в чем ошибался дарвин
МОСКВА, 12 фев — РИА Новости. В среду, 12 февраля, отмечается 205-летие со дня рождения Чарлза Дарвина — английского путешественника и естествоиспытателя, который вошел в историю науки как создатель теории эволюции.
Однако современные представления в биологии все же эволюционировали с дарвинских времен. Александр Марков, заведующий кафедрой биологической эволюции биофака МГУ, автор книг о происхождении человека и лауреат премии «Просветитель» рассказал РИА Новости об ошибках Дарвина, а также об ошибочных представлениях о его теории, существующих в обществе.
Наследование приобретенного
«Это не была специфическая ошибка Дарвина, в то время все так думали, это было общепринятым: что обучение, события в течение жизни могут влиять на наследственность. Только спустя несколько десятилетий немецкий зоолог Август Вейсман экспериментально доказал, что например, если отрубать крысам хвосты из поколения в поколение, то на наследственность это не влияет, бесхвостые крысята не начинают рождаться. И другими экспериментами было показано, что приобретенные признаки не наследуются», — говорит Марков.
«Однако новейшие достижения молекулярной биологии показывают, что все-таки есть ряд очень специфических исключений, когда приобретенные признаки могут все-таки наследоваться. Так что Дарвин ошибался не на 100%», — добавил он.
Носители наследственности в крови
«Не зная природы наследственности, он пытался придумать молекулярный механизм для объяснения наследования приобретенных признаков, и предложил теорию пангенезиса. Он предположил, что существуют такие частицы в клетках тела, которые содержат информацию о событиях, произошедших с телом, о приобретенном опыте, и они с током крови попадают в половые клетки и передают эту информацию. Это была очень смелая гипотеза, она, в общем и целом, не подтвердилась», — сказал Марков.
Он отметил, что технически такая возможность могла бы существовать: существовала гипотеза о так называемых эндогенных ретровирусах, встроенных в хромосомы высших организмов, которые могли бы играть роль дарвиновских геммул.
Принизил роль естественного отбора
«Дарвин был очень чувствителен к критике современников. Поэтому первое издание его книги «Происхождение видов» сейчас считается самым лучшим. В последующие издания он вносил много исправлений. В частности, он уменьшал то значение, которое изначально придавал механизму естественного отбора: он добавлял разнообразные оговорки о влиянии среды, обучения. Но сегодня ясно, что первоначальная дарвиновская версия о ведущей роли естественного отбора была наиболее близка к реальности», — говорит Марков.
Он подчеркнул, что во времена Дарвина была еще не известна природа наследственности и природа изменчивости. Ничего не зная ни о ДНК, ни о хромосомах, ни о мутациях, Дарвин сумел на основе таких неполных данных правильно угадать главный эволюционный механизм, который действительно обеспечил все разнообразие жизни на нашей планете, отмечает ученый.
Ошибки общества
Эволюция — случайный процесс
Часто эволюцию рассматривают как цепь слепых мутаций, которые приводят к появлению удивительно целесообразно устроенных созданий. Однако дарвинский естественный отбор — совсем не слепая сила.
«Это строго закономерный процесс, который придает эволюции направленность, именно он объясняет кажущуюся целесообразность устройства живых организмов. Между случайным процессом и эволюцией под действием естественного отбора — пропасть, случайные процессы в эволюции есть, это случайные мутации и генетический дрейф, но они не придают направленности», — говорит Марков.
Человек от обезьяны?
«При многих вариантах понимания получится так, что эта фраза неверна. Например, если под «обезьяной» понимать современных обезьян. Мы не произошли ни от шимпанзе, ни от орангутанов, ни от горилл», — говорит Марков.
У человека общие предки с ними: последний общий предок человека и шимпанзе жил 6-7 миллионов лет назад, от него мы и произошли.
«С точки зрения биологической систематики этот общий предок относился к отряду приматов, к группе узконосых обезьян. Но с точки зрения систематики, человек не произошел от обезьяны, а он является обезьяной, он относится к обезьянам, к человекообразным приматам», — говорит Марков.
Дарвин был не прав: возникновение новых видов не требует долгой эволюции
Последния исследования показывают, что Дарвин немного заблуждался: видообразование — не всегда медленный и постепенный процесс. При благоприятных обстоятельствах новый вид может возникнуть всего за несколько поколений. Более того, многие существа, включая человека, — плод межвидового скрещивания, что раньше считалось невозможным. Как эти открытия меняют науку, рассказывают журналисты The Economist.
