Evoliucija yra vystymosi procesas, susidedantis iš laipsniškų pokyčių, be staigių šuolių (priešingai nei revoliucija). Dažniausiai, kalbėdami apie evoliuciją, jie turi omenyje biologinę evoliuciją.

Biologinė evoliucija – tai negrįžtama ir kryptinga istorinė gyvosios gamtos raida, lydima populiacijų genetinės sudėties pokyčių, prisitaikymo formavimosi, rūšių formavimosi ir išnykimo, ekosistemų ir visos biosferos transformacijos. Biologinė evoliucija yra evoliucinės biologijos tyrimas.

Yra keletas evoliucijos teorijų, kurios turi bendrą tvirtinimą, kad gyvos gyvybės formos yra kitų anksčiau egzistavusių gyvybės formų palikuonys. Evoliucijos teorijos skiriasi aiškindami evoliucijos mechanizmus. Šiuo metu labiausiai paplitęs yra vadinamasis. sintetinė evoliucijos teorija, kuri yra Darvino teorijos plėtra.

Genai, kurie dėl ekspresijos perduodami palikuonims, sudaro organizmo savybių (fenotipo) sumą. Kai organizmai dauginasi, jų palikuonys išsiugdo naujas arba pakitusias savybes, kurios atsiranda dėl mutacijų arba genų perkėlimo tarp populiacijų ar net rūšių. Lytiniu būdu besidauginančiose rūšyse per genetinę rekombinaciją atsiranda naujų genų derinių. Evoliucija įvyksta, kai paveldimi skirtumai populiacijoje tampa dažnesni arba retesni.

Evoliucinė biologija tiria evoliucinius procesus ir pateikia teorijas, paaiškinančias jų priežastis. Fosilijų ir rūšių įvairovės tyrimas iki XIX amžiaus vidurio įtikino daugumą mokslininkų, kad rūšys laikui bėgant keičiasi. Tačiau šių pokyčių mechanizmas liko neaiškus iki 1859 m., kai buvo išleista anglų mokslininko Charleso Darwino knyga „Apie rūšių kilmę“ apie natūralią atranką kaip evoliucijos varomąją jėgą. Darvino ir Wallace'o teoriją galiausiai pripažino mokslo bendruomenė. 1930-aisiais Darvino natūralios atrankos idėja buvo sujungta su Mendelio dėsniais, kurie sudarė sintetinės evoliucijos teorijos (STE) pagrindą. STE leido paaiškinti ryšį tarp evoliucijos substrato (genų) ir evoliucijos mechanizmo (natūralios atrankos).

Paveldimumas

Paveldimumas, būdinga visų organizmų savybė kartoti tuos pačius požymius ir vystymosi ypatybes per kelias kartas; atsiranda dėl to, kad dauginimosi proceso metu iš vienos kartos į kitą perduodamos ląstelės materialios struktūros, kuriose yra naujų individų vystymosi iš jų programos. Taigi paveldimumas užtikrina gyvų būtybių morfologinės, fiziologinės ir biocheminės organizacijos tęstinumą, jų individualaus vystymosi pobūdį arba ontogenezę. Kaip bendras biologinis reiškinys, paveldimumas yra svarbiausia sąlyga egzistuoti diferencijuotoms gyvybės formoms, kurios neįmanomos be santykinio organizmų savybių pastovumo, nors jį pažeidžia kintamumas – skirtumų tarp organizmų atsiradimas. Visuose organizmų ontogenezės etapuose paveikdamas įvairiausius požymius, paveldimumas pasireiškia požymių paveldėjimo modeliais, t.y. jų perdavimu iš tėvų palikuonims.

Kartais terminas „paveldimumas“ reiškia infekcinių principų (vadinamasis infekcinis paveldimumas) arba mokymosi įgūdžių, išsilavinimo, tradicijų (vadinamasis socialinis arba signalinis paveldimumas) perdavimą iš kartos į kitą. Toks paveldimumo sampratos išplėtimas už jo biologinės ir evoliucinės esmės ribų yra prieštaringas. Tik tais atvejais, kai infekcijos sukėlėjai gali sąveikauti su ląstelėmis-šeimininkais iki įtraukimo į jų genetinį aparatą, sunku atskirti infekcinį paveldėjimą nuo normalaus. Sąlyginiai refleksai nėra paveldimi, o vystosi iš naujo su kiekviena karta, tačiau paveldimumo vaidmuo sąlyginių refleksų ir elgesio ypatybių įtvirtinimo greičiui yra neginčijamas. Todėl signalinis paveldimumas apima biologinio paveldimumo komponentą.

Kintamumas

Kintamumas – tai bet kokio giminystės laipsnio individų ir asmenų grupių charakterių ir savybių įvairovė. Būdingas visiems gyviems organizmams. Variacija išskiriama paveldima ir nepaveldima, individuali ir grupinė, kokybinė ir kiekybinė, nukreipta ir neorientuota. Paveldimą kintamumą lemia mutacijų atsiradimas, o nepaveldimą – aplinkos veiksnių įtaka. Paveldimumo ir kintamumo reiškiniai yra evoliucijos pagrindas.

Mutacija

Mutacija – tai atsitiktinis, nuolatinis genotipo pokytis, kuris paveikia visas chromosomas, jų dalis ar atskirus genus. Mutacijos gali būti didelės ir aiškiai matomos, pavyzdžiui, pigmento trūkumas (albinizmas), viščiukų plunksnos trūkumas, trumpi pirštai ir kt. Tačiau dažniausiai mutacijų pokyčiai yra nedideli, vos pastebimi nukrypimai nuo normos.

Mutacijos yra gana retas reiškinys. Atskirų spontaniškų mutacijų atsiradimo dažnis išreiškiamas vienos kartos lytinių ląstelių, turinčių tam tikrą mutaciją, skaičiumi, palyginti su bendru lytinių ląstelių skaičiumi.

Mutacijos atsiranda daugiausia dėl dviejų priežasčių: spontaniškų nukleotidų sekos replikacijos klaidų ir įvairių mutageninių veiksnių, sukeliančių replikacijos klaidas, veikimo.

Mutagenų (švitinimo, cheminių medžiagų, temperatūros ir kt.) veikimo sukeltos mutacijos vadinamos indukuotomis, priešingai nei savaiminės mutacijos, atsirandančios dėl atsitiktinių replikaciją užtikrinančių fermentų veikimo klaidų ir (arba) dėl šiluminių virpesių. atomų nukleotiduose.

Mutacijų tipai. Pagal genetinio aparato pokyčių pobūdį mutacijos skirstomos į genomines, chromosomines ir genines, arba taškines. Genominės mutacijos apima chromosomų skaičiaus pasikeitimą kūno ląstelėse. Tai apima: poliploidiją – chromosomų rinkinių skaičiaus padidėjimą, kai vietoj įprastų 2 diploidiniams organizmams chromosomų rinkinių gali būti 3, 4 ir kt.; haploidija - vietoj 2 chromosomų rinkinių yra tik vienas; aneuploidija – vienos ar kelių homologinių chromosomų porų nėra (nulisomija) arba jos atstovaujamos ne pora, o tik viena chromosoma (monosomija) arba, atvirkščiai, 3 ar daugiau homologinių partnerių (trisomija, tetrasomija ir kt.). Chromosomų mutacijos, arba chromosomų persitvarkymai, apima: inversijas – chromosomos atkarpa pasukama 180°, todėl joje esantys genai išsidėsto atvirkštine tvarka, palyginti su normalia; translokacijos – dviejų ar daugiau nehomologinių chromosomų pjūvių apsikeitimas; delecijos - reikšmingos chromosomos dalies praradimas; trūkumai (mažos delecijos) - mažos chromosomos dalies praradimas; dubliavimas – chromosomos sekcijos padvigubėjimas; suskaidymas – chromosomos suskaidymas į 2 ar daugiau dalių. Genų mutacijos yra nuolatiniai atskirų genų cheminės struktūros pokyčiai ir, kaip taisyklė, neatsispindi chromosomų morfologijoje, stebimoje mikroskopu. Taip pat žinomos genų mutacijos, lokalizuotos ne tik chromosomose, bet ir kai kuriose savaime besidauginančiose citoplazmos organelėse (pavyzdžiui, mitochondrijose, plastidėse).

