоты, способные переплыть моря. На таком плоту может разместиться некоторое количество небольших животных, которые в конечном итоге окажутся на новом месте. Люди могут неосмотрительно ввезти крыс и других животных в те районы, где их никогда не было, что грозит серьезными последствиями.

В 1955 году было получено свидетельство того, что животные могут пересекать большие водные пространства на естественных плотах. Эллен Кенски из Пенсильванского музея естественной истории обнаружила 15 игуан, сидящих на плоту растительного происхождения и направлявшемся из Гваделупы на остров Ангилья, расстояние между которыми составляет около 300 километров. Это случилось после урагана Луис, который повалил много деревьев и вырвал много растений. Игуаны спокойно доплыли до Ангильи и одну из самок видели там через 29 месяцев.

Первые колонисты на островах или первопроходцы, освоившие новую территорию, становятся основателями новой популяции. Если в ней слишком мало членов, то соотношение их генов может не соответствовать генофонду основной популяции. В таком случае от основателей получается новая популяция с особым генофондом. По мере естественного отбора происходит дивергенция от основного вида и в данном регионе развивается новая группа организмов.

В качестве примера можно привести бабочку вида Maniola jurtina. На острове Треско (острова Силли, к западу от Корнуэлла, Великобритания) популяция бабочек имеет особый рисунок пятен на крыльях, который отличается от представителей основной популяции, обитающей на большой земле. Новая популяция образовалась за определенный период времени от популяции основателей, насчитывавшей менее 200 особей.

См. также статьи «Дарвиновы вьюрки», «Дрейф генов», «Генетический анализ», «Естественный отбор».

Ящеротазовые динозавры

Ящеротазовые динозавры (Saurischia), появившиеся ранее другой группы, имели строение таза, схожее с другими пресмыкающимися. Две кости ног расходились у них в разных направлениях. Некоторые из них были растительноядными, другие — хищными. Они часто походили на двуногих крокодилов. Среди хищных такая форма тела сохранилась, но впоследствии некоторые виды стали больше по размеру и образовали группу тераподов (названных так, потому что у них было «звериное» строение ног).

Среди типичных крупных тераподов можно назвать мегалозавра (Megalosaurus). Это был первый из описанных в науке динозавров. В меловой период (144—65 миллионов лет назад) большие тераподы развивались по нескольким линиям. У некоторых возникли гребни на спине, а к концу этого геологического периода появился мощный тиранозавр (Tyrannosaurus), возможно, самый известный среди динозавров. Однако, несмотря на свою 12-метровую длину и грозный вид, он скорее питался падалью и не был яростным хищником, каким его изображают в популярных фильмах. Он передвигался на мощных задних ногах, а передние конечности у него были маленькими, но с такими же большими когтями. Несмотря на свой размер, он мог развивать большую скорость.

Существовали и менее крупные группы тераподов, которые охотились на мелкую добычу. Некоторые из них не превышали по размеру курицу. Близкие родственники этих динозавров могли быть теплокровными, тем более что они считаются родоначальниками птиц. В юрский и меловой периоды возникла другая подгруппа ящеротазовых динозавров, которых называют завроподами. Это были настоящие «тяжеловесы» среди динозавров; все они были четвероногими и растительноядными. Они имели крошечные головы, массивное тело, длинные шеи и хвосты; кости их ног были устроены по образцу ящериц. Крупнейшим считается апатозавр, иначе называемый бронтозавром; он весил 30 тонн и в высоту достигал 12 метров. Обитал он на болотах или у берегов больших рек и водоемов. Скорее всего, вода помогала ему поддерживать громадный вес тела. Вполне возможно, что большой объем тела завроподов в сочетании с медленным метаболизмом привел к развитию постоянной температуры тела.

См. также статьи «Птицетазовые динозавры», «Динозавры».