Dovezi ale evoluției - date și concepte științifice care confirmă originea tuturor viețuitoarelor de pe Pământ dintr-un strămoș comun [~ 2] . Datorită acestor dovezi, bazele doctrinei evoluționiste au fost recunoscute în comunitatea științifică , iar teoria sintetică a evoluției a devenit sistemul conducător de idei despre procesele de speciație [1] [~ 3] .
Procesele evolutive sunt observate atât în condiții naturale, cât și de laborator. Sunt cunoscute cazuri de formare de noi specii [2] . Sunt descrise și cazuri de dezvoltare a unor noi proprietăți prin mutații aleatorii [3] . Faptul evoluției la nivel intraspecific a fost dovedit experimental, iar procesele de speciație au fost observate direct în natură.
Pentru a obține informații despre istoria evolutivă a vieții , paleontologii analizează resturile fosile ale organismelor. Gradul de relație dintre speciile moderne poate fi stabilit prin compararea structurii acestora [4] , a genomilor , a dezvoltării embrionilor ( embriogeneza ) [5] . O sursă suplimentară de informații despre evoluție o reprezintă modelele de distribuție geografică a taxonilor biologici, care sunt studiate de biogeografie [6] . Toate aceste date se încadrează într-o singură imagine - arborele evolutiv al vieții .
Dintre dovezile faptului evoluţiei se pot distinge trei grupe [7] . Primele sunt exemple documentate de mici modificări ale speciilor care sunt observate pe o perioadă scurtă de timp din punct de vedere geologic în sălbăticie și ca urmare a selecției plantelor agricole și animalelor domestice . A doua este înregistrarea paleontologică, care demonstrează variabilitatea semnificativă a vieții de-a lungul istoriei Pământului . Al treilea grup de dovezi include trăsăturile morfologice ale structurii tuturor organismelor moderne existente, cum ar fi organele rudimentare și atavismele , permițându-ne să propunem ipoteze verificabile despre originea comună a anumitor specii .
Modificările la nivelul populațiilor observate astăzi dovedesc nu numai existența evoluției, ci și existența unui număr de mecanisme necesare originii evolutive a tuturor speciilor dintr-un strămoș comun. S-a constatat că genomii sunt supuși unei varietăți de mutații , printre care se numără mișcarea intronilor , duplicarea genelor , recombinarea , transpunerea , inserțiile retrovirale ( transfer orizontal de genă ), înlocuirea, ștergerea și inserția nucleotidelor individuale , precum și cromozomiale . rearanjamente . Sunt cunoscute rearanjamente cromozomiale precum duplicarea genomului ( poliploidia ), încrucișarea inegală , inversarea cromozomială , translocarea , diviziunea, fuziunea, duplicarea și ștergerea cromozomilor [8] [9] . Există, de asemenea, o schimbare în structura organismelor [10] [11] și modificări funcționale [10] [12] - diverse adaptări [13] , apariția capacității de a absorbi un nou tip de hrană (inclusiv nailon și pentaclorofenol, a căror producție a început în anii 1930 ) [14] , etc. În plus, au fost descoperite diverse etape intermediare ale apariției unor noi specii, ceea ce indică natura netedă a speciației.
Potrivit unui studiu publicat în 2008 , populația de șopârle de perete Podarcis siculaîn doar 36 de ani (o perioadă extrem de scurtă de evoluție), dimensiunea și forma capului s-au schimbat, forța de mușcătură a crescut și s-au dezvoltat noi structuri în tractul digestiv. Aceste schimbări fizice au avut loc simultan cu schimbări majore în densitatea populației și structura socială.
În 1971, cinci perechi de adulți Podarcis sicula din insula Pod Kopiste au fost transferate pe insula vecină Pod Markara (aceste insule croate se află în sudul Mării Adriatice , lângă Lastov ). Condițiile de pe noul sit erau apropiate de habitatul lor obișnuit, nu existau prădători terestre și, în decurs de trei decenii, șopârlele s-au răspândit în mod natural pe insulă (deplasând populația locală de Podarcis melisellensis în acest proces ). Când exploratorii s-au întors la Pod Markara, au descoperit că șopârlele de pe această insulă erau semnificativ diferite de șopârlele de pe Pod Kopist. Comparația ADN-ului mitocondrial a arătat că populațiile nu se pot distinge genetic, dar, în același timp, în populația Pod Markaru, dimensiunea medie a indivizilor este crescută, membrele posterioare sunt mai scurte, viteza maximă de alergare este mai mică și răspunsul la prădători. atacurile sunt de asemenea diferite. Aceste modificări structurale și comportamentale sunt atribuite activității de pradă mai puține pe Pod Markara și prezenței unei vegetații mai dense care ajută la camuflaj. În plus, dimensiunea și forma capului s-au schimbat semnificativ în noua populație, a devenit mai masiv, iar forța de mușcătură a crescut. Aceste modificări fizice corespund unei schimbări în alimentație: P. sicula din Pod Kopiste sunt predominant insectivore , iar alimentația șopârlelor din Pod Markara, în funcție de anotimp, constă în aproape două treimi din alimente vegetale. Plantele din noul habitat sunt dure și fibroase, iar fălcile puternice permit o mai bună mușcătură și măcinare a hranei vegetale.
Cea mai neașteptată diferență [15] a fost prezența în noua populație a unei valve ileocecale (ileocecale) menite să încetinească trecerea alimentelor prin crearea unor camere de fermentație în intestin în care microbii pot descompune bucăți de vegetație dificil de digerat. . Aceste valve nu au mai fost găsite până acum la această specie de șopârlă, inclusiv la populația originală din insula Pod Kopiste. Experții le numesc „o inovație evolutivă, o nouă proprietate care a lipsit în populația ancestrală și s-a dezvoltat în cursul evoluției la aceste șopârle” [16] . În plus, nematodele sunt prezenți în intestinul noii populații care nu erau prezenți în populația originală.
Schimbările în alimentație au provocat și modificări ale densității populației și ale structurii sociale. Deoarece plantele sunt o sursă de hrană mult mai mare, previzibilă și de încredere decât insectele, numărul șopârlelor a crescut. În plus, a dispărut nevoia de a urmări prada, ceea ce a dus la faptul că șopârlele au încetat să-și apere agresiv teritoriile [17] .
Dezvoltarea și răspândirea rezistenței la antibiotice la bacterii și a rezistenței la pesticide la plante și insecte este o dovadă pentru evoluția speciilor. Apariția formelor de Staphylococcus aureus rezistente la vancomicină și pericolul pe care acestea îl reprezintă pentru pacienții din spital este un rezultat direct al evoluției prin selecție naturală . Un alt exemplu este dezvoltarea tulpinilor de Shigella rezistente la antibiotice din grupul sulfonamidelor [18] . Apariția țânțarilor malariei rezistenți la DDT și dezvoltarea rezistenței la mixomatoză la populațiile de iepuri australieni demonstrează efectele evoluției sub presiunea rapidă de selecție generațională.
În ultimii 50 de ani, au fost înregistrate peste 2.500 de cazuri de adaptare a insectelor dăunătoare la diferite pesticide. Prin urmare, pentru a controla dăunătorii, în locul otrăvurilor convenționale, ei încearcă să folosească pesticide biologice - virusuri entomopatogene . În special, Cydia pomonella granurovirus este utilizat în mod activ pentru combaterea moliei de cod Cydia pomonella (ale cărei larve sunt tocmai „viermii” din merele viermi) .(CpGV). Dar în 2003 s-au înregistrat primele cazuri de scădere a eficacității virusului, iar până în 2005 au apărut populații de molia de la măr, în care rezistența la virus creștea de 100.000 de ori față de original. S-a stabilit că cauza rezistenței este o mutație a cromozomului Z sexual [19] .
Conform teoriei sintetice a evoluției , formarea de noi specii are loc ca urmare a divizării indivizilor unei specii în grupuri care nu se încrucișează. O astfel de separare poate fi cauzată de diverse motive, cum ar fi prezența unor bariere geografice de netrecut ( speciație alopatrică ) sau divizarea de-a lungul nișelor ecologice în cadrul aceluiași interval ( speciația simpatrică ). După apariția diferitelor tipuri de izolare între populații , populațiile încep să evolueze independent, drept urmare diferențele genetice se acumulează treptat între populații, iar după un timp se ajunge la incompatibilitatea genetică - încrucișarea este imposibilă.