Mutacijų priežastys ir dirbtinis jų sukėlimas. Poliploidija dažniausiai pasireiškia tada, kai chromosomos atsiskiria prasidėjus ląstelių dalijimuisi – mitozei, tačiau dėl tam tikrų priežasčių ląstelių dalijimasis nevyksta. Poliploidiją galima sukelti dirbtinai, į mitozę patekusią ląstelę paveikiant medžiagomis, kurios sutrikdo citotomiją. Rečiau poliploidija atsiranda dėl 2 somatinių ląstelių susiliejimo arba 2 spermatozoidų dalyvavimo apvaisinant kiaušinį. Haploidija dažniausiai yra embriono vystymosi be apvaisinimo pasekmė. Ją sukelia dirbtinai apdulkinant augalus negyvomis arba kitos rūšies (tolimo) žiedadulkėmis. Pagrindinė aneuploidijos priežastis – atsitiktinis homologinių chromosomų poros nesusijungimas mejozės metu, dėl ko abi šios poros chromosomos patenka į vieną lytinę ląstelę arba nė viena joje nepatenka. Rečiau aneuploidai atsiranda dėl kelių gyvybingų lytinių ląstelių, kurias sudaro nesubalansuoti poliploidai.

Chromosomų persitvarkymo priežastys ir svarbiausia mutacijų kategorija – genų mutacijos – ilgą laiką liko nežinomos. Taip atsirado klaidingos autogenetinės koncepcijos, pagal kurias gamtoje atsiranda spontaniškos genų mutacijos, neva nedalyvaujant aplinkos poveikiui. Tik sukūrus kiekybinio genų mutacijų fiksavimo metodus, paaiškėjo, kad jas gali sukelti įvairūs fizikiniai ir cheminiai veiksniai – mutagenai.

Rekombinacija

Rekombinacija – tai tėvų genetinės medžiagos perskirstymas palikuoniuose, sukeliantis paveldimą kombinuotą gyvų organizmų kintamumą. Nesusietų genų atveju (guli skirtingose ​​chromosomose) šis perskirstymas gali būti vykdomas laisvai jungiant chromosomas mejozėje, o susietų genų atveju dažniausiai kryžminant chromosomas – persikryžiuojant. Rekombinacija yra universalus biologinis mechanizmas, būdingas visoms gyvoms sistemoms – nuo ​​virusų iki aukštesnių augalų, gyvūnų ir žmonių. Tuo pačiu metu, priklausomai nuo gyvos sistemos organizavimo lygio, rekombinacijos (genetinio) procesas turi nemažai ypatybių. Virusuose rekombinacija vyksta paprasčiausiai: kai ląstelė kartu yra užkrėsta giminingais virusais, kurie skiriasi viena ar keliomis savybėmis, po ląstelės lizės aptinkamos ne tik pradinės viruso dalelės, bet ir rekombinantinės dalelės su naujais genų deriniais, atsirandančiais tam tikru vidurkiu. dažnį. Bakterijose vyksta keli procesai, kurie baigiasi rekombinacija: konjugacija, t.y. dviejų bakterijų ląstelių susijungimas protoplazminiu tilteliu ir chromosomos perkėlimas iš donoro ląstelės į ląstelę recipientą, po kurios atskiriamos recipiento chromosomos dalys. pakeisti atitinkamais donoro fragmentais; transformacija – charakteristikų perkėlimas DNR molekulėmis, prasiskverbiančiomis iš aplinkos per ląstelės membraną; transdukcija yra genetinės medžiagos perkėlimas iš donoro bakterijos į recipiento bakteriją, atliekamas bakteriofago. Aukštesniuosiuose organizmuose rekombinacija vyksta mejozės metu formuojantis gametoms: homologinės chromosomos susijungia ir labai tiksliai išsidėsto viena šalia kitos (vadinamoji sinapsė), tada chromosomos suyra griežtai homologiniuose taškuose ir fragmentai vėl susijungia kryžmai ( kirtimas). Rekombinacijos rezultatas aptinkamas naujais palikuonių savybių deriniais. Tikimybė pereiti tarp dviejų chromosomų taškų yra maždaug proporcinga fiziniam atstumui tarp šių taškų. Tai leidžia, remiantis eksperimentiniais rekombinacijos duomenimis, sudaryti genetinius chromosomų žemėlapius, tai yra, grafiškai išdėstyti genus linijine tvarka pagal jų vietą chromosomose ir, be to, tam tikru mastu. Molekulinis rekombinacijos mechanizmas detaliai neištirtas, tačiau nustatyta, kad rekombinaciją užtikrinančios fermentinės sistemos dalyvauja ir tokiame svarbiame procese kaip genetinės medžiagos pažeidimo korekcija. Po sinapsės pradeda veikti endonukleazė – fermentas, atliekantis pirminius DNR grandinių pertraukimus. Matyt, šie lūžiai daugelyje organizmų atsiranda struktūriškai nulemtose srityse – rekombinatoriuose. Toliau keičiamos dvigubos arba viengubos DNR grandinės ir galiausiai specialūs sintetiniai fermentai – DNR polimerazės – užpildo siūlų spragas, o ligazės fermentas uždaro paskutinius kovalentinius ryšius. Šie fermentai buvo išskirti ir ištirti tik kai kuriose bakterijose, o tai leido mums priartėti prie rekombinacijos modelio kūrimo in vitro (in vitro). Viena iš svarbiausių rekombinacijos pasekmių yra abipusių palikuonių susidarymas (t.y., esant dviem alelinėms genų AB ir aw formoms, turėtų gautis du rekombinacijos produktai – Ave ir aB vienodais kiekiais). Abipusiškumo principas laikomasi, kai rekombinacija vyksta tarp pakankamai nutolusių chromosomos taškų. Intrageninės rekombinacijos metu ši taisyklė dažnai pažeidžiama. Pastarasis reiškinys, daugiausia tiriamas žemesniuose grybuose, vadinamas genų konversija. Rekombinacijos evoliucinė reikšmė slypi tame, kad organizmui dažnai naudingos ne atskiros mutacijos, o jų deriniai. Tačiau mažai tikėtina, kad tuo pačiu metu vienoje ląstelėje atsiras palankus dviejų mutacijų derinys. Dėl rekombinacijos mutacijos, priklausančios dviem nepriklausomiems organizmams, sujungiamos, taip pagreitinant evoliucijos procesą.

Evoliucijos mechanizmai

Natūrali atranka

Yra du pagrindiniai evoliuciniai mechanizmai. Pirmoji – natūrali atranka, tai yra procesas, kurio metu išlikimui ir dauginimuisi palankios paveldimos savybės plinta visoje populiacijoje, o nepalankūs retėja. Taip nutinka todėl, kad asmenys, turintys palankių savybių, yra labiau linkę daugintis, todėl daugiau kitos kartos individų turi tuos pačius bruožus. Prisitaikymai prie aplinkos atsiranda dėl nuoseklių, nedidelių, atsitiktinių pokyčių kaupimosi ir natūraliai aplinkai labiausiai pritaikyto varianto atrankos.

Genetinis dreifas

Antrasis pagrindinis mechanizmas yra genetinis dreifas, nepriklausomas atsitiktinių požymių dažnio kitimo procesas. Genetinis dreifas atsiranda dėl tikimybinių procesų, sukeliančių atsitiktinius populiacijos bruožų dažnio pokyčius. Nors pokyčiai dėl dreifo ir atrankos vienoje kartoje yra gana nedideli, dažnių skirtumai kaupiasi kiekvienoje iš eilės kartoje ir laikui bėgant lemia reikšmingus gyvų organizmų pokyčius. Šis procesas gali baigtis naujos rūšies formavimu. Be to, biocheminė gyvybės vienybė rodo visų žinomų rūšių kilmę iš bendro protėvio (arba genų telkinio), vykstant laipsniško skirtumo procesui.

Gyvų būtybių palikuonys labai panašūs į savo tėvus. Tačiau pasikeitus gyvų organizmų aplinkai, jie taip pat gali gerokai pasikeisti. Pavyzdžiui, jei klimatas palaipsniui šąla, kai kurios rūšys iš kartos į kartą gali įgyti vis storesnius plaukus. Šis procesas vadinamas evoliucija. Per milijonus evoliucijos metų maži pokyčiai, besikaupiantys, gali lemti naujų augalų ir gyvūnų rūšių atsiradimą, kurie smarkiai skiriasi nuo savo protėvių.

Kaip vyksta evoliucija?

