Одним из любимых вопросов антиэволюционистов (сюда собираем всех, кто против теории эволюции, креационистов в том числе) к биологам является такой: где переходные формы между видами? Где промежуточные формы между рыбой и земноводными, между пресмыкающимися и млекопитающими? Между бабочкой и бескрылыми насекомыми? Где это огромное множество переходных форм, которые должны были бы просто заполнять осадочные слои? В свое время сам автор "Происхождения видов..." ввел такое понятие, как неполнота геологической летописи. Он прекрасно понимал, что ничего иного предложить не мог. Да и многое говорило в его пользу. Например, редко какие останки сохраняются длительное время. Необходимо некоторое стечение обстоятельств, чтобы останки были законсервированы и сохранены в виде фоссилий (ископаемых). Есть, например, хорошая иллюстрация этого явления: на Земле ежедневно умирает огромное количество животных и растений. В идеальном случае уже через короткое время поверхность была бы усыпана костями и высохшими покровами животных и высохшими частями растений. В свою очередь дно океанов было бы усеяно костями рыб, водных млекопитающих, раковинами моллюсков и т. д. Но нам-то ясно, что дело обстоит иначе.
Чтобы сохраниться, останкам или организмам нужно попасть в особые условия, например, быть засыпанными грунтом, попасть в нефтяную яму (как, например, множество останков в Ла Бреа, США, Калифорния) или другим образом пройти консервацию (суть - защиту от кислорода и микроорганизмов). В противном случае труп будет быстро оприходован разнообразными редуцентами, а твердые части (кости, раковины, карапаксы) разрушатся в результате эрозии. Разрушение останков различными путями - отличный способ оборота элементов.
Проблема определения переходных форм имеет и другой аспект, который я бы назвал половинчатостью признаков. В самом деле, кто в здравом уме и доброй памяти будет утверждать, что у бабочки крапивницы крылья были изначально меньше в два раза. Но при этом она уже была крапивницей. У млекопитающих было изначально восемь пальцев, потом по одному исчезало. У бактерий сначала был полужгутик, у рыб - полужабры, у насекомых - полулапки, у млекопитающих - полушерсть. И вот таких полупримеров можно привести огромное множество. Сами по себе они уже достаточно парадоксальны. А ведь именно этого и требуют антиэволюционисты - предоставить химеру, у которой признаки находятся в стадии "перехода". Т. е. нужно найти позвоночных с 8, 7, 6 пальцами и, что еще круче, найти останки с 7,5 пальцами, с 6,5, с 5,5. Найти рыбу с полужабрами, насекомого с полукрыльями. Но это требование подается, как абсолютно научное и обоснованное. На что всегда хотелось ответить своему собеседнику, задавшему такой же вопрос: вот, передо мной пример переходной формы человека с полумозгом.
Суть дела такова, что каждая функциональ (пусть будет так называться орган или образование, выполняющее определенную функцию) присутсвует у организма в завершенном виде. Выполняет конкретную функцию и делает это наиболее эффективным образом. И совершенно не обязательно, что предковая функциональ будет выполнять ту же функцию, что и потомок. Если мы рассматриваем органы движения, то у бактерий базальная часть жгутика имеет своим предком простой транспортный белок, а сам жгутик является потомком выроста для прикрепления к субстрату, который мог немного поворачиваться. Но это был не полужгутик, который половинчатую возможность движения. Это было вполне определенное образование, с вполне конкретной функцией. А иначе и быть не может. Нет никакого смысла в нефункционирующем образовании. Нет никакого смысла в полуглазе, который полувидит. Но есть смысл в светочувствительном органе, который может отличать свет от темноты. И у него будет совершенно иное устройство. Некоторые части не появятся вовсе, а некоторые, если уже появились, редуцируются. Потому нет никаких химер с полуруками-полуплавниками. Есть вполне определенная форма - жесткие ласты, которые необходимы для передвижения по прибрежной территории, вероятно, простым способом гребли, как сейчас передвигаются, например, илистые прыгуны.
Как никогда не было птиц с полужестким клювом, а весь он был роговым, так никогда не было у человека и его предков пальцев, которые были в половину короче, чем те, которые есть. Нет никаких промежуточных форм, которые стояли бы "между" одним и другим значением признака. Есть конкретный признак, с конкретным назначением. Он завершен и максимально приспособлен к выполнению функции. Не может быть самки комара, у которой хоботок не выполняет своих функций, а выполняет какие-то смежные или выполняет, но на половину. Крупные ароморфозы (появление позвоночных, глаза, теплокровность) не были постепенными с плавным переходом. Представление о процессе эволюции, как о бесконечном множестве плавных взаимопревращений сформировал сам автор "Происхождения видов", но это было полтора столетия назад. С тех пор уже стало совершенно ясно, что Дарвин тут ошибался. Не принципиально, но ошибался. Эволюция - не плавный процесс, не медленные и постоянные перемены. Бывают времена стазиса, бывают времена активного видообразования. Но в любом случае каждый следующий вид формируется с полноценным набором функционалей, благодаря которым он получает некоторое, пусть самое небольшое, но преимущество. Переходный вид - это не форма с полупризнаками (уж все-таки простите меня за ненаучные термины, приходится), а форма, которая по некоторым признакам (иногда по всем) древнее одной и моложе другой. Какие-то признаки находятся в примитивном состоянии, какие-то - в более продвинутом. Так или иначе, чем ближе к нашему времени, тем больше продвинутых признаков, молодых, которые мы можем наблюдать у ныне живущих форм. Чем дальше от нашего времени, тем таких признаков меньше, тем сильнее выражены признаки примитивные. Но, повторюсь в десятый раз, все эти признаки полностью сформированы, функциональны и половинчатыми не являются.
Другое дело - вариации признаков и, соответственно, различная степерь функциональности. Вот тут могут быть "дробные" значения. Но только в отношении эффективности. Например, относительно коротких пальцев длинные выполняют манипуляции лучше. Это "лучше", например, можно каким-то образом измерить. Но и у длинных, и у коротких пальцев одинаковое строение, одинаковая функция. Кто окажется впереди - другой вопрос. У динозавров перья выполняли функцию термоизоляции. Но это были уже настоящие перья, почти как у современных птиц. Но были и более ранние перья, больше похожие на пуховые. Более примитивные, но такие же функциональные.
Потому нет никаких "переходных химер". Есть виды, формы, которые существовали между предком и потомком. Нет никаких полупризнаков. Есть функциональ, которая отлично выполняет свою работу. И потому требовать такие химеры столь же глупо, как требовать показать получеловека-полуобезьяну. А вот тому. кто задаст этот вопрос мне и будет требовать "химеры", я смогу уверенно сказать: Вот она, химера, передо мной. Химера с на половину развитым мозгом, который умеет думать только одной своей половиной и только до середины мысли. Мир не так прост, как кажется, и не так сложен, как представляется...
3 октября 2010 г.
Жизнь появилась только однажды (часть 3)
Последняя, самая короткая часть моего полунаучного рассказа об истории жизни на Земле. Почему получнаучного? Потому, что я сознательно иду на некоторые упрощения и допущения, чтобы не перегружать текст терминологией, разъяснениями и не делать его чрезвычайно длинным с огромными лирическими отступлениями, без которых тогда ничего не было бы понятно. Без этого текст становится "публицистикой", т. е. является популяризаторским. А как иначе? Ведь не все, кто его читает - биологи, физики и химики, которые, несомненно, найдут в нем множество неточностей. Но эти неточности имеют значение только для них. И для меня. Все-таки достаточно тяжело убрать из повествования ту часть, которая, по сути, и должна придавать тексту полноту. Это вот та самая терминология, свой язык и стилистика. Ну да ладно. Продолжим, а, точнее, закончим.
В предыдущей части мы остановились на том, что при всех широких возможностях, которые давали гиперциклы и самореплицирующеся молекулы, которые были основами гиперциклов, сроки, отведенные химической эволюции, непомерно малы. Полмиллиарда лет, в которые должны была уложиться поистине грандиозная эпопея. Но факт не перестанет быть фактом в зависимости от нашего желания. Прошло меньше миллиарда лет с момента отвердения земной коры, а по дну первых морей уже ползли комочки протоплазмы, которые через много миллионов лет назовут себя человеком и будут ломать головы над проблемой своего появления. Эх, если бы те первые комочки могли записать свою историю...
Что же происходило в тот "темный" миллиард лет, откуда неизвестно никаких прямых следов жизни? Картину "места преступления" можно восстановить по результатам исследования самых первых отложений в геологической летописи и наших знаний о формировании планет. Итак, что мы нарисуем:
Земная кора отвердела, но была еще достаточно горячей. Атмосфера сразу после своего формирования не содержала кислорода, а была наполнена ядовитыми для нас газами - метаном, аммиаком, углекислым газом, парами воды. Тут же присутствовали, вероятно, сернистый ангидрид, сероводород и другие соединения. Общий характер той атмосферы был восстановительным, т. е. в ней не было никаких окислителей, коим является кислород. Это хорошо определяется по наличию пиритовой гальки в древних отложениях. Она красноречиво говорит о том, что вода уже тогда собиралась в потоки, которые были достаточно сильными и существовали длительное время (камни до состояния гальки нужно обкатать), но в ней не было кислорода, иначе пирит окислился бы.
А если нет кислорода, нет и озонового слоя, который сейчас защищает нас от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Это самое излучение само по себе обладает достаточной энергией, чтобы разрывать молекулы. В этом случае получаются свободные радикалы, очень химически активные частицы.
В первичной атмосфере обычным явлением были грозы. Вероятно, они были не только обычным, но и постоянным явлением. Грозы - еще один фактор, который способствовал преодолению термодинамического барьера многих реакций. Как, например, сейчас во время гроз происходит образование оксидов азота, которые в обычных условиях никогда не образовались бы.
Постоянная вулканическая деятельность тоже была частью земного пейзажа 4 миллиарда лет назад. Вообще, наверное лучшее представление о тогдашней Земле может дать, с некоторыми поправками, современная Венера. Высокие температуры, отсутствие кислорода, наличие активных молекул, огромные пространства, покрытые мелкодисперсными минералами, уже соленая вода (океаны, скорее всего, изначально были солеными, а не накапливали соли в течение истории). Что еще нужно для химической эволюции...
Помните правило Вант-Гоффа из курса химии? Напомню: при повышении температуры на 10 градусов скорость химической реакции увеличивается в 2-4 раза. Конечно, работает этот принцип в небольшом интервале температур, но это и не важно. Посчитайте, во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры на 100 градусов, если температурный коэффициент равен 2? В 1024 раза! А при коэффициенте 4? В 1048576 раз! В миллион раз быстрее, чем изначально. Но, даже если мы примем, что химические реакции на Земле 4,3 миллиарда лет назад имели коэффициент 2, (вполне допустимо, что температура тогда была на 100 градусов выше), то получим совсем другие сроки химической эволюции - 512 миллиардов лет. Т. е. эквивалентное время химической эволюции даже больше срока существования Вселенной. Удивительно, да?
Но я не зря упомянул о мелкодисперсных минералах... На развитой поверхности химические реакции имеют свойство ускоряться в разы. Это и есть каталитической свойство мелкодисперсных материалов. Не зря в большинстве случаев (если не во всех) катализатор стараются сделать мелкопористым или нанести поверх мелкопористого материала. Если допустить, что скорость химической реакции на катализаторе возросла всего в 2 раза, то даже тогда мы получаем огромное время в эквиваленте.
Что это значит? Это значит, что химическая эволюция была не просто быстрой. Она была стремительной, практически мгновенной. Это время было временем чудес, невероятным каскадом химических реакций и "концептуальных находок" Природы. В самые короткие сроки тут испытывались, отвергались и принимались сотни тысяч решений. На смену одним, неудачным, приходили многие сотни новых. Здесь каждая новая находка не обладала никаким преимуществом, как это стало позже, в период биологической эволюции. Здесь работал один принцип - "дожить" до "спокойных времен". И доживали только самые "концептуальные", которые могли не только устоять перед разрушающим действием среды, но и "дать потомство". Бандитский разгул эволюции... наверное так можно охарактеризовать это время. Химическая Спарта, только куда более жестокая и беспринципная... И тем не менее, это было время самых настоящих чудес. Самое удивительное время в истории Земли, когда решалась судьба всей будущей жизни. Когда буквально "в капле воды" мог быть вынесен вердикт - быть или не быть жизни на Земле. Чем все закончилось, мы с вами знаем. И после этого жизнь больше никогда не зарождалась на Земле. Не было условий. А если и были, то уже существующая жизнь наверняка "подъедала" все зачатки новой жизни, которая уже навсегда осталась на правах "серебряного призера".
На этой лирической ноте позвольте закончить повествование...
В предыдущей части мы остановились на том, что при всех широких возможностях, которые давали гиперциклы и самореплицирующеся молекулы, которые были основами гиперциклов, сроки, отведенные химической эволюции, непомерно малы. Полмиллиарда лет, в которые должны была уложиться поистине грандиозная эпопея. Но факт не перестанет быть фактом в зависимости от нашего желания. Прошло меньше миллиарда лет с момента отвердения земной коры, а по дну первых морей уже ползли комочки протоплазмы, которые через много миллионов лет назовут себя человеком и будут ломать головы над проблемой своего появления. Эх, если бы те первые комочки могли записать свою историю...