În plus, specii noi pot apărea aproape instantaneu (pe o scară de timp geologică) prin poliploidie (o creștere multiplă a numărului de cromozomi dintr-o celulă) și hibridizare (încrucișarea diferitelor specii).
Observațiile speciilor existente arată că speciația are loc continuu în populațiile existente.
Exemplele istorice observabile de om de speciație (ca rezultat al selecției artificiale ) includ reproducerea viermilor domestici de mătase ( Bombyx mori ) dintr-o populație domestică de viermi sălbatici de mătase . Încrucișarea dintre aceste forme practic nu are loc și practic nu dă descendenți capabili să se reproducă, prin urmare, are loc izolarea reproductivă .
Stadiile intermediare ale speciațieiÎn definirea conceptului de specie biologică , izolarea reproductivă aproape completă în condiții naturale este esențială [20] . Dacă speciația are loc treptat, ca urmare a unor mici modificări succesive, atunci și astăzi ar trebui să observăm toate etapele posibile de speciație și, prin urmare, toate etapele posibile ale izolării reproductive: încrucișare liberă între populații, încrucișare dificilă, fertilitate redusă a descendenților, descendenți sterili și în cele din urmă – izolare genetică completă. Dacă în speciile moderne nu se poate găsi nimic de genul acesta, atunci fundamentele doctrinei evoluționiste sunt infirmate, adică acesta este un exemplu de falsificare a doctrinei evoluționiste [21] .
Există multe exemple despre cum diferite specii se pot încrucișa în condiții excepționale. De exemplu, cioara neagră și cioara gri au zone diferite , dar la intersecția acestor intervale, speciile pot forma hibrizi . Un alt exemplu îl reprezintă diferitele tipuri de pești din genul Chukuchan din râul Platte , care trăiesc unul lângă altul, dar se încrucișează rar [22] .
Speciația incompletă poate fi observată la diferite specii inelare [23] : reprezentanții speciilor trăiesc în jurul munților, lacurilor de acumulare etc., în timp ce populațiile vecine se încrucișează și diferă ușor, iar formele extreme diferă semnificativ și nu se încrucișează (vezi diagrama). Un exemplu de specie inelară este salamandra fără plămâni Ensatina eschscholtzii , care trăiește pe versanții munților în apropierea coastei Pacificului Americii de Nord . În funcție de habitatul din jurul munților, salamandrele formează diverse forme care își schimbă treptat caracteristicile morfologice și ecologice. Formele extreme de Ensatina eschscholtzii eschscholtzii și Ensatina eschscholtzii klauberi , dintre care prima este roșiatică, iar cea de-a doua alb-negru, coexistă într-o zonă îngustă de munți din sudul Californiei , dar nu se încrucișează [23] [24] . Alte exemple de specii inelare sunt vâlciul verde ( Phylloscopus trochiloides ), șoarecele cerb ( Peromyscus maniculatus ), melcul de uscat Partula olympia , Drosophila paulistorum .
Mulți hibrizi au fertilitate redusă . La hibrizii de scorpie din genul scorpiei , reproducerea este dificilă din cauza diferenței dintre seturile de cromozomi. Același efect a fost observat în laborator la încrucișarea cu Drosophila pseudoobscuradin Utah și California . Fertilitatea este redusă și la hibrizii de broaște din familia Bombinatoridae a broaștei cu burtă roșie ( Bombina bombina ) și broaștei cu burtă galbenă ( Bombina variegata ) [25] .
Multe alte specii pot produce descendenți hibrizi infertili. Printre aceștia se numără diferiți amfibieni (de exemplu, unele specii de broaște din genul Rana ) și mamifere (de exemplu, un catâr - un hibrid de la încrucișarea unui cal și a unui măgar - este de obicei steril). Hibrizii tritonului crestat și tritonului marmorat sunt sterili datorită prezenței cromozomilor nepereche [26] .
La încrucișarea unui număr de alte specii, se realizează fertilizarea , dar mai târziu embrionul moare. Printre exemple se numără broasca leopard ( Rana pipiens ) și broasca de pădure ( Rana sylvatica ) din genul de broaște adevărate [27] . O situație similară se observă la Drosophila și la unele plante, precum bumbacul comun ( Gossypium hirsutum ) și bumbacul Barbados ( Gossypium barbadense ) [28] .
Urs polarUn exemplu specific de schimbări evolutive la scară largă în speciația incompletă este ursul polar ( Ursus maritimus ), care, în ciuda faptului că este înrudit cu ursul brun ( Ursus arctos ), evident din faptul că aceste specii se pot încrucișa și pot produce descendenți fertili [29]. ] , a dobândit diferențe fiziologice semnificative cu ursul brun. Aceste diferențe permit ursului polar să trăiască confortabil în condiții în care ursul brun nu ar supraviețui. În special, ursul polar este capabil să înoate zeci de kilometri în apă înghețată, culoarea sa se îmbină cu zăpada, nu îngheață în Arctica . Toate acestea sunt posibile datorită unor modificări specifice: culoarea albă ajută la deghizarea unui prădător atunci când vânează foci ; firele de păr goale cresc flotabilitatea și rețin căldura; un strat de grăsime subcutanată, a cărui grosime până la iarnă ajunge la 10 centimetri, asigură o izolare termică suplimentară; alungit, în comparație cu alți urși, gâtul face mai ușor să țineți capul deasupra apei în timp ce înotați; picioarele lărgite, palmare , acționează ca niște vâsle; umflăturile mici și cavitățile de ventuză de pe tălpi reduc riscul de alunecare pe gheață, iar lâna densă de pe tălpi protejează labele de frigul extrem și asigură frecare; urechile sunt mai mici decât ale altor urși și reduc pierderile de căldură; pleoapele acționează ca ochelari de soare; dinții sunt mai ascuțiți decât cei ai altor urși și sunt mai potriviți pentru o dietă exclusiv din carne; volumul crescut al stomacului permite unui prădător înfometat să mănânce o focă întreagă dintr-o dată, în plus, ursul polar este capabil să rămână fără hrană până la nouă luni datorită procesării ureei [30] [31] .
Speciație observatăJudecând după înregistrarea paleontologică și măsurătorile ratelor de mutație, incompatibilitatea completă a genomurilor, făcând imposibilă încrucișarea, se realizează în natură în medie în 3 milioane de ani [32] . Aceasta înseamnă că observarea formării unei noi specii în condiții naturale este în principiu posibilă, dar acesta este un eveniment rar. În același timp, în condiții de laborator, rata modificărilor evolutive poate fi crescută, așa că există motive să sperăm să vedem speciații la animalele de laborator [33] [34] .
Multe cazuri de speciație prin hibridizare și poliploidizare sunt cunoscute la plante precum cânepa , urzica , primula , ridichile, varza și la diferite specii de ferigă . Într-un număr de cazuri, speciația în plante a avut loc fără hibridizare și poliploidizare ( porumb [35] , stephanomerie Stephanomeria malheurensis din familia Asteraceae [36] ).
Drosophila , cunoscută și sub numele de muștele de fructe, sunt printre cele mai studiate organisme. Din anii 1970, au fost înregistrate multe cazuri de speciație la Drosophila. Speciația a avut loc, în special, din cauza diviziunii spațiale, a împărțirii în nișe ecologice într-o zonă, a modificărilor comportamentului de împerechere, a selecției perturbatoare și, de asemenea, datorită unei combinații a efectului fondator cu efectul de blocaj (în timpul experimentelor de spălare a fondatorului ).
Speciația a fost observată în populațiile de laborator de muște de casă , muște Eurosta solidaginis , muște pete de măr, gândaci de făină , țânțari și alte insecte.
Există cazuri când, ca urmare a presiunii de selecție (în prezența prădătorilor), algele verzi unicelulare din genul Chlorella au format organisme coloniale multicelulare , iar în bacterii în condiții similare, structura s-a schimbat și a crescut în dimensiune (de la 1,5 la 20). micrometri în 8-10 săptămâni). Dacă aceste cazuri sunt exemple de speciație depinde de definiția speciei utilizată ( izolarea reproductivă nu poate fi utilizată în reproducerea asexuată ) [37] [38] .