Evoliucija remiasi natūralia atranka. Būna taip. Visi tai pačiai rūšiai priklausantys gyvūnai ar augalai vis dar šiek tiek skiriasi vienas nuo kito. Kai kurie iš šių skirtumų leidžia jų savininkams geriau nei jų artimiesiems prisitaikyti prie gyvenimo sąlygų. Pavyzdžiui, kai kurie elniai turi ypač greitas kojas, ir kiekvieną kartą jam pavyksta pabėgti nuo plėšrūno. Toks elnias turi daugiau galimybių išgyventi ir susilaukti palikuonių, o gebėjimas greitai bėgti gali būti perduotas jaunikliams arba, kaip sakoma, paveldėtas jų pačių.

Evoliucija sukūrė daugybę būdų, kaip prisitaikyti prie gyvybės Žemėje sunkumų ir pavojų. Pavyzdžiui, arklių kaštonų sėklos laikui bėgant įgavo lukštą, padengtą aštriais spygliais. Spygliai apsaugo sėklą, kai ji krenta nuo medžio ant žemės.

Koks yra evoliucijos greitis?

Anksčiau šie drugeliai turėjo šviesius sparnus. Nuo priešų jie slėpėsi ant medžių kamienų ta pačia šviesia žieve. Tačiau apie 1% šių drugelių turėjo tamsius sparnus. Natūralu, kad paukščiai juos iškart pastebėjo ir, kaip taisyklė, suėsdavo anksčiau už kitus

Paprastai evoliucija vyksta labai lėtai. Tačiau yra atvejų, kai gyvūnų rūšis greitai keičiasi ir tam praleidžia ne tūkstančius ir milijonus metų, o daug mažiau. Pavyzdžiui, kai kurie drugiai per pastaruosius du šimtus metų pakeitė savo spalvą, kad prisitaikytų prie naujų gyvenimo sąlygų tose Europos vietose, kur atsirado daug pramonės įmonių.

Maždaug prieš du šimtus metų Vakarų Europoje pradėtos statyti anglimi kūrenamos gamyklos. Dūmuose iš gamyklos kaminų buvo suodžių, kurie nusėdo ant medžių kamienų, jie pajuodo. Dabar šviesios spalvos drugeliai labiau pastebimi. Tačiau drugelių tamsiais sparnais išliko nedaug, nes paukščiai jų nebepastebėjo. Iš jų atsirado kiti drugeliai tokiais pat tamsiais sparnais. Ir dabar dauguma pramoninėse teritorijose gyvenančių šios rūšies drugelių turi tamsius sparnus.

Kodėl kai kurios gyvūnų rūšys išnyksta?

Kai kurios gyvos būtybės negali vystytis, kai jų aplinka smarkiai pasikeičia, ir dėl to išnyksta. Pavyzdžiui, didžiuliai plaukuoti gyvūnai, panašūs į dramblius – mamutai, greičiausiai išnyko dėl to, kad tuo metu Žemės klimatas tapo kontrastingesnis: vasarą buvo per karšta, o žiemą – per šalta. Be to, jų skaičius sumažėjo dėl intensyvios pirmykščio žmogaus medžioklės. O po mamutų išnyko ir kardadantys tigrai – juk jų didžiulės iltys buvo pritaikytos medžioti tik tokius didelius gyvūnus kaip mamutai. Mažesni gyvūnai kardadantiams tigrams buvo nepasiekiami ir, likę be grobio, dingo iš mūsų planetos veido.

Iš kur mes žinome, kad žmogus taip pat išsivystė?

Dauguma mokslininkų mano, kad žmonės išsivystė iš medžių gyvūnų, panašių į šiuolaikines beždžiones. Šios teorijos įrodymas yra tam tikros mūsų kūno struktūrinės ypatybės, kurios leidžia daryti prielaidą, kad mūsų protėviai kadaise buvo vegetarai ir valgė tik augalų vaisius, šaknis ir stiebus.

Jūsų stuburo apačioje yra kaulo darinys, vadinamas uodegikauliu. Tai viskas, kas liko iš uodegos. Dauguma jūsų kūną dengiančių plaukų tėra švelnūs pūkeliai, tačiau mūsų protėviai turėjo daug storesnius plaukus. Kiekvienas plaukas turi specialų raumenį ir atsistoja, kai tau šalta. Taip yra su visais žinduoliais su plaukuota oda: ji sulaiko orą, o tai neleidžia gyvūno šilumai ištrūkti.

Daugelis suaugusiųjų turi plačius išorinius dantis – jie vadinami „išminties dantimis“. Dabar šių dantų nebereikia, bet kažkada mūsų protėviai jais kramtydavo kietą augalinį maistą, kurį valgydavo. Apendiksas yra mažas vamzdelis, sujungtas su žarnynu. Mūsų tolimi protėviai jį naudojo virškindami augalinį maistą, kurį organizmas blogai virškino. Dabar jo nebereikia ir pamažu lieka vis mažiau. Daugelio žolėdžių gyvūnų, pavyzdžiui, triušių, apendiksas yra labai gerai išvystytas.

Ar žmonės gali kontroliuoti evoliuciją?

Žmonės skatina evoliuciją kai kurie gyvūnai gyvuoja daugiau nei 10 000 metų. Pavyzdžiui, daugelis šiuolaikinių šunų veislių greičiausiai kilo iš vilkų, kurių būriai klajojo po senovės žmonių stovyklas. Palaipsniui tie, kurie pradėjo gyventi su žmonėmis, išsivystė į naują gyvūnų rūšį, tai yra, jie tapo šunimis. Tada žmonės pradėjo specialiai auginti šunis konkretiems tikslams. Tai vadinama atranka. Todėl šiandien pasaulyje yra daugiau nei 150 skirtingų šunų veislių.

• Šunys, kuriuos buvo galima išmokyti įvairių komandų, kaip šis anglų aviganis, buvo auginami gyvuliams ganyti.
• Greitai bėgti galintys šunys buvo naudojami medžiojamiesiems gyvūnams persekioti. Šis kurtas turi galingas kojas ir bėga didžiuliais šuoliais.
• Šunys, turintys gerą uoslę, buvo auginami specialiai medžiojamiems gyvūnams sekti. Šis lygiaplaukis taksas gali išplėšti triušio skylutes.

Natūrali atranka paprastai vyksta labai lėtai. Atrankinis pasirinkimas leidžia žymiai pagreitinti.

Kas yra genų inžinerija?

70-aisiais XX amžiuje Mokslininkai išrado būdą, kaip pakeisti gyvų organizmų savybes, įsikišdami į jų genetinį kodą. Ši technologija vadinama genų inžinerija. Genai turi savotišką biologinį kodą, esantį kiekvienoje gyvoje ląstelėje. Tai lemia kiekvieno gyvo padaro dydį ir išvaizdą. Naudojant genų inžineriją galima sukurti augalus ir gyvūnus, kurie, tarkime, auga greičiau arba yra mažiau jautrūs kokiai nors ligai

Yra du požiūriai į tai, kaip atsirado materialus pasaulis. Religijos priskiria Dievui pagrindinį vaidmenį pasaulio santvarkoje. Visų pirma Biblijoje kalbama apie kelias dienas, per kurias Dievas pirmiausia sukūrė šviesą, tada vandenį, tada skliautą, tada gyvas būtybes – iki pat žmogaus. Dabar Bažnyčios teigia, kad „šešios dienos“ yra metaforinis terminas, kai diena nelygu dienai, o trunka daug ilgiau. Kitas, radikaliai priešingas požiūris į matomo, materialaus pasaulio kilmę, yra mokslinis. Visatos evoliucija, kaip rodo mokslininkų tyrimai, prasidėjo nuo Didžiojo sprogimo (dar vadinamo Didžiuoju sprogimu), kuris įvyko prieš 10-15 mlrd.

Kas atsitiko prieš tai, kai atsirado viskas, kas egzistuoja? Šiuolaikinė astronomija mano, kad tai buvo iki minimalaus dydžio suspausta sfera, kurioje, veikiant aukščiausioms temperatūroms ir slėgiui, judėjo laisvieji kūnai, kurie dabar užpildo didžiulę erdvę, buvo suspausta iki nulio dydžio, nuo kurio Visatos kilmė ir evoliucija. Vis dar neaišku, kas sukėlė Didįjį sprogimą. Tačiau pats šis sprogimas paskatino Visatos plėtimąsi, ir šis procesas tęsiasi ir šiandien. Ką tai reiškia? Kad tas pats medžiagų dalelių skaičius laikui bėgant užima vis didesnį tūrį.

