Эволюция. Часть 2
В этой части поста я постараюсь немного рассказать о том, как идет эволюция. В одной из следующих - отвечу на популярные вопросы, типа откуда взялась первая обезьяна, почему не все обезьяны стали людьми и т.п.
Как я уже писал, все организмы размножаются, т.е. передают свои гены потомкам. При копировании генов возникают случайные ошибки (мутации). Ошибки в генах приводят к изменениям в организме. В большинстве случаев эти изменения практически незаметны, но относительно часто они портят жизнь организму и относительно редко - оказываются полезными.
Представим себе такой пример: маленький зеленый организм жил себе и жил, пока в определенный момент условия не поменялись, и зеленым перестало быть выгодно (хищник научился его обнаруживать, перестала работать маскировка на зеленом фоне, потому что фон поменялся и т.п.). По каким-то причинам стало выгодно быть красным.
У нашего зеленого организма есть ген, который отвечает за окраску. Организм размножается, в гене возникают мутации. Большинство мутаций лишь портят ген (потому что белок, который он кодирует, вообще перестает выполнять свою функцию) или особо не влияют на его работу. Но иногда случаются мутации, которые его чуть-чуть меняют, сохраняя функциональность.
Показан один из маленьких зеленых организмов и его потомство. Крестиками показаны мутации в гене, отвечающем за окраску.
У одного из потомков в результате такой мутации работа гена изменилась, и потомок стал чуть-чуть краснее (мутация отмечена бледно-красным крестиком). Хищник стал его чуть хуже замечать, он прожил чуть дольше и чуть счастливее остальных, и оставил, в свою очередь, чуть больше потомков, передав им свой вариант гена с полезной мутацией.
Среди потомства нашего маленького чуть красного организма обнаружились и еще более красные ребята. Они обязаны своей краснотой сочетанию мутаций: мутации, доставшейся по наследству, и еще одной новой. Эти ребята уже были гораздо хуже заметны для хищника, они жили, наслаждались жизнью и произвели на свет оочень много потомства.
Общее количество особей ограничено ресурсами, и за счет того, что особи с разными вариантами генов оставляют разное количество потомков, соотношение вариантов генов меняется. Популяция в среднем становится все краснее. Посмотрим на нее сверху.
Вначале картина была такой:
Потом, при размножении, чей-то ребенок оказался чуть краснее всех остальных.
Он стал чуть более успешен своих сородичей и оставил чуть больше потомков. Среди его потомков обнаружился еще более красноватый чувак. Ситуация стала такой:
А среди потомков красноватого появился совсем уж красный чувак, ситуация стала такой:
Так "красный" вариант гена сначала возник в результате мутации, а затем распространился в популяции.
* * *
Еще раз, что произошло?
Маленькие зеленые организмы были зелеными, пока в какой-то момент быть зелеными не стало опасно. А безопасно - красными. Поэтому любые мутации (случайные по своей природе), хоть чуть-чуть приводившие к изменению окраски в сторону красного цвета, позволяли нашим маленьким воображаемым друзьям лучше выживать и оставлять больше потомства. Биологи бы сказали, что такие изменения оказались «поддержаны естественным отбором».
Существует ли что-то подобное в природе? Сплошь и рядом.
Один из классических примеров эволюции, которая происходит не миллионы лет, а прямо на наших глазах - это изменение окраски бабочки березовой пяденицы.
До середины XIX века экземпляры этой бабочки, собираемые английскими энтомологами, были бело-сероватыми с темными пятнышками, и очень редко (с частотой 0,01%) встречалась темная окраска.
Светлая окраска позволяла бабочке хорошо маскироваться на светлых стволах деревьев, покрытых лишайниками.
Промышленная революция в Англии привела к сильным загрязнениям, и стволы деревьев в лесах вокруг промышленных конгломератов оказались покрыты копотью, а большинство лишайников погибло.
Параллельно, с середины XIX века, произошел резкий рост доли бабочек с темной окраской. К 1895 году в Манчестере доля темной формы достигла 98%.
Произошедшие изменения объясняются тем же самым механизмом, который я описал в начале поста. Светлые бабочки на темных стволах деревьев становятся легкой добычей для птиц, а темная окраска позволяет маскироваться.
Кстати, с введением в Европе штрафов за загрязнение воздуха доля светло окрашенных бабочек снова начала расти :)
* * *
Другие примеры "эволюции на наших глазах" собраны здесь. Вот некоторые из них:
Офигенный 20-летний эксперимент с эволюцией кишечной палочки в лабораторных условиях (еще ссылки: 1, 2)
Пример, аналогичный примеру из этого поста: эволюция защитной окраски у мышей
О том, что случайность возникновения мутаций не означает полной непредсказуемости эволюции
Изучение начальных этапов видообразования в лаборатории
* * *
Продолжение следует.