Speciația a fost observată și la mamifere . Șase cazuri de speciație la șoareci de casă de pe insula Madeira în ultimii 500 de ani au fost rezultatul izolării pur geografice, derivării genetice și fuziunii cromozomilor. Fuziunea a doi cromozomi este cea mai notabilă diferență între genomul uman și cel al cimpanzeului , iar unele populații de șoareci din Madeira au avut nouă astfel de fuziuni în 500 de ani [2] [39] .
musca de mereMusca de măr Rhagoletis pomonella este un exemplu de speciație simpatrică observată (adică, speciație rezultată din divizarea în nișe ecologice ) [40] [41] . Specia a trăit inițial în estul Statelor Unite . Înainte de sosirea europenilor, larvele acestor muște s-au dezvoltat doar în fructele de păducel . Cu toate acestea, odată cu importul de meri în America (prima mențiune despre meri în America este 1647 ), s-a deschis o nouă nișă ecologică. În 1864, larve de Rhagoletis pomonella au fost găsite în mere, fixând astfel rasa de mere a acestei specii [42] . Peste un secol și jumătate de observații, acestea s-au diferit foarte mult. Acum muștele aproape că nu se încrucișează între ele (nivelul de hibridizare nu depășește 4-6%). Musca mărului se împerechează aproape exclusiv pe meri, iar musca păducelului pe păducel, ceea ce, având în vedere timpul diferit de coacere a fructelor, duce la izolarea reproductivă . În viitorul apropiat, este posibilă transformarea completă a acestor subspecii în specii independente.
Există mai multe specii frați cunoscute în aripa pestriță care trăiesc pe diferite tipuri de plante - probabil, speciația lor a procedat exact conform schemei descrise [43] [44] [45] .
La sfârșitul anilor 1950 și începutul anilor 1960, binecunoscutul biolog sovietic G. Kh. Shaposhnikov a efectuat o serie de experimente în timpul cărora plantele gazdă au fost schimbate în diferite specii de afide . În timpul experimentelor, a fost observată pentru prima dată izolarea reproductivă a indivizilor utilizați în experiment față de populația inițială, ceea ce indică formarea unei noi specii [46] [47] [48] [49] .
Evoluția E. coli în laboratorO echipă de biologi de la Universitatea de Stat din Michigan, condusă de Richard Lensky , a simulat cu succes evoluția organismelor vii în laborator folosind Escherichia coli ( Escherichia coli ) ca exemplu.
Datorită vitezei de reproducere, schimbarea generațiilor de E. coli are loc extrem de rapid, așa că oamenii de știință au sperat că observarea pe termen lung va demonstra mecanismele evoluției în acțiune. În prima etapă a experimentului, în 1988 , 12 colonii de bacterii au fost plasate în condiții identice : un mediu nutritiv izolat în care era prezentă o singură sursă de nutrienți - glucoza . În plus, în mediu a existat citrat , pe care, în prezența oxigenului, aceste bacterii nu îl pot folosi ca sursă de hrană. În ultimele trei decenii, peste 68 de mii de generații de bacterii s-au schimbat, continuă experimentul [50] .
Oamenii de știință au observat schimbările care apar cu bacteriile. Cele mai multe dintre ele au fost aceleași în toate populațiile - de exemplu, dimensiunea bacteriilor a crescut, deși în rate diferite. Undeva între generațiile 31.000 și 32.000, totuși, la una dintre populații au avut loc schimbări cardinale care nu au fost observate la celelalte. Bacteriile au dobândit capacitatea de a metaboliza citratul . Folosind mostre conservate de bacterii din diferite generații, cercetătorii au reușit să stabilească că începutul unei serii de modificări care au dus la formarea unei noi varietăți de bacterii a avut loc în regiunea generației numărul 20 de mii și numai în această colonie [3] ] [51] .
Experimentatorii au descoperit un proces anterior neașteptat: devirsificarea ecologică a populației Ara-2 a fost observată în 2014, iar în 2017, complicația populațiilor și interacțiunile lor au început să fie observate la 9 din 12 populații. Acest lucru schimbă ideile despre adaptarea populației asexuate la condițiile de mediu stabile [52] .
Clasificarea organismelor vii, în general acceptată în comunitatea științifică, este o structură ierarhică cu mai multe niveluri : organismele sunt împărțite în regate , regnurile sunt împărțite în tipuri , tipurile în clase , clasele în ordine și așa mai departe. În urma unei astfel de ramificări se obține un arbore filogenetic [~ 4] . Există dezacorduri între biologi cu privire la atribuirea speciilor individuale la grupuri specifice, dar aceste contradicții sunt de natură privată. Practica arată că clasificările biologice, construite pe baza unor caracteristici diferite, tind să tindă spre aceeași schemă ierarhică arborescentă - clasificarea naturală . Deci, în baza acestei clasificări, probabil, există un model.
Acesta este rezultatul care poate fi așteptat în originea evolutivă a animalelor dintr-un strămoș comun [~ 5] . Ramificația arborelui filogenetic corespunde împărțirii populațiilor în procesul de speciație.
De regulă, obiectele care nu au apărut în cursul evoluției nu au această proprietate. Este imposibil să construim în mod obiectiv o ierarhie de particule elementare , elemente chimice , planete ale sistemului solar . De asemenea, nu există o ierarhie obiectivă a obiectelor create în mod conștient precum cărțile dintr-o bibliotecă, casele, mobilierul, mașinile. Puteți combina opțional aceste obiecte în diferite ierarhii, dar nu există o singură ierarhie obiectivă care să fie fundamental mai bună decât toate celelalte [53] .
Există o serie de metode statistice pentru a evalua cu acuratețe modul în care obiectele cu proprietăți diferite se potrivesc într-o anumită ierarhie [54] . Aceste metode măsoară așa-numitul „semnal filogenetic”, permițându-vă să distingeți modelele imaginare de cele obiective. De exemplu, orice „arborele genealogic” al mașinilor va avea un nivel scăzut de semnal filogenetic [55] [56] . În schimb, arborele evolutiv și diferitele sale părți au un semnal filogenetic constant [56] [57] [58] .
Există mai multe surse de date din care se pot trage concluzii cu privire la gradul de înrudire dintre specii. Dacă există un singur arbore evolutiv care unește toate speciile într-o genealogie obiectivă , atunci toate datele trebuie să susțină această genealogie [59] . Arborii filogenetici construiți independent trebuie să se potrivească între ei. Cea mai simplă, deși nu foarte precisă, modalitate de a construi un astfel de copac este compararea structurii organismelor animale: cu cât sunt mai puține diferențe între specii, cu atât mai puține generații le separă de un strămoș comun. Evidența paleontologică face posibilă stabilirea relațiilor între clasele de animale. De exemplu, rămășițele găsite de dinozauri non-aviari cu pene mărturisesc originea păsărilor de la început. Biogeografia și embriologia oferă, de asemenea, informații despre apropierea evolutivă a speciilor. Cea mai exactă sursă de date, indisponibilă pe vremea lui Darwin , este o analiză comparativă a genomului diferitelor organisme. Se poate construi un arbore evolutiv pentru fiecare genă individuală, iar cercetătorii iau în considerare, de asemenea, tot felul de proteine necodificatoare - secvențe.
Toate aceste surse de informare dau aceeasi imagine pana la eroarea metodelor folosite. Faptul că arborii evoluționari construiți în funcție de date diferite corespund între ei este explicat de teoria evoluționistă. Alte explicații lipsesc: de exemplu, nu există niciun motiv pentru care organismele care sunt similare ca structură ar trebui să aibă secvențe necodante similare în genom dacă nu provin din același strămoș [60] .
| 1850 | |
| 1950 | |
| 2002 | |
| Progrese în studiul evoluției umane. Creșterea numărului de specii de hominini cunoscute științei în timp. Fiecare specie este reprezentată ca un dreptunghi care arată limitele în care a variat volumul craniului și locul speciei în înregistrarea fosilelor. Puteți vedea umplerea treptată a golurilor între specii | |
De regulă, resturile fosile de plante și animale se descompun și dispar fără urmă. Dar uneori țesuturile biologice sunt înlocuite cu minerale și se formează fosile . De obicei, ei găsesc oase sau cochilii fosilizate, adică părți solide ale organismelor vii. Uneori găsesc amprente ale unor urme de animale sau urme ale activității lor vitale. Chiar mai rar, un animal este găsit în întregime înghețat în gheață în zonele de permafrost modern , prins în rășina pietrificată ulterioară a plantelor antice ( chihlimbar ) sau într-o altă rășină naturală - asfalt .
