Логика дарвиновской теории основывалась на наблюдениях и выводах. Сформулировать его теорию позволили три основных наблюдения и два вывода:
• Первое наблюдение было высказано в работе Мальтуса «Опыт о законе народонаселения»: организмы имеют тенденцию размножаться в геометрической прогрессии — 2, 4, 8, 16, 32 и так далее.
• Второе наблюдение заключалось в том, что количество особей одного вида в течение долгого времени остается более или менее постоянным.
• Первый вывод, сделанный на основе этих наблюдений: в природе идет постоянная борьба за выживание. Организмы, победившие в этой борьбе, получают шанс на воспроизведение потомства.
• Третье наблюдение заключалось в том, что организмам свойственна изменчивость.
• Второй вывод касался положения о естественном отборе: некоторые индивиды получают больше шансов воспроизвести потомство, чем остальные. Их положительные признаки, скорее всего, передаются другим поколениям, а неблагоприятные признаки менее удачливых животных со временем исчезают.
Опровергнуть теорию Дарвина возможно только на основе более совершенных наблюдений и рассуждений.
См. также статьи «Дарвинизм», «Неодарвинизм».
ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР ПОД ВЛИЯНИЕМ ХИЩНИКОВ
Чарлз Дарвин осознавал важность размера популяции при определении выживаемости индивидов, соревнующихся между собой за ограниченное число ресурсов удовлетворения основных потребностей, в особенности за пищу. В этом процессе немалую роль играют и хищники; Было проведено много исследований роли хищников в естественном отборе. Наиболее примечательное из них — исследование наземных улиток рода цепея (Сераеа).
В Великобритании распространены только два вида — бурогубая улитка (С. nemoralis), и белогубая улитка (С. hortensis). Бурогубый вид отличается большим разнообразием, цвет его раковины может принимать три различных оттенка — коричневый, розовый и желтый. Отметки на раковинах также различны — от полного отсутствия отметин до пяти черных полос с промежуточными формами. Белогубая улитка имеет обычно желтую раковину, при этом у нее либо вовсе нет отметок, либо пять отдельных полос, промежуточные формы встречаются крайне редко. У обоих видов цвет раковины и количество отметок зависят от генов.
Исследования бурогубых улиток в различных средах обитания, таких, как луга и леса, показали, что существует прямое соответствие между желтыми раковинами и зеленым фоном. В темных местах, например в живой изгороди или в чаще букового леса, пропорция желтых раковин постепенно сходит к нулю. Полосы на раковинах также находятся в прямой зависимости от окружения. Чем более пестрое и темное окружение (например, в лесу), тем больше полос на раковине.
Главный враг бурогубых улиток — певчий дрозд. В середине апреля растительность имеет в основном бурый цвет, и желтые раковины считаются недостатком. К концу апреля желтый становится нейтральным цветом на фоне растительности, а к середине мая он преобладает.
Это очевидный пример отбора по видимым внешним признакам — определенный рисунок раковины обеспечивает маскировку на фоне определенной растительности. Однако белогубые улитки имеют разную окраску и узоры и могут обитать в той же местности, что и бурогубые. На них охотятся те же хищники, но частоты их генов могут сильно отличаться. В буковых лесах почти все бурогубые улитки не имеют полос, тогда как белогубые в основном имеют полосатые желтые раковины.
Изучая окаменелости, можно сделать вывод, что ни один вид не сохраняется вечно — средний срок распространения отдельного вида длится от одного до десяти миллионов лет. Из всех видов, когда-либо обитавших на Земле, 99,9 % являются вымершими, поэтому случаи так называемых живых ископаемых крайне редки. Живым ископаемым называется живой организм, который не отличается в основных чертах от организмов, изученных по окаменелым остаткам. Это современные организмы с анатомическими или физиологическими признаками, которые присутствовали у их вымерших предков. Часто они встречаются в очень удаленных, ограниченных и почти не изменившихся средах обитания. Поэтому их эволюция протекала крайне медленно.
К этой категории принадлежат магнолия, гинкго двулопастный, двоякодышащие рыбы, некоторые моллюски, вроде наутилуса и лингулы, и целакант (латимерия). Все живые ископаемые не обязательно считаются переходным звеном от одного типа животных к другому, но некоторые сочетают признаки разных групп и свидетельствуют об их происхождении от общего предка.
