Самое грандиозное шоу на Земле: доказательства эволюции
Шрифт:
Есть еще один тип эволюционных часов, молекулярные часы, но я отложу их обсуждение до Главы 10, после представления некоторых других идей молекулярной генетики.
ГЛАВА 5 ПРЯМО У НАС НА ГЛАЗАХ
Я пользовался метафорой детектива, пришедшего на место преступления, когда уже все закончено, и воссоздающего картину произошедшего по оставшимся уликам. Но, возможно, я слишком поспешно признал невозможность наблюдения эволюции глазами очевидцев. Хотя абсолютное большинство эволюционных изменений произошло задолго до появления человека, некоторые случаи происходят так быстро, что мы можем наблюдать эволюцию собственными глазами в течение одной человеческой жизни.
Есть правдоподобные показатели того, что это может происходить со слонами, которых сам Дарвин выделял как одних из самых медленно-размножающихся животных с одним из самых долгих периодов смены поколений. Одной из основных причин смерти африканских слонов являются люди с оружием, которым нужна слоновая кость либо как трофей, либо на продажу для художественной резьбы. Естественно, что охотники склонны выбирать особей с
График выше отражает данные Департамента дикой природы Уганды, опубликованные в 1962 году. В отношении только слонов, легально застреленных имеющими лицензию охотниками, он показывает средний вес бивня в фунтах (в которых он исчисляется) из года в год с 1925 по 1958 (в течение которых Уганда была под британским протекторатом). Точки - ежегодные цифры. Линия меж точек нарисована не на глаз, а по статистическому методу, называемому линейной регрессией. Вы можете видеть тенденцию в сторону уменьшения на протяжении этих 33 лет. И эта тенденция статистически значима, что означает, что она существует на самом деле, а не является эффектом случайности.
Факт, что существует статистически значимая тенденция к уменьшению бивней, не обязательно означает, что это является эволюционной тенденцией. Так, если начертить кривую среднего роста 20-летних юношей, то на протяжении всего ХХ века во многих странах можно наблюдать значительную тенденцию в сторону увеличения. Обычно считается, что это не эволюционная тенденция, а скорее результат улучшения питания. Тем не менее, в случае со слонами мы имеем веские причины подозревать наличие сильного отбора против больших бивней. Таким образом, хотя график обращается к данным по бивням, полученным легальным отстрелом, давление отбора, которое произвело эту тенденцию, в основном обусловлено браконьерством. Мы должны серьезно отнестись к возможности того, что это настоящая эволюционная тенденция, и, в этом случае, весьма быстрая. Мы должны быть осторожными, прежде чем делать слишком далекие выводы. Может оказаться так, что мы наблюдаем сильный естественный отбор, который с высокой вероятностью ведет к изменениям в частотах встречаемости гена в популяции, но такие генетические эффекты пока не были продемонстрированы. Может быть разница между особями с большими и малыми бивнями не является генетической. Тем не менее, я склонен всерьез рассматривать возможность того, что это настоящая эволюционная тенденция.
Кстати говоря, мой коллега доктор Иэн Дуглас-Гамильтон, являющийся крупный мировым специалистом по изучению популяций диких африканских слонов, также относится к ней серьезно, и полагает, несомненно справедливо, что вопрос должен быть изучен более подробно. Он считает, что эта эволюционная тенденция началась задолго до 1925 года и продолжается после 1958 г. У него есть основание полагать, что та же самая причина, действовавшая в прошлом, является причиной отсутствия бивней у многих локальных популяций азиатских слонов. У нас, похоже, достаточно доказательств для "возбуждения дела" о быстрой эволюции, произошедшей прямо у нас на глазах, дела, которое могло бы оплатить будущие исследования.
Позвольте, однако, обратиться к другому примеру интригующих недавних исследований - исследованию ящериц, обитающих на островах Адриатического моря.
Есть у побережья Хорватии два маленьких островка, называемые Под Кописте и Под Мркару. В 1971 году популяция распространенных средиземноморских ящериц, Podarcis sicula, питающихся в основном насекомыми, обитала на острове Под Кописте, но на Под Мркару не было ни одной ящерицы. В том году ученые перевезли пять пар ящериц Podarcis sicula с Под Кописте и выпустили их на острове Под Мркару. Позднее, в 2008 году, другая группа, состоявшая в основном из бельгийских ученых, связанных с Энтони Геррелем, посетила острова, чтобы посмотреть, что произошло. Они обнаружили на Под Мркару процветающую популяцию ящериц, анализ ДНК которых подтвердил, что это действительно Podarcis sicula. Они, предположительно, произошли от тех пяти исходных пар, которых перевезли на остров. Геррел и его коллеги провели ряд наблюдений за потомками перевезенных ящериц и сравнили их с ящерицами, обитающими на исходном острове предков, Под Кописте. Обнаружились выраженные различия. Ученые сделали, скорее всего, оправданное предположение, что ящерицы с родительского острова Под Кописте были неизмененными представителями предковых ящериц 36-летней давности. Другими словами, они предположили, что сравнивают эволюционировавших ящериц острова Под Маркару с их неэволюционировавшими "предками" (подразумевая их современников, но предкового типа) с острова Под Кописте. Даже если это предположение неверно - даже если, например, ящерицы острова Под Кописте эволюционировали столь же быстро, как ящерицы острова Под Маркару - мы все равно наблюдаем эволюционные дивергенции [расхождения] в природе в масштабе десятилетий: масштабе времени, которое люди могут наблюдать в течение одной жизни.