Paleontologia este studiul resturilor fosile . De obicei, rocile sedimentare sunt așezate în straturi, astfel încât straturile mai profunde conțin fosile dintr-o perioadă anterioară ( principiul suprapunerii ). Deci, comparând formele fosile din straturile succesive, putem trage concluzii despre principalele direcții de evoluție a organismelor vii. Numeroase metode de geocronologie sunt folosite pentru a estima vârsta fosilelor .
Privind înregistrările paleontologice, se poate concluziona că viața pe Pământ s-a schimbat semnificativ. Cu cât privim mai adânc în trecut, cu atât vedem mai puțin în comun cu biosfera modernă. Primele procariote (cele mai simple unicelulare, care nu posedă un nucleu celular formalizat ) apar cu aproximativ 3,5 miliarde de ani în urmă. Primele eucariote unicelulare apar acum 2,7-1,75 miliarde de ani. Aproximativ un miliard de ani mai târziu, acum 840 de milioane de ani, primele animale multicelulare apar în înregistrarea fosilelor , reprezentanți ai faunei Hainan . Potrivit unui studiu publicat în 2009, probabil cu peste 635 de milioane de ani în urmă existau deja multicelulare, aparținând unuia dintre tipurile moderne - bureții [61] . În perioada „ exploziei cambriene ”, acum 540-530 de milioane de ani, într-o perioadă de timp scurtă din punct de vedere geologic, în evidența geologică apar rămășițele reprezentanților celor mai multe tipuri moderne cu schelete, iar după încă 15 milioane de ani - primul vertebrate primitive asemănătoare lampreelor moderne [62 ] . Peștii cu fălci apar acum 410 milioane de ani, insectele - acum 400 de milioane de ani și încă 100 de milioane de ani ferigile domină pe uscat , iar insectele și amfibienii rămân principalele grupuri ale faunei terestre . Cu 250 până la 65 de milioane de ani în urmă, pe Pământ, dinozaurii și alte sauropside au ocupat poziția dominantă a „prădătorilor de top” și a erbivorelor mari , cele mai comune plante fiind cicadele și alte grupuri de gimnosperme . Primele resturi fosile de plante cu flori apar acum 140-130 de milioane de ani, iar începutul răspândirii lor largi datează de la mijlocul perioadei Cretacice (acum aproximativ 100 de milioane de ani). Tabloul observat corespunde originii tuturor speciilor din organisme unicelulare și nu are alte explicații științifice [63] .
O dovadă binecunoscută a evoluției este prezența așa-numitelor forme intermediare , adică organisme care combină trăsăturile caracteristice ale diferitelor specii [~ 1] . De regulă, vorbind de forme intermediare (sau „de tranziție”), ele înseamnă specii fosile, deși speciile intermediare nu se sting întotdeauna. Pe baza arborelui filogenetic, teoria evoluției prezice ce forme intermediare pot fi găsite și care nu. Conform metodei științifice , predicțiile care s-au adeverit confirmă teoria. De exemplu, cunoscând structura scheletului teropodelor și a păsărilor care au coborât din ele, se pot prezice unele trăsături ale formei de tranziție dintre ele. Se poate prezice posibilitatea de a găsi rămășițe de animale care au un plan corporal reptilian, dar cu pene, sau rămășițe de animale ca păsările, dar cu dinți sau cu cozi lungi cu un schelet de vertebre netopite. Se poate prevedea însă că nu vor fi găsite forme de tranziție între păsări și mamifere, cum ar fi fosile de mamifere cu pene sau fosile asemănătoare păsărilor cu oase ale urechii medii de mamifere [64] .
La scurt timp după publicarea „ On the Origin of Species ”, au fost descoperite rămășițele lui Archaeopteryx , o formă intermediară între teropode și păsări (adică, membrul bazal al cladei Avialae ). Archaeopteryx se caracterizează prin penaj diferențiat (o trăsătură tipică aviară), iar în structura scheletului se deosebește puțin de dinozaurii compsognath . Avea gheare ale membrelor anterioare, dinți și o coadă lungă cu un schelet de vertebre necontopite, iar presupusele trăsături scheletice „aviare” unice au fost identificate ulterior la o serie de alți dinozauri non-aviari. Alte forme de tranziție între teropode avansate și păsări au fost găsite ulterior [65] .
Sunt cunoscute multe alte forme de tranziție, inclusiv cele de la nevertebrate la pești, de la pești la tetrapode , de la amfibieni la reptile și sinapside și de la therapside la mamifere [66] .
În unele cazuri, forme fosile de tranziție nu au putut fi găsite, de exemplu, nu există urme ale evoluției cimpanzeilor (probabil, acest lucru se datorează lipsei condițiilor pentru formarea fosilelor în pădurile în care trăiesc) [67] , nu există urme de viermi ciliari , iar această clasă include mai mult de 3500 de specii [ 68 ] . Desigur, pentru a falsifica teoria evoluției, nu este suficient să subliniem astfel de lacune în înregistrarea fosilelor. Pentru a infirma doctrina evoluționistă, ar fi necesară prezentarea unui schelet care nu corespunde arborelui filogenetic sau nu se încadrează în succesiunea cronologică. Așadar, ca răspuns la o întrebare despre ce descoperire ar putea falsifica teoria evoluționistă, John Haldane a spus brusc: „ Iepuri fossili în Precambrian !” [69 ] Au fost găsite milioane de fosile [70] din aproximativ 250.000 de specii de fosile [71] , iar fiecare descoperire este un test al teoriei evoluției, iar testul trecut confirmă teoria.
În cazurile în care înregistrarea paleontologică se dovedește a fi deosebit de completă, devine posibilă construirea așa-numitei serii filogenetice, adică seria de specii (genuri etc.) care se înlocuiesc succesiv între ele în procesul evoluției. Cele mai cunoscute sunt seriile filogenetice ale oamenilor și cailor (vezi mai jos), iar evoluția cetaceelor poate fi citată și ca exemplu [72] .
Primul exemplar identificat al unui Neanderthal a fost găsit în 1856, cu trei ani înainte de publicarea cărții Despre originea speciilor. La momentul publicării cărții, nu se cunoșteau alte fosile care să susțină originea evolutivă a oamenilor și a marilor maimuțe dintr-un strămoș comun. Deși Neanderthalul este o specie independentă a genului uman , de atunci au fost găsite multe schelete de forme intermediare între antropoide antice și oameni .
Deoarece strămoșul comun al omului și al cimpanzeului se mișca pe patru membre, iar creierul său nu era mai mare decât cel al unui cimpanzeu, conform teoriei lui Darwin, postura verticală ar fi trebuit să se dezvolte în procesul de evoluție , iar volumul creierului ar trebui să aibă, de asemenea, a crescut. Astfel, una dintre cele trei variante ale formei intermediare trebuie să fi existat :
„Insist ca tu sau altcineva să-mi arate o astfel de trăsătură... cu care se poate distinge o persoană de o maimuță. Eu însumi nu cunosc o astfel de caracteristică. Dar dacă aș numi o persoană maimuță sau invers, aș fi inevitabil excomunicat. Cu toate acestea, ca naturalist, s-ar putea să fiu obligat să fac exact asta.
Carl Linnaeus , 1758 [74]În anii 1920, rămășițele unei creaturi pe care Raymond Dart a numit -o Australopithecus au fost descoperite în Africa . Ulterior, au fost găsite și alte rămășițe de Australopithecus, inclusiv faimoasa Lucy și craniul AL 444-2. Australopithecus a trăit în estul și nordul Africii în urmă cu 4-2 milioane de ani. Dimensiunea creierului lui Australopithecus a fost puțin mai mare decât cea a unui cimpanzeu. Oasele pelvisului sunt cele mai apropiate ca structură de oasele pelvisului uman. Structura craniului este caracteristică animalelor în poziție verticală, care poate fi determinată în special de foramen magnum - o gaură în osul occipital care conectează cavitatea craniană cu canalul spinal. Mai mult, în Tanzania , urme lăsate de hominide bipede au fost găsite în cenușa vulcanică fosilizată. Vârsta urmelor este de 3,6 milioane de ani [75] [76] . Astfel, Australopithecus este „forma de tranziție numărul doi”: ei dezvoltaseră o postură verticală parțială, dar creierul era similar cu cel al unui cimpanzeu [77] .
