Що таке еволюція і чому я впевнений, що вона відбувається?

Цю статтю варто було прочитати давно. Скажімо, перед відкриттям Київського клубу «Еволюція». А краще й того раніше. На жаль, тоді це було неможливо, оскільки її не було написано. В цій статті я спробую відповісти на два простих запитання, винесених у заголовок. Вичерпно відповісти однією статею не вийде, але короткий вступ у проблему в ній є. Запитання читачів додадуть матеріалу для продовження.

Отже, поїхали!

Біологічна еволюція — це процес зміни живих організмів, їхніх груп, видів, вищих систематичних категорій, генів, органів, ознак, екосистем і біосфери в ході історичного розвитку Землі. Складно? Незрозуміло, хто і куди змінюється? Розбираємося.

Земля не завжди була такою, як зараз. Геофізики й геологи встановили, що вона бувала і більш гарячою, і більш холодною, ніж у наш час. Магнітні полюси час від часу міняли своє розташування. Радіоактивні елементи й гази були зовсім не такими. Чи могли живі організми бути незмінними в настільки різних умовах? І чому є різноманіття життя?

Чотири катастрофи Кюв’є

Багато давніх мислителів прагнули дізнатися, звідки взялися різноманітні рослини й тварини. Допитливі спостерігачі бачили, як з гусені утворюється лялечка, а з неї вилітає метелик. Можливо, всі черв’ячки з часом перетворюються на комах і риб, а змії на птахів? Проте акуратні натуралісти заперечували подібні екстраполяції. Ніхто не бачив, щоб з черв’яка розвинулася риба, а з риби жаба. Саме так вважав і палеонтолог Жорж Кюв’є. І тим не менш, саме Кюв’є на стику XVIII–XIX століть фактично довів, що тваринний світ еволюціонує. Він надзвичайно добре дослідив викопну фауну різних шарів земної кори і побачив, що є чотири шари, у кожному з яких тварини суттєво відрізняються від тварин інших шарів. Отже, фауна Землі змінювалася мінімум чотири рази, була непостійною. Іншими словами — еволюціонувала.

Кюв’є вважав, що сталося чотири катастрофи, кожна з яких знищувала старих тварин, а от звідки бралися нові, він не уточнював. На питання, чи міг Бог творити не один раз, а чотири, Кюв’є знизував плечима (бо це була єресь і виклик Церкві) і говорив, що вони прийшли звідкілясь, де катастроф не було. Звідки їм було взятися? Адже невдовзі геологи довели, що шарів земної кори не чотири, а кілька десятків, відрізняється в них не тільки фауна, але й флора, і зміни відбувалися не локально, а на всій планеті. Отже, зміни флори і фауни відбувалися по всій Землі, стверджують геологи й палеонтологи. Але що це за зміни? Щоб відповісти на це питання, зазирнімо углиб земної кори.

Подорож у надрах Землі

У найглибших, найдавніших шарах нема ані тварин, ані рослин. Далі з’являються дивні мінерали, утворення яких майже неможливе за законами геохімії, але легко відбувається під дією бактерій. У вищих шарах знаходять уже й залишки бактерій і ціанобактерій (організмів, здатних до фотосинтезу). Усе далі й далі догори ми не бачимо нічого цікавого, окрім бактерій. Аж раптом — що це? Відбитки, схожі на червів, медуз і водорості. З’явилися тварини й рослини! Вище, вище… Тварини стають усе різноманітнішими, бачимо залишки зі скелетами, мушлями. Рослини все ті ж — водорості. Ще вище ми бачимо перших риб: хрящових, панцирних і дуже дивних. Звертаємо увагу, що всі тварини, яких ми знаходимо, скоріш за все морські. Медузи, корали, молюски, схожі на раків трилобіти й аномалокаріси… А ось якась багатоніжка — вони сухопутні. Чи, може, вона повзала по дну моря?