Ar materialusis pasaulis plėsis amžinai, ar kada nors jo tūrio plėtimasis sulėtės ir visai sustos, kaip matome, kai sprogsta granata? Galbūt po to Visatos evoliucija sustos ir ją pakeis „žlugimo“ stadija, susiaurėjanti iki pradinio taško. Dar nesame pasirengę tiksliai atsakyti į šį klausimą. Tačiau mokslininkų sukurtame pasaulio paveiksle jau galima apibūdinti vienas po kito einančius materijos augimo ir virsmo fazes. Pirmoji era – hadroninė – truko tik vieną milijoninę sekundės dalį, tačiau per tą laiką įvyko antibarionų ir barionų anihiliacijos procesas, susiformavo protonai ir neuronai.

Antroji ir trečioji Visatos evoliucijos pakopa – leptoninė ir fotoninė – taip pat truko vos kelias sekundes. Antrosios eros pabaigoje susiformavo neutrinų jūra, o fotonų era baigėsi materijos atsiskyrimu nuo antimaterijos (tai įvyko dėl pozitronų ir elektronų anihiliacijos). Visata toliau plėtėsi, todėl sumažėjo dalelių ir fotonų energijos tankis. Fotonų stadija užleido vietą žvaigždžių stadijai, kuri tęsiasi iki šiol. Tačiau žvaigždžių, galaktikų ir galaktikų grupių formavimasis vyko (ir tebevyksta) netolygiai.

Po Didžiojo sprogimo praėjo milijonai metų, kai paprasčiausios dalelės virto atomais – daugiausia vandeniliu ir heliu (šie atomai yra pagrindinis Visatos komponentas), atomai susijungė į molekules, kurios susijungė į junginius ir sudarė kristalus, medžiagas ir mineralinės uolienos. Žvaigždžių eroje, kuri šiuo etapu baigiasi Visatos evoliucija, susiformavo galaktikos ir planetos, o mūsų Žemėje atsirado gyvybė. Ar galime sakyti, kad „epinis fejerverkas“ baigėsi ir mes stovime ant vėstančių anglių tarp besisklaidančių dūmų?

Mokslininkai padarė išvadą, kad Visatos evoliucija tęsiasi. Milžiniškos vandenilio sankaupos sūkuriai išlygina materiją ir paverčia šias sankaupas sūkuriais. Taip gimsta sferinės, elipsės ir plokščiosios galaktikos (priklausomai nuo kolosaliosios – šimto tūkstančių šviesmečių – ciklo sukimosi greičio). Mūsų Paukščių Takas taip pat priklauso pastarajam galaktikų tipui. Žvaigždės susidaro galaktikų viduje, veikiamos vandenilio gumulėlių. Jie taip pat pereina ilgus evoliucijos etapus: nuo baltai įkaitusių supernovų iki „raudonųjų milžinų“, „baltųjų nykštukų“ ir tie patys procesai vyksta su mūsų Saule, o Kosmosas toliau plečiasi.

Iš „Žemynos“ archyvų

Gerai žinoma, kad mūsų Visata susiformavo maždaug prieš 14 milijardų metų dėl milžiniško sprogimo, moksle žinomo kaip Didysis sprogimas. Visatos atsiradimas „iš nieko“ neprieštarauja žinomiems fizikos dėsniams: po sprogimo susidariusios medžiagos teigiama energija yra lygiai lygi neigiamai gravitacijos energijai, todėl bendra tokio proceso energija lygi nuliui. Pastaruoju metu mokslininkai diskutuoja ir apie kitų visatų – „burbulų“ – susidarymo galimybę. Pasaulis, remiantis šiomis teorijomis, susideda iš begalinio skaičiaus visatų, apie kurias vis dar nieko nežinome. Įdomu tai, kad sprogimo momentu susiformavo ne tik trimatė erdvė, bet, kas labai svarbu, laikas, susijęs su erdve. Laikas yra visų pokyčių, įvykusių Visatoje po Didžiojo sprogimo, priežastis. Šie pokyčiai vyko nuosekliai, žingsnis po žingsnio, didėjant laiko rodyklei ir apėmė daugybės galaktikų (maždaug 100 milijardų), žvaigždžių (galaktikų skaičius padaugintas iš 100 milijardų), planetų sistemų ir galiausiai pats gyvenimas, įskaitant protingą gyvenimą. Norėdami įsivaizduoti, kiek žvaigždžių yra Visatoje, astronomai pateikia šį įdomų palyginimą: žvaigždžių skaičius mūsų Visatoje yra panašus į smėlio grūdelių skaičių visuose Žemės paplūdimiuose, įskaitant jūras, upes ir vandenynus. Laike sustingusi visata būtų nepakitusi ir mažai dominanti ir joje nebūtų jokio vystymosi, t.y. visi tie pokyčiai, kurie įvyko vėliau ir galiausiai atvedė prie esamo pasaulio paveikslo.

Mūsų galaktikai yra 12,4 milijardo metų, o mūsų saulės sistemai – 4,6 milijardo metų. Meteoritų ir seniausių uolienų amžius Žemėje yra šiek tiek mažesnis nei 3,8–4,4 milijardo metų. Pirmieji vienaląsčiai organizmai, neturintys prokariotinių branduolių ir žaliai mėlynų bakterijų, atsirado prieš 3,0–3,5 milijardo metų. Tai paprasčiausios biologinės sistemos, galinčios formuoti baltymus, aminorūgščių grandines, susidedančias iš pagrindinių gyvybės elementų C, H, O, N, S ir vedančios savarankišką gyvenimo būdą. Paprasti žaliai mėlyni „dumbliai“, t.y. vandens augalai be kraujagyslių audinių ir „archebakterijos“ arba senos bakterijos (naudojamos vaistams gaminti) vis dar yra svarbi mūsų biosferos dalis. Šios bakterijos yra pirmoji sėkminga gyvybės adaptacija Žemėje. Įdomu tai, kad žaliai mėlynos bakterijos ir kiti prokariotai išliko beveik nepakitę milijardus metų, o išnykę dinozaurai ir kitos rūšys niekada nebegali atgimti, nes sąlygos Žemėje labai pasikeitė ir jie nebegali pereiti visų vystymosi etapų, kuriuos išgyveno tais tolimais metais. Jei dėl vienokių ar kitokių priežasčių gyvybė Žemėje nutrūksta (dėl susidūrimo su milžinišku meteoritu, dėl supernovos sprogimo šalia Saulės sistemos ar mūsų pačių susinaikinimo), ji negali vėl prasidėti tuo pačiu metu. forma, nes dabartinės sąlygos iš esmės skiriasi nuo tų, kurios buvo maždaug prieš keturis milijardus metų (pavyzdžiui, laisvo deguonies buvimas atmosferoje, taip pat Žemės faunos pokyčiai). Evoliucija, unikali savo esme, nebegali kartotis ta pačia forma ir pereiti visų etapų, per kuriuos ji praėjo per pastaruosius milijardus metų. Daktaras Paysonas iš JAV Los Alamos nacionalinės laboratorijos išsakė labai įdomią mintį apie evoliucijos vaidmenį organizuojant gyvų struktūrų sistemą: „Gyvenimas yra molekulinių sąveikų seka. Jei biologijoje atrasime kitą principą nei evoliucija, išmoksime laboratorijoje kurti gyvas sistemas ir taip suprasti gyvybės formavimosi mechanizmą. Priežastis, kodėl negalime atlikti rūšių transformacijos laboratorijoje (pavyzdžiui, Drosophila skrenda į kai kurias kitas rūšis), yra ta, kad natūraliomis sąlygomis tai užtruko milijonus metų, o šiandien nežinome jokio kito principo, kaip tai padaryti. transformacija.