Ulterior, au fost găsite rămășițele lui Ardipithecus , care au o vechime de 4,5 milioane de ani. Analiza scheletului a arătat că Ardipithecus s-a deplasat pe pământ pe două membre posterioare și s-a cățărat în copaci pe toate cele patru [78] [79] . Locomoția bipedă la Ardipithecus a fost slab dezvoltată în comparație cu hominicile ulterioare , ei nu puteau călători pe distanțe mari [80] . Ardipithecus este o formă de tranziție între strămoșul comun al oamenilor și al cimpanzeilor și Australopithecus.
Așadar, în cursul evoluției, hominidele au dezvoltat mai întâi o postură verticală și abia apoi a început o creștere semnificativă a volumului creierului. Australopithecus, care a trăit acum 4-2 milioane de ani, avea un volum al creierului de aproximativ 400 cm³, aproximativ de mărimea unui cimpanzeu. Un om priceput ( Homo habilis ) a trăit acum 2,4-1,4 milioane de ani, dimensiunea creierului său era de 500-640 cm³. Omul muncitor ( Homo ergaster ) a trăit acum 1,9-1,4 milioane de ani, dimensiunea creierului - 700-850 cm³. Homo erectus ( Homo erectus ) a trăit cu 1,4-0,2 milioane de ani în urmă, dimensiunea creierului a variat de la 850 cm³ la indivizii timpurii până la 1100 cm³ la cei mai târziu. Omul din Heidelberg ( Homo heidelbergensis ) a trăit acum 600-350 de mii de ani, dimensiunea creierului era de 1100-1400 cm³. Neanderthalienii au trăit acum 350-25 de mii de ani, dimensiunea creierului era de 1200-1900 cm³. Homo sapiens a apărut acum 200 de mii de ani , dimensiunea creierului uman este de 1000-1850 cm³. Conform conceptelor moderne, nu toate speciile enumerate au fost strămoșii direcți ai oamenilor moderni. În special, oamenii de Neanderthal au evoluat în paralel cu Homo sapiens . Cu toate acestea, în exemplul acestor specii, se poate observa direcția de evoluție a hominidelor. Aceste specii sunt bine reprezentate în evidența fosilelor [81] [82] .
Potrivit lui Darwin , „în seria de forme care trec imperceptibil una în alta de la o creatură asemănătoare maimuțelor la om în starea sa actuală, ar fi imposibil să indice exact care dintre aceste forme ar trebui să primească mai întâi numele „om””. [83] . Este această problemă cu care se confruntă paleontologii moderni, forțați să împartă rămășițele găsite de hominide în diferite genuri. De exemplu, craniile KNM ER 1813 , KNM ER 1470 și OH 24 ("Twiggy")au fost clasificați în diferite momente ca Australopithecus habilis și ca Homo habilis , pur și simplu pentru că s-au găsit pe o „graniță” artificială trasată în mod arbitrar între genuri practic indistinguibile [84] .
Evoluția calului poate fi urmărită destul de complet în America de Nord . Cel mai vechi cabalin, Hyracotherium ( cunoscut și sub numele de Eohippus ) , avea dimensiunea unei vulpi și a trăit în America de Nord acum 54 de milioane de ani ( Eocenul inferior ), apoi s-a răspândit în Europa și Asia [86] . Era un animal de corp zvelt, cu picioare scurte, dar adaptat alergării. Avea patru degete pe picioarele din față și trei pe picioarele din spate, cu degetele aproape verticale. Incisivii erau mici, molarii erau turtiți și acoperiți cu smalț deasupra.
Calea probabilă de dezvoltare a cailor de la Hyracotherium la speciile moderne include cel puțin 12 genuri și câteva sute de specii . Totodată, au avut loc următoarele modificări:
Judecând după plantele fosile din diferite straturi, zona mlăștinoasă în care a trăit Hyracotherium a devenit treptat mai uscată. Strămoșii cailor au început să se bazeze pe vederea îmbunătățită datorită capului ridicat și pe viteza mare a alergării pentru a scăpa de prădători . Dacă, atunci când mergeam pe pământ moale, mlăștinos, era justificat un număr mare de degete pe membre, atunci în condițiile schimbate de viață pentru caii primitivi a devenit mai profitabil când degetele lor laterale au început să se stingă treptat, iar cele din mijloc au început să se stingă. dezvolta. Schimbarea structurii dinților se explică printr-o modificare a dietei, și anume, trecerea de la vegetația moale la iarbă și frunze.
Caii dezvoltă uneori unul sau două degete suplimentare, cel mai frecvent al 2-lea deget (interior) cu metacarpieni sau metatarsieni complet dezvoltate, articulații ale degetelor complet dezvoltate și o copită care rar atinge solul. În cazul dezvoltării a două degete în plus, piciorul capătă o asemănare cu picioarele speciilor ancestrale.
În cursul evoluției, fiecare organism nou nu este proiectat de la zero, ci este obținut din cel vechi printr-o succesiune de mici modificări. Structurile astfel formate au o serie de trăsături caracteristice care indică originea lor evolutivă. Studiile anatomice comparative fac posibilă identificarea unor astfel de caracteristici.
În special, originea evolutivă exclude posibilitatea împrumutării intenționate a modelelor de succes de la alte organisme. Prin urmare, la specii diferite, care nu sunt strâns înrudite, organe diferite sunt folosite pentru a rezolva probleme similare. De exemplu, aripa unui fluture și aripa unei păsări se dezvoltă din diferite straturi germinale , aripile păsărilor sunt membrele anterioare modificate, iar aripile unui fluture sunt pliuri ale unui înveliș chitinos. Asemănarea dintre aceste organe este superficială și este o consecință a originii lor convergente . Astfel de organe sunt numite analoge [87] [88] .
Situația opusă se observă la speciile strâns înrudite: organele similare ca structură sunt folosite pentru sarcini complet diferite. De exemplu, membrele anterioare ale vertebratelor îndeplinesc o varietate de funcții, dar în același timp au un plan structural comun, ocupă o poziție similară și se dezvoltă din aceleași rudimente, adică sunt omoloage [4] . Asemănarea în structura aripii unui liliac și a labei unei cârtițe nu poate fi explicată în termeni de utilitate. În același timp, teoria evoluției oferă o explicație: vertebratele cu patru picioare au moștenit o structură cu un singur membru de la un strămoș comun [89] .
Fiecare specie moștenește majoritatea proprietăților sale de la speciile ancestrale, incluzând uneori pe cele care sunt inutile pentru noua specie. Schimbările apar de obicei datorită transformării secvențiale treptate a caracterelor speciilor ancestrale. Asemănarea organelor omoloage, fără legătură cu condițiile de funcționare a acestora, este o dovadă a dezvoltării lor în cursul evoluției dintr-un prototip comun pe care îl avea specia ancestrală. Alte exemple de modificări evolutive ale morfologiei sunt rudimentele , atavismele , precum și numeroasele cazuri de imperfecțiune specifică în structura organismelor.
Membrul cu cinci degete caracteristic vertebratelor cu patru picioare este un exemplu de omologie de organ. Mai mult decât atât, există o omologie între membrul cu cinci degete și aripioarele unor pești fosili cu aripioare lobice , din care, se pare, au provenit primii amfibieni . Membrele tetrapodelor variază ca formă și sunt adaptate pentru a îndeplini o varietate de funcții într-o varietate de condiții. Pe exemplul mamiferelor:
Mai mult, toate aceste membre conțin un set similar de oase cu același aranjament relativ [90] . Unitatea structurii nu poate fi explicată în termeni de utilitate, deoarece membrele sunt folosite în scopuri complet diferite.
Părți ale aparatului bucal al insectelorPrincipalele părți ale aparatului bucal al insectelor sunt buza superioară, o pereche de mandibule (maxilare superioare), subglota (hipofaringe), două maxilare (maxilare inferioare) și buza inferioară (a doua maxilare fuzionată). La diferite specii, aceste componente diferă ca formă și dimensiune, la multe specii unele dintre părți se pierd. Caracteristicile structurale ale aparatului bucal permit insectelor să utilizeze diverse surse de hrană (vezi figura):
(A) În forma sa originală (de exemplu, într-o lăcustă ), mandibulele și maxilarele puternice sunt folosite pentru a mușca și a mesteca .
