Тема 2. Экологическая эволюция

Экологические проблемы эволюции живого на Земле стали изучаться в связи с развитием генетики. Теперь доказано, что развитие живого определяется передачей генетических свойств животных от родителей потомству. Закрепление и изменение этих свойств связано с влиянием среды, которая может предъявлять организму меняющиеся условия обитания, часть из которых может стать запредельной.

Происхождение человека обычно связывают с появлением гоминид. В решении задач на выживание животные "постигли", что стать гоминидами "выгодно" (Р. Фоули, 1990). Гоминиды в определенных условиях стали носителями более "высокой степени репродуктивного успеха". Следовательно, никакого "предварительного плана" появления гоминид быть не могло. Основные принципы теории эволюции и экологии являются фундаментом объяснения направления развития животных до появления гоминид, а от них и появление человека.

Экология предъявляет животным разнообразнейшие условия в постоянно меняющемся виде. Так, многие формы взаимодействия животных и между собой и со средой построены на получении энергии извне (солнечная энергия, травоядные, хищники, паразиты и т.д.). Другие можно отнести к конкурентным формам взаимодействия как по экологической нише (пища, место обитания и т.д.), так во внутривидовых отношениях (брачное поведение). В решении экологических задач животные осуществляют естественный отбор (Ч. Дарвин, 1859). Особенно остро проблема выживания живого на Земле ставится в периоды резкого изменения климата планеты. Похолодание планеты связано с изменением ядерных процессов в недрах планеты, с воздействием на Землю крупных метеоритов, с изменениями ядерных процессов на Солнце и с проникновением светового излучения сквозь защищающую нас пылевидную туманность из центра нашей галактики – Млечный путь.

Центр нашей галактики представляет собой огромной интенсивности свечение – в 10 раз превышающий солнечное, даже на нашей окраине галактики. Если бы не пылевая "защита" нашей планеты, на ней жизни бы не было. Считается, что каждые 30-33 млн. лет (восьмая часть галактического года) в этой блокаде образуются окна, что приводит к значительным изменениям жизни на Земле. Самым значительным в этом отношении явлением стали события двойного цикла (66 млн. лет тому назад) – вымирание динозавров. Этому способствовало одновременное совпадение нескольких факторов:

1. падение крупного метеорита (штат Аризона, каньон Дьявола 35 км в диаметре, глубиной почти в 1 км; ударное выдавливание острова Исландия – Норвежская котловина 5 км глубиной; россыпи иридиевого метеорита на плато Аргентины);

2. появление покрытосеменных растений, часть из которых была ядовитой;

3. накопление в растениях радиоактивного кобальта;

4. рождение преимущественно самцов хладнокровных животных в результате похолодания;

5. уничтожение значительной части травяного покрова на планете.

Более древним событием внезапного изменения условий жизни на Земле следует считать 30-кратное удаление (980 млн. лет назад) 33 миллионных циклов. Совсем недавно обнаружено, что "очень быстро" – почти за 1 млн. лет – произошли многоклеточные животные. В 1993 г. английскими генетиками был открыт "ген последовательности" воспроизводства частей тела и систем организма развивающейся особи. Появление этого гена ученые отнесли к моменту образования многоклеточных животных. То, что этому событию могли способствовать космические изменения в солнечной системе, доказывает исчезновение воды на Марсе именно в это время. Что это было сказать трудно, но простым совпадением это быть не могло.

Ядерные процессы в недрах Земли сказываются на регулярное появление оледенений – третичное оледенение 12,5 млн. лет – 2,5 млн. лет тому назад) и четвертичное оледенение – последние 2,5 млн. лет тому назад. Периоды оледенений являются для всего живого "экзаменом на выживание". Способы выживания зависят в основном от выбора и защиты собственной экологической ниши (в этом Ч. Дарвин видел "борьбу за существование" видов). В последствии это явление названо естественным отбором.

Отбор оперирует изменчивостью, которая накапливается в индивидуальной жизни организмов. Степень, направленность и скорость отбора зависит от изменчивости внутри популяции конкретного вида животных в определенных условиях. Следовательно, отбор оперирует фенотипами (морфологическим, физиологическим, биохимическим и поведенческим проявлением организма). И все же не все изменения свойств организма закрепляются в отборе. Консервативным в этом процессе является ген (ген не меняется в течение жизни и ген передается детям). Поэтому только ген является ограничителем естественного отбора и этим определяет эволюцию организмов (Первый фактор ограничения отбора).

Новые гены появляются в результате мутаций. Именно мутации отвечают за уровень генетической изменчивости (Второй фактор ограничения отбора). Фенотип, приобретаемый организмом в результате мутации, зависит от природы исходного фенотипа и может проявляться не сразу, а через несколько поколений. Этим определяются ограничения выхода организма за пределы собственной структуры.