Усе вище риби стають схожими на сучасних — лопатепері, променепері, — хоча це все ще не щуки і соми. Але не бачимо жодного зайчика чи жабки. Жодного метелика. Жодної вільхи чи сосни. Та й взагалі з рослин тільки водорості. Аж ось знаходимо перші рослинки, які могли б рости на суходолі, з коренем і пагоном. Вище риби стали зовсім дивними: з плавцями, які більше схожі на ноги. Ще вище з’являються штуки, схожі на гігантських тритонів і саламандр. Оце так гіганти: 5–10 метрів у довжину! Далі йдуть динозаври, а потім і птахи з ссавцями.

Підказки від ізотопів і спор

Людина чи схожі на неї істоти з’являються в тоненькому шарі віком не більше 2–3 мільйонів років. Але звідки ми знаємо, що шари мають саме такий вік? Справа в тому, що радіофізики, які вивчали радіоактивні ізотопи, виявили, що вони розпадаються з приблизно однаковою швидкістю. Лежить собі купка радіоактивних елементів, а через 100 років випромінює радіацію вже половина купки. Фізики — люди серйозні. Вони рахують речовини з точністю до атома, а час — у мільйонних і мільярдних частках секунди, тож їхнім розрахункам можна довіряти. Ось вони й беруть зразки атомів (скажімо, вуглецю чи калію) і дивляться, чи багато залишилося там радіоактивних ізотопів. Чим менше, тим старіша порода. Трошки математики — і ми вже знаємо точний вік.

Але ж породи не лежать тихенько мільйони років. Річки розмивають глибокі каньйони, вулкани вивергають на поверхню глибинні породи, та й кроти з мишами, риючи нори, все перемішують. Як не помилитися? Геологи ще до Кюв’є звернули увагу, що в певних шарах трапляються характерні породи й масові залишки вимерлих тварин — мушлі молюсків та одноклітинних форамініфер (незважаючи на одноклітинність господаря, вони досягають декількох сантиметрів у діаметрі). У кожну епоху були свої мушлі, за наявністю яких у геологічному шарі можна виявити, чи було змішування і що з чим змішалося. Звісно, кріт міг прокопати хід, у який провалилася кістка мамонта, а от мушлі там ніякої не буде. Тоді на допомогу дослідникам приходить пилок рослин і спори папоротей. Вони мікроскопічні, але також зберігаються в геологічних покладах мільйони років. У кожного виду рослин спори та пилок свої, неповторні за формою. Палеоботаніки озброюються мікроскопом, детально вивчають спори з пилком навколо кістки і на ній самій та виключають помилки. Таким чином, датування підтверджується даними з фізики, геології, біології.

Мандри континентів

Більшість тварин і рослин живуть у певному регіоні. Берези ростуть у помірному (а то навіть у суворому арктичному) кліматі, а деревовидні папороті — у тропіках. Тим не менш, під час досліджень криги Антарктиди виявили викопні папоротникові дерева. Як таке сталося? Відповідь на це знайшли геологи й палеогеографи. Вони виявили, що континенти рухаються: тверді материкові плити плавають на поверхні рідкої гарячої серцевини Землі. Материки то з’їжджаються разом, то розходяться.

Виявилося, що колись Африка, Південна Америка, Австралія, Індія та Антарктида зійшлися докупи, та ще й неподалік екватора. Отже, всюди було тепло і всі континенти мінялися тваринами і рослинами, як завгодно. Наприклад, усюди були сумчасті. Але після того, як Австралія відправилася в окреме плавання, з’явилися вищі звірі — плацентарні, і повсюди витіснили сумчастих. Лише в Австралію плацентарні (окрім крилатих кажанів) не дісталися, тому кенгуру й коали жили там спокійно мільйони років, поки їм на голову не звалилася плацентарна людина зі своїми плацентарними собаками, вівцями та кроликами.