Didėjant prokariotų skaičiui, jie „išrado“ fotosintezės fenomeną, t.y. sudėtinga cheminių reakcijų grandinė, kurios metu saulės šviesos energija kartu su anglies dioksidu ir vandeniu paverčiama deguonimi ir gliukoze. Augaluose fotosintezė vyksta chloroplastuose, kurie yra jų lapuose, todėl atmosferoje patenka deguonis. Deguonies prisotinta atmosfera atsirado prieš 2-2,5 mlrd. Eukariotai, daugialąstės ląstelės, turinčios branduolį su genetine informacija, taip pat organelės, susiformavo prieš 1-2 milijardus metų. Organelių yra prokariotinėse ląstelėse, taip pat gyvūnų ir augalų ląstelėse. DNR yra bet kurios gyvos ląstelės, kurioje yra paveldima informacija, genetinė medžiaga. Paveldimi genai yra chromosomose, kuriose yra su DNR prisijungę baltymai. Visi organizmai – bakterijos, flora ir fauna – nepaisant milžiniškos rūšių įvairovės, turi bendrą kilmę, t.y. turi bendrą protėvį. Gyvybės medis susideda iš trijų pagrindinių šakų – Bakterijos, Archėjos, Eukarijos. Paskutinei grupei priklauso visas augalų ir gyvūnų pasaulis. Visi žinomi gyvi organizmai baltymus gamina naudodami tik 20 pagrindinių aminorūgščių (nors bendras aminorūgščių skaičius gamtoje yra 70), taip pat naudoja tą pačią energijos molekulę ATP energijos kaupimui ląstelėse. Jie taip pat naudoja DNR molekules, kad perduotų genus iš vienos kartos į kitą. Genas yra pagrindinis paveldimumo vienetas, DNR dalis, kurioje yra baltymų sintezei reikalinga informacija. Skirtingi organizmai turi panašius genus, kurie gali būti mutuoti arba patobulinti per ilgą evoliucijos laikotarpį. Nuo bakterijų iki amebų ir nuo amebų iki žmonių genai yra atsakingi už organizmų savybes ir rūšių tobulėjimą, o baltymai palaiko gyvybę. Visi gyvi organizmai naudoja DNR, kad perduotų savo genus kitai kartai. Genetinė informacija perduodama iš DNR į baltymą per sudėtingą transformacijų grandinę per RNR, kuri yra panaši į DNR, tačiau skiriasi nuo jos savo struktūra. Transformacijų grandinėje chemistry®biology®life susintetinama organinė molekulė. Biologai puikiai žino visas šias transformacijas. Įspūdingiausias iš jų – genetinio kodo iššifravimas (The Human Genome Project), kuris stebina vaizduotę ir sudėtingumu, ir tobulumu. Genetinis kodas yra universalus visoms trims gyvybės medžio šakoms.

Įdomiausias klausimas, į kurį kai kuri žmonija ieškojo atsakymo per visą savo istoriją – kaip atsirado pirmoji gyvybė ir ypač – ar ji atsirado Žemėje, ar buvo atnešta iš tarpžvaigždinės terpės meteoritų pagalba. Visos pagrindinės gyvybės molekulės, įskaitant aminorūgštis ir DNR, taip pat randamos meteorituose. Nukreiptos panspermijos teorija teigia, kad gyvybė atsirado tarpžvaigždinėje erdvėje (įdomu, kur?) ir migruoja per didžiulę erdvę, tačiau ši teorija negali paaiškinti, kaip gyvybė gali išgyventi atšiauriomis erdvės sąlygomis (pavojinga radiacija, žema temperatūra, atmosferos trūkumas ir kt.). .). Mokslininkai pritaria teorijai, kad natūralios, nors ir primityvios sąlygos Žemėje lėmė paprastų organinių molekulių susidarymą, taip pat įvairaus cheminio aktyvumo formų vystymąsi, dėl kurių galiausiai atsirado gyvybės medis. Labai įdomiame Millerio ir Urey eksperimente, atliktame 1953 m., jie įrodė sudėtingų organinių molekulių (aldehidų, karboksilių ir aminorūgščių) susidarymą per dujų mišinį CH4 leisdami galingą elektros iškrovą, panašią į žaibą natūraliomis sąlygomis. , NH3, H2O, H2, kurios buvo pirminėje Žemės atmosferoje. Šis eksperimentas parodė, kad pagrindiniai cheminiai gyvybės komponentai, t.y. biologinės molekulės gali susidaryti natūraliai imituojant primityvias sąlygas Žemėje. Tačiau nebuvo aptikta jokių gyvybės formų, įskaitant DNR molekulių polimerizaciją, kuri, matyt, galėjo atsirasti tik dėl ilgalaikės evoliucijos.

Tuo tarpu pradėjo atsirasti sudėtingesnės struktūros, didžiulės ląstelės – organai ir dideli gyvi dariniai, susidedantys iš milijonų ir milijardų ląstelių (pavyzdžiui, žmogus susideda iš dešimties trilijonų ląstelių). Sistemos sudėtingumas priklausė nuo laiko tėkmės ir natūralios atrankos gylio, kuri išsaugo labiausiai prie naujų gyvenimo sąlygų prisitaikiusias rūšis. Nors visi paprasti eukariotai dauginasi dalijimosi būdu, per lytinius santykius susidarė sudėtingesnės sistemos. Pastaruoju atveju kiekviena nauja ląstelė paima pusę genų iš vieno iš tėvų, o kitą pusę – iš kito.

Gyvybė labai ilgą savo istorijos laikotarpį (beveik 90%) egzistavo mikroskopinėmis ir nematomomis formomis. Maždaug prieš 540 milijonų metų prasidėjo visiškai naujas revoliucinis laikotarpis, moksle vadinamas Kambro era. Tai laikotarpis, kai greitai atsiranda daugybė daugialąsčių rūšių, turinčių kietą apvalkalą, skeletą ir galingą apvalkalą. Atsirado pirmosios žuvys ir stuburiniai gyvūnai, augalai iš vandenynų pradėjo migruoti po visą Žemę. Pirmieji vabzdžiai ir jų palikuonys prisidėjo prie gyvūnų pasaulio išplitimo visoje Žemėje. Iš eilės pradėjo dygti vabzdžiai su sparnais, varliagyviai, pirmieji medžiai, ropliai, dinozaurai ir mamutai, pirmieji paukščiai ir pirmosios gėlės (dinozaurai išnyko prieš 65 mln. metų, matyt, dėl milžiniško Žemės susidūrimo su didžiuliu meteoritu). Tada atėjo delfinų, banginių, ryklių ir primatų, beždžionių protėvių, laikotarpis. Maždaug prieš 3 milijonus metų atsirado būtybės su neįprastai didelėmis ir labai išsivysčiusiomis smegenimis – hominidai (pirmieji žmonių protėviai). Pirmasis žmogus (homo sapiens) atsirado prieš 200 000 metų. Remiantis kai kuriomis teorijomis, pirmojo žmogaus, kuris kokybiškai skiriasi nuo visų kitų gyvūnų pasaulio rūšių, atsiradimas gali būti stiprios hominidų mutacijos, kuri buvo naujo alelio (alelio) susidarymo šaltinis. - vieno iš genų modifikuota forma. Šiuolaikinio žmogaus atsiradimas siekia maždaug 100 000 metų, istoriniai ir kultūriniai mūsų istorijos įrodymai neviršija 3000-74000 metų, tačiau technologiškai pažangia civilizacija tapome visai neseniai, tik prieš 200 metų!

Gyvybė Žemėje yra maždaug 3,5 milijardo metų biologinės evoliucijos produktas. Gyvybės atsiradimas Žemėje yra daugybės palankių sąlygų – astronominių, geologinių, cheminių ir biologinių – rezultatas. Visi gyvi organizmai, nuo bakterijų iki žmonių, turi bendrą protėvį ir susideda iš kelių pagrindinių molekulių, bendrų visiems mūsų Visatos objektams. Pagrindinės gyvų organizmų savybės yra tai, kad jie reaguoja, auga, dauginasi ir perduoda informaciją iš kartos į kartą. Mes, žemiškoji civilizacija, nepaisant savo jaunystės, daug pasiekėme: įvaldėme atominę energiją, iššifravome žmogaus genetinį kodą, sukūrėme sudėtingas technologijas, pradėjome eksperimentuoti genų inžinerijos (sintetinės gyvybės) srityje, užsiimame klonavimu, ir siekia pailginti mūsų gyvenimo trukmę (net ir šiandien mokslininkai diskutuoja apie galimybę pailginti gyvenimo trukmę iki 800 ar daugiau metų), pradėjo skristi į kosmosą, išrado kompiuterius ir netgi bando užmegzti ryšį su nežemiška civilizacija (SETI programa, Paieška už nežemišką intelektą). Nes kita civilizacija eis visiškai kitokiu vystymosi keliu, ji bus visiškai kitokia nei mūsų. Šia prasme kiekviena civilizacija yra savaip unikali – galbūt tai yra viena iš priežasčių, kodėl SETI programa buvo nesėkminga. Pradėjome kištis į šventąją šventę, t.y. į procesus, kurie natūralioje aplinkoje užtruktų milijonus ir milijonus metų.