Третьим фактором ограничения отбора является конкурентная борьба за экологическую нишу. Направляют борьбу ограниченность пищевых ресурсов. Приобретаемый приспособительный признак особей оценивается с точки зрения лучшего размножения в результате удержания необходимых пищевых ресурсов.

Наиболее действенным оказывается индивидуальный естественный отбор, хотя и групповой может несколько направлять эволюцию. Отсюда следует вывод, что аналитической единицей адаптивного поведения животных в эволюции является особь.

Выживание биологических существ отчасти зависит от его способности к адаптации. Термин "адаптация" Dunber (1982) трактует как:

1. процесс приспособление организма к условиям обитания,

2. действительные отношения организма со средой обитания,

3. степень соответствия между организмом и средой. Исходя из понима-

ния адаптивного процесса, исследователи выбирают стороны этого сложного явления. В одном случае – это изменение биологических характеристик, в другом – генетическая или фенотипическая детерминированность адаптации, в третьем – способности животного к обучению и т.д.

А.В. Яблоков и А.Г. Юсуфов (1989) определяют адаптацию как гармонию организмов со средой обитания: под адаптацией следует понимать "…специальные свойства, способные обеспечить выживание и размножение организмов в конкретной среде". Адаптационные свойства приспособления животных к среде обитания появляются у отдельных особей, но закрепление этого свойства происходит на уровне популяции селективным способом. Поэтому "…появление селективно ценного генотипа является элементарным адаптационным явлением".

Существует несколько классификаций адаптивного процесса. Наиболее продуктивными считаются адаптации, классифицируемые по линии своего происхождения (преадаптивные, комбинативные и постадаптивные). В преадаптации адаптационные свойства появляются у организмов в опережение изменений среды, которые могут накапливаться в организме в результате скрещивания и мутаций. В комбинативной адаптации скрещивание и мутации дают разнообразные сочетания аллелей генов, что может повлечь за собой: 1) усиление признаков (комплиментацию), 2) подавление признаков (эпистаз), 3) градуированное представительство в генах (полимерию). Комбинативные адаптации приводят к быстрой смене одних адаптаций другими и являются наиболее распространенными в природе. Постадаптивные изменения определяют использование организмом ранее существовавших структур в случае смены их функции. При этом происходит перевод неиспользуемых генов в рецессивное состояние. Эти гены сохраняются в генофонде популяции и могут проявляться фенотипически в случае установления отбором положительной связи между такими генами и условиями обитания.

Другие подходы к классификации адаптивного процесса относятся к сторонам: масштабности (специализированные и общие); процесса решения задач (классификация задач); по поведенческим действиям (по предметам потребности животного).

Эволюционно-экологические теории сходятся на мнении, что наиболее развитые животные являются представителями самой сложной и разнообразной жизни. На вопрос: "Почему человек произошел от гоминид" специалисты отвечают: "Потому, что гоминиды обладают самыми разными экологическими нишами и освоили самый сложный способ передвижения – по деревьям". Лазание предъявляет животному самые разнообразные условия в контакте с опорой, очень сложные условия для уравновешивания тела, в использовании разнообразных действий статического, динамического, ускоряющегося, тормозящего, хватательного (шестью "конечностями") характера. Такое разнообразие условий только передвижения предъявляет высокие требования к содержанию ориентировки животного в свойствах среды.

Типы эволюционных изменений складываются по двум направлениям: 1) изменения, протекающие в одной филогенетической линии (филогенетические) и 2) изменения, образующие "разрывы" линии происхождения от предков, в результате чего образуется большое число одновременно развивающихся видов (кладогенез). В первом случае разведение популяций происходит во времени, во втором – в пространстве (на разных территориях).

Распространение прогрессирующих видов животных называется адаптивной радиацией. Примерами таких радиаций было распространение рептилий как "завоевание" суши и воздуха. К такой же адаптивной радиацией является распространение млекопитающих, которые могли противостоять резким климатическим изменениям способом рождения своих детенышей. Кладогенез осуществляется, в основном, как адаптивная радиация.

Относительно темпа эволюции существует известно, что скорость эволюционных процессов изменчива. Скорость эволюционных изменений измеряется количеством появляющихся родов за определенный промежуток времени (например, 1 млн. лет).

Наша справка

Дарвин Ч. – английский ученый, надолго определивший механизмы приспособления животных к условиям обитания путем: изменчивости, наследственности, борьбы за экологическую нишу и естественного отбора.

Харрисон Дж.– американский эколог, изучавший "биологию" человека.

_______