Что же происходило в тот "темный" миллиард лет, откуда неизвестно никаких прямых следов жизни? Картину "места преступления" можно восстановить по результатам исследования самых первых отложений в геологической летописи и наших знаний о формировании планет. Итак, что мы нарисуем:
Земная кора отвердела, но была еще достаточно горячей. Атмосфера сразу после своего формирования не содержала кислорода, а была наполнена ядовитыми для нас газами - метаном, аммиаком, углекислым газом, парами воды. Тут же присутствовали, вероятно, сернистый ангидрид, сероводород и другие соединения. Общий характер той атмосферы был восстановительным, т. е. в ней не было никаких окислителей, коим является кислород. Это хорошо определяется по наличию пиритовой гальки в древних отложениях. Она красноречиво говорит о том, что вода уже тогда собиралась в потоки, которые были достаточно сильными и существовали длительное время (камни до состояния гальки нужно обкатать), но в ней не было кислорода, иначе пирит окислился бы.
А если нет кислорода, нет и озонового слоя, который сейчас защищает нас от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Это самое излучение само по себе обладает достаточной энергией, чтобы разрывать молекулы. В этом случае получаются свободные радикалы, очень химически активные частицы.
В первичной атмосфере обычным явлением были грозы. Вероятно, они были не только обычным, но и постоянным явлением. Грозы - еще один фактор, который способствовал преодолению термодинамического барьера многих реакций. Как, например, сейчас во время гроз происходит образование оксидов азота, которые в обычных условиях никогда не образовались бы.
Постоянная вулканическая деятельность тоже была частью земного пейзажа 4 миллиарда лет назад. Вообще, наверное лучшее представление о тогдашней Земле может дать, с некоторыми поправками, современная Венера. Высокие температуры, отсутствие кислорода, наличие активных молекул, огромные пространства, покрытые мелкодисперсными минералами, уже соленая вода (океаны, скорее всего, изначально были солеными, а не накапливали соли в течение истории). Что еще нужно для химической эволюции...
Помните правило Вант-Гоффа из курса химии? Напомню: при повышении температуры на 10 градусов скорость химической реакции увеличивается в 2-4 раза. Конечно, работает этот принцип в небольшом интервале температур, но это и не важно. Посчитайте, во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры на 100 градусов, если температурный коэффициент равен 2? В 1024 раза! А при коэффициенте 4? В 1048576 раз! В миллион раз быстрее, чем изначально. Но, даже если мы примем, что химические реакции на Земле 4,3 миллиарда лет назад имели коэффициент 2, (вполне допустимо, что температура тогда была на 100 градусов выше), то получим совсем другие сроки химической эволюции - 512 миллиардов лет. Т. е. эквивалентное время химической эволюции даже больше срока существования Вселенной. Удивительно, да?
Но я не зря упомянул о мелкодисперсных минералах... На развитой поверхности химические реакции имеют свойство ускоряться в разы. Это и есть каталитической свойство мелкодисперсных материалов. Не зря в большинстве случаев (если не во всех) катализатор стараются сделать мелкопористым или нанести поверх мелкопористого материала. Если допустить, что скорость химической реакции на катализаторе возросла всего в 2 раза, то даже тогда мы получаем огромное время в эквиваленте.
Что это значит? Это значит, что химическая эволюция была не просто быстрой. Она была стремительной, практически мгновенной. Это время было временем чудес, невероятным каскадом химических реакций и "концептуальных находок" Природы. В самые короткие сроки тут испытывались, отвергались и принимались сотни тысяч решений. На смену одним, неудачным, приходили многие сотни новых. Здесь каждая новая находка не обладала никаким преимуществом, как это стало позже, в период биологической эволюции. Здесь работал один принцип - "дожить" до "спокойных времен". И доживали только самые "концептуальные", которые могли не только устоять перед разрушающим действием среды, но и "дать потомство". Бандитский разгул эволюции... наверное так можно охарактеризовать это время. Химическая Спарта, только куда более жестокая и беспринципная... И тем не менее, это было время самых настоящих чудес. Самое удивительное время в истории Земли, когда решалась судьба всей будущей жизни. Когда буквально "в капле воды" мог быть вынесен вердикт - быть или не быть жизни на Земле. Чем все закончилось, мы с вами знаем. И после этого жизнь больше никогда не зарождалась на Земле. Не было условий. А если и были, то уже существующая жизнь наверняка "подъедала" все зачатки новой жизни, которая уже навсегда осталась на правах "серебряного призера".
На этой лирической ноте позвольте закончить повествование...
Жизнь появилась только однажды (часть 2)
Итак, с условием, что обсуждаем только углеродную жизнь, едем дальше. Как уже упоминалось, этапу собственно биологической эволюции предшествовал длительный этап эволюции химической. А вы спросите меня, правомерно ли говорить об эволюции в отношении химических соединений? В какой-то степени вы правы. Какая эволюция может идти в растворе поваренной соли? Никакой, очевидно. То же применимо ко многим другим соединениям. Смесь веществ никуда не движется, кроме как в сторону термодинамического равновесия, а эволюция идет против второго закона термодинамики. Тут нужен какой-то качественный переход. И вот тут возникает парадокс, который является следствием определения понятия "эволюция". Сам эволюционный процесс имеет место при одном условии - наличие конкуренции. А конкуренция подразумевает выбраковку тех, кто "не успел". И вот в чем парадокс: чтобы химические соединения эволюционировали, они должны были "гибнуть".
До сих пор нет единого мнения о том, какой была предбиологическая стадия, что происходило в это время, но одно известно точно: в какой-то момент произошел столь ожидаемый качественный скачок - появились соединения, способные к саморепликации. Т. е. такие, которые могли создавать свои копии. Это обеспечило им подавляющее превосходство над другими соединениями, пусть и органическими, но весьма далекими от живого. Каким путем появились эти самореплицирующиеся соединения - другой вопрос. Кто-то считает, что матрицей им были простейшие полипептиды (предшественники белков), другие полагают, что сборка таких молекул происходила на развитой поверхности алюмосиликатов (да, на глине), а кто-то полагает, что свойство к соединению имеется у нуклеотидов заочно, как у магнитов есть свойство притягиваться друг к другу.
В последнее время идея о первичности белков отходит на второй план по простой причине - а как реплицировались до этого полипептиды? Хотя, им репликация ни к чему. Но на вопрос о том, как природа пришла от простой органики к протобионтам, эта модель не дает. Масла в огонь подливает еще один факт, от которого в свое время было не по-себе многим учены.
Возраст земной коры, как известно, составляет примерно 4,5 миллиарда лет. А вот первые находки микрофоссилий датированы 3,5 миллиардами лет. Т. е. собственно на подготовку у жизни был всего-то миллиард лет. И это по самым оптимистичным оценкам. Есть все основания полагать, что на всю химическую эволюцию было затрачено всего 500 миллионов лет. Вроде бы достаточно времени (за 500 миллионов лет на Земле был пройден путь от трилобитов до высших млекопитающих). Но стоит учесть, что речь идет о появлении жизни, а не о ее эволюции. Пропасть между первым органическим соединением и простейшей прокариотической клеткой куда больше, чем между этой клеткой и человеком. Т. е. за 500 миллионов лет "бульон" должен был родить бактерию. Препятствий на этом пути была масса. Как частных, так и принципиальных, которые до сих пор обсуждаются.
Главное препятствие мы уже обсудили - это возникновение молекул, способных к саморепликации. Но даже тут есть выходы, как мы увидели. Второе препятствие, которое нужно было преодолеть (точнее, хронологически оно первое) - это приобретение термодинамической устойчивости. Второе начало термодинамики запрещает образование более сложных систем. Энтропия в системе всегда растет. Следовательно, путь к макромолекулам закрыт. Тем более - к системам высшего порядка, которые образуют клетку. И здесь барьер кажется непреодолимым. Но этот барьер строит классическая термодинамика, которая рассматривает закрытые системы. Ранее мы уже говорили о самоорганизации, как о фундаментальном свойстве материи. Теперь можно применить этот же принцип в отношении первичных систем, которые могли образоваться на промежуточных стадиях химической эволюции.
Немецкий ученый (физическая химия) Манфред Эйген занимался этой проблемой и разработал теорию гиперцикла - системы самореплицирующийхся соединений, которые объединены в автокаталитические циклы. Что это значит? Это значит, что внутри такого цикла возникает интересное явление - цикл поддерживает сам себя за счет того, что каждая следующая стадия становится возможной, благодаря продукту предыдущей. Такой цикл весьма устойчив, т. к. каталитический процесс протекает с огромной скоростью, что позволяет перепрыгнуть через термодинамический барьер многих реакций, которые без катализа не могли бы протекать. Автокаталитический цикл - это уже почти самостоятельная система, которая обладает набором качеств, признаков, если угодно. Это открытая система, которая уже умеет ассимилировать вещество и энергию, поступающую извне. Вариантов таких циклов множество и все они могли существовать. Но это - лишь "верхушка айсберга". Другим поразительным явлением, которое имело место в мире гиперциклов, была конкуренция.
Да, самая настоящая конкуренция, о которой речь шла в самом начале. Модель гиперцикла сделала возможным следующий качественный скачок - переход к эволюции сложных систем. Если до этого момента "выживали" те соединения, которые были просто устойчивы, то теперь "выживали" те, кто наиболее эффективно ассимилировал вещество и энергию. Ведь второй закон никуда не делся и система должна деградировать, если не "научится" "пропускать" сквозь себя избыточную энергию, рассеивать излишек, чтобы он не разрушил систему. Этот процесс называется диссипацией. А системы - диссипативными.
В мире гиперциклов, по всей вероятности, "выживали" те циклы, которые сумели организовать эффективную ассимилияцию и стали "самыми диссипативными системами". Теперь такие системы могли позволить себе усложнение.
Но даже теперь 500 миллионов лет, отведенные химической эволюции, представляются слишком коротким промежутком, чтобы дать возможность простейшим системам вырасти в простейшие организмы. Осталась самая простая часть, которую нужно вынести в следующий пост, чтобы не перемешалось все в голове.
До сих пор нет единого мнения о том, какой была предбиологическая стадия, что происходило в это время, но одно известно точно: в какой-то момент произошел столь ожидаемый качественный скачок - появились соединения, способные к саморепликации. Т. е. такие, которые могли создавать свои копии. Это обеспечило им подавляющее превосходство над другими соединениями, пусть и органическими, но весьма далекими от живого. Каким путем появились эти самореплицирующиеся соединения - другой вопрос. Кто-то считает, что матрицей им были простейшие полипептиды (предшественники белков), другие полагают, что сборка таких молекул происходила на развитой поверхности алюмосиликатов (да, на глине), а кто-то полагает, что свойство к соединению имеется у нуклеотидов заочно, как у магнитов есть свойство притягиваться друг к другу.
В последнее время идея о первичности белков отходит на второй план по простой причине - а как реплицировались до этого полипептиды? Хотя, им репликация ни к чему. Но на вопрос о том, как природа пришла от простой органики к протобионтам, эта модель не дает. Масла в огонь подливает еще один факт, от которого в свое время было не по-себе многим учены.
Возраст земной коры, как известно, составляет примерно 4,5 миллиарда лет. А вот первые находки микрофоссилий датированы 3,5 миллиардами лет. Т. е. собственно на подготовку у жизни был всего-то миллиард лет. И это по самым оптимистичным оценкам. Есть все основания полагать, что на всю химическую эволюцию было затрачено всего 500 миллионов лет. Вроде бы достаточно времени (за 500 миллионов лет на Земле был пройден путь от трилобитов до высших млекопитающих). Но стоит учесть, что речь идет о появлении жизни, а не о ее эволюции. Пропасть между первым органическим соединением и простейшей прокариотической клеткой куда больше, чем между этой клеткой и человеком. Т. е. за 500 миллионов лет "бульон" должен был родить бактерию. Препятствий на этом пути была масса. Как частных, так и принципиальных, которые до сих пор обсуждаются.
Главное препятствие мы уже обсудили - это возникновение молекул, способных к саморепликации. Но даже тут есть выходы, как мы увидели. Второе препятствие, которое нужно было преодолеть (точнее, хронологически оно первое) - это приобретение термодинамической устойчивости. Второе начало термодинамики запрещает образование более сложных систем. Энтропия в системе всегда растет. Следовательно, путь к макромолекулам закрыт. Тем более - к системам высшего порядка, которые образуют клетку. И здесь барьер кажется непреодолимым. Но этот барьер строит классическая термодинамика, которая рассматривает закрытые системы. Ранее мы уже говорили о самоорганизации, как о фундаментальном свойстве материи. Теперь можно применить этот же принцип в отношении первичных систем, которые могли образоваться на промежуточных стадиях химической эволюции.
Немецкий ученый (физическая химия) Манфред Эйген занимался этой проблемой и разработал теорию гиперцикла - системы самореплицирующийхся соединений, которые объединены в автокаталитические циклы. Что это значит? Это значит, что внутри такого цикла возникает интересное явление - цикл поддерживает сам себя за счет того, что каждая следующая стадия становится возможной, благодаря продукту предыдущей. Такой цикл весьма устойчив, т. к. каталитический процесс протекает с огромной скоростью, что позволяет перепрыгнуть через термодинамический барьер многих реакций, которые без катализа не могли бы протекать. Автокаталитический цикл - это уже почти самостоятельная система, которая обладает набором качеств, признаков, если угодно. Это открытая система, которая уже умеет ассимилировать вещество и энергию, поступающую извне. Вариантов таких циклов множество и все они могли существовать. Но это - лишь "верхушка айсберга". Другим поразительным явлением, которое имело место в мире гиперциклов, была конкуренция.