Каждый год на протяжении десяти лет эволюционные биологи Питер и Розмари Грант из Принстонского университета отправлялись на Галапагосские острова для изучения трех видов танагровых — эндемичных птиц, более известных как вьюрки Дарвина.
В 1981 году они обнаружили на острове Дафни Майор нечто особенное — самца вьюрка, который имел темное оперение и необычный голос. Генетический анализ позже показал, что это был большой кактусовый земляной вьюрок, который, вероятно, прилетел с Эспаньолы, наиболее южного острова Галапагосского архипелага.
Заинтригованные находкой, супруги Грант начали наблюдать за новоприбывшим. Тот скоро нашел себе пару — самку среднего земляного вьюрка, и у них родилось пять здоровых птенцов. Когда птенцы подросли, они были на удивление избирательными в выборе партнера: все, кроме одного, спаривались только между собой. Так же поступали и все их потомки вплоть до сегодняшнего дня.
Так возник новый, четырнадцатый вид Дарвиновых вьюрков.
Еретический подход
Еще недавно в эту историю мало кто бы поверил.
Согласно ортодоксальному взгляду на эволюцию, новые виды не могут возникать путем гибридизации. Однако результаты многочисленных ДНК-тестов, проведенных за последнее время, поставили биологов перед неожиданным фактом: гибриды — это не ошибка эволюции, а ее неотъемлемая часть.
Это открытие меняет наше представление об эволюции.
Простые родословные, которые Чарльз Дарвин изобразил в одном из своих блокнотов, превратились в запутанные сети. Под сомнением оказалась и ведущая роль мутаций в создании вариаций, которые затем отсеиваются в процессе естественного отбора.
Гибридизация также ведет к возникновению вариаций. Более того, она позволяет сократить процесс видообразования и сделать его независимым от естественного отбора. Как показывает пример «больших птиц», новый вид может возникнуть в мгновение ока.
Распространенность гибридизации среди бактерий — общепризнанный факт. Но когда Дарвин разрабатывал свою теорию естественного отбора, о существовании бактерий еще не было известно.
По сей день о видообразовании принято говорить в контексте животного и растительного миров. Поэтому признание того, что то, что верно для бактерий, также верно и для многоклеточных организмов, имело далеко идущие последствия, в том числе и для понимания происхождения человека.
Согласно классической теории эволюции, мутации происходят случайным образом. Неудачные мутации затем устраняются, тогда как удачные сохраняются. Так возникают изменения, которые в итоге приводят к появлению новых видов.
Гибридизация может быть частью этого процесса.
Иногда геномы родственных видов достаточно схожи, чтобы их представители могли произвести здоровое потомство. Но эти гены всё же сочетаются хуже, чем гены родителей одного вида. Как следствие, даже жизнеспособные гибриды часто более подвержены заболеваниям и бесплодию, причем бесплодие намного чаще встречается среди самцов-гибридов, чем среди самок (эту закономерность описывает правило Холдейна ).
Поэтому большинство последователей Дарвина в ХХ веке считали, что естественный отбор препятствует гибридизации.
Кроме того, иногда смешение генов приводит к возникновению черт, не свойственных ни одному из родителей (этот процесс называется трансгрессивной сегрегацией). В таком случае гибрид может оказаться как нельзя лучше приспособленным к новым условиям (как это было с «большими птицами»).
Как мы видим, гибридизация имеет как благоприятные, так и неблагоприятные последствия. Вопрос только в том, какие из них перевесят.
Почему растения выигрывают от гибридизации
В случае с растениями чаще перевешивают первые. Всё дело в генетической изменчивости растений.
Благодаря полиплоидности дополнительные копии генов подвергаются естественному отбору, в то время как остальные копии продолжают выполнять свои обычные функции. Иногда полиплоидность возникает вследствие спонтанного удвоения генома, но чаще — в результате гибридизации, когда хромосомы обоих родителей оказываются в одном ядре.
К тому же, поскольку полиплоидность подразумевает увеличение количества хромосом, она препятствует спариванию с представителями родительских видов. Это позволяет зарождающемуся виду избежать смешения с уже существующими.
Последние открытия указывают на то, что невероятное разнообразие цветковых растений, которое мы имеем сегодня, было результатом гибридизации двух видов растений и удвоения числа хромосом у их потомства в далеком прошлом.