Kad geriau suprastume, kokie esame jauni, tarkime, kad bendra Žemės istorija yra vieneri metai, o mūsų istorija prasidėjo sausio 1 d. Šiuo mastu prokariotai ir mėlynai žalios bakterijos pasirodė jau birželio 1 d., o tai netrukus lėmė deguonies prisotintą atmosferą. Kambriono era prasidėjo lapkričio 13 d. Dinozaurai Žemėje gyveno nuo gruodžio 13 iki 26 d., o pirmieji hominidai pasirodė gruodžio 31 d. Iki Naujųjų metų mes, jau šiuolaikiniai žmonės, išsiuntėme pirmąją žinią į kosmosą – į kitą mūsų Galaktikos dalį. Tik po maždaug 100 000 metų (arba po 15 minučių mūsų mastu) mūsų žinutė (dar niekam neskaityta) paliks mūsų Galaktiką ir skubės į kitas galaktikas. Ar jis kada nors bus skaitomas? Mes nesužinosime. Greičiausiai ne.

Prireiktų ne tik milijardų metų, kol kitoje Visatos dalyje atsirastų panaši į mūsų civilizacija. Svarbu, kad tokia civilizacija turėtų pakankamai laiko savo vystymuisi ir transformacijai į technologinę, o svarbiausia nesunaikintų savęs (tai dar viena priežastis, kodėl nerandame kitos civilizacijos, nors jos ieškome jau daugiau nei 50 metų: jis gali sunykti, kol nespės tapti technologiniu). Mūsų technologija gali turėti žalingą poveikį atmosferai. Jau šiandien esame susirūpinę dėl ozono skylių atsiradimo mūsų atmosferoje, kurių per pastaruosius 50 metų labai padaugėjo (ozonas yra triatomė deguonies molekulė, kuri apskritai yra nuodas). Tai mūsų technologinės veiklos rezultatas. Ozono apvalkalas apsaugo mus nuo pavojingos saulės ultravioletinės spinduliuotės. Tokia spinduliuotė, esant ozono skylėms, padidins žemės temperatūrą ir dėl to atšils. Marso paviršius šiandien yra sterilus, nes jame nėra ozono sluoksnio. Per pastaruosius 20 metų ozono skylė Žemės atmosferoje išaugo iki didelio žemyno dydžio. Temperatūrai pakilus net 2 laipsniais, tirps ledas, kils vandenynų lygis, taip pat jų garavimas ir pavojingai padidės anglies dvideginio kiekis atmosferoje. Tada įvyks naujas atmosferos atšilimas, ir šis procesas tęsis tol, kol išgaruos visos jūros ir vandenynai (mokslininkai šį reiškinį vadina pabėgusiu šiltnamio efektu). Išgaravus vandenynams, anglies dioksido kiekis atmosferoje padidės apie 100 000 kartų ir sudarys apie 100%, dėl to bus visiškai ir negrįžtamai sunaikintas ne tik žemės atmosferos ozono sluoksnis, bet ir visos gyvybės Žemėje. Tokia įvykių raida jau įvyko mūsų Saulės sistemos istorijoje Veneroje. Prieš 4 milijardus metų sąlygos Veneroje buvo artimos Žemės sąlygoms ir, ko gero, ten buvo net gyvybė, nes... Saulė tais tolimais laikais ne taip ryškiai švietė (žinoma, kad saulės spinduliavimo intensyvumas palaipsniui didėja). Gali būti, kad gyvybė iš Veneros migravo į Žemę, o iš Žemės, didėjant saulės spinduliuotei, migruoja į Marsą, nors, matyt, toks vystymasis mažai tikėtinas dėl gyvų ląstelių migracijos kosmose problemų. Anglies dioksido kiekis Veneros atmosferoje šiandien yra 98%, o atmosferos slėgis yra beveik šimtą kartų didesnis nei Žemėje. Tai gali būti visuotinio atšilimo ir Veneros vandenynų išgaravimo pasekmė. Venera ir Marsas duoda mums svarbią pamoką, t.y. šiandien žinome, kas gali nutikti mūsų planetai, jei nebus imtasi priemonių. Kita problema yra susijusi su saulės spinduliuotės padidėjimu, kuris galiausiai sukels šiltnamio efektą Žemėje, o rezultatas bus žinomas.

Mūsų plėtra yra eksponentinė ir spartėjanti. Žemės gyventojų skaičius padvigubėja kas 40 metų ir per pastaruosius 2000 metų išaugo nuo maždaug 200 tūkstančių iki 6 milijardų. Tačiau ar tokia sparti plėtra neapsaugo pavojaus mūsų egzistencijai? Ar sunaikinsime savo civilizaciją? Ar turėsime laiko tapti labai išsivysčiusia civilizacija ir suprasti savo istoriją? Ar galėsime skristi gilyn į kosmosą ir rasti kitą civilizaciją, panašią į mūsų? Pasak Einšteino, nuostabiausias dalykas pasaulyje yra tai, kad pasaulį galima pažinti. Galbūt tai vienas labiausiai intriguojančių žmogaus civilizacijos bruožų – gebėjimas atskleisti pasaulio paslaptis. Galime suprasti pasaulį, kuriame gyvename, ir suprasti jį valdančius dėsnius. Tačiau kodėl šie įstatymai egzistuoja? Kodėl šviesos greitis, pavyzdžiui, lygus 300 000 km/sek arba kodėl matematikoje gerai žinomas skaičius i (apskritimo apskritimo ir skersmens santykis) yra lygiai 3,14159...? Amerikiečių fizikas A. Michelsonas gavo Nobelio premiją už neregėto tikslumo šviesos greičio matavimą (priminsiu, kad tai milžiniška vertybė: judėdami tokiu greičiu maždaug per sekundę atsidurtume Mėnulyje, Saulėje). per 8 minutes, o galaktikos centre – po 28 000 metų). Kitas pavyzdys – iškoduoti genetinį kodą, susidedantį iš 30 milijonų vienetų, kurių kiekvienas yra 500–600 raidžių, prireikė 15 metų darbo naudojant sudėtingas programas ir kompiuterius. Paaiškėjo, kad viso kodo ilgis yra lygus 100 milijonų raidžių ilgiui. Šis atradimas buvo atliktas dviejų tūkstantmečių sandūroje ir parodė, kad galime gydyti bet kokio sudėtingumo ligas, ištaisydami klaidas atitinkamoje pažeisto geno dalyje. Matematikai, pasitelkę greitus kompiuterius, neįtikėtinu trilijono skaitmenų po kablelio tikslumu apskaičiavo skaičių I, kad sužinotų tikslią jo reikšmę ir apibūdintų šį skaičių naudodami kokią nors paprastą formulę. Kas sugalvojo šiuos skaičius ir kodėl jie tokie? Kaip genetinis kodas gali būti toks tobulas? Kaip fizinės konstantos yra susijusios su mūsų visata? Žinoma, jie atspindi geometrinę mūsų Visatos struktūrą ir, matyt, skirtingoms visatoms turi skirtingas reikšmes. Šiandien mes to nežinome, kaip ir daugelio kitų dalykų. Bet mes siekiame rasti bendrus savo pasaulio dėsnius ar net vieną dėsnį, iš kurio galėtume gauti visus kitus dėsnius konkrečiu atveju, o taip pat, kas labai svarbu, suprasti pasaulio konstantų reikšmę. Taip pat nežinome, ar mūsų egzistavimas susijęs su kokios nors misijos vykdymu.

Bet grįžkime prie mūsų istorijos ir evoliucijos. Ar tai baigėsi ir kokia jo prasmė? Kas atsitiks su mumis po milijonų metų, jei, žinoma, pavyks išspręsti savo technologines problemas ir nesunaikinti savęs? Ką reiškia tokių nuostabių asmenybių kaip Einšteinas, Šekspyras ar Mocartas atsiradimas mūsų istorijoje? Ar įmanoma turėti naują mutaciją ir sukurti kitą tobulesnę rūšį nei žmonės? Ar ši nauja rūšis gali išspręsti visatos problemas ir įprasminti mūsų istoriją? Mes atradome dėsnius ir kvapą gniaužiančiu tikslumu išmatavome pasaulio konstantas, bet nesuprantame, kodėl jos yra tokios, kokios yra, ar koks jų vaidmuo visatoje. Jei tos konstantos būtų šiek tiek pakeistos, visa mūsų istorija atrodytų kitaip. Nepaisant viso genetinio kodo sudėtingumo ir paslapties, pačios Visatos paslaptys atrodo begalinės. Kokia šių paslapčių esmė ir ar pavyks jas iššifruoti? Žinoma, pasikeisime. Bet kaip? Ar mes esame aukščiausia ir paskutinė grandis per ilgą mūsų vystymosi istoriją? Ar mūsų istorija yra kažkokio išradingo plano rezultatas, ar tai tiesiog šimtų ir tūkstančių palankių sąlygų, kurias įgalino laikas ir ilga evoliucija, rezultatas? Nėra jokių abejonių, kad mūsų vystymuisi nėra ribų ir jis taip pat yra begalinis, kaip ir pasaulis yra begalinis, susidedantis iš milijonų ir milijonų visatų, kurios nuolat naikinamos ir vėl formuojasi.