(B) O albină își folosește buza inferioară pentru a colecta nectar , în timp ce își folosește mandibulele pentru a zdrobi polenul și a frământa ceara .
(C) La majoritatea fluturilor , buza superioară este redusă, mandibulele sunt absente, iar maxilarul formează o proboscis .
(D) La țânțarii de sex feminin, buza superioară și maxilarul formează un tub, iar mandibulele sunt folosite pentru a străpunge pielea.
Organele similare în exterior sau părți ale acestora, care provin din rudimente inițiale diferite și au o structură internă inegală, sunt numite similare . Asemănarea externă apare în cursul evoluției convergente , adică în cursul adaptării independente la condiții similare de existență.
Exemple:
Absența completă a împrumutării intenționate a modelelor de succes distinge evoluția de designul conștient. De exemplu, o pană este un design bun care ajută la zbor, dar mamiferele (inclusiv liliecii) nu au pene. Branhiile sunt extrem de utile pentru animalele acvatice, dar mamiferele (cum ar fi cetaceele ) le lipsesc. Pentru a infirma teoria evoluției, este suficient să găsim pene sau branhii la orice fel de mamifere [88] [91] .
Rudimentele sunt numite organe care și-au pierdut semnificația principală în procesul de dezvoltare evolutivă a organismului. Rudimentele pot fi, de asemenea, definite, indiferent de predarea evoluționistă, ca structuri care sunt reduse și au capacități mai puține în comparație cu structurile corespunzătoare din alte organisme. Dacă rudimentul este funcțional, atunci îndeplinește funcții relativ simple sau nesemnificative cu ajutorul unor structuri care sunt în mod evident destinate unor scopuri mai complexe. Deși multe organe vestigiale sunt complet nefuncționale, lipsa funcției nu este o condiție necesară pentru vestigialitate [92] . Astfel de organe sunt extrem de comune în natură [93] .
De exemplu, aripa unei păsări este o structură anatomică extrem de complexă special adaptată pentru zborul activ, dar aripile de struț nu sunt folosite pentru zbor. Aceste aripi rudimentare pot fi folosite pentru sarcini relativ simple, cum ar fi menținerea echilibrului în timpul alergării și atragerea femelelor. Astfel, complexitatea specifică a aripilor de struț este inadecvată simplității sarcinilor pentru care sunt folosite aceste aripi, motiv pentru care aceste aripi sunt numite rudimente. Alte păsări fără zbor cu aripi rudimentare includ cormoranii din Galapagos ( Phalacrocorax harrisi ), kiwi și kakapos . În comparație, aripa pinguinului este de mare importanță, acționând ca o înotătoare și, prin urmare, nu poate fi considerată un vestigiu [94] .
Exemple de rudimente:
Apendicele vermiform al cecului (apendicele) la unele ierbivore este folosit pentru digerarea alimentelor din plante și este lung. De exemplu, la o koala , lungimea apendicelui este de la 1 la 2 metri. Apendicele uman are o lungime de 2 până la 20 de centimetri și nu este implicat în descompunerea alimentelor. Contrar credinței populare, faptul că apendicele are funcții secundare nu înseamnă că nu este un rudiment.
Teoria evoluției prezice ce organe rudimentare pot fi găsite și care sunt fundamental imposibile. Orice organ vestigial al unui organism a fost pe deplin dezvoltat în strămoșii săi. Aceasta înseamnă că fiecare rudiment descoperit trebuie să corespundă arborelui evolutiv, altfel ar trebui revizuite fundamentele teoriei evoluției. Acesta este un alt exemplu de falsificare a teoriei evoluționiste, adică o dovadă a îndeplinirii criteriului Popper pentru recunoașterea teoriei ca științifice [100] .
Atavismul este apariția la un individ a unor semne caracteristice strămoșilor îndepărtați , dar absente la cei mai apropiați. Apariția atavismelor se explică prin faptul că genele responsabile de această trăsătură sunt păstrate în ADN, dar în mod normal nu formează structuri tipice strămoșilor.
Exemple de atavisme [101] :
Argumentele pentru evoluție sunt similare cu cele pentru vestigii [108] .
Pe parcursul evoluției, fiecare design nou este obținut din cel vechi datorită unei secvențe de modificări adaptive. Această caracteristică este cauza unor inconsecvențe specifice în structura organismelor vii [109] .
De exemplu, nervul laringian recurent la mamifere merge (ca parte a nervului vag ) de la creier la inimă , se îndoaie în jurul (deja ca un nerv independent) arcul aortic și se întoarce în laringe . Drept urmare, nervul parcurge o cale mult mai lungă decât este necesar, iar un anevrism de aortă poate duce la paralizia corzii vocale stângi . Problema se vede cel mai clar în exemplul unei girafe , în care lungimea nervului recurent poate ajunge la 4 metri, deși distanța de la creier la laringe este de doar câțiva centimetri. Mamiferele au moștenit acest aranjament de nervi și vase de la peștii cărora le lipsește gâtul [110] .
Tractul gastrointestinal al mamiferelor se intersectează cu tractul respirator , ca urmare, nu putem respira și înghiți în același timp și, în plus, există pericolul de sufocare. Explicația evolutivă a acestei împrejurări constă în faptul că strămoșii mamiferelor sunt pești cu aripioare lobe din grupul osteolepiformelor .care a înghițit aer ca să respire.
Un alt exemplu este retina vertebratelor și punctul orb . La vertebrate, fibrele nervoase retiniene și celulele ganglionare sunt situate deasupra celulelor sensibile la lumină, iar lumina trebuie să treacă prin mai multe straturi de celule înainte de a ajunge la tije și conuri . Punctul orb este o zonă a retinei lipsită de fotoreceptori, din care nervul optic pleacă spre creier. Vertebratele au o serie de adaptări pentru a face față numeroaselor probleme cauzate de acest aranjament retinian. În special, fibrelor nervoase care trec peste retină le lipsește o teacă de mielină , ceea ce le crește transparența, dar reduce viteza de transmisie a semnalului. Ochii cefalopodelor , asemănători ca structură , nu au acest neajuns [111] . Acest lucru arată clar că la vertebrate, este posibil ca în cursul evoluției să se fi putut forma ochi fără pete oarbe [112] [113] . Se presupune că această structură a ochiului este asociată cu modul în care se dezvoltă în onto- și filogenie. Probabil, la strămoșii îndepărtați comuni ai cordatelor, fotoreceptorii erau localizați pe suprafața dorsală a corpului. Apoi, în timpul formării tubului neural, au ajuns pe suprafața interioară a acestuia, adică pe peretele canalului nervos (ca în lancetă ). Ochii vertebratelor moderne sunt formați ca proeminențe ale pereților tubului neural (veziculele oculare), iar fotoreceptorii sunt încă formați în peretele lor interior.
Asemenea patologii frecvente precum prolapsul uterin , inflamația frecventă a nazofaringelui și durerea lombară la om se datorează parțial faptului că folosim un corp pentru mers vertical, modelat de evoluția de-a lungul sutelor de milioane de ani pentru a se deplasa pe patru membre [114] ] .
La toate vertebratele, există o similitudine semnificativă a embrionilor în stadiile incipiente de dezvoltare: au o formă similară a corpului, există rudimente de arcade branhiale , există o coadă, un cerc de circulație a sângelui etc. ( Karl Maksimovich Baer " s legea asemănării embrionare ) [~ 7] . Cu toate acestea, pe măsură ce dezvoltarea progresează, asemănarea dintre embrionii diferitelor grupuri sistematice scade treptat, iar trăsăturile caracteristice claselor , ordinelor, familiilor, genurilor și, în cele din urmă, speciilor încep să predomine.
Modificările evolutive pot viza toate fazele ontogenezei , adică pot duce la modificări nu numai la organismele mature, ci și la embrioni, chiar și în primele etape de dezvoltare. Cu toate acestea, fazele anterioare de dezvoltare ar trebui să fie mai conservatoare decât cele ulterioare, deoarece schimbările din etapele anterioare de dezvoltare, la rândul lor, ar trebui să conducă la schimbări mai mari în procesul de dezvoltare ulterioară. De exemplu, schimbarea tipului de clivaj va provoca modificări în procesul de gastrulare , precum și în toate etapele ulterioare. Prin urmare, schimbările care se manifestă în stadiile incipiente sunt mult mai probabil să fie letale decât schimbările care afectează perioadele ulterioare de ontogeneză.