Почему гибридизация вредит животным
В случае с животными, в особенности млекопитающими, дополнительные хромосомы чаще вредят. Почему — до сих пор не ясно. Возможно, дело в том, что у животных лишние хромосомы нарушают процесс деления клеток, или в том, что их клетки более сложные.
Как бы там ни было, гибриды животных более остро ощущают на себе эффекты генетической несовместимости и, следовательно, реже выигрывают от гетерозиса. Именно поэтому эволюционные биологи на протяжении долгого времени отводили гибридизации несущественную роль в эволюции животных.
Однако развитие технологий секвенирования ДНК позволило обнаружить множество видов, появившиеся вследствие гибридизации. Среди них есть немало хорошо известных нам животных.
Европейский зубр, например, возник более 120 000 лет назад в результате гибридизации двух ныне вымерших видов — степного зубра и тура. Последние были дикими предками современного домашнего рогатого скота и обитали в Яктуровской пуще под Варшавой вплоть до 1627 года.
Нечто похожее произошло и с дельфином Климне. Генетический анализ показал, что этот вид китообразных, обитающий в соленых водах между Западной Африкой, Бразилией и Мексиканским заливом, возник вследствие гибридизации полосатого дельфина и длиннорылого продельфина.
Более того, есть как минимум один гибрид, который ведет свой род от трех разных видов. Artibeus schwartzi, или карибский крылан, возник не более 30 000 лет назад в результате гибридизации ямайского крылана (Artibeus jamaicensis), южноамериканского плоскорылого крылана (Artibeus planirostris) и еще одного пока не установленного вида, который считается вымершим.
А что у рыб?
Как и в случае с цветковыми растениями, гибридизация среди животных может привести к изобилию новых видов. Самый известный пример — цихлиды Великих Африканских озер: Виктории, Танганьики и Малави. Цихлиды — это семейство из тысяч родственных видов рыб, известных своим разнообразием форм, размеров и цветов. Каждый вид цихлид приспособлен к жизни на разной глубине.
Эволюция цихлид долгое время оставалась загадкой. Озеро Виктория образовалось лишь 15 000 лет назад. С точки зрения эволюции это ничтожно малый срок, но за это время появилось более 500 разных видов цихлид.
Причина — в гибридизации. При помощи генетического анализа ученым удалось установить, что цихлиды озера Виктория возникли вследствие смешения двух родительских линий — рыб из Конго и Нила.
У цихлид из реки Конго глаза были приспособлены для жизни на мелководье. У цихлид Нила — для жизни в глубоких и мутных водах. Гибриды же получили разные степени чувствительности к свету в пределах этого диапазона, что позволило им расселиться по всей глубине озера Виктория, которое предоставило новым видам широкий выбор экологических ниш.
Этот процесс формирования новых комбинаций из существующих вариаций получил название «комбинаторное видообразование».
Комбинаторное видообразование обусловило впечатляющее разнообразие среди вьюрковых овсянок, муний, манакинов и амадин, а также геликоний — дневных бабочек Нового Света.
Кошки, собаки и медведи
Последние открытия указывают на то, что видообразование — это не всегда медленный и постепенный процесс, как полагал Дарвин. При благоприятных обстоятельствах и гибридизации новый вид может возникнуть всего за несколько поколений.
Тем не менее среди животных гибридное видообразование встречается редко. Чтобы новая гибридная популяция не смешалась с уже существующими видами, должны сложиться определенные обстоятельства. «Большие птицы» Галапагосских островов, например, обитали вдалеке от видов, к которым принадлежали их родители, и не спаривались с их представителями.
Североамериканский серый волк, например, получил ген меланизма (обусловливающий черный окрас) путем интрогрессии генов от домашних собак, привезенных 14 000 лет назад из Азии первыми поселенцами. Тот факт, что этот ген прошел положительный отбор, вероятно, объясняется тем, что меланизм обеспечивает хороший камуфляж в темных лесах Северной Америки. А может, волчицы просто отдают предпочтение темным самцам.
Пантеры — род животных, к которому принадлежат большинство крупных кошачьих, — в этом отношении еще более впечатляющий пример. Львов, тигров, леопардов, снежных барсов и ягуаров долгое время успешно скрещивали в неволе. Но недавние исследования показали, что смешение происходит и в условиях дикой природы. Ученым удалось идентифицировать как минимум шесть случаев интрогрессии в пределах данного рода.
