17.7. “Правила” эволюции групп

Сопоставления характера развития изученных ветвей древа жизни позволили установить некоторые общие черты эволюции групп. Эти эмпирические обобщения называются “правилами макроэволюции”.

Правило необратимости эволюции (Л. Долло, 1893), гласит, что эволюция — процесс необратимый и организм не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков. Так, если в эволюции наземных позвоночных на каком-то этапе от примитивных амфибий возникли рептилии, то рептилии, как бы ни шла дальше эволюция, не могут вновь дать начало амфибиям. Вернувшись в просторы Мирового океана, рептилии (ихтиозавры) и млекопитающие (киты) никогда не становятся рыбами. Можно сказать, что если какая-то группа организмов в процессе эволюции вновь “возвращается” в адаптивную зону существования ее предков, то приспособление к этой зоне у “вернувшейся” группы будет неизбежно иным.

Правило необратимости эволюции в наше время получило существенное уточнение. Успехи генетики позволяют говорить о возможности повторного возникновения признаков на основе обратных мутаций.

Но признание обратимости отдельных признаков (П.П. Сушкин и др.) в филогенезе — отнюдь не признание обратимости эволюционного процесса в целом. Обратная мутация по признаку может привести к повторному возникновению данного аллеля, но не генотипа в целом; к вторичному появлению данного признака, но не фенотипа в целом. Статистически вероятно повторное возникновение мутаций, но статистически невероятно повторное возникновение генных комплексов и целых фенотипов.

Правило прогрессирующей специализации (Ш. Депере, 1876) гласит, что группа, вступившая на путь специализации, как правило, в дальнейшем развитии будет идти по пути все более глубокой специализации.

Если в процессе эволюции одна из групп позвоночных, скажем ветвь рептилий, приобрела адаптации к полету, то на последующем этапе эволюции это направление адаптации сохраняется и усиливается (например, птеродактили в свое время все более приспосабливались к жизни в воздухе), поскольку организм определенного строения не может жить в любой среде; в выборе адаптивной зоны или ее части группа ограничена особенностями строения. Если эти особенности несут черты специализации, то организм обычно “выбирает” (точнее, в результате борьбы за существование попадает во все более частную среду), где его специализированные приспособления могут обеспечить успешное выживание и оставление потомства. Но обычно это ведет лишь к дальнейшей специализации.

Частный случай этого общего правила прогрессивной специализации — увеличение размеров тела особей в процессе эволюции позвоночных животных. Увеличение размеров тела, с одной стороны, связано с более экономным обменом веществ (уменьшение величины относительной поверхности тела) и должно рассматриваться как частный случай специализации. С другой стороны, дает хищнику преимущества в нападении, а жертве — преимущества в защите. Связь организмов в цепях питания неизбежно вызывает увеличение размеров тела во многих группах. У представителей других групп происходит уменьшение размеров тела. Например, при переходе к подземному образу жизни и обитанию в закрытых норах многие грызуны вторично стали более мелкими. Интересно, что сопряженной эволюции подверглась ласка (Mustela nivalis) — один из наиболее облигатных потребителей мышевидных грызунов в средней полосе.

Ласка приобрела размеры тела, позволяющие преследовать мелких грызунов в норах. На этом примере видно, что выделяемые эмпирические эволюционные правила имеют относительное значение. Характер эволюции зависит в конечном счете от конкретных связей группы с элементами биотической и абиотической среды (всегда при постоянном контроле отбора, идущем на уровне микроэволюционных взаимодействий внутри популяций и биогеоценозов).

Правило происхождения от неспециализированных предков (Э. Коп, 1896) гласит, что обычно новые крупные группы берут начало не от специализированных представителей предковых групп, а от сравнительно неспециализированных. Млекопитающие возникли не от высокоспециализированных форм рептилий, а от неспециализированных. Аналогичным образом голосеменные растения возникли от неспециализированных палеозойских папоротникообразных; ныне процветающая группа цветковых растений возникла не от специализированных голосеменных, а от неспециализированных предков, занимающих промежуточное положение между семенными папоротниками и беннетитовыми.