Да, самая настоящая конкуренция, о которой речь шла в самом начале. Модель гиперцикла сделала возможным следующий качественный скачок - переход к эволюции сложных систем. Если до этого момента "выживали" те соединения, которые были просто устойчивы, то теперь "выживали" те, кто наиболее эффективно ассимилировал вещество и энергию. Ведь второй закон никуда не делся и система должна деградировать, если не "научится" "пропускать" сквозь себя избыточную энергию, рассеивать излишек, чтобы он не разрушил систему. Этот процесс называется диссипацией. А системы - диссипативными.
В мире гиперциклов, по всей вероятности, "выживали" те циклы, которые сумели организовать эффективную ассимилияцию и стали "самыми диссипативными системами". Теперь такие системы могли позволить себе усложнение.
Но даже теперь 500 миллионов лет, отведенные химической эволюции, представляются слишком коротким промежутком, чтобы дать возможность простейшим системам вырасти в простейшие организмы. Осталась самая простая часть, которую нужно вынести в следующий пост, чтобы не перемешалось все в голове.
Жизнь появилась только однажды (часть 1)
Теория эволюции рассматривает собственно процессы эволюции живых организмов, закономерности этого процесса и его вариации. Собственно, иного было бы странно ожидать от нее. Когда к эволюционной теории предъявляют претензию по поводу неспособности объяснить само происхождение живой материи, эволюционисты могут вполне законно развести руками. Они, по сути своей работы, не обязаны этого знать. Это - не вопрос собственно биологии. Ответ на такой вопрос должны давать две ветви разных науки: биохимия и химия высокомолекулярных соединений. Не случайно этап до появления живой материи называют химической эволюцией. Что же это за этап такой, который при сегодняшнем уровне знаний можно только моделировать?
Мы все знаем, что между органической и неорганической химией есть одно существенное различие: органическая химия рассматривает только те соединения, которые содержат углеродные цепочки. Сейчас следует сделать лирическое отступление и поговорить вот о чем: неуглеродной жизни, судя по-всему, быть не может. Конечно, это заявление перечеркивает все надежды писателей-фантастов на встречу с какими-то иными формами жизни (кремниевой, борной и т. д.). Почему? Из всех элементов более или менее стабильные цепочки атомов могут образовывать углерод, кремний и бор. Конечно, мне могут возразить химики, что еще это умеет делать сера, у которой есть даже аллотропная модификация (т. н. пластическая сера), которая полностью состоит из длинных цепочек атомов. Но это все лирика. Кроме возможности образовывать цепочки, для образования биополимеров (т. е. тех, что лежат в основе жизни) требуется соответствовать еще как минимум четырем критериям:
1. Возможность образовывать гетероатомные цепочки и гетероциклы (если помните, то в основе рибонуклеотидов лежат пуриновые и пиримидиновые основания, которые являются гетероциклическими соединениями).
2. Возможность существования цепочки в различных конформациях (ферменты, напомню, являются прекрасным примером того, как разные конформации могут приводить к совершенно разным свойствам).
3. Возможность образования ковалентных связей с другими атомами (опять же, в основе жизни лежат аминокислоты - компоненты любого белка).
4. Последнее и, пожалуй, самое главное условие - это термодинамическая устойчивость. Т. е. соединения должны быть стабильными настолько, насколько это необходимо для образования и поддержания структуры.
Конечно, биополимер не может соответствовать только части из этих критериев. Все эти свойства должны проявляться в совокупности. Иначе толку от него мало. Вот, например, бор. Он существует в виде цепочек и даже циклов. Но соединения бора, подобные углеродным, не обладают устойчивостью. Кроме того атомы бора в цепочке могут образовывать только одну связь с другим атомом. О сере и говорить не стоит. Она прямо на глазах теряет пластические свойства и становится моноклинной. Т. е. цепочечная структура разрушается. Чтобы получить пластическую серу снова, необходимо ее расплавить и резко охладить. Согласитесь, неприемлемо для живого организма.
Остается кремний, как альтернатива углероду. В химии хорошо разработан раздел кремнийорганических соединений. Но справедливости ради нужно сказать, что кремниевые цепочки не обладают какой-либо удовлетворительной термодинамической устойчивостью. Стабильны непосредственно сами кремнийорганические соединения, где кроме кремния присутствует еще и углерод. Т. е. в чистом виде кремниевых аналогов углеродных соединений нет. Остается только сам углерод. Вот на этом и остановимся. Только он способен образовывать термодинамически устойчивые соединения, среди которых есть еще более устойчивые гомоциклические и гетероциклические. Цепочки углерода могут пребывать в различных конформациях и образуют устойчивые ковалентные связи с другими атомами. Все условия выполнены. Лирическое отступление закончено простым и естественным выводом: жизнь возможна только на основе углерода.
Но и тут стоит оговориться. Вот в чем дело: мы не можем утверждать, что вероятность отсутствия неуглеродной жизни равна 100%. Мы только говорим, что в условиях, близких к земным, такой жизни нет. Всегда имеется хоть небольшая, но вероятность несоответствия этому заключению. Скажем так: теоретически это возможно. Вопрос за практикой. А пока примем как факт отсутствие неуглеродной жизни и закончим на этом лирическое отступление и данный пост. Перейдем к следующему, чтобы не потеряться в многобуквии.
Мы все знаем, что между органической и неорганической химией есть одно существенное различие: органическая химия рассматривает только те соединения, которые содержат углеродные цепочки. Сейчас следует сделать лирическое отступление и поговорить вот о чем: неуглеродной жизни, судя по-всему, быть не может. Конечно, это заявление перечеркивает все надежды писателей-фантастов на встречу с какими-то иными формами жизни (кремниевой, борной и т. д.). Почему? Из всех элементов более или менее стабильные цепочки атомов могут образовывать углерод, кремний и бор. Конечно, мне могут возразить химики, что еще это умеет делать сера, у которой есть даже аллотропная модификация (т. н. пластическая сера), которая полностью состоит из длинных цепочек атомов. Но это все лирика. Кроме возможности образовывать цепочки, для образования биополимеров (т. е. тех, что лежат в основе жизни) требуется соответствовать еще как минимум четырем критериям:
1. Возможность образовывать гетероатомные цепочки и гетероциклы (если помните, то в основе рибонуклеотидов лежат пуриновые и пиримидиновые основания, которые являются гетероциклическими соединениями).
2. Возможность существования цепочки в различных конформациях (ферменты, напомню, являются прекрасным примером того, как разные конформации могут приводить к совершенно разным свойствам).
3. Возможность образования ковалентных связей с другими атомами (опять же, в основе жизни лежат аминокислоты - компоненты любого белка).
4. Последнее и, пожалуй, самое главное условие - это термодинамическая устойчивость. Т. е. соединения должны быть стабильными настолько, насколько это необходимо для образования и поддержания структуры.
Конечно, биополимер не может соответствовать только части из этих критериев. Все эти свойства должны проявляться в совокупности. Иначе толку от него мало. Вот, например, бор. Он существует в виде цепочек и даже циклов. Но соединения бора, подобные углеродным, не обладают устойчивостью. Кроме того атомы бора в цепочке могут образовывать только одну связь с другим атомом. О сере и говорить не стоит. Она прямо на глазах теряет пластические свойства и становится моноклинной. Т. е. цепочечная структура разрушается. Чтобы получить пластическую серу снова, необходимо ее расплавить и резко охладить. Согласитесь, неприемлемо для живого организма.
Остается кремний, как альтернатива углероду. В химии хорошо разработан раздел кремнийорганических соединений. Но справедливости ради нужно сказать, что кремниевые цепочки не обладают какой-либо удовлетворительной термодинамической устойчивостью. Стабильны непосредственно сами кремнийорганические соединения, где кроме кремния присутствует еще и углерод. Т. е. в чистом виде кремниевых аналогов углеродных соединений нет. Остается только сам углерод. Вот на этом и остановимся. Только он способен образовывать термодинамически устойчивые соединения, среди которых есть еще более устойчивые гомоциклические и гетероциклические. Цепочки углерода могут пребывать в различных конформациях и образуют устойчивые ковалентные связи с другими атомами. Все условия выполнены. Лирическое отступление закончено простым и естественным выводом: жизнь возможна только на основе углерода.
Но и тут стоит оговориться. Вот в чем дело: мы не можем утверждать, что вероятность отсутствия неуглеродной жизни равна 100%. Мы только говорим, что в условиях, близких к земным, такой жизни нет. Всегда имеется хоть небольшая, но вероятность несоответствия этому заключению. Скажем так: теоретически это возможно. Вопрос за практикой. А пока примем как факт отсутствие неуглеродной жизни и закончим на этом лирическое отступление и данный пост. Перейдем к следующему, чтобы не потеряться в многобуквии.
20 августа 2010 г.
Мы все учились...
Педагогика, это такая штуковина, которая учит, как нужно учить, обучать и образовывать. А собственно обучение и образование - это процессы, с которыми непосредственно и сталкиваются. Педагогика - это такой серый кардинал для обучения, диктат которого всегда был законом для обучения и тех, кто это обучение ведет. Педагогика даже выделилась в отдельную науку. Мероприятие это весьма сомнительно. Собственно, с того момента, как педагогика отделилась от образования непосредственно, и началась идеализация самой науки об обучении. А вот сам процесс при этом никогда не был даже близок к идеалу. Ни у Яна Коменского, ни у пресловутого Дистервега, ни у знаменитого Макаренко педагогическая основа совершенной не была. А была она такой, какой могла быть в их время и в их случае. Но уж точно она не была такой, о какой они сами мечтали.
Идеальная педагогическая основа - это случай учебного заведения и такой формы образования, которые могут быть показаны только в кино. А частности, хорошие примеры идеального сочетания педагогики и процесса обучения явлены в фильме "Гаттака" и "Эквилибриум". В нашей жизни такой ситуации нет и не будет. Тем более в наше "удивительное" время, когда педагогика не только не идет рядом с образованием, но и ушла куда-то в свои дебри, совершенно чуждые образованию. Современная школа ничего общего со школой образца середины века не имеет. Сменились порядки, кадры, цели и итоги.
Основной идеей, которая "красной нитью проходит через всю педагогику" была и остается мотивация ученика к обучению, к получению знаний, умений и навыков. Т. е. обучаемый, в идеале, должен стремиться к овладению новыми знаниями, к какой бы отрасли они ни относились. А это подразумевает не только желание ходить на уроки, делать домашнее задание, но и проявлять хотя бы какую-то самостоятельность. Кроме учебников существует еще некоторое количество доступных источников информации. На худой конец - интернет. Мы это видим? Чтобы ученики поголовно все проводили хотя бы часа два в день в библиотеке или за книгой вне домашних заданий? Это такой же сладкий сон педагогов, как для сисадминов "вечный сервер". Недостижимое идеальное.
Во вторую очередь педагоги мотивируют своих учеников на дальнейшее образование. Этого требует опять же педагогика, которая постулирует гармоничное развитие личности в процессе обучения. Т. е. развитие, по мнению педагогов, невозможно без высшего образования. И кого они мотивируют? Ребяток "с пивом и семечками" вечером отжимающих телефончики "на раёне"? Тех, кто курс математики и алгебры за 9 классов едва осилит (да и то, осилит ли)? Да вы что?! Их надо мотивировать на скорейшее поступление в ПТУ и работу "у станка". И девочек, подобных этим "пацанчикам". тоже примерно на то же самое. Быдло должно пройти мимо ВУЗов. А вот они, после всяких профориентаций, начинают представлять себя едва ли не главными инженерами "строек мира". В ПТУ и не дальше.
Еще одно слабое звено в сцепке "педагогика-обучение" - идеи гуманности по отношению к обучаемому. Кто начинал учиться еще в СССР (хотя бы один год), тот помнит, что отметка "два" была весьма распространена, а отметка "единица" была хоть и не частой, но вполне известной почти всем. Отметку "два" ставили даже за четверть и могли поставить в качестве годовой. И "второй срок" был чем-то из порядка вещей. Урок ТРЕБОВАЛОСЬ выучить, домашнее задание ТРЕБОВАЛОСЬ сделать. Удовлетворительной причиной отсутствия на уроках могли быть две справки: от врача с диагнозом, который не совместим с процессом обучения, и от врача же, но о смерти самого обучаемого или его родственников. Никаких записок от родителей в качестве оправдания.
А вы помните, что такое "пересдача"? В институте такое понятие есть, но там оно относится к семестровым зачетам и экзаменам. Да и порядок там определен весьма жесткий. А в школе? Я вот не помню. Контрольная, самостоятельная и т. д. никаких пересдач не подразумевали. Оценки немедленно заносились в журнал и дневник. А сейчас? В моменты моей собственной практики в школе я был несколько контужен, когда весь мой класс, заваливший контрольную по теме, появился на пороге кабинета и заявил, что они "на пересдачу". Конечно, пришлось на ходу выдумывать им вопросы "на сообразительность", чтобы не "мучить стандартными средствами проверки", но сам факт того, что теперь в школах можно "пересдавать" был для меня нонсенсом.