Генетический анализ также помог узнать о гибридизации между полярными медведями и гризли. Пока неизвестно, помогла ли она видам в адаптации, но вполне возможно, что скоро мы это узнаем. Из-за изменений климата Арктика нагревается, и полярным медведям нужно приспосабливаться к новым условиям. Помочь в этом могут гены гризли, живущего в более умеренном климате.
Люди — гибридный вид
Но лучше всего изученный случай интрогрессии в животном мире — это не волки, кошачьи и медведи, а человек.
Согласно последним исследованиям, вид Homo sapiens возник более 315 000 лет назад в Африке вследствие смешения разных популяций. Отличались ли эти популяции настолько, чтобы их можно было считать отдельными видами? Этот вопрос по-прежнему вызывает споры.
В любом случае в Африке эпохи плейстоцена были и другие представители трибы гоминини. Есть все причины считать, что межвидовое спаривание было повсеместным явлением.
Прибыв в Европу и Азию, Homo heidelbergensis почти полностью вытеснил местных потомков Homo erectus. Однако в некоторых отдаленных уголках, которых Homo heidelbergensis не достиг, они всё же уцелели.
Конец этому разнообразию положило появление Homo sapiens, который всего за несколько тысяч лет вытеснил всех остальных представителей трибы гоминини.
Но до этого сапиенсы успели ближе познакомиться со своими собратьями. След этих отношений до сих пор несет в своем ДНК почти каждый живущий сегодня человек.
В 2010 году команда ученых под руководством Сванте Паабо из Института эволюционной антропологии общества Макса Планка в Лейпциге опубликовала черновой вариант генома неандертальца.
Оказалось, что от 1 до 4% ДНК неандертальца содержится в геноме всех современных людей, за исключением жителей Тропической Африки. Это подтверждает, что смешение видов происходило в Европе, Центральной Азии и на Ближнем Востоке около 65 000 лет назад.
Доктору Паабо также принадлежит открытие Homo sapiens denisovan. В 2009 году его команда расшифровала последовательность ДНК из окаменевшей кости пальца, найденной в ходе раскопок в Денисовой пещере в Алтайском крае в России. Как оказалось, кость принадлежала ранее неизвестному виду человека.
Останков денисовцев по-прежнему найдено крайне мало. Однако исследования показывают, что от 3 до 6% ДНК денисовцев содержится в геноме современных папуасов, австралийских аборигенов и меланезийцев. Многие китайцы и японцы также являются носителями ДНК денисовцев.
Мы вмещаем в себя множество разных людей
Тот факт, что мы несем в себе ДНК денисовцев, но нашли ничтожно мало их окаменелых останков, заставил генетиков задуматься, какие еще открытия ожидают нас в будущем.
В геноме жителей Тропической Африки содержится указание на как минимум еще одно смешение. Проведенный в 2012 году анализ ДНК представителей древних народов бака, хадза и сандаве выявил следы интрогрессии. В 2016-м в ходе более глубокого исследования ДНК бака удалось определить приблизительный период, когда имела место интрогрессия, — не более 30 000 лет назад. В феврале этого года было проведено исследование ДНК представителей двух других народов, йоруба и менде, которое показало, что они унаследовали от 2 до 19% своего генома от неизвестного более древнего вида — быть может, того же, от которого получили часть своих генов бака, хадза и сандаве.
Итак, каждый человек — гибрид. И, как мы увидели на примере других животных, Homo sapiens в этом не уникален. Гибридизация, которая прежде была статистом в грандиозном шоу эволюции, стремительно превращается в его главную звезду.
Вместо генеалогического древа некоторые ученые сегодня предпочитают использовать метафору куста с переплетенными ветвями.
Но и этот образ неточен. Правильнее было бы сравнить родословную человека с ветхой веревкой. Каждый вид сплетен из отдельных прядей. Там, где эволюция идет так, как предполагал Дарвин, нити разделяются и возникают новые виды.
Но веревка не изнашивается равномерно. Иногда нити отдельных прядей переплетаются между собой, а иногда две пряди спутываются друг с другом и образуют новую.
Это представление об эволюции более сложное, но кто сказал, что жизнь проста?
В теории эволюции Дарвина обнаружили ошибку
Ученые Университета Бата в Великобритании выяснили, что Дарвин ошибался в теории естественного отбора, когда утверждал, что яркие половые признаки увеличивают шансы животного получить партнера, если их потенциально мало. По мнению эволюциониста, чем меньше самок, тем более выраженным должен быть внешний вид самца, который конкурирует с соперниками. Однако новые данные показывают, что это не так. Об этом сообщает издание The Conversation.