Ilja Gulkarovas, profesorius, fizinių ir matematikos mokslų daktaras, Čikaga
2005 m. birželio 18 d

2015-02-18 15:40 val

2653

Ankstesniame straipsnyje apie evoliuciją buvo aprašyta, kaip mokslininkai apie visa tai sužinojo, kokius metodus taikė. Šių metodų dėka mokslas sukaupė daugybę įrodymų, kad gyvų organizmų tipai mūsų planetoje bėgant laikui kinta. Remdamasi įrodymais, ji sukūrė vienintelę teoriją, paaiškinančią šiuos pokyčius.

Tai Charleso Darwino evoliucijos teorija, dabar vadinama „neodarvinizmu“, nes ją palaiko genetika.

Evoliucija vyksta tarp daugybės rūšių per didžiulį laikotarpį ir yra sisteminis procesas. Evoliucija veikia keisdama tai, kas yra, nesukuria naujų rūšių nuo nulio.

Evoliucijos esmė yra tokia. Planetos aplinka nuolat keičiasi, o individai keičia tai, ką turi. Jei jie to nepadaro, jie išmiršta, nes neprisitaiko prie gyvenimo naujomis sąlygomis.

Per 4,5 milijardo mūsų planetos gyvavimo metų 99,99% rūšių nesugebėjo prisitaikyti prie besikeičiančių sąlygų. Todėl, užuot kūrusi demokratiją ir kontroliavusi naftos kainas, žmonija turi nerimauti, ar laikui bėgant kaip rūšis pasikeis į naujas sąlygas, kurios tikrai bus sukurtos planetoje. Tai yra, mes kalbame apie kontroliuojamą evoliuciją. Bet daugiau apie tai kituose straipsniuose.

Vienas iš kontroliuojamos evoliucijos pavyzdžių yra tai, kad vejapjovės kiaulpienes renkasi dėl mažo ūgio ir greito gėlių stiebų augimo.

Techniškai rūšių evoliucija vyksta taip (supaprastintas vaizdas).

Evoliucijos pagrindas yra individų genų kaita. Pagrindinės pokyčių priežastys – išorinės (mutacijos – ultravioletinių spindulių, radiacijos, aukštos temperatūros ir kt. poveikis) ir vidinės (tėvo ir motinos genų derinys). Galime sakyti, kad genų mutacijos yra kopijavimo klaidos dėl daugelio veiksnių veikimo. Dėl genų mutacijos gimsta palikuonys, turintys naujų organizmo savybių. Šiek tiek ilgesnis kamienas, šiek tiek didesnės smegenys, šiek tiek daugiau ar mažiau plaukų.

Genų mutacijos gali būti neutralios, žalingos arba naudingos.

Dėl neutralių mutacijų nauji organizmo požymiai neturi jokios įtakos jo gyvenimui. Pavyzdžiui, vidutinio klimato sąlygomis vienas iš individų užaugo šiek tiek daugiau kailio. Jam buvo šiek tiek šilčiau ir viskas.

Dėl žalingų mutacijų organizmas mažiau toleruoja aplinkos sąlygas. Pavyzdžiui, esant karštam klimatui, vienas iš individų užaugino šiek tiek daugiau kailio. Pradėjo perkaisti. Ir tai neigiamai veikia jo veiklą (prisimink save keturiasdešimties laipsnių karštyje), smegenų veiklą (jis galvoja blogiau) ir kai kuriais atvejais gali sukelti sterilizaciją (neturi palikuonių). Tokiam organizmui tampa sunkiau išgyventi ir jis žūva, nepalikdamas palikuonių.

Dėl naudingų mutacijų organizmas geriau toleruoja aplinkos sąlygas. Pavyzdžiui, esant šaltam klimatui, vienas iš individų užaugino šiek tiek daugiau kailio. Jam pasidarė šilčiau, jam lengviau išgyventi, gali ilgiau pabūti lauke, gauti daugiau maisto. Ir galiausiai jam lengviau nugyventi iki reprodukcinio amžiaus ir palikti palikuonių, kai kurie iš jų paveldės „didesnio plaukuotumo“ geną.

Tai yra, pagrindinė evoliucijos mechanizmo grandis yra naujų savybių turinčių individų dauginimosi procesas. Keičiantis gyvenimo sąlygoms, kai kurie organizmai neturi išgyvenimui būtinų savybių. Jie miršta dar nesulaukę palikuonių ir nutrūksta tokių savybių turinčių organizmų genų perdavimo linija. Kita dalis turi reikiamas kūno savybes, ji išgyvena ir palieka palikuonių, turinčių šias savybes.

Iš šių palikuonių išgyvena tie, kurie turi šiuos požymius sustiprėja. Pavyzdžiui, prasideda ledynmetis, darosi šalčiau ir išgyvena tik tos rūšys, kurios su kiekviena nauja karta užsiaugina daugiau kailių. O štai nauja rūšis – vilnonis raganosis.

Evoliucija įvyko.

Galima sakyti taip: bruožai, prisidedantys prie rūšies dauginimosi, yra veikiami teigiamos natūralios atrankos. Tai yra, jie prisideda prie tokių savybių turinčių rūšių individų išlikimo. O bruožai, trukdantys rūšiai daugintis, yra pavaldūs neigiamai natūraliai atrankai. Tai yra, jie prisideda prie rūšių individų, turinčių tokias savybes, išnykimo.

Grįžtant prie raganosių – visi neprisitaikę individai gali mirti, todėl protėvių rūšis visiškai išnyksta. Arba kai kurie galėtų migruoti į pietus ir išgyventi naujose teritorijose. Tuo pačiu metu planetoje lieka dvi naujos raganosių rūšys.

Tai reiškia, kad rūšys išnyksta dėl to, kad jos neprisitaiko prie naujų aplinkos sąlygų. O naujų rūšių atsiradimas atsiranda dėl rūšių atsiskyrimo. Pavyzdžiui, kai kurie dinozaurai pradėjo skraidyti ir davė pradžią paukščiams. Kita dalis nukrito į vandenį ir tapo banginiais. O trečioji dalis liko sausumoje ir visi išmirė.

Kitas pavyzdys. Skiltelinės žuvys, kurios yra visų sausumos gyvūnų ir paukščių protėviai, ėmė šokinėti į krantą, siekdamos grobio. Kai kurios žuvys pamažu sustiprino pelekų raumenis ir galėjo palaipsniui judėti sausuma. Ir tada pelekai virto kojomis, o žuvys – sausumos gyvūnais. O dalis žuvų liko gyventi vandenyje. Štai jums dvi naujos rūšys.

Aplinkoje su stabiliomis sąlygomis evoliucija vyksta daug lėčiau. Tačiau stabilumas prieštarauja rūšims, jei sąlygos staiga pradeda keistis, dauguma rūšių neturi laiko prisitaikyti ir išnykti.

Vietose, kuriose sąlygos yra stabilios (dažniausiai tropikuose), rūšys turi daugiau palikuonių ir mažiau jais rūpinasi. Tai yra, bendradarbiavimo lygis šaltame klimate yra genetiškai aukštesnis nei šilto klimato. Todėl Vakarų šalyse, kur šilčiau, yra didesnis individualizmo lygis, o Rusijoje, kur šaltesnis, kolektyvizmo.

Kuo labiau keičiasi rūšies buveinė, tuo greičiau ji vystosi arba artėja prie išnykimo. Pasikeitus buveinei, evoliucija paspartėja ir palaipsniui sulėtės, kai artėja prie pusiausvyros.

Atranka, kuri visiškai nesunaikina populiacijos, pagreitina jos evoliuciją. Ir kuo didesnė palikuonių nepaliekančių individų dalis, tuo populiacija vystysis sparčiau (su sąlyga, kad bus išlaikytas bent minimalus populiacijai išlaikyti būtinas individų skaičius).

Beje, visi gyvi organizmai genetiškai užprogramuoti senti ir mirti. Senėjimas yra nereikalingas besidauginančių suaugusiųjų praradimas ir nėra biologiškai būtinas, nes kai kurios rūšys gyvena šimtus ir tūkstančius metų (pavyzdžiui, šerinė pušis iki 5000 metų). Tačiau nebent individas pasens ir nemiršta, atlaisvindamas teritorijos ir išteklių kitai kartai, kartų ciklas sulėtės ir rūšis negalės vystytis pakankamai greitai, kad neatsiliktų nuo aplinkos pokyčių. Ši problema išspręsta naudojant genetinį laikrodį, dėl kurio asmenys sensta.