А это все вытекло из требования гуманного отношения к обучаемому. Теперь его нельзя ругать, нельзя ставить отметки, которые могут снизить мотивацию к образованию. Т. е. никаких "единиц", частых "двоек", тем более тех, которые нельзя исправить. А уж четвертные "двойки" - непозволительно вдвойне. За четверть, а тем более за год, всегда ставится хотя бы "3 балла". Тем самым ребенок "мотивирован" на дальнейшее обучение. Про нынешних медалистов даже говорить не хочется. Многие из них валятся на экзаменах один за другим.
А что в итоге? Педагогика плавает в облаках, грезя об идеальном учебном процессе, когда счастливы все: и учителя, и ученики. А на деле счастливы только ученики, которые теперь могут забыть о тяготах учебы и всецело предаться веселью. Все равно спроса с них никакого. Педагоги же оказались на распутье. Кто-то еще бьется и старается вложить в голову учеников хоть какие-то знания, а кто-то махнул рукой и просто ставит отметки "4" и "5" держа в голове оценку "неуд". А ставит за хотя бы "представление о предмете". Интересно, к чему же мы придем? К полной деградации учебной системы или у кого-то из власть имущих все-таки хоть что-то увидится иначе, чем в розовом свете?
Идеальная педагогическая основа - это случай учебного заведения и такой формы образования, которые могут быть показаны только в кино. А частности, хорошие примеры идеального сочетания педагогики и процесса обучения явлены в фильме "Гаттака" и "Эквилибриум". В нашей жизни такой ситуации нет и не будет. Тем более в наше "удивительное" время, когда педагогика не только не идет рядом с образованием, но и ушла куда-то в свои дебри, совершенно чуждые образованию. Современная школа ничего общего со школой образца середины века не имеет. Сменились порядки, кадры, цели и итоги.
Основной идеей, которая "красной нитью проходит через всю педагогику" была и остается мотивация ученика к обучению, к получению знаний, умений и навыков. Т. е. обучаемый, в идеале, должен стремиться к овладению новыми знаниями, к какой бы отрасли они ни относились. А это подразумевает не только желание ходить на уроки, делать домашнее задание, но и проявлять хотя бы какую-то самостоятельность. Кроме учебников существует еще некоторое количество доступных источников информации. На худой конец - интернет. Мы это видим? Чтобы ученики поголовно все проводили хотя бы часа два в день в библиотеке или за книгой вне домашних заданий? Это такой же сладкий сон педагогов, как для сисадминов "вечный сервер". Недостижимое идеальное.
Во вторую очередь педагоги мотивируют своих учеников на дальнейшее образование. Этого требует опять же педагогика, которая постулирует гармоничное развитие личности в процессе обучения. Т. е. развитие, по мнению педагогов, невозможно без высшего образования. И кого они мотивируют? Ребяток "с пивом и семечками" вечером отжимающих телефончики "на раёне"? Тех, кто курс математики и алгебры за 9 классов едва осилит (да и то, осилит ли)? Да вы что?! Их надо мотивировать на скорейшее поступление в ПТУ и работу "у станка". И девочек, подобных этим "пацанчикам". тоже примерно на то же самое. Быдло должно пройти мимо ВУЗов. А вот они, после всяких профориентаций, начинают представлять себя едва ли не главными инженерами "строек мира". В ПТУ и не дальше.
Еще одно слабое звено в сцепке "педагогика-обучение" - идеи гуманности по отношению к обучаемому. Кто начинал учиться еще в СССР (хотя бы один год), тот помнит, что отметка "два" была весьма распространена, а отметка "единица" была хоть и не частой, но вполне известной почти всем. Отметку "два" ставили даже за четверть и могли поставить в качестве годовой. И "второй срок" был чем-то из порядка вещей. Урок ТРЕБОВАЛОСЬ выучить, домашнее задание ТРЕБОВАЛОСЬ сделать. Удовлетворительной причиной отсутствия на уроках могли быть две справки: от врача с диагнозом, который не совместим с процессом обучения, и от врача же, но о смерти самого обучаемого или его родственников. Никаких записок от родителей в качестве оправдания.
А вы помните, что такое "пересдача"? В институте такое понятие есть, но там оно относится к семестровым зачетам и экзаменам. Да и порядок там определен весьма жесткий. А в школе? Я вот не помню. Контрольная, самостоятельная и т. д. никаких пересдач не подразумевали. Оценки немедленно заносились в журнал и дневник. А сейчас? В моменты моей собственной практики в школе я был несколько контужен, когда весь мой класс, заваливший контрольную по теме, появился на пороге кабинета и заявил, что они "на пересдачу". Конечно, пришлось на ходу выдумывать им вопросы "на сообразительность", чтобы не "мучить стандартными средствами проверки", но сам факт того, что теперь в школах можно "пересдавать" был для меня нонсенсом.
А это все вытекло из требования гуманного отношения к обучаемому. Теперь его нельзя ругать, нельзя ставить отметки, которые могут снизить мотивацию к образованию. Т. е. никаких "единиц", частых "двоек", тем более тех, которые нельзя исправить. А уж четвертные "двойки" - непозволительно вдвойне. За четверть, а тем более за год, всегда ставится хотя бы "3 балла". Тем самым ребенок "мотивирован" на дальнейшее обучение. Про нынешних медалистов даже говорить не хочется. Многие из них валятся на экзаменах один за другим.
А что в итоге? Педагогика плавает в облаках, грезя об идеальном учебном процессе, когда счастливы все: и учителя, и ученики. А на деле счастливы только ученики, которые теперь могут забыть о тяготах учебы и всецело предаться веселью. Все равно спроса с них никакого. Педагоги же оказались на распутье. Кто-то еще бьется и старается вложить в голову учеников хоть какие-то знания, а кто-то махнул рукой и просто ставит отметки "4" и "5" держа в голове оценку "неуд". А ставит за хотя бы "представление о предмете". Интересно, к чему же мы придем? К полной деградации учебной системы или у кого-то из власть имущих все-таки хоть что-то увидится иначе, чем в розовом свете?
4 июня 2010 г.
Алхимизм
Помню, еще в детстве бабушка всегда озадачивала меня вопросом: восемь тысяч лет человечество пользовалось едва ли не камнями и палками. Т. е. вся деятельность была ручной и крайне примитивной. А вот за какие-то 100 лет рвануло так далеко, что это кажется абсолютно невероятным. Тепловые двигатели, радио, электроэнергия, телевидение, компьютеры, интернет, полеты в космос. 100 лет назад большей части этого и представить было нельзя. Ну вот как бы вы объяснили 100 лет назад, что такое - интернет. Никак. Не поняли бы. Знания просто не позволили бы понять. А для нас сейчас просто и понятно: протоколы, серверы, клиенты, каналы, гигабайты и т. д. и т. п.
Это меня тогда озадачивало. Я тоже не находил ответа. Конечно, были весьма и весьма соблазнительные варианты типа всяких чудес и прочего "нереального". И, как я замечаю, некоторые люди на этой ступени и остались. Есть те, кто верит в магические свойства кристаллов. Занимается всякими "практиками", астральными проекциями и гаданиями на таро. Т. е. полный набор человека с менталитетом средневековья. Не умещается в одной голове весь научно-технический прогресс.
Но меня такой вариант не устроил бы в любом случае. У всего, у каждого явления, даже у социального, есть свое нормальное объяснение. И сегодня, по дороге болтая с камрадом оформилось текстовое выражение того, о чем я все никак не мог ясно выразиться. Начали с алхимии.
Знаете, было такое увлечение в средние века. Алхимики видели своей целью получение "философского камня" и способа получения золота из неблагородных металлов. А как можно было достигать своей цели в те времена? Конечно, экспериментом. Эмпирическим путем. Ни о какой теоретической основе речи быть не могло. Вот таким путем были найдены и отработаны способы получения многих веществ. Например, серной и азотной кислот. Соляной кислоты, селитры, многих солей, металлов и т. д. Но все это было результатом длительной шлифовки методики проведения эксперимента. По ходу дела были разработаны методы очистки веществ (перегонка, кристаллизация, фильтрация), была разработана химическая посуда, реакторы, холодильники, колбы и многое другое. Т. е. выступили в роли строителей, заливающих фундамент. Ну, а что потом было - все знают. Потом были Авогадро, Канниццаро, Дальтон, Менделеев, Бутлеров... И вот химия за какие-то сто лет вышла из детского состояния, перестала быть алхимией. Появилась наука, у которой на экспериментальном фундаменте, залитом алхимией, выросло целое здание стройной теории, которая обеспечила множество открытий. Все-таки наука должна не только открывать, но искать эффективные способы производства. Так вот алхимия этого не умела.
К чему опус? К тому, что ничего не появляется из ничего. Для любого прорыва нужен фундамент. Знания и опыт могут накапливаться очень долго. Годами, веками, тысячелетиями. Но как только общий объем знаний подходит к некоему пределу, случается то, что в предыдущих своих постах я называл бифуркацией. И тут, если знания были ложными (что весьма редко бывает ввиду их изначальной эмпиричности), наука откатывается назад. А если знания были верными, происходит прорыв. Точка бифуркации пройдена. Напряженность, порожденная огромным количеством информации, снята. Теперь вся эта информация расставлена по местам, систематизирована в рамказ новых теорий и парадигм.
Вот это и произошло на границе 19 и 20 веков. Человечество накопило огромный объем знаний. И уже кое-что начало использовать. Электричество, магнетизм, деление ядер, паровые двигатели, исследования в области аэродинамики... и прочее, прочее, прочее. Пружина развернулась. Начался неудержимый прогресс, каскад новых открытий. Потому что одно открытие открывало дорого к новым и новым. Одно изобретение давало возможность делать следующее. Новый материал предоставлял новые возможности в построении конструкций. Вспомнить хотя бы полупроводники. Кристалл германия, у которого обнаружились необычные для проводников свойства, стал причиной гигантского скачка вперед в области вычислительной техники.
А каждое предстоящее открытие требует обеспечения. Т. е. новой техники, новых материалов, новых программ, новых подходов в конце концов. Т. е. научно-технический прогресс - это такая самоподдерживающаяся цепная реакция, которая сама себе готовит субстрат. А в самом начале нужно было только спустить пружину.
В итоге мы снова придем к тому, что пружина полностью развернется. И начнется новый период накопления информации. Но он будет уже куда более коротким.
И снова - прыжки в длину.
Это меня тогда озадачивало. Я тоже не находил ответа. Конечно, были весьма и весьма соблазнительные варианты типа всяких чудес и прочего "нереального". И, как я замечаю, некоторые люди на этой ступени и остались. Есть те, кто верит в магические свойства кристаллов. Занимается всякими "практиками", астральными проекциями и гаданиями на таро. Т. е. полный набор человека с менталитетом средневековья. Не умещается в одной голове весь научно-технический прогресс.
Но меня такой вариант не устроил бы в любом случае. У всего, у каждого явления, даже у социального, есть свое нормальное объяснение. И сегодня, по дороге болтая с камрадом
Знаете, было такое увлечение в средние века. Алхимики видели своей целью получение "философского камня" и способа получения золота из неблагородных металлов. А как можно было достигать своей цели в те времена? Конечно, экспериментом. Эмпирическим путем. Ни о какой теоретической основе речи быть не могло. Вот таким путем были найдены и отработаны способы получения многих веществ. Например, серной и азотной кислот. Соляной кислоты, селитры, многих солей, металлов и т. д. Но все это было результатом длительной шлифовки методики проведения эксперимента. По ходу дела были разработаны методы очистки веществ (перегонка, кристаллизация, фильтрация), была разработана химическая посуда, реакторы, холодильники, колбы и многое другое. Т. е. выступили в роли строителей, заливающих фундамент. Ну, а что потом было - все знают. Потом были Авогадро, Канниццаро, Дальтон, Менделеев, Бутлеров... И вот химия за какие-то сто лет вышла из детского состояния, перестала быть алхимией. Появилась наука, у которой на экспериментальном фундаменте, залитом алхимией, выросло целое здание стройной теории, которая обеспечила множество открытий. Все-таки наука должна не только открывать, но искать эффективные способы производства. Так вот алхимия этого не умела.
К чему опус? К тому, что ничего не появляется из ничего. Для любого прорыва нужен фундамент. Знания и опыт могут накапливаться очень долго. Годами, веками, тысячелетиями. Но как только общий объем знаний подходит к некоему пределу, случается то, что в предыдущих своих постах я называл бифуркацией. И тут, если знания были ложными (что весьма редко бывает ввиду их изначальной эмпиричности), наука откатывается назад. А если знания были верными, происходит прорыв. Точка бифуркации пройдена. Напряженность, порожденная огромным количеством информации, снята. Теперь вся эта информация расставлена по местам, систематизирована в рамказ новых теорий и парадигм.
Вот это и произошло на границе 19 и 20 веков. Человечество накопило огромный объем знаний. И уже кое-что начало использовать. Электричество, магнетизм, деление ядер, паровые двигатели, исследования в области аэродинамики... и прочее, прочее, прочее. Пружина развернулась. Начался неудержимый прогресс, каскад новых открытий. Потому что одно открытие открывало дорого к новым и новым. Одно изобретение давало возможность делать следующее. Новый материал предоставлял новые возможности в построении конструкций. Вспомнить хотя бы полупроводники. Кристалл германия, у которого обнаружились необычные для проводников свойства, стал причиной гигантского скачка вперед в области вычислительной техники.