Astfel, stadiile incipiente ale dezvoltării se schimbă relativ rar, ceea ce înseamnă că prin studierea embrionilor de diferite specii se pot trage concluzii despre gradul de relație evolutivă [115] .
În 1837, embriologul Carl Reichert a aflat din ce structuri germinale se dezvoltă oasele pătrate și articulare din maxilarul inferior al reptilelor. Aceleași structuri au fost găsite și la embrionii de mamifere, dar ei se dezvoltă în nicovală și , respectiv, măleu , osiculele auditive ale urechii medii [116] . Înregistrările fosile confirmă, de asemenea, originea elementelor urechii medii ale mamiferelor din oasele maxilarului inferior, conservate la reptilele moderne și odată caracteristice strămoșilor mamiferelor, sinapsidele reptiliene .
Există multe alte exemple despre modul în care istoria evolutivă a unui organism este dezvăluită în cursul dezvoltării sale. Embrionii timpurii de mamifere au saci branhiali, care nu se distinge ca structură de sacii branhiali la vertebratele acvatice [117] . Acest lucru se datorează faptului că strămoșii mamiferelor trăiau în apă și respirau prin branhii . Desigur, sacii branhiali ai embrionilor de mamifere se dezvoltă în timpul dezvoltării nu în branhii, ci în structuri care au evoluat din fantele branhiale sau din pereții pungilor branhiale, cum ar fi trompele lui Eustachio , urechea medie, amigdalele , glandele paratiroide și timusul . 118] .
Embrionii multor specii de șerpi și șopârle fără picioare (de exemplu, fusul fragil ) dezvoltă rudimente ale membrelor, dar apoi se dizolvă [119] . În mod similar, balenele, delfinii și marsuinii [~ 8] nu au membre posterioare, dar la embrionii de cetacee picioarele posterioare încep să crească, se dezvoltă oasele, nervii, vasele, iar apoi toate aceste țesuturi se dizolvă [120] .
Darwin a citat ca exemplu prezența dinților în embrionii de balene cu fani [99] [121] [122] .
Darwin a publicat Despre originea speciilor cu aproape 100 de ani înainte de a descifra structura ADN-ului . Noile cunoștințe acumulate de atunci ar putea infirma fără echivoc doctrina evoluționistă dacă ar fi falsă. În schimb, analiza ADN-ului oferă dovezi pentru teoria evoluției [123] . Însuși faptul prezenței variabilității ereditare este necesar pentru evoluție, iar dacă s-ar dovedi că ADN-ul este rezistent la schimbări, aceasta ar însemna sfârșitul teoriei [9] . Dar ADN-ul este în continuă mutație, iar aceste mutații corespund unor diferențe dintre genomul diferitelor specii. De exemplu, principalele diferențe dintre genomul uman și genomul cimpanzeului includ 35 de milioane de substituții de un singur nucleotide , 5 milioane de deleții (deleții) și inserții (inserții), fuziunea a doi cromozomi și nouă inversiuni de cromozomi [124] . Toate aceste mutații sunt observate astăzi, altfel ar trebui revizuită versiunea de origine evolutivă dintr-un strămoș comun, adică acesta este un alt exemplu de falsificare a teoriei evoluției.
Diferențele dintre genomul speciilor ar trebui să corespundă nu numai mutațiilor observate, ci și arborelui filogenetic și înregistrării fosile. Așa cum analiza ADN-ului poate determina gradul de relație dintre doi oameni, compararea genomurilor poate determina gradul de relație dintre specii și, cunoscând cantitatea de diferențe acumulate, cercetătorii determină timpul de divergență a două specii, adică momentul în care a trăit ultimul strămoș comun. De exemplu, conform datelor paleontologice, strămoșul comun al oamenilor și al cimpanzeilor a trăit în urmă cu aproximativ 6 milioane de ani [125] . Pentru a obține numărul observat de diferențe între genomi, pentru fiecare miliard de nucleotide ar fi trebuit să existe o medie de 20 de modificări pe generație [126] . Astăzi, la om, rata mutațiilor este de 10-50 de modificări per miliard de nucleotide pe generație [127] , adică datele paleontologice sunt în concordanță cu rezultatele analizei ADN, în strictă concordanță cu teoria evoluției [128] .
Purtătorul de informații ereditare în toate celulele sunt moleculele de ADN, în toate organismele cunoscute reproducerea se bazează pe replicarea acestei molecule . ADN-ul tuturor organismelor folosește 4 nucleotide ( adenină , guanină , timină , citozină ), deși cel puțin 102 nucleotide diferite se găsesc în natură [129] . În plus, în natură se găsesc 390 de aminoacizi diferiți [130] , dar proteinele tuturor organismelor sunt compuse din același set, în care există doar 22 de aminoacizi [~ 9] . În acest caz, sunt posibile 1,4⋅1070 de coduri genetice echivalente informațional diferite, folosind aceiași codoni și aminoacizi [131] .
Dacă nu luăm în considerare originea evolutivă a tuturor organismelor dintr-un strămoș comun , atunci nimic nu împiedică fiecare specie să aibă propriul cod genetic. O astfel de stare de lucruri ar fi extrem de benefică, deoarece ar exclude depășirea barierelor interspecice de către viruși . Cu toate acestea, nu se observă nimic de acest fel, iar teoria evoluției exclude o astfel de posibilitate: modificările codului genetic duc la o modificare a majorității proteinelor organismului, o astfel de mutație este aproape întotdeauna fatală, astfel încât codul nu s-ar putea schimba semnificativ. încă de la ultimul strămoș comun, care îi garantează universalitatea.
Oamenii de știință care au adus contribuții semnificative la structura codului genetic în anii 1950 și 1960 au folosit în mod activ ipoteza că codul este practic universal în cercetările lor. Francis Crick , Sidney Brenner , Georgy Gamow și alții au făcut această presupunere pe baza versiunii de origine evolutivă dintr-un strămoș comun [132] fără nicio dovadă directă a universalității codului [133] . Bazându-se pe universalitatea codului, Brenner în 1957 a ajuns la concluzia că codul nu se suprapune (una și aceeași nucleotidă nu poate face parte simultan din două sau mai multe triplete) [134] . Lucrarea a fost de mare importanță, deoarece înainte de aceasta, majoritatea cercetătorilor considerau că codul se suprapune.
În 1961, cu cinci ani înainte de stabilirea structurii codului genetic, Francis Crick s-a referit la munca lui Brenner într-un articol intitulat „The General Nature of the Genetic Code for Proteins” [135] . Pe baza predicției evolutive despre universalitatea codului (în special, pe faptul că bacteriile, tutunul și oamenii au același cod), Crick a stabilit proprietăți atât de importante ale codului genetic precum tripletatea (unitatea semnificativă a codului este o combinație de trei nucleotide - un triplet sau codon), nesuprapunere și prezența codonilor „de pornire” de la care începe citirea ( traducere ).
De asemenea, este posibil să se constate căi metabolice extrem de similare în celulele tuturor organismelor. Astfel, glicoliza la toate eucariotele și la majoritatea procariotelor are loc în 10 pași identici, în aceeași secvență, folosind aceleași zece enzime (în ciuda faptului că sunt posibile mii de căi de glicoliză diferite, dar echivalente termodinamic ) [136] . La toate speciile studiate, trifosfatul de adenozină (ATP) este principalul purtător de energie în celulă , deși sute de alte molecule ar putea juca acest rol [137] [138] .
Toți membrii familiei hominin au 48 de cromozomi, cu excepția oamenilor , care au doar 46 de cromozomi. Cromozomul 2 uman, conform unui punct de vedere larg acceptat, este rezultatul fuziunii a doi cromozomi ancestrali [139] [140] .
Dovezile pentru fuziune se bazează pe următoarele fapte:
Cromozomul 2 oferă astfel dovezi puternice pentru originea evolutivă a oamenilor și a altor maimuțe dintr-un strămoș comun.