Генетичний щоденник еволюції

Отже, життя на Землі в різні епохи однозначно було різним. Але звідки бралися нові види та екосистеми? Відповідь Жоржа Кюв’є «прийшли звідкілясь» ані мене, ані інших науковців не влаштовує. Катастрофи також не вбивали всіх тварин і рослин — значна кількість усе ж виживала, а деякі види (на зразок дерева гінкго, що досі росте в парку біля Інституту фізіології в Києві, або ракоподібного щитня, який іноді оселяється в калюжах і лякає місцевих мешканців) пережили кілька великих катастроф. Отже, життя на Землі змінювалося внаслідок зміни видів та екосистем.

Нові організми могли з’явитися тільки шляхом зміни старих. Але яким чином змінювалися види? Тепер для нас очевидно, що зміна зовнішності або фізіології організму вимагає зміни його генів. Гени — це частини довгих молекул ДНК, у яких записана інформація про білки і РНК, молекули живого. Саме білки і РНК роблять нас такими, якими ми є. Змінюються гени — змінюється структура і процеси в білках та РНК. Вчені XIX століття, сучасники Кюв’є, не знали про гени. Тим не менш, вони бачили, що відмінності між видами накопичуються пропорційно еволюційній відстані: у риб значно більше спільного з жабами, аніж з більш віддаленими мавпами. Сучасні дослідження генетиків підтвердили: чим далі еволюційна спорідненість двох видів, тим більше вони мають змін у ДНК. Хід еволюції записаний у наших генах.

Теорія еволюції чи факт еволюції?

Що ж рухає еволюцію? Щодо цього в тому ж XIX столітті з’явилася купа ідей, деякі з них згодом стали науковими теоріями. Зі школи всім відомі теорії еволюції Ламарка і Дарвіна, але були й інші автори — Жоффруа, Коп, Негелі, Спенсер, Берг… Сьогодні існує кілька десятків теоретичних моделей еволюції. Найбільшу підтримку серед науковців має осучаснена теорія Дарвіна — синтетична теорія еволюції. Утім, є і потужна опозиція у складі нейтральної теорії, епігенетичної теорії, ортогенезу та інших.

Учені сперечаються відносно окремих моделей, проте саме явище еволюції ні в кого зі спеціалістів сумніву не викликає. Лише окремі оригінали від світу науки беруться частково заперечувати деякі прояви біологічної еволюції, але це зазвичай пов’язано зі слабкими знаннями з теми. Серед широких мас досі поширюється мем «теорія еволюції не доведена», проте використовують його лише люди, необізнані в біології, або ті, кому ідея еволюції завдає болю — їм психологічно комфортна думка про незмінний світ. Ще декому неприємно усвідомлювати те, що вони помруть, бо еволюція йде тільки шляхом зміни поколінь, і ніяк інакше. Якщо «заборонити» еволюцію, то можна зробити смерть необов’язковою, щиро вірять послідовники деяких вірувань. Щоправда, землетруси також дуже неприємні, але ж ви не станете через власне невдоволення заперечувати їх? Факт еволюції живого доведено надійно та беззаперечно.

Життя прекрасне, а механізми його створення і видозміни вражають уяву. Дізнавайтеся про еволюцію живого, досліджуйте її, дивуйтеся її результатам — на цьому шляху вас захопить нескінченний потік цікавинок!

Що ще почитати, окрім купи посилань, розкиданих по тексту? Ось дещо, що я знайшов, поки шукав картинки.

1. Чудова стаття Андрія Замороки на «Станіславівському натуралісті» про викопні спори.
2. Не менш гарна стаття Івана Парнікози про життя на доісторичній Антарктиді.
3. І звісно, «Логіка випадку» Євгена Куніна — погляд на еволюцію від молекулярного біолога й біоінформатика.

Автор вдячний Марії Задорожній за редактуру статті та сподівається на подальшу співпрацю 🙂