А каждое предстоящее открытие требует обеспечения. Т. е. новой техники, новых материалов, новых программ, новых подходов в конце концов. Т. е. научно-технический прогресс - это такая самоподдерживающаяся цепная реакция, которая сама себе готовит субстрат. А в самом начале нужно было только спустить пружину.
В итоге мы снова придем к тому, что пружина полностью развернется. И начнется новый период накопления информации. Но он будет уже куда более коротким.
И снова - прыжки в длину.
19 мая 2010 г.
Откуда есть пошли заповеди
Расскажу вам сегодня о естественных предпосылках 10 библейских заповедей. Точнее, не десяти, а только 6. Шесть потому, что четыре никакого отношения собственно к заповедям, регулирующим жизнь человека, не имеют и касаются исключительно религиозных моментов. Итак, шесть заповедей (нумерация не по порядку):
Маленький экскурс в происхождение человека и его общества:
Мы, люди, даже на заре своей истории не были одиночными животными. Как и все предки-приматы, мы были стайными. От чего получилась такая незадача: стая приматов (читай - людей) вместе может завалить мамонта. А вот в одиночку примату завалить даже кабанчика. Тот ускачет прежде, чем примат сподобится метнуть палку или камень. Ну, вполне возможно, примату повезет, хотя везение - достаточно вероятностная штука. Стая куда удачливее, вероятность успеха намного выше. Собственно, стая и стала причиной возникновения предтечей заповедей.
Что такое стая? Коллектив, где каждый член его зависит от другого члена коллектива. Стая приматов эволюционировала, став племенем, общиной. В ней еще сильнее стала зависимость членов общины друг от друга. Это очевидно. На первых этапах своей социальной и технической эволюции человек просто не мог оградить себя от всех факторов окружающей среды и дикой природы. Выжить в одиночку с тем набором физических качеств, который имел человек, было невозможно.
Но человек, кроме того, что создавал общины, еще и воевал за власть в этих общинах. Иначе не сформировалась бы иерархическая структура, аппарат управления общиной. А какой самый эффективный способ занять место повыше? Само собой - втихую грохнуть конкурента. Вот начинается интересное: если в общине все будут таким образом заниматься "карьерой", то в итоге перебьют друг друга. Не останется охотников, защитников, старейшин. Община развалится. А жить, тем не менее, хочется всем. Логично, что должен был появиться некий тормоз, стопорящий желание силой взять своё. Впрочем, равно как и "горизонтальные" разборки, которые существуют всегда внутри одной "касты".
Итак, первая заповедь - не убей - оформилась. Иначе никак. Иначе некому будет формировать общины. Примат-человек быстро вымрет.
У общины общее имущество, которое используют все. Оружие, вещи, посуда, пища, в конце концов. Но у каждого члена общины есть и полагаются ему свои собственные вещи. Та же одежда, которую он носит, сам чинит. Свое оружие, которое он сам ремонтирует. Конечно, его можно позаимствовать, но на общественных началах. Если кто-либо из членов общины украдет у другого его вещи, он, тем самым, поставит под удар этого человека. А община, узнав об этом, явно не похвалит. Да еще и в момент кражи могут застать и "выдать пенделей". Это никак не пойдет на пользу общине. Вот и оформляется вторая заповедь - не укради. Иначе община быстро затрещит по швам.
Община, какой бы прочной она ни была, всегда нуждается в управлении. А кто мог тогда, на самой заре человечества, выполнять функции управления? Ну, само собой, это должен был быть человек опытный, повидавший много, "понюхавший пороху". Таковыми были самые старые члены общины. Они за свою жизнь усвоили способы управления, научились разрешать самые разнообразные ситуации и конфликты. И, разумеется, несли огромный житейский опыт, память предков, историю общины, традиции и т. д. Вполне логично, что общине было выгодно, чтобы до старости доживали многие из общины. Чем старше человек, тем он был ценнее. Тем более, уже тогда, вероятно, отношения родитель-потомок сформировались и стали постоянными. Соответственно, именно дети заботились о своих предках наиболее тщательно. Домов престарелых тогда не было, кстати. Тут подтягивается еще одна заповедь - почитай отца твоего и мать твою. А будущим родителям, которые такой пример показывали своим потомкам, это обеспечивало старость.
Опять же община при всей своей "общности" была структурой, состоящей из отдельных семей, семейных домов и т. д. и т. п. Даже при том, что многие вещи были общими, отдельные дома могли быть чуть богаче (хотя бы за счет того, что в этот раз досталось чуть больше, а охотник из этого дома проявил себя и завалил мамонта, чем заслужил его бивень и часть шкуры, а женщины насобирали больше овощей и часть оставили себе. Да что там, может, пристроили себе небольшую мансарду с видом на озеро, может, дерево нашли получше, камни покрасивее, мало ли причин). Естественно, все это вызывало и вызывает зависть. А зависть - чувство плохое и разрушающее. Общине оно совершенно ни к чему. Она будет стараться мотивировать каждого члена, каждый дом не на критику удачливых соседей, не на кражи их имущества, а на "достижение такого же уровня благосостояния". Заработала еще одна заповедь - не желай дома ближнего своего. Конечно, причины зависти могут быть любые, но суть такова.
Кстати, на счет секса. Ну, куда уж без него. Здесь коротко и ясно. Даже в дикой природе беспорядочные половые связи пресекаются множеством способов: от иерархических ограничений, до физиологических. В общем, говорить о том, что содомия в общине недопустима, не стоит. Иначе полная деградация сообщества, падение нравов, оргии и всем на все по самый хрен.В общем - не прелюбодействуй. Секс только для продолжения рода и повышения численности. И только в своей семье. Сыны полков - на войне. А у нас, вроде как, мирная жизнь. Пусть и опасная.
Ну, и последняя заповедь, которая говорит о том, что клеветать - плохо. Это уже более высокая ступень социальной и психической эволюции. Когда человек осознает, что своим лжесвидетельством может навредить не только обвиняемому, но и самому себе. Кто знает, как оно обернется? Может, следующим обвиняемым будет он сам, а за провинности и клевету по голове не гладят.
Обощение: 6 заповедей вполне логично вытекают из организации человеческого общества в эпоху самого становления. Они эффективно тормозили полный распад общины, чем сослужили службу, переоценить которую сложно. Конечно, у них тогда не было нынешних формулировок. Скорее, они тогда были просто передачей опыта, пропуская который через экстрактор своего опыта, последующие поколения формировали их во все более понятной форме. Пока, наконец, не выработалась письменность, язык и прочие способы фиксирования информации в виде символов (наскальные рисунки тут никак не помогут, ибо принцип дорожных знаков тогда еще никто не знал, а показать рисунками, что нельзя прелюбодействовать - это задача сверх тогдашних возможностей. Это и сейчас не всем под силу.). Вот после появления языка и письменности начался самый прогресс, который привел к четкому оформлению заповедей. А потом они перекочевали в библию, где к ним добавили еще четыре, которые запрещали верным христианам не быть христианами. Правда, людьми от этого они быть не перестали. А потому следующие шесть заповедей были куда нужнее, чем первые четыре (которые про бога и кумиров всяких).
Вот, примерно так все было. Конечно, что-то я упустил. Поправляйте. Текст специально написан в легкой форме. Тексты в стилистике дипломной работы многие читают тяжело. Что вполне нормально.
1. Почитай отца твоего и мать твою, чтобы тебе было хорошо и чтобы продлились дни твои на земле, которую Господь, Бог твой, даёт тебе.
2. Не убивай.
3. Не прелюбодействуй.
4. Не кради.
5. Не произноси ложного свидетельства на ближнего твоего.
6. Не желай дома ближнего твоего; не желай жены ближнего твоего, ни поля его, ни раба его, ни рабыни его, ни вола его, ни осла его, ни всякого скота его, ничего, что у ближнего твоего.
2. Не убивай.
3. Не прелюбодействуй.
4. Не кради.
5. Не произноси ложного свидетельства на ближнего твоего.
6. Не желай дома ближнего твоего; не желай жены ближнего твоего, ни поля его, ни раба его, ни рабыни его, ни вола его, ни осла его, ни всякого скота его, ничего, что у ближнего твоего.
Маленький экскурс в происхождение человека и его общества:
Мы, люди, даже на заре своей истории не были одиночными животными. Как и все предки-приматы, мы были стайными. От чего получилась такая незадача: стая приматов (читай - людей) вместе может завалить мамонта. А вот в одиночку примату завалить даже кабанчика. Тот ускачет прежде, чем примат сподобится метнуть палку или камень. Ну, вполне возможно, примату повезет, хотя везение - достаточно вероятностная штука. Стая куда удачливее, вероятность успеха намного выше. Собственно, стая и стала причиной возникновения предтечей заповедей.
Что такое стая? Коллектив, где каждый член его зависит от другого члена коллектива. Стая приматов эволюционировала, став племенем, общиной. В ней еще сильнее стала зависимость членов общины друг от друга. Это очевидно. На первых этапах своей социальной и технической эволюции человек просто не мог оградить себя от всех факторов окружающей среды и дикой природы. Выжить в одиночку с тем набором физических качеств, который имел человек, было невозможно.
Но человек, кроме того, что создавал общины, еще и воевал за власть в этих общинах. Иначе не сформировалась бы иерархическая структура, аппарат управления общиной. А какой самый эффективный способ занять место повыше? Само собой - втихую грохнуть конкурента. Вот начинается интересное: если в общине все будут таким образом заниматься "карьерой", то в итоге перебьют друг друга. Не останется охотников, защитников, старейшин. Община развалится. А жить, тем не менее, хочется всем. Логично, что должен был появиться некий тормоз, стопорящий желание силой взять своё. Впрочем, равно как и "горизонтальные" разборки, которые существуют всегда внутри одной "касты".
Итак, первая заповедь - не убей - оформилась. Иначе никак. Иначе некому будет формировать общины. Примат-человек быстро вымрет.
У общины общее имущество, которое используют все. Оружие, вещи, посуда, пища, в конце концов. Но у каждого члена общины есть и полагаются ему свои собственные вещи. Та же одежда, которую он носит, сам чинит. Свое оружие, которое он сам ремонтирует. Конечно, его можно позаимствовать, но на общественных началах. Если кто-либо из членов общины украдет у другого его вещи, он, тем самым, поставит под удар этого человека. А община, узнав об этом, явно не похвалит. Да еще и в момент кражи могут застать и "выдать пенделей". Это никак не пойдет на пользу общине. Вот и оформляется вторая заповедь - не укради. Иначе община быстро затрещит по швам.
Община, какой бы прочной она ни была, всегда нуждается в управлении. А кто мог тогда, на самой заре человечества, выполнять функции управления? Ну, само собой, это должен был быть человек опытный, повидавший много, "понюхавший пороху". Таковыми были самые старые члены общины. Они за свою жизнь усвоили способы управления, научились разрешать самые разнообразные ситуации и конфликты. И, разумеется, несли огромный житейский опыт, память предков, историю общины, традиции и т. д. Вполне логично, что общине было выгодно, чтобы до старости доживали многие из общины. Чем старше человек, тем он был ценнее. Тем более, уже тогда, вероятно, отношения родитель-потомок сформировались и стали постоянными. Соответственно, именно дети заботились о своих предках наиболее тщательно. Домов престарелых тогда не было, кстати. Тут подтягивается еще одна заповедь - почитай отца твоего и мать твою. А будущим родителям, которые такой пример показывали своим потомкам, это обеспечивало старость.
Опять же община при всей своей "общности" была структурой, состоящей из отдельных семей, семейных домов и т. д. и т. п. Даже при том, что многие вещи были общими, отдельные дома могли быть чуть богаче (хотя бы за счет того, что в этот раз досталось чуть больше, а охотник из этого дома проявил себя и завалил мамонта, чем заслужил его бивень и часть шкуры, а женщины насобирали больше овощей и часть оставили себе. Да что там, может, пристроили себе небольшую мансарду с видом на озеро, может, дерево нашли получше, камни покрасивее, мало ли причин). Естественно, все это вызывало и вызывает зависть. А зависть - чувство плохое и разрушающее. Общине оно совершенно ни к чему. Она будет стараться мотивировать каждого члена, каждый дом не на критику удачливых соседей, не на кражи их имущества, а на "достижение такого же уровня благосостояния". Заработала еще одна заповедь - не желай дома ближнего своего. Конечно, причины зависти могут быть любые, но суть такова.
Кстати, на счет секса. Ну, куда уж без него. Здесь коротко и ясно. Даже в дикой природе беспорядочные половые связи пресекаются множеством способов: от иерархических ограничений, до физиологических. В общем, говорить о том, что содомия в общине недопустима, не стоит. Иначе полная деградация сообщества, падение нравов, оргии и всем на все по самый хрен.В общем - не прелюбодействуй. Секс только для продолжения рода и повышения численности. И только в своей семье. Сыны полков - на войне. А у нас, вроде как, мирная жизнь. Пусть и опасная.
Ну, и последняя заповедь, которая говорит о том, что клеветать - плохо. Это уже более высокая ступень социальной и психической эволюции. Когда человек осознает, что своим лжесвидетельством может навредить не только обвиняемому, но и самому себе. Кто знает, как оно обернется? Может, следующим обвиняемым будет он сам, а за провинности и клевету по голове не гладят.