Pagrindinė rūšių evoliucijos priežastis yra aplinkos sąlygų pasikeitimas. Tai yra klimato kaita. Klimatas stipriausiai keičiasi vidutinio klimato platumose, o šiaurėje – stabilesnis. Todėl evoliucijos greitis yra didesnis būtent vidutinio klimato platumose.

Antra pagal svarbą natūralios atrankos priežastis po klimato yra seksualinė atranka.

Seksualinės atrankos buvimas reiškia, kad lytys nebendrauja laisvai, o teikia pirmenybę priešingos lyties asmenims, turintiems tam tikrų savybių. Šiuo atveju atsargiausia bus ta lytis, kuri dėl nesėkmingo pasirinkimo daugiau praranda, ir tai, kaip taisyklė, yra moterys.

Lytis, kuri išsiugdė daug nereikalingų bruožų, kurie nėra naudingi norint gauti maisto, vengiant plėšrūnų ir panašiai, bet kuri patinka priešingai lyčiai, neabejotinai patirs seksualinę atranką. Paukščių patinai beveik visada turi šias savybes. Patinai dažnai būna ryškiaspalviai, turi spalvingą plunksną ir dainuoja gražias dainas, kurios pritraukia ir pateles, ir plėšrūnus. Pernelyg dideli ženklai patelėms sako, kad patinas turi turėti tikrai puikių savybių, kad nebūtų valgomas su tokia ryškia išvaizda.

Tarp žmonių moterys vyrus rinkdavosi pagal savo jėgą, nes to reikėjo išgyvenimui. Dabar daroma prielaida, kad moterys vyrus renkasi dėl savo intelekto, kuris išgyvenant tapo svarbesnis už fizinę jėgą. Intelektas gerai koreliuoja su turtu ir mažesniu nusikalstamumo lygiu, psichopatija ir kitais daugeliui moterų pageidaujamais rodikliais.

Trečioji natūralios atrankos priežastis buvo grupinė atranka. Nuo pirmųjų primatų atsiradimo praėjo milijonai metų, kol žmonių protėviai tapo grupiniais gyvūnais. Grupės elgesys vis dar giliai įsišaknijęs mūsų genuose, todėl šiandien matome, kaip lengvai formuojame grupes ir kaip svarbu, kad kiti mus priimtų į savo grupes. Ištikimybė savo grupei atsirado dėl to, kad asmenys, kurie veikė kartu su bendražygiais siekdami abipusės naudos, ypač konfliktuodami su kitais, buvo sėkmingesni reprodukcinėje srityje nei tie, kurie to nedarė.

Periodiškai iškyla klausimas: kas vadovauja evoliucijai? Į šį klausimą yra du atsakymai. Mokslininkai teigia, kad niekas, tikintieji nesako, kad evoliucija vyksta pagal Dievo planą, tai yra aukščiausios protingos būtybės, kuri kažkodėl tada sunaikino 99,99% savo kūrinių.

Mokslinis požiūris į šią problemą yra toks. Yra fiziniai dėsniai, pagal kuriuos vyksta fizikiniai procesai. Jei akmuo rieda nuo kalno, galima pateikti dvi versijas. Pirmasis (religinis) – akmuo juda žemyn pagal Dievo valią, antrasis (mokslinis) – akmuo rieda veikiamas fizinio gravitacijos dėsnio.

Evoliucija taip pat vyksta per fizinį genų mutacijos procesą. Tai veda prie naujų savybių turinčių asmenų atsiradimo. Išgyvena ir dauginasi tie asmenys, kurių naujos savybės leidžia išgyventi besikeičiančiomis sąlygomis. Jų palikuonys taip pat palaipsniui keičiasi ir taip formuojasi nauja rūšis. Tai yra, tarp gimusiųjų išgyvena ir susilaukia palikuonių stipriausias. Tie asmenys, kurių esamos ir naujos savybės neleidžia išgyventi besikeičiančiomis sąlygomis, miršta ir nepalieka palikuonių. Tai yra natūralios atrankos esmė. Taip vyksta evoliucija ir niekas už ją nevaldo.

Nors gamtoje vyksta kontroliuojama gyvų organizmų evoliucija, kurią vykdo žmonės. Tai naujų augalų veislių ir naujų naminių gyvūnų veislių kūrimas. Vienos veislės pomidorų žiedus apdulkina kita veislė, iš šių gėlių vaisių paimamos sėklos, iš jų išauginami nauji augalai. Jei jie turi naujų naudingų vartotojų savybių (padidėjęs produktyvumas, atsparumas vėlyvajam pūtimui ir kt.), tada ši veislė paliekama ir dauginama. Jei nėra naudingų savybių arba veislė tapo blogesnė nei jos tėvai, ji sunaikinama.

Tas pats vyksta ir natūraliomis sąlygomis. Tik tai atliekama paprasčiau ir tik pagal vieną kriterijų – išgyvena ir susilaukia palikuonių tos rūšys, kurios pasirodė labiau prisitaikiusios gyventi supančiomis sąlygomis. O neprisitaikę miršta nesusilaukę palikuonių.

Gamta nepatiria sentimentalių jausmų, neįeina į silpnųjų ir bejėgių padėtį ir nesistengia sukurti tam tikro tipo asmenybės. Galutinis produktas bet kuriuo atveju yra sėkmingas dauginimasis, kad ir koks apgailėtinas, niekšiškas ar žeminantis tai mums atrodytų. Dauginkitės aktyviau nei kiti ir liksite žaidime, antraip būsite eliminuoti. Ir taip visą laiką.

Galime arba žinoti, kaip veikia evoliucija, arba galime ja tikėti. Žinios yra teorija, paremta įrodymais. Tikėjimas yra teorija, kuri egzistuoja be įrodymų.

Gyvenime 99,99% atvejų mes veikiame žiniomis, o ne įsitikinimais. Mes nuolat naudojame įrodymus, kuriuos galima užfiksuoti.

Kelių policijos pareigūnas vairuotojui parodo radaro indikatorių, rodantį transporto priemonės greitį. Vairuotojas, žinoma, gali pasakyti: „Tikiu, kad važiavau kitu greičiu“, bet į jo tikėjimą neatsižvelgsiu.

Teisėjas, kad ir koks religingas būtų, tiria įrodymus, o ne tai, ką tiki proceso dalyviai.

Buhalteriai, inžinieriai, mokytojai, santechnikai, pardavėjai ir kt. - Mes visi veikiame faktais, o ne kažkieno vaizduotės vaisiais.

Evoliucija veikia pagal fizinius dėsnius, o ne pagal fiktyvios aukštesnės būtybės nurodymą.

Ginčai apie tai, kaip atsirado gyvi organizmai ir kas juos sukūrė, tęsiasi jau seniai. Iš pradžių jie buvo labai paprasti. Tie, kurie nesutiko, kad „Dievas pasaulį sukūrė per šešias dienas“, kepė ant ugnies. Tada šešių dienų kūrybos šalininkų buvo žymiai mažiau, o dabar tuo tiki tik ankstyvoje protinio vystymosi stadijoje esantys žmonės. Nes moksliškai įrodytą evoliuciją paneigti tapo labai sunku – per daug faktų rodo ne.

Dabar religinės teorijos šalininkai (tikiu tuo, kuo man liepia tikėti) turi dar vieną triuką – „taip, evoliucija buvo, bet ji vyksta pagal Dievo valią“. O į logišką klausimą – „kodėl Dievas sukūrė milijonus gyvų būtybių rūšių, o paskui sunaikino 99,99% jų“, pateikiami du primityvūs atsakymai – „viskas yra Dievo valia“ ir „Dievo keliai yra neišsamūs“.

Įdomu, tačiau evoliucijos teoriją labai lengva sunaikinti - tam pakanka rasti gyvo organizmo liekanas sluoksnyje, kuris nėra jo laikotarpio. Panašu, kad anglies gabale radus dešimties rublių monetą, visa anglies susidarymo teorija tuoj baigsis. Taigi, žmonės archeologija užsiima kelis šimtus metų. Ir jie niekada nerado gyvų būtybių liekanų sluoksniuose, ne jų laikotarpio. Tai reiškia, kad Darvino evoliucijos teorija yra teisinga.

Kitas straipsnis bus skirtas žmogaus evoliucijai – kaip iš primatų atsirado šiuolaikiniai žmonės.