В качестве примера приведем следующие виды:
• Перипатус (Peripatus), совмещающий признаки, свойственные членистоногим и кольчатым червям.
• Неопилина (Neopilina), которая может быть переходным звеном между кольчатыми червями и моллюсками.
• Ланцетник (Amphioxus), который представляет собой связующее звено между позвоночными и беспозвоночными.
Изучение живых ископаемых помогает проверить уже имеющиеся данные о связи между различными группами организмов, а также сверить реконструкцию вымерших животных на основе ископаемых остатков.
Конечно же, эти современные животные и растения не совсем идентичны их ископаемым предкам, но они с полным правом могут называться живыми ископаемыми, поскольку многие их признаки сохранились с древнейших времен и похожи на признаки вымерших организмов. Иногда их называют реликтовыми видами (от лат. relictus — остаток).
См. также статьи «Целакант», «Гинкго двулопастный», «Ланцетник», «Лингула», «Наутилус», «Неопилина», «Перипатус».
Однажды в 1908 году во время обеда генетик Реджинальд Кранделл Паннет и его старый друг Г. X. Харди из Оксфордского университета заговорили, как обычно, о генетике. Паннет сказал, что слышал критическое замечание по поводу теории Менделя, найти ответ на которое он не может. Согласно этому замечанию, если ген коротких пальцев был бы доминантным, а ген длинных пальцев рецессивным, тогда с каждым поколением число особей с короткими пальцами становилось бы все меньше и меньше. Через несколько поколений, как сказал критик, ни у кого в Британии не осталось бы длинных пальцев.
Паннет не согласился с таким выводом, но не мог объяснить, почему он неверен. Харди сказал, что ответ ему кажется довольно легким и что он может написать несколько формул прямо на салфетке. Он доказал удивленному Паннету, что при определенной частоте генов нормальных или коротких пальцев относительное количество особей с длинными или короткими пальцами остается одинаковым в каждом поколении, если только не принимать во внимание естественный отбор и другие внешние влияния, которые могли бы привести к изменению частоты генов (частотой генов называется соотношение генов различного вида). Харди подумал, что эти расчеты довольно тривиальны и их не стоит публиковать, но Паннет настоял на том, чтобы они были запечатлены не только на столовой салфетке.
Приблизительно в то же время многие развивали эту идею, в том числе и немецкий врач Вильгельм Вайнберг. Поэтому этот принцип был назван Законом Харди-Вайнберга. На самом деле его высказал еще раньше американец У. Е. Касл, но его имя, как ни странно, не попало в учебники.
Принцип можно выразить следующим образом:
При отсутствии внешних сил, изменяющих частоту генов в популяции, и при условии случайного скрещивания, частота каждого аллеля (какой она является во втором поколении) стремится оставаться постоянной в любом поколении.
Этот принцип положен в основании концепции равновесия Харди — Вайнберга.
См. также статью «Равновесие Харди-Вайнберга».
ИЗМЕНЧИВОСТЬПОД ВЛИЯНИЕМ ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ
Негенетические факторы могут оказывать такое же влияние на организм, как и гены, ответственные за те или иные признаки. Согласно законам наследственности, гены определяют возможное строение представителя вида, а не то, какое он приобретет в действительности. Так, растение может унаследовать гены высокого роста, но на почве, бедной питательными веществами, оно, скорее всего, останется маленьким. Фенотип организма (его внешний вид) зависит от сочетания наследственных признаков и условий окружающей среды.
Рассмотрим простой пример. Представим, что щенки восточно-европейской овчарки имеют гены, унаследованные от общих родителей. Если проследить за ростом щенков, отданных в различные семьи, то часто можно заметить, что некоторые из них становятся не такими большими и сильными, как остальные их братья и сестры. Причина может заключаться в генах или в неправильном питании и уходе за ними. Другими словами, внешняя среда оказывает не менее значительное воздействие на фенотип, чем наследственность. Изменяя условия среды, мы можем изменить фенотип. С другой стороны, щенки декоративной породы корги никогда не вырастут выше щенков овчарки, сколько их не корми. Но небольшая разница в росте щенков одной породы может быть обусловлена генетически. В одинаковых условиях за разницу в росте ответственны гены.