Обощение: 6 заповедей вполне логично вытекают из организации человеческого общества в эпоху самого становления. Они эффективно тормозили полный распад общины, чем сослужили службу, переоценить которую сложно. Конечно, у них тогда не было нынешних формулировок. Скорее, они тогда были просто передачей опыта, пропуская который через экстрактор своего опыта, последующие поколения формировали их во все более понятной форме. Пока, наконец, не выработалась письменность, язык и прочие способы фиксирования информации в виде символов (наскальные рисунки тут никак не помогут, ибо принцип дорожных знаков тогда еще никто не знал, а показать рисунками, что нельзя прелюбодействовать - это задача сверх тогдашних возможностей. Это и сейчас не всем под силу.). Вот после появления языка и письменности начался самый прогресс, который привел к четкому оформлению заповедей. А потом они перекочевали в библию, где к ним добавили еще четыре, которые запрещали верным христианам не быть христианами. Правда, людьми от этого они быть не перестали. А потому следующие шесть заповедей были куда нужнее, чем первые четыре (которые про бога и кумиров всяких).
Вот, примерно так все было. Конечно, что-то я упустил. Поправляйте. Текст специально написан в легкой форме. Тексты в стилистике дипломной работы многие читают тяжело. Что вполне нормально.
12 мая 2010 г.
А почему бы и нет?
Давно уже собираю мысли для поста о начале начал. Точнее - о простейших механизмах этого самого начала начал.
Что именно имеется ввиду? Появление первых структур, которые впоследствии дали начало функциональным биополимерам (белкам, нуклеиновым кислотам) и далее - структурным компонентам клетки.
Я часто слышу, особенно от людей, далеких от какой-бы то ни было науки, фразы следующего плана:
- посмотрите на цветок. Он настолько сложен, что не мог образоваться сам по себе.
- глаз человека - это сложнейшая конструкция, образование которой в процессе эволюции совершенно невероятно.
И так далее, и тому подобное. Список приводимых примеров можно продолжать достаточно долго. Спорить в таких случаях совершенно бессмысленно просто потому, что элементарные процессы остаются за рамками понимания. В то же самое время эти процессы достаточно просты, чтобы существовать на всех уровнях организации материи.
Для начала вот такая картинка (попробуйте, не заглядывая дальше по тексту, предположить, что это такое и каким образом это могло появиться)
Это фрагмент микроснимка магнитных доменов в тонкой поверхностной пленке железо-иттриевого граната, выращенного искусственно. И даже не суть, как он выращен. Суть в форме организации доменов. Вообще, сами по себе магнитные домены демонстрируют интересное поведение.
Вот так выглядит картина взаимодействия магнитных доменов. Достаточно сложные структуры, не так ли? Магнитный домен - субструктура в ферромагнитном материале, в пределах которой все элементарные магниты (электронные спины) выравнены в одном направлении межатомными силами. Изолированный домен можно считать постоянным магнитом. Ну, и все мы знаем, благодаря чему магнит обладает своими свойствами. Это, по сути, наличие дипольного момента. Вот и всё. Но это элементарное свойство порождает сложнейшие структуры магнитных доменов. На последок:
Эта сотоподобная структура тоже образована магнитными доменами. На всякий случай напомню, что сотоподобная упаковка наиболее выгодна и рациональна при заполнении поверхности или объема. Домены, ничего об этом не зная, не обладая разумом и не направляемые ничьей рукой выстраиваются в соты, которые сами по себе уже являются достаточно сложным уровнем организации, на поддержание которого требуется энергия. Если помните, то ранее в одном из постов мы уже говорили об эксперименте Ильи Пригожина, когда металлические опилки в кипящем масле выявляли ячеистую структуру конвекционных потоков. Это тоже пример сложной организации без участия разумной силы.
Теперь, отойдя от магнитных доменов (вообще - не они являются объектом внимания), приведу вот такой пример:
Всем знакомые песчаные дюны. Рисунок ничего не напоминает? Выше мы его уже видели (опять не получилось просто так отойти от доменов, ну да ладно). В процессе формирования дюн и узора на них самую существенную роль играет всего одна сила - ветер. Она же, при всей ее хаотичности, является организующим фактором. Я могу вполне справедливо полагать, что если бы на нашей планете дюн не было, то, обнаружив их на другой планете, мы вполне могли бы предположить, что они - дело рук разумных существ, ну, или вообще - существ, но никак не природное образование.. Конечно, до тех пор, пока не изучили бы механизмы их формирования.
В природе можно найти огромное количество примеров сложной самоорганизации, которая в первом приближении кажется искусственной. Только при ближайшем рассмотрении оказывается, что разум тут ни при чем.
Итак, мы определились, что факторов, вызывающих упорядочивание, множество. Любой из них, или их комбинация, может выступать в качестве "хаотичных организаторов" (наверное, следующим постом нужно будет рассказать про модели Вольтерра-Лотки. В свете этого поста было бы интересно, мне кажется). Но вот основная проблема - функциональность - остается нерешенной.
Сейчас некоторым из тех, кто все-таки набрался сил и прочитал до этого места, может показаться, что я противоречу сам себе. И тем не менее...
Глаз изначально не был глазом, а цветок - цветком. Любая функциональность любой структуры - вторичное явление. Никак не первичное. Изначально ни одна функциональ (пусть так будет называться структура, выполняющая определенную функцию) не предназначалась для конкретной работы. Это вполне очевидно. Но почему-то постоянно ускользает от многих. Глаз в своем изначальном виде был просто пигментным пятном, простым слегка окрашенным участком клетки. И всего лишь. Цветок изначально не был ни большим, ни ярким. А был просто небольшой модификацией листочков, призванной защитить завязь. Крыло не было крылом, легкие - легкими, а сердце - сердцем. Любая функциональность приобретается структурой, а не дается ей изначально.
Теперь легко перенести выше сказанное на молекулярную эволюцию. Полипептиды оказались удобным материальным выражением собственно функциональности, ибо имели множество вариантов строения и конформаций. Фермент изначально не был предназначен для выполнения ферментативной функции. Он просто оказался подходящей структурой. Первичными катализаторами могли быть даже не органические соединения, а кристаллы алюмосиликатов. По сути - глина. Они же и послужили матрицей для построения случайных полипептидов, которые мы теперь знаем, как белки-ферменты. Та же история, до мелочей, повторится и в случае с нуклеиновыми кислотами. Нашелся удобный эквивалент "памяти" о структуре, который, ко всему прочему, обладал еще и весьма полезной особенностью - репликацией.
Тут надо остановиться и определиться со следующим: обычно биологической эволюции приписывают огромные сроки на реализацию "задумки". Это является одним из наиболее распространенных аргументов "против". И в самом деле, сложная структура, к тому же еще и с функциональностью, должна формироваться весьма долго. А если учесть количество вариантов такой структуры, то время перебора становится в разы больше времени существования Вселенной. Этот постулат "антиэволюции" часто представляют в виде "невозможности самосборки самолета на свалке авиадеталей".
Что ж, вот лес, вот залежи руды и угля. Из этого изначального набора невозможно построить корабль. Но стоит из руды выплавить топор, сделать из дерева топорище, как уже можно валить деревья. Сделать гвозди, рубанок, пилу. Уже можно строить корабль. И чем сложнее будет инструмент, тем быстрее будет достигаться результат. Что это значит? Это значит, что эволюции не нужны нереальные сроки. Ей некогда перебирать варианты (топор побольше, поменьше, полегче, потяжелее, острее, тупее, топорище длиннее, короче и т. д. и т. п.). Есть исходный материал (матрица с каталитическим действием, кристалл, на развитой поверхности которого реакции идут в десятки и сотни раз быстрее) и этого достаточно. Следующий этап - появление первых пептидов - не заставит себя долго ждать. Несколько миллионов лет. Не десятки миллионов, а единицы. И чем сложнее предыдущая ступень, чем выше уровень ее организации, тем быстрее реализуется следующая. В итоге скорость образования новых структур становится просто феноменальной, приходя к той самой взрывной эволюции, которой был посвящен пост "Прыжки в длинну". В итоге даже на образование весьма сложных биополимеров не потребовались миллиарды миллиардов лет. Природа схватилась за один из первых удачных вариантов и до сих пор от него не отказывается.
Вот так, от факторов, вызывающих хаотическое упорядочивание, через простейшие структуры, которые это упорядочивание порождает, мы переходим к сложным формам организации, узкоспециализированным компонентам живого организма. Тут интересно следующее: изначально не было ферментов, отвечающих за гликолиз сахаров, не было белка гемоглобина, не было ферментов, работающих с перекисью водорода в клетках. Все они появились непосредственно тогда, когда появилась необходимость в них. Т. е. опять же, изначально в белки и ДНК не было заложено никакой функциональности. Им, как новобранцам в армии, подбирают форму, оружие и место службы. Такая вот не функциональная функциональность.
Что именно имеется ввиду? Появление первых структур, которые впоследствии дали начало функциональным биополимерам (белкам, нуклеиновым кислотам) и далее - структурным компонентам клетки.
Я часто слышу, особенно от людей, далеких от какой-бы то ни было науки, фразы следующего плана:
- посмотрите на цветок. Он настолько сложен, что не мог образоваться сам по себе.
- глаз человека - это сложнейшая конструкция, образование которой в процессе эволюции совершенно невероятно.
И так далее, и тому подобное. Список приводимых примеров можно продолжать достаточно долго. Спорить в таких случаях совершенно бессмысленно просто потому, что элементарные процессы остаются за рамками понимания. В то же самое время эти процессы достаточно просты, чтобы существовать на всех уровнях организации материи.
Для начала вот такая картинка (попробуйте, не заглядывая дальше по тексту, предположить, что это такое и каким образом это могло появиться)
Это фрагмент микроснимка магнитных доменов в тонкой поверхностной пленке железо-иттриевого граната, выращенного искусственно. И даже не суть, как он выращен. Суть в форме организации доменов. Вообще, сами по себе магнитные домены демонстрируют интересное поведение.
Вот так выглядит картина взаимодействия магнитных доменов. Достаточно сложные структуры, не так ли? Магнитный домен - субструктура в ферромагнитном материале, в пределах которой все элементарные магниты (электронные спины) выравнены в одном направлении межатомными силами. Изолированный домен можно считать постоянным магнитом. Ну, и все мы знаем, благодаря чему магнит обладает своими свойствами. Это, по сути, наличие дипольного момента. Вот и всё. Но это элементарное свойство порождает сложнейшие структуры магнитных доменов. На последок:
Эта сотоподобная структура тоже образована магнитными доменами. На всякий случай напомню, что сотоподобная упаковка наиболее выгодна и рациональна при заполнении поверхности или объема. Домены, ничего об этом не зная, не обладая разумом и не направляемые ничьей рукой выстраиваются в соты, которые сами по себе уже являются достаточно сложным уровнем организации, на поддержание которого требуется энергия. Если помните, то ранее в одном из постов мы уже говорили об эксперименте Ильи Пригожина, когда металлические опилки в кипящем масле выявляли ячеистую структуру конвекционных потоков. Это тоже пример сложной организации без участия разумной силы.
Теперь, отойдя от магнитных доменов (вообще - не они являются объектом внимания), приведу вот такой пример:
Всем знакомые песчаные дюны. Рисунок ничего не напоминает? Выше мы его уже видели (опять не получилось просто так отойти от доменов, ну да ладно). В процессе формирования дюн и узора на них самую существенную роль играет всего одна сила - ветер. Она же, при всей ее хаотичности, является организующим фактором. Я могу вполне справедливо полагать, что если бы на нашей планете дюн не было, то, обнаружив их на другой планете, мы вполне могли бы предположить, что они - дело рук разумных существ, ну, или вообще - существ, но никак не природное образование.. Конечно, до тех пор, пока не изучили бы механизмы их формирования.
В природе можно найти огромное количество примеров сложной самоорганизации, которая в первом приближении кажется искусственной. Только при ближайшем рассмотрении оказывается, что разум тут ни при чем.
Итак, мы определились, что факторов, вызывающих упорядочивание, множество. Любой из них, или их комбинация, может выступать в качестве "хаотичных организаторов" (наверное, следующим постом нужно будет рассказать про модели Вольтерра-Лотки. В свете этого поста было бы интересно, мне кажется). Но вот основная проблема - функциональность - остается нерешенной.
Сейчас некоторым из тех, кто все-таки набрался сил и прочитал до этого места, может показаться, что я противоречу сам себе. И тем не менее...
Глаз изначально не был глазом, а цветок - цветком. Любая функциональность любой структуры - вторичное явление. Никак не первичное. Изначально ни одна функциональ (пусть так будет называться структура, выполняющая определенную функцию) не предназначалась для конкретной работы. Это вполне очевидно. Но почему-то постоянно ускользает от многих. Глаз в своем изначальном виде был просто пигментным пятном, простым слегка окрашенным участком клетки. И всего лишь. Цветок изначально не был ни большим, ни ярким. А был просто небольшой модификацией листочков, призванной защитить завязь. Крыло не было крылом, легкие - легкими, а сердце - сердцем. Любая функциональность приобретается структурой, а не дается ей изначально.
Теперь легко перенести выше сказанное на молекулярную эволюцию. Полипептиды оказались удобным материальным выражением собственно функциональности, ибо имели множество вариантов строения и конформаций. Фермент изначально не был предназначен для выполнения ферментативной функции. Он просто оказался подходящей структурой. Первичными катализаторами могли быть даже не органические соединения, а кристаллы алюмосиликатов. По сути - глина. Они же и послужили матрицей для построения случайных полипептидов, которые мы теперь знаем, как белки-ферменты. Та же история, до мелочей, повторится и в случае с нуклеиновыми кислотами. Нашелся удобный эквивалент "памяти" о структуре, который, ко всему прочему, обладал еще и весьма полезной особенностью - репликацией.