Причина происхождения новых групп от неспециализированных предков в том, что отсутствие специализации определяет возможность возникновения новых приспособлений принципиально иного характера. Трудно ожидать появления среди гельминтов каких-то принципиально новых форм. У таких форм скорее могут возникнуть эволюционные изменения, направленные к лучшему прикреплению внутри организма хозяина, лучшему использованию питательных веществ, более эффективному способу размножения и т.п. Напротив, у такой группы, как практически всеядные средних размеров хищные, живущие в разнообразных условиях, большие потенциальные возможности развития в самых разных направлениях (конечно, при условии значительного изменения окружающей среды).

Высокая потентность неспециализированных групп в эволюции определяется борьбой за существование, которую они вынуждены вести. Но в историческом плане именно эти жесткие требования среды и приводят потомков неспециализированных групп на путь арогенеза, вызывая к жизни приспособления, которые потом оказываются перспективными для начала нового широкого аллогенеза.

Правило происхождения от неспециализированных предков оказывается, однако, далеко не всеобщим. Редко бывает так, чтобы специализация затронула в равной степени все без исключения органы и функции организма (вида). Эти остающиеся достаточно лабильными органы и системы могут открыть группе дорогу в другую адаптивную зону. Переход к птицам был осуществлен в группе рептилий, уже способных к лазанию и прыганию по ветвям деревьев, т.е. в специализированной с точки зрения развития приспособлений к передвижению группе. Переход к наземному образу жизни среди позвоночных был осуществлен формами, способными, по-видимому, передвигаться по твердому субстрату, заглатывать и использовать для дыхания кислород воздуха, т.е. опять-таки формами, крайне специализированными в этом отношении по сравнению с большинством обитавших в водоемах видов рыб. Оказывается, признаки, специализированные в одной среде, могут быть арогенными в иной (М.С. Гиляров). Ясно, что как неспециализированные, так и специализированные формы могут при определенных условиях стать родоначальниками новых, прогрессивных ветвей древа жизни.

Правило адаптивной радиации (Г.Ф. Осборн, 1902) гласит, что филогенез любой группы сопровождается разделением группы на ряд отдельных филогенетических стволов, которые расходятся в разных адаптивных направлениях от некоего исходного среднего состояния. По существу, это правило не что иное, как принцип дивергенции, подробно описанный Ч. Дарвином (1859) при обосновании гипотезы естественного отбора. Дарвин говорил о внутривидовой приспособительной дивергенции к различной пище, несколько различным условиям существования и т.п. и рассматривал ее как обязательный этап образования новых видов. В дальнейшем принцип дивергенции был положен в основу представлений об идиоадаптациях (А.Н. Северцов) и соответственно о развитии группы по пути аллогенеза в эволюционной морфологии, а в эволюционной палеонтологии — в основу представлений об “иррадиации” (В.О. Ковалевский, 1875) в процессе становления каждого крупного филума (рис. 17.8).

Правило чередования главных направлений эволюции. Арогенная эволюция чередуется с периодами аллогенной эволюции во всех группах. И.И. Шмальгаузен (1939) сформулировал это правило как чередование фаз адаптациоморфоза.

Эволюция представляет непрерывный процесс возникновения и развития новых и новых адаптации — адаптациогенез. Одни из вновь возникающих адаптации оказываются очень частными, и их значение не выходит за пределы узких условий. Другие дают возможность выхода группы в новую адаптивную зону и непременно ведут к быстрому эволюционному развитию групп в новом направлении. Обычно одна из форм получает какую-то новую адаптацию (или комплекс адаптации), оказывающуюся основой для следующего быстрого периода филогенетических новообразований (рис. 17.9).

Правило усиления интеграции биологических систем (И.И. Шмальгаузен, 1961) можно сформулировать так: биологические системы в процессе эволюции становятся все более интегрированными, со все более развитыми регуляторными механизмами. обеспечивающими такую интеграцию.