Материалы по теме
Вздулось и забурлило
Ватные капли
Хотя в целом Дарвин был прав, когда утверждал, что животные эволюционируют в процессе естественного отбора, он заблуждался в частностях. Теория полового отбора объясняет, почему, например, самцы павлинов имеют пышные хвосты, хотя такой хвост делает птицу уязвимой для хищников. Яркий хвост является признаком здоровья и плодовитости самца, что привлекает самку. Самки всегда выбирают самцов с наиболее красивыми хвостами, что и способствует эволюции павлиньего хвоста. Половой отбор возникает в популяциях с неравномерным соотношением полов, и Дарвин считал, что выбор осуществляет самый малочисленный пол.
У многих млекопитающих, включая человека, количество взрослых самок превышает количество взрослых самцов. Это неравное соотношение полов является наиболее сильным среди сумчатых. У австралийских антехинусов, например, все самцы внезапно умирают после брачного сезона, поэтому бывают времена, когда взрослых самцов нет в живых, и все взрослое население состоит из беременных самок. У птиц наблюдается обратная картина: у некоторых зуек, например, самцов в шесть раз больше, чем самок.
Как обнаружили исследователи, Дарвин оказался прав в том, что половой отбор тесно связан с неравномерным соотношением полов. В частности, ученые рассмотрели половой диморфизм размера (самцы крупнее самок) у 462 видов животных, включая павианов, морских слонов и перелетных птиц. Большой размер позволяет самцам доминировать над соперниками в борьбе за самку. Однако наиболее интенсивно половой отбор происходил у видов с обилием самок. Такой противоречивый результат объясняется тем, что победитель получает возможность оплодотворить большое количество самок, а мелкие самцы в результате не могут дать потомство.
Дарвин ошибся: принцип отбора половых партнеров оказался иной
Изобилие самок — не повод расслабляться, пока у самца есть хоть один конкурент, претендующий на спаривание с ними
Чарльз Дарвин и сам отмечал, что теория эволюции в результате естественного отбора не объясняет причудливые хвосты у самцов павлинов, огромные рога самцов оленей или то, что самцы некоторых видов намного крупнее самок.
Также Дарвин учел неравномерное соотношение полов, когда в популяции больше самцов или самок. Он рассуждал так: самец при недостатке самок должен доказать свое превосходство и эта конкуренция будет определять половой выбор самки.
В новом исследовании ученые нашли связь между половым отбором и соотношением полов — тут Дарвин оказался прав. Но, что удивительно, результаты показали, что кое в чем Дарвин ошибся: половой отбор наиболее выражен не тогда, когда потенциальных партнеров мало, а когда их много.
Чаще всего количество самок превышает количество самцов. Этот перекос особенно ярко проявляется у сумчатых. У австралийских антехинусов, например, все самцы после брачного сезона умирают, поэтому бывают периоды, когда самцов в популяции нет вовсе, и остаются только беременные самки. Напротив, у многих птиц в популяции больше самцов, чем самок. Порой в шесть раз.
Неравное соотношение полов можно объяснить различной продолжительностью жизни. Самки млекопитающих, включая человека, обычно живут дольше. Иногда в два раза, как у африканских львов и косаток. Свою лепту вносит и предпочтения хищников: африканские львы в семь раз чаще убивают самцов буйволов, которые бродят в одиночестве, а гепарды убивают гораздо больше самок газелей, так как их легче поймать.
Что касается размеров самок и самцов, то здесь исследователи обнаружили тесную связь с соотношением полов, что вроде бы подтверждает предположения Дарвина. Только вот тенденция оказалась обратной той, которую предсказал Дарвин.
Оказывается, наиболее интенсивный половой отбор имеет место у видов, у которых наблюдается избыток самок, из которых самцы могут выбирать, а не недостаток, как предполагал Дарвин.
То есть механизм отбора полового партнера отличается от предложенного Дарвином. Предположение Дарвина было основано на идее, что жесткая конкуренция возможна только при нехватке партнеров. Половой же отбор представляет собой систему, в которой победитель получает все.
То есть когда в популяции много потенциальных половых партнеров, лучший самец получает возможность оплодотворить большее количество самок, которых он отобьет у менее сильных или привлекательных самцов, от которых потомство может не появиться вовсе.