Тут надо остановиться и определиться со следующим: обычно биологической эволюции приписывают огромные сроки на реализацию "задумки". Это является одним из наиболее распространенных аргументов "против". И в самом деле, сложная структура, к тому же еще и с функциональностью, должна формироваться весьма долго. А если учесть количество вариантов такой структуры, то время перебора становится в разы больше времени существования Вселенной. Этот постулат "антиэволюции" часто представляют в виде "невозможности самосборки самолета на свалке авиадеталей".
Что ж, вот лес, вот залежи руды и угля. Из этого изначального набора невозможно построить корабль. Но стоит из руды выплавить топор, сделать из дерева топорище, как уже можно валить деревья. Сделать гвозди, рубанок, пилу. Уже можно строить корабль. И чем сложнее будет инструмент, тем быстрее будет достигаться результат. Что это значит? Это значит, что эволюции не нужны нереальные сроки. Ей некогда перебирать варианты (топор побольше, поменьше, полегче, потяжелее, острее, тупее, топорище длиннее, короче и т. д. и т. п.). Есть исходный материал (матрица с каталитическим действием, кристалл, на развитой поверхности которого реакции идут в десятки и сотни раз быстрее) и этого достаточно. Следующий этап - появление первых пептидов - не заставит себя долго ждать. Несколько миллионов лет. Не десятки миллионов, а единицы. И чем сложнее предыдущая ступень, чем выше уровень ее организации, тем быстрее реализуется следующая. В итоге скорость образования новых структур становится просто феноменальной, приходя к той самой взрывной эволюции, которой был посвящен пост "Прыжки в длинну". В итоге даже на образование весьма сложных биополимеров не потребовались миллиарды миллиардов лет. Природа схватилась за один из первых удачных вариантов и до сих пор от него не отказывается.
Вот так, от факторов, вызывающих хаотическое упорядочивание, через простейшие структуры, которые это упорядочивание порождает, мы переходим к сложным формам организации, узкоспециализированным компонентам живого организма. Тут интересно следующее: изначально не было ферментов, отвечающих за гликолиз сахаров, не было белка гемоглобина, не было ферментов, работающих с перекисью водорода в клетках. Все они появились непосредственно тогда, когда появилась необходимость в них. Т. е. опять же, изначально в белки и ДНК не было заложено никакой функциональности. Им, как новобранцам в армии, подбирают форму, оружие и место службы. Такая вот не функциональная функциональность.
4 мая 2010 г.
Эдиакарская фауна
Это произошло примерно 635 миллионов лет назад и продолжалось всего 93 миллиона лет. По геологическим меркам это совершенно небольшой отрезок. Чтобы представить, насколько это мало, ниже представлена шкала времени от момента появления первых живых организмов (приблизительно 4000 млн. лет назад) до настоящего времени.
Зеленый - это время существования динозавров (примерно 160 миллионов лет), синий - это время существования человека в современном виде (2 миллиона лет, и приходится даже увеличить этот участок, чтобы было видно тоненькую полосочку). Ну а красный - это как раз сам венд.
Кажется, что не так это и мало - 93 миллиона лет. Человек появился и развился гораздо быстрее, вроде бы. Суть - верно. Но стоит учесть, что род Homoне появился на эволюционной арене в один миг. Перед ним существовал целый ряд предковых видов, несколько параллельных линий. В общем-то можно увести предковую линию человека вплоть до времен динозавров. И даже дальше - к самым первым хордовым типа оболчников, чьи личинки, так и оставшись личинками, дали начало первым ланцетникоподобным. В принципе, экстраполируя имеющиеся сведения на более ранние эпохи, можно даже примерно выстроить всю эволюционную линию, от первых живых организмов и эукариот до современного человека. И все это время линия нигде не прерывается.
Иначе дело обстоит с одной из самых замечательных фаун за всю историю Земли. Фауна эта называется докембрийской и является самой древней обнаруженной многоклеточной фауной.
Первооткрывателем вендской фауны стал наш соотечественник академик Борис Сергеевич Соколов, который в 1952 году впервые описал странные отпечатки неизвестных науке организмов, не встречающихся более нигде позже в летописи. Собственно, отпечатки находили и до него, начиная с 30-х годов 20-го века. В местечке Эдиакарий (Австралия) таких отпечатков было обнаружено множество. Но тогда их отнесли к кишечнополостным. Собственно, по названию Эдиакарий теперь период этот называется еще и эдиакарским. Оба названия (вендский или эдиакарский период) равносильны. А еще раньше в Намибии были найдены странные листоподобные отпечатки (в 1908 году). Но их отнесли к кембрию и благополучно занялись более насущными делами. Соколов же вполне правомерно выделил этот период и сдвинул кембрий немного вверх. Таким образом фауна стала докембрийской.
Что же такого интересного представляет из себя вендская биота? Прежде всего она интересна, как глобальный природный эксперимент, проведенный в масштабах всей планеты. В течение эдиакара были испытаны едва ли не все возможные типы животного метаболизма, перебрано огромное число форм тела и жизненных форм, получена сильнейшая иррадиация. Все это стало причиной появления мощнейшей адаптационной способности у эдиакарских организмов. Будучи по сути похожими, они дали практически все жизненные формы, которые, в том или ином виде, мы можем наблюдать и сегодня. «Природа в своей лаборатории поставила смелый эксперимент, который, впрочем, был обречен на провал." Но об этом позже.
Итак, что же собой представляли эти организмы, которые почти 100 миллионов лет были практически единственными животными, обитавшими на Земле? Тема внешнего вида вендобионтов до сих пор дискутируется. Но большинство сходится в следующем: это мягкотелые животные организмы. И все. Это все, что можно сказать по окаменелостям первом приближении. Да и что можно сказать, найдя примерно вот это:
Здесь как горох рассыпаны отпечатки непонятно чего. Но временами находятся и более четкие и ясные «оттиски» что-то вроде этого:
Можно было быть уверенным, что ничего подобного, ничего даже на вид знакомого палеонтологам не встречалось. Обилие совершенно нетипичных форм, которые более никогда не появлялись в летописи (ни до, ни после) ставило в тупик. Причем так сильно, что не заметили самой яркой особенности, списав ее на обычную посмертную деформацию при фоссилизации (окаменении). На следующем рисунке ее хорошо видно:
Если посмотреть внимательно, то можно увидеть сегментацию. Похожий тип организации сейчас встречается у кольчатых червей, например (дождевой червь, пиявка). Но это и упустили тогда. Присмотревшись, оказывается сегменты не зеркально отражены, а располагаются, как зубцы "застежки-молнии". Каждый следующий сегмент перекрывает противолежащий. На это обратил внимание Михаил Александрович Федонкин, ныне член РАН и сотрудник Палеонтологического института. Именно он впервые указал на эту особенность, как на общую для всех вендобионтов. Такой тип симметрии назвали скользящей. Тому примеры:
Т. е. получалось, что и в самом деле вендская фауна не имела своих потомков на Земле. Но тогда даже это было не важно. Два других вопроса казались более существенными:
- как появилась столь разнообразная биота?
- каким образом выживали вендские организмы, учитывая, что размер некоторых из них доходил до полутора метров?
Первый вопрос оказался проще, чем можно было подумать. До наших дней в виде отпечатков сохранились наиболее крупные представители, появившиеся в самом начале венда. Ранее эти организмы были слишком мелки и еще более мягкотелы, чтобы оставить какое-либо упоминание о себе.
Второй вопрос поставил в тупик палеонтологов и биологов. У вендобионтов не было обнаружено каких-либо специальных приспособления для поглощения пищи. Ни ротового отверстия, ни придатков, ни специализированной пищевой системы. Точнее, последняя была, но больше напоминала просто каналы, где пища скапливалась. А, может, там собирались отходы жизнедеятельности.
Собственно, всех тонкостей до сих пор не знают, но опять же большинство сходится на том, что вендобионты питались растворенной в воде органикой (или растворяли ее сами, что тоже вполне возможно) ВСЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ТЕЛА. Сейчас таким образом питаются паразитические черви.
В докембрийских морях уже господствовали строматолиты и простейшие водоросли. Но не было никаких потребителей мертвой органики, которая в изобилии имелась на дне и в толще воды (фильтровать-то тоже было некому, строматолиты не в счет, фильтраторы они весьма посредственные). Итак, в мутной воде полно органического материала, который легко усваивается. На дне его тоже полно. Ну как на такую практически бесплатную еду не найтись едоку. Вот он и нашелся.
А ведь огромное количество органики, особенно у дна, создавало еще одну проблему: весь кислород, который мог быть использован для дыхания, тратился на окисление органических веществ. Потому только на небольшой глубине имелись более или менее приемлимые условия существования. У самого дня находилась зона практически полного отсутствия кислорода.
Грубо говоря, вендобионты начали свое торжество с "впитывания" органических веществ из толщи воды. Постепенно некоторые опустились на дно, где продолжали "выедать" субстрат. Процесс этот был очень медленным. Вероятно в бороздках между сегментами находились реснички, которые либо взмучивали органический ил, либо, у более поздних организмов, подгоняли частички к некоему подобию рта, откуда пища разносилась по пищевым канальцам, переваривалась и впитывалась.
Но этим все не ограничивалось. Вероятно, имелись как подвижные формы, способные переплывать с места на место, так и сидячие, как, например, вот эта чарния (отпечаток приведен выше, в обсуждении "застежки).
Очень напоминает современные актинии. А были и подушкообразные оседлые формы, были дискообразные и т. д.
Удивительно то, что такое мощное разнообразие в один момент (по геологическим меркам) исчезло. Вымерло. А на смену венду пришел кембрий с уже вполне знакомыми нам раковинами моллюсков, членистоногими в лице трилобитов, губками, иглокожими, червями и т. д. Т. е. под сенью огромного разнообразия вендобионтов тихо и незаметно развивались многие группы современных организмов. И, как только вендская фауна начала угасать, они тут же выпрыгнули на арену.
С этим и связан третий вопрос: почему вымерла стольк богатая и многообещающая фауна эдиакарского периода? А все оказалось достаточно прозаично. В совсем грубой форме можно сказать - вымерли от голоды. И не такими многообещающими были вендские организмы с точки зрения эволюции. У них у все была одна функция - поглощать уже готовую органику всем телом.
Ничего удивительного не будет в словах: "Природа создала вендскую фауну в качестве пылесоса, которым подготовили помост для будущего разнообразия живого мира". В самом деле, вендские организмы были идеально приспособлены к своим условиям жизни. Но как только количество органики в воде и у дна уменьшилось (а 90 миллионов лет вполне для этого достаточно) до того предела, что пассивное впитывание ее перестало удовлетворять потребности, вендобионты приказали долго жить. Тут, видимо, сыграла не малую роль и организация метаболизма. Вероятно, он был не на столько энергетически выгоден, как у более прогрессивных организмов, а потому вендобионтам требовалось больше пищи на единицу массы, чтобы покрыть свои расходы, нежели тем же губкам, червям, трилобитам и т. д.
Собственно, венд тем и интересен, что в то время природа сделала первый крупный эволюционный прыжок. Далеко вперед. И эксперимент надо признать удачным хотя бы только потому, что свою функцию вендские организмы выполнили отменно. А если помните, то провал одной группы не означает провал живого мира вообще. Он означает триумф другой группы, которая имела какое-то небольшое, но крайне важное преимущество. Эдиакарские животные перепробовали практически все формы, которые потом повторили другие существа, тем самым еще раз доказав нам, что эволюция никогда не отказывается от того, что получилось весьма удачным.
Потом еще на Земле будут и биологические взрывы, когда разнообразие будет просто зашкаливать, будут и массовые вымирания. Но никогда более ни одна фауна не вымрет полностью. Может, если немного утрировать, природа наигралась в венде?
К слову, уважаемый Максим Вадимович Леонов, сотрудник лаборатории докембрийских организмов Палеонтологического института показывал вашему покорному слуге образцы отпечатков вендобионтов и тогдашней флоры. Весьма и весьма интересно и крайне занимательно. Так что, можете верить мне на слово, все, что у нас есть "по делу венда" выглядит не так красиво, как на фотографиях (где для этого специльно подготавливают отпечатки), но вызывает огромное желание разобраться в этом. Помнится, мы больше часа обсуждали многие проблемы, которые стоят перед исследователями.
В следующий раз расскажу вам о великих вымираниях и их причинах. Ну, и на последок - фото Дикинсония костата (Dicinsonia costata):
Зеленый - это время существования динозавров (примерно 160 миллионов лет), синий - это время существования человека в современном виде (2 миллиона лет, и приходится даже увеличить этот участок, чтобы было видно тоненькую полосочку). Ну а красный - это как раз сам венд.
Кажется, что не так это и мало - 93 миллиона лет. Человек появился и развился гораздо быстрее, вроде бы. Суть - верно. Но стоит учесть, что род Homoне появился на эволюционной арене в один миг. Перед ним существовал целый ряд предковых видов, несколько параллельных линий. В общем-то можно увести предковую линию человека вплоть до времен динозавров. И даже дальше - к самым первым хордовым типа оболчников, чьи личинки, так и оставшись личинками, дали начало первым ланцетникоподобным. В принципе, экстраполируя имеющиеся сведения на более ранние эпохи, можно даже примерно выстроить всю эволюционную линию, от первых живых организмов и эукариот до современного человека. И все это время линия нигде не прерывается.