Сейчас в общих чертах известны основные направления такой интеграции, идущей на уровне популяции и биогеоценозов. На уровне популяции это означает поддержание определенного уровня гетерозиготности, которая является основой интеграции всего популяционного генофонда в сложную, лабильную и устойчивую одновременно генетическую систему, способную к саморегуляции (численности, структуры), генетико-экологическому гомеостазису.

Межпопуляционные взаимоотношения интегрируют отдельные популяции и их группы в вид как систему. Интеграция в системе биогеоценоза определяет образование разными видами многих взаимодополняющих друг друга экологических ниш и слаженной работой биогеоценоза как элементарной биохорологической структуры в биосфере нашей планеты (с упорядоченными потоками вещества, энергии, информации). Высший уровень интеграции выражается в эволюции самих механизмов эволюции — проблема, которая только начинает вырисовываться в современном эволюционном учении.

Список литературы

Яблоков А.В., Юсуфов А.В. Эволюционное учение (Дарвинизм). М.: Высш. шк. 1998. 336 с.

Общая биология

Лекция 24

Динамика популяций

Биотическое сообщество представляет из себя совокупность популяций, которая в результате коэволюции метаболических процессов функционирует как целостная единица в определенном пространстве физической среды обитания.

Популяции, слагающие сообществахарактеризуются рядом признаков: плотность, рождаемость, смертность, возрастная структура, биотический потенциал, распределение в пространстве и кривая роста численности. Здесь важно подчеркнуть, что группа особей, а не отдельный организм, являются носителями этих свойств. Хотя отдельный организм рождается, стареет, умирает, но применительно к особи мы не можем говорить о рождаемости, смертности, возрастной структуре - характеристиках, имеющих смысл толькона групповом уровне.

24.1. Плотность и пространственное распределение особей

Плотность - величина популяции, отнесенная к некоторой единице пространства. Ее обычно измеряют и выражают числом особей (или биомассой) на единицу площади (в гидробиологии на единицу объема). Например,

500 деревьев на 1 га;

5 млн.диатомовых водорослей на 1 м3 воды;

200 кг рыбы на 1 га поверхности воды.

Иногда важно различать среднюю плотность, т.е. число особей на единицу всего пространства и экологическую плотность, т.е. численность на единицу обитаемого пространства. Например, в практике лесного хозяйства гораздо важнее знать плотность вредителя на 100 гр биомассы растений, чем его среднюю плотность во всем лесонасаждении.

Очень часто в качестве меры плотности используют частоту встречаемости - процент проб, в которых обнаружен данный вид. Такой показатель часто используется геоботаниками и охотоведами.

За одинаковой средней плотностью популяций различных организмов может скрываться различная картина пространственного распределения особей. Последнее может быть (1) случайным, (2) равномерным и (3) групповым (рис. 24.1).

Случайное распределение наблюдается тогда, когда среда очень однородна, а организмы не проявляют тенденций к объединению в группы. При этом на организмы одновременно воздействует большое количество слабыз факторов. Такое распределение характерно для личинок мучного хрущя, случайно распределяющихся в своей очень однородной среде. Другой пример гомогенной среды обитания - илистое дно водоемов, где моллюски распределены также случайным образом.

Равномерное распределение встречается там, где между особями имеется очень сильная конкуренция или существует антогонизм, способствующий равномерному распределению в пространстве. У деревьев в лесу, достаточно высоких, чтобы их кроны образовывали часть общего полога, распределение может быть равномерным, поскольку конкуренция за свет столь велика, что у них наблюдается тенденция отстоять друг от друга на определенном растоянии. Еще более показательными примерами служат посадки культурных растений. Подобная картина равномерного распределения (как будто их специально так посадили) втсречается у кустарников в пустыне. Возможно это связано с интенсивной конкуренцией за водные ресурсы. У животных тенденция к равномерному распределению может быть обусловлена территориальностью.

Чаще всего в природе образование различного рода скоплений организмов, т.е. групповое распределение. Оно в той или иной степени свойственно беспозвоночным подстилки. Коул проанализировав пространственное распределение 44 видов растений, обнаружил случайное распределение только у 4 видов. Все остальные были в той или иной степени объединены в группы.