И каковы были различия между двумя островными популяциями, различия, которые возникли всего за тридцать семь лет или около того эволюции? Ну, у ящериц острова Под Маркару, "эволюционировавшей" популяции, были значительно более крупные головы, чем у "исходной" популяции острова Под Кописте : более длинные, широкие и высокие головы. Это выражается в заметно большей силе укуса. Изменение такого рода обычно сопровождает переход на более вегетарианскую диету, и так и есть, ящерицы Под Маркару поедают значительно больше растительного материала, чем "предковый" тип на Под Кописте. От почти исключительно насекомоядной диеты (членистоногие, в терминах диаграммы напротив) по-прежнему присущей современным ящерицам острова Под Кописте, ящерицы острова Под Мркару перешли к значительно более вегетарианской диете, особенно летом.
Зачем животному необходим более сильный укус при переходе на вегетарианскую диету? Затем, что у растений, но не у насекомых, клеточные стенки укреплены целлюлозой. Травоядные млекопитающие, такие как лошади, крупный рогатый скот и слоны, имеют большие жерновоподобные зубы для размалывания целлюлозы, весьма отличающиеся от режущих зубов плотоядных животных и игольчатых зубов насекомоядных. И у них массивные мышцы челюстей, и, соответственно, крепкие черепа для крепления этих мышц (вспомните крепкий гребень вдоль срединной линии на макушке черепа гориллы). У вегетарианцев также имеются характерные особенности кишечника. Животные вообще не способны переварить целлюлозу без помощи бактерий или других микроорганизмов, и многие позвоночные отводят тупиковый отросток в кишечнике, называемый слепой кишкой, который предоставляет жилище таким бактериям и действует как камера брожения (наш аппендикс - остаток более крупной слепой кишки наших более вегетарианских предков). Слепая кишка и другие части кишечника могут становиться весьма сложными у травоядных специалистов. У плотоядных животных обычно более простой кишечник, чем у травоядных, и к тому же меньший. Среди усложнений, возникающих в кишечнике травоядного животного, есть штуки, называемые цекальными клапанами. Клапаны - несплошные перегородки, иногда мускульные, которые могут служить для того, чтобы регулировать или замедлять поток массы через кишечник или просто увеличивать площадь внутренней поверхности слепой кишки. На рисунке, показанном слева, открытый разрез слепой кишки родственного вида ящерицы, поедающей много растительного материала. Клапан обозначен стрелкой. Теперь, интересная вещь -хотя цекальные клапаны обычно не встречаются у Podarcis sicula и редки в семействе, к которому она принадлежит, эти клапаны действительно начали эволюционировать в популяции P. sicula на Под Маркару, популяции, которая, только последние тридцать семь лет эволюционировала в направлении к травоядности. Исследователи обнаружили другие эволюционные изменения у ящериц Под Маркару. Плотность популяции увеличилась, и ящерицы перестали защищать территории способом, которым это делала "предковая" популяция на Под Кописте. Я должен повторить, что единственная вещь, действительно необычная во всей этой истории, и являющаяся причиной, по которой я рассказываю ее здесь, что все это произошло так чрезвычайно быстро, в течение нескольких десятилетий -эволюция прямо у нас на глазах.
Летняя диета ящериц на двух Адриатических островах
Цекальный клапан
Средний период смены поколений у этих ящериц составляет приблизительно два года, таким образом, эволюционные изменения, наблюдаемые на Под Маркару, представляют всего лишь около восемнадцати или девятнадцати поколений. Только представьте, что Вы могли бы увидеть через три или четыре десятилетия, если бы отслеживали эволюцию бактерий, чьи поколения измеряются в часах или даже минутах, а не годах! Бактерии преподносят эволюционисту еще один бесценный подарок. В некоторых случаях Вы можете заморозить их на неопределенный промежуток времени и затем снова возвратить к жизни, после чего они возобновят размножение, как будто ничего не произошло. Это означает, что экспериментаторы могут составить свою собственную "живую летопись ископаемых", снимок точного момента эволюционного процесса, которого он достиг в любое заданное время. Вообразите, что мы могли бы вернуть к жизни из глубокой заморозки Люси, великолепное предшествующее человеку ископаемое, обнаруженное Доном Джохансоном, и заставить ее род снова эволюционировать! Все это было достигнуто с бактерией Escherichia coli, кишечная палочка, в захватывающем длительном эксперименте бактериологом Ричардом Ленски и его коллегами из Мичиганского государственного университета. Научное исследование в настоящее время зачастую является командной работой. В дальнейшем я могу для краткости иногда использовать имя " Ленски" , но Вы должны читать это как "Ленски, коллеги и студенты его лаборатории". Как мы увидим, эксперименты Ленски огорчительны для креационистов, и по очень веской причине. Они - красивая демонстрация эволюции в действии, нечто, от чего трудно отшутиться, даже когда Ваши мотивы сделать это очень сильны. А мотивы закоренелых креационистов на самом деле очень сильны. Я вернусь к этому в конце этого раздела.
E. coli - распространенная бактерия. Очень распространенная. Их существует приблизительно сто миллиардов миллиардов по всему миру в любой момент, из которых приблизительно миллиард, по вычислениям Ленски, находятся в Вашем толстом кишечнике в этот самый момент. Большинство из них - безопасные или даже полезные, но опасные штаммы иногда попадают в заголовки. Такие периодические эволюционные инновации не удивительны, если вы сделаете прикидку, даже при том, что мутации - редкие события. Если мы предположим, что вероятность мутации гена во время любого акта воспроизводства бактерии составляет всего одна на миллиард, количества бактерий настолько колоссальны, что практически каждый ген в геноме мутирует где-нибудь в мире каждый день. Как говорит Ричард Ленски, "Это масса удобных случаев для эволюции".