Иначе дело обстоит с одной из самых замечательных фаун за всю историю Земли. Фауна эта называется докембрийской и является самой древней обнаруженной многоклеточной фауной.
Первооткрывателем вендской фауны стал наш соотечественник академик Борис Сергеевич Соколов, который в 1952 году впервые описал странные отпечатки неизвестных науке организмов, не встречающихся более нигде позже в летописи. Собственно, отпечатки находили и до него, начиная с 30-х годов 20-го века. В местечке Эдиакарий (Австралия) таких отпечатков было обнаружено множество. Но тогда их отнесли к кишечнополостным. Собственно, по названию Эдиакарий теперь период этот называется еще и эдиакарским. Оба названия (вендский или эдиакарский период) равносильны. А еще раньше в Намибии были найдены странные листоподобные отпечатки (в 1908 году). Но их отнесли к кембрию и благополучно занялись более насущными делами. Соколов же вполне правомерно выделил этот период и сдвинул кембрий немного вверх. Таким образом фауна стала докембрийской.
Что же такого интересного представляет из себя вендская биота? Прежде всего она интересна, как глобальный природный эксперимент, проведенный в масштабах всей планеты. В течение эдиакара были испытаны едва ли не все возможные типы животного метаболизма, перебрано огромное число форм тела и жизненных форм, получена сильнейшая иррадиация. Все это стало причиной появления мощнейшей адаптационной способности у эдиакарских организмов. Будучи по сути похожими, они дали практически все жизненные формы, которые, в том или ином виде, мы можем наблюдать и сегодня. «Природа в своей лаборатории поставила смелый эксперимент, который, впрочем, был обречен на провал." Но об этом позже.
Итак, что же собой представляли эти организмы, которые почти 100 миллионов лет были практически единственными животными, обитавшими на Земле? Тема внешнего вида вендобионтов до сих пор дискутируется. Но большинство сходится в следующем: это мягкотелые животные организмы. И все. Это все, что можно сказать по окаменелостям первом приближении. Да и что можно сказать, найдя примерно вот это:
Здесь как горох рассыпаны отпечатки непонятно чего. Но временами находятся и более четкие и ясные «оттиски» что-то вроде этого:
Можно было быть уверенным, что ничего подобного, ничего даже на вид знакомого палеонтологам не встречалось. Обилие совершенно нетипичных форм, которые более никогда не появлялись в летописи (ни до, ни после) ставило в тупик. Причем так сильно, что не заметили самой яркой особенности, списав ее на обычную посмертную деформацию при фоссилизации (окаменении). На следующем рисунке ее хорошо видно:
Если посмотреть внимательно, то можно увидеть сегментацию. Похожий тип организации сейчас встречается у кольчатых червей, например (дождевой червь, пиявка). Но это и упустили тогда. Присмотревшись, оказывается сегменты не зеркально отражены, а располагаются, как зубцы "застежки-молнии". Каждый следующий сегмент перекрывает противолежащий. На это обратил внимание Михаил Александрович Федонкин, ныне член РАН и сотрудник Палеонтологического института. Именно он впервые указал на эту особенность, как на общую для всех вендобионтов. Такой тип симметрии назвали скользящей. Тому примеры:
Т. е. получалось, что и в самом деле вендская фауна не имела своих потомков на Земле. Но тогда даже это было не важно. Два других вопроса казались более существенными:
- как появилась столь разнообразная биота?
- каким образом выживали вендские организмы, учитывая, что размер некоторых из них доходил до полутора метров?
Первый вопрос оказался проще, чем можно было подумать. До наших дней в виде отпечатков сохранились наиболее крупные представители, появившиеся в самом начале венда. Ранее эти организмы были слишком мелки и еще более мягкотелы, чтобы оставить какое-либо упоминание о себе.
Второй вопрос поставил в тупик палеонтологов и биологов. У вендобионтов не было обнаружено каких-либо специальных приспособления для поглощения пищи. Ни ротового отверстия, ни придатков, ни специализированной пищевой системы. Точнее, последняя была, но больше напоминала просто каналы, где пища скапливалась. А, может, там собирались отходы жизнедеятельности.
Собственно, всех тонкостей до сих пор не знают, но опять же большинство сходится на том, что вендобионты питались растворенной в воде органикой (или растворяли ее сами, что тоже вполне возможно) ВСЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ТЕЛА. Сейчас таким образом питаются паразитические черви.
В докембрийских морях уже господствовали строматолиты и простейшие водоросли. Но не было никаких потребителей мертвой органики, которая в изобилии имелась на дне и в толще воды (фильтровать-то тоже было некому, строматолиты не в счет, фильтраторы они весьма посредственные). Итак, в мутной воде полно органического материала, который легко усваивается. На дне его тоже полно. Ну как на такую практически бесплатную еду не найтись едоку. Вот он и нашелся.
А ведь огромное количество органики, особенно у дна, создавало еще одну проблему: весь кислород, который мог быть использован для дыхания, тратился на окисление органических веществ. Потому только на небольшой глубине имелись более или менее приемлимые условия существования. У самого дня находилась зона практически полного отсутствия кислорода.
Грубо говоря, вендобионты начали свое торжество с "впитывания" органических веществ из толщи воды. Постепенно некоторые опустились на дно, где продолжали "выедать" субстрат. Процесс этот был очень медленным. Вероятно в бороздках между сегментами находились реснички, которые либо взмучивали органический ил, либо, у более поздних организмов, подгоняли частички к некоему подобию рта, откуда пища разносилась по пищевым канальцам, переваривалась и впитывалась.
Но этим все не ограничивалось. Вероятно, имелись как подвижные формы, способные переплывать с места на место, так и сидячие, как, например, вот эта чарния (отпечаток приведен выше, в обсуждении "застежки).
Очень напоминает современные актинии. А были и подушкообразные оседлые формы, были дискообразные и т. д.
Удивительно то, что такое мощное разнообразие в один момент (по геологическим меркам) исчезло. Вымерло. А на смену венду пришел кембрий с уже вполне знакомыми нам раковинами моллюсков, членистоногими в лице трилобитов, губками, иглокожими, червями и т. д. Т. е. под сенью огромного разнообразия вендобионтов тихо и незаметно развивались многие группы современных организмов. И, как только вендская фауна начала угасать, они тут же выпрыгнули на арену.
С этим и связан третий вопрос: почему вымерла стольк богатая и многообещающая фауна эдиакарского периода? А все оказалось достаточно прозаично. В совсем грубой форме можно сказать - вымерли от голоды. И не такими многообещающими были вендские организмы с точки зрения эволюции. У них у все была одна функция - поглощать уже готовую органику всем телом.
Ничего удивительного не будет в словах: "Природа создала вендскую фауну в качестве пылесоса, которым подготовили помост для будущего разнообразия живого мира". В самом деле, вендские организмы были идеально приспособлены к своим условиям жизни. Но как только количество органики в воде и у дна уменьшилось (а 90 миллионов лет вполне для этого достаточно) до того предела, что пассивное впитывание ее перестало удовлетворять потребности, вендобионты приказали долго жить. Тут, видимо, сыграла не малую роль и организация метаболизма. Вероятно, он был не на столько энергетически выгоден, как у более прогрессивных организмов, а потому вендобионтам требовалось больше пищи на единицу массы, чтобы покрыть свои расходы, нежели тем же губкам, червям, трилобитам и т. д.
Собственно, венд тем и интересен, что в то время природа сделала первый крупный эволюционный прыжок. Далеко вперед. И эксперимент надо признать удачным хотя бы только потому, что свою функцию вендские организмы выполнили отменно. А если помните, то провал одной группы не означает провал живого мира вообще. Он означает триумф другой группы, которая имела какое-то небольшое, но крайне важное преимущество. Эдиакарские животные перепробовали практически все формы, которые потом повторили другие существа, тем самым еще раз доказав нам, что эволюция никогда не отказывается от того, что получилось весьма удачным.
Потом еще на Земле будут и биологические взрывы, когда разнообразие будет просто зашкаливать, будут и массовые вымирания. Но никогда более ни одна фауна не вымрет полностью. Может, если немного утрировать, природа наигралась в венде?
К слову, уважаемый Максим Вадимович Леонов, сотрудник лаборатории докембрийских организмов Палеонтологического института показывал вашему покорному слуге образцы отпечатков вендобионтов и тогдашней флоры. Весьма и весьма интересно и крайне занимательно. Так что, можете верить мне на слово, все, что у нас есть "по делу венда" выглядит не так красиво, как на фотографиях (где для этого специльно подготавливают отпечатки), но вызывает огромное желание разобраться в этом. Помнится, мы больше часа обсуждали многие проблемы, которые стоят перед исследователями.
В следующий раз расскажу вам о великих вымираниях и их причинах. Ну, и на последок - фото Дикинсония костата (Dicinsonia costata):
Понимание эволюции
Весьма просто и без особых усилий можно понять то, что наглядно представляемо. Даже такой сложный агрегат, как двигатель внутреннего сгорания перестает казаться сложным, если есть наглядное пособие, которое, кстати, в школе видели практически все. Да что там, если уж такие сложные вещи, как устройство атома, Солнечной системы, человеческого организма понимаются достаточно легко, если имеются соответствующие модели.
Сложнее дело обстоит с абстрактными понятиями, продемонстрировать которые более или менее убедительно за короткий промежуток времени сложно. Вот такой абстракцией можно назвать и эволюционную теорию. Нет единственно верного способа наглядно изобразить это явление, чтобы сразу стало ясно, как это работает. То, что сейчас применяют в учебном процессе - это отдельные фрагменты, отрывки, которые вряд ли репрезентативны относительно глобального процесса.
Убедительно и понятно ли выглядит серия картинок, на которых изображены "стадии эволюции лошади"? Совершенно не убедительно. Аналогично выглядят и картинки, изображающие не только эволюцию птиц, насекомых, но даже человека. Почему? На таких картинках никогда не получится отобразить в полной мере сам процесс развития как отдельного отряда, так и жизни вообще. А все попытки сделать это обречены быть всего лишь бесконечным приближением.
И это практически все, что осталось с криптозоя. Не в счет следы биогенов, которые уже упоминались. Бактерии производили органические кислоты в огромных количествах как отходы жизнедеятельности. А эти кислоты разрушали субстрат гораздо быстрее, чем простая воды и ветер. Да и вообще сам субстрат совершенно иным. В то время кислорода в атмосфере было так мало, что он не способен был не то, чтобы поддерживать аэробные организмы, его не хватало даже на полное окисление восстановленных минералов типа пирита. Пиритовую гальку, кстати, в горизонте криптозоя и ниже находят в огромных количествах. Именно гальку, окатаную водой. А это лишний раз говорит о том, что в воде кислорода тогда было очень-очень мало.
Собственно, вот такие скудные "с криптозоя". Ничего такого, что могло бы говорить о том, что в то время существовала богатая жизнь. И все бы ничего, это бы укладывалось в голове даже в том виде, в котором есть, если бы не один факт. Началась эра под названием фанерозой. Т. е. эра явной жизни, когда обнаруживаются богатые останками слои, да еще и с хорошо сформированными организмами. В это время начинается буквально рассвет разнообразных мягкотелых. Небывалый взрыв жизни. Если бегло рассматривать вопрос эволюции, то может создаться впечатления, что всю эту жизнь на Землю скинули, будто и впрям сотворили.
И чем дальше, тем больше различных нестыковок. В истории Земли появляются и исчезают флоры и фауны, аналогов которым больше никогда не будет. Появляются стихийно, казалось бы, мимолетно, из ниоткуда. Если ухватить только верхушки, то совершенно никакого объяснения таким вспышкам нет. Ранее, в постах, посвященных эволюции, мы уже обсуждали, почему эволюционный процесс позволяет себе разнообразные зигзаги, развороты, повороты и т. д. Но то повороты. А сейчас речь заходит о появлении новой господствующей фауны и о ее ПОЛНОМ исчезновении. Равно и флоры (хотя флористические комплексы являли такие фокусы гораздо реже и вымирали не полностью, по крайней мере - не моментально). Соответственно, первое недоразумение, которое мне встречалось - это полное непонимание собственно путей эволюции. Но с этим более или менее разобрались. Второе, более глубокое недоумение, вызывающее фундаментальное противоречие, это как раз "перезагрузка" жизни на Земле.
Но, собственно, никакой загадки в этом нет. Следующий эволюционный пост будет посвящен как раз одному из таких моментов в истории жизни. А пока откланиваюсь. Надеюсь, что вызвал у вас некоторые вопросы. Спасибо за внимательное чтение.
Сложнее дело обстоит с абстрактными понятиями, продемонстрировать которые более или менее убедительно за короткий промежуток времени сложно. Вот такой абстракцией можно назвать и эволюционную теорию. Нет единственно верного способа наглядно изобразить это явление, чтобы сразу стало ясно, как это работает. То, что сейчас применяют в учебном процессе - это отдельные фрагменты, отрывки, которые вряд ли репрезентативны относительно глобального процесса.
Убедительно и понятно ли выглядит серия картинок, на которых изображены "стадии эволюции лошади"? Совершенно не убедительно. Аналогично выглядят и картинки, изображающие не только эволюцию птиц