Retrovirusurile endogene sunt urme ADN ale unor infecții virale antice. Retrovirusurile (cum ar fi HIV și virusul T-limfotrop uman care provoacă leucemie și limfom ) își introduc propriul cod în genomul unui organism infectat. De obicei, după aceasta, celula începe să producă noi copii ale virusului [145] , dar acest proces poate eșua: copiarea secvenței virale încorporate este suprimată de celula gazdă, dar secvența rămâne în structura cromozomală. Dacă acest proces a avut loc într-o celulă germinală stem , atunci o astfel de secvență va fi moștenită de descendenții individului infectat. Retrovirusurile se introduc în genom aleatoriu; probabilitatea de inserare independentă a acelorași viruși în aceleași poziții este neglijabilă [146] . Aceasta înseamnă că codul genetic al aceluiași retrovirus poate fi prezent la două animale aflate în aceeași poziție în ADN numai dacă aceste animale descind dintr-un strămoș comun.
Aproximativ 1% din genomul uman este ocupat de retrovirusuri endogene, există aproximativ 30.000 de astfel de secvențe în ADN-ul fiecărei persoane [147] . Unele dintre aceste retrovirusuri se găsesc numai la oameni. Alte secvențe se găsesc doar la cimpanzei și oameni (confirmând astfel originea oamenilor și a cimpanzeilor din același strămoș). Există, de asemenea, secvențe găsite la gorile, cimpanzei și oameni, urangutani, gorile, cimpanzei și oameni și așa mai departe [148] [149] [150] . Distribuția retrovirusurilor endogene corespunde exact arborelui filogenetic.
Se poate da și un exemplu din familia pisicilor . La pisicile mici (mai precis, la animale precum pisica junglei , pisica europeană de pădure, pisica de stepă și pisica domestică ) , a fost găsită o inserție retroviral comună. Acest retrogen nu a fost găsit la niciun alt prădător [149] [151] [152] .
| Cactus stea Astrophytum din Texas (sus) și Euphorbia obesa din Africa de Sud (jos). Cele două specii trăiesc în condiții naturale similare și au dobândit forme similare prin evoluție convergentă . În plus, ei aparțin nu numai unor familii diferite, ci și unor ordine diferite . În ciuda condițiilor favorabile, cactusii sunt aproape complet absenți în Africa. | |
Biogeografia este o știință care studiază modelele de distribuție geografică a animalelor și plantelor, precum și natura faunei și florei teritoriilor individuale.
Dacă două specii au evoluat recent din aceeași populație, atunci ele, de regulă, trăiesc nu departe de intervalul acestei populații originale și, prin urmare, nu departe una de cealaltă. Astfel, distribuția geografică a speciilor trebuie să fie în concordanță cu arborele filogenetic. Dacă nu țineți cont de teoria evoluției, atunci este rezonabil să presupunem că speciile trăiesc în condițiile cele mai potrivite pentru ele. Teoria evoluției prevede, de asemenea, că trebuie să existe multe locuri favorabile speciei, în care reprezentanții speciei sunt totuși absenți, din cauza prezenței barierelor geografice [153] .
Exact așa funcționează în practică. Mamiferele din Australia sunt dominate de marsupiale . Mamiferele placentare includ cetacee, pinipede și lilieci (care ar fi putut migra relativ ușor în Australia), precum și rozătoare, care apar în înregistrarea fosilelor din Miocen , când Australia s-a apropiat de Noua Guinee . În același timp, condițiile naturale din Australia sunt favorabile pentru alte specii de mamifere. De exemplu, iepurii aduși pe continent s- au înmulțit rapid, s-au răspândit pe scară largă și continuă să înlocuiască speciile native. În Australia și Noua Guinee, în sudul Americii de Sud și în Africa, se găsesc ratite care nu zboară , șuierători (broaște cu dinți) și pești pulmonar , acestea fiind absente în alte părți ale lumii. Condițiile din deșerturile din Africa, America și Australia sunt foarte asemănătoare, iar plantele dintr-un deșert cresc bine în altul. Cu toate acestea, cactusi au fost găsiți doar în America (cu excepția Rhipsalis baccifera, adus aparent în Lumea Veche de păsările migratoare ). Multe suculente africane și australiene (adică plante care au țesuturi speciale pentru stocarea apei) seamănă cu cactusii ca aspect datorită evoluției convergente , dar aparțin altor ordine . Locuitorii marini de pe coastele de est și de vest ale Americii de Sud sunt diferiți, cu excepția unor moluște, crustacee și echinoderme, dar aproximativ 30% din aceleași specii de pești trăiesc pe țărmurile opuse ale Istmului Panama, ceea ce se explică prin apariția recentă a istmului (acum aproximativ 3 milioane de ani) [154 ] . Majoritatea insulelor oceanice (adică insule care nu au fost niciodată conectate la continent) nu au mamifere terestre, amfibieni și alte animale care nu sunt capabile să depășească barierele semnificative de apă. Compoziția în specii a faunei unor astfel de insule este săracă și este rezultatul introducerii accidentale a anumitor specii, de obicei păsări, șopârle și insecte [155] .
Distribuția geografică a speciilor din trecut, care poate fi parțial reconstruită din fosile, trebuie să corespundă și arborelui filogenetic. Teoria derivei continentale și teoria evoluției fac posibilă prezicerea unde să caute anumite fosile. Primele fosile de marsupiale au fost găsite în America de Nord, vârsta lor este de aproximativ 80 de milioane de ani. În urmă cu 40 de milioane de ani, marsupialele erau deja comune în America de Sud, dar în Australia, unde domină acum, marsupialele au apărut cu doar aproximativ 30 de milioane de ani în urmă. Teoria evoluției prezice că marsupiale australiene au evoluat din cele americane. Conform teoriei derivei continentale, acum 30-40 de milioane de ani, America de Sud și Australia făceau încă parte din Gondwana , un mare continent din emisfera sudică, iar între ele se afla viitoarea Antarctica . Pe baza a două teorii, cercetătorii au prezis că marsupiale au migrat din America de Sud în Australia prin Antarctica în urmă cu 30-40 de milioane de ani. Această predicție s-a adeverit: din 1982, mai mult de zece marsupiale fosile cu vârsta cuprinsă între 35–40 Ma [156] [157] au fost găsite pe insula Seymour , situată în apropierea Antarcticii .
Cele mai apropiate rude ale oamenilor moderni - gorilele și cimpanzeii - trăiesc în Africa. Pe baza acestui fapt, în 1872 Charles Darwin a sugerat că strămoșii antici ai omului ar trebui căutați în Africa [158] . Mulți exploratori precum Louis , Mary și Richard Leakey, Raymond Dart și Robert Broom au urmat sfaturile lui Darwin și multe forme intermediare între oameni și marile maimuțe au fost găsite în Africa încă din anii 1920 [159] . Dacă australopitecinele fosile ar fi descoperite, de exemplu, în Australia, și nu în Africa, atunci ideile despre evoluția hominidelor ar trebui revizuite [6] [160] [161] [162] .
În timpul unei călătorii în jurul lumii pe Beagle, Charles Darwin a descris 13 specii de cinteze care trăiesc în Insulele Galapagos . Observarea acestor păsări l-a determinat pe Darwin la ideea originii speciilor datorită variabilității și selecției naturale. Toate cintezele din Galapagos sunt descendenți dintr-un strămoș comun care a venit accidental aici din America de Sud. Trei grupuri de păsări au evoluat dintr-un strămoș care mănâncă semințe: cintezele de pământ care mănâncă semințe, cintezele de copac care mănâncă insecte și cintezele mâncăruri, care se hrănesc și cu insecte mici. Ca urmare a adaptării la diferite surse de hrană, cintezele au început să difere foarte mult între ele în structura ciocului . Cele trei tipuri comune de cinteze de pământ - mari, medii și mici - se găsesc pe majoritatea insulelor. În acest caz, ele se disting bine prin dimensiunea ciocului și, în consecință, prin dimensiunea semințelor preferate. Pe una dintre insule trăiește doar cintezul de pământ mediu, iar aici păsările au ciocuri mai mici - în absența unui concurent, cintezul de pământ mediu ocupă parțial nișa cintezei mici [163] .
| biologie evolutivă | |
|---|---|
| procese evolutive | |
| Factori de evoluție | |
| Genetica populației | |
| Originea vieții | |
| Concepte istorice | |
| Teoriile moderne | |
| Evoluția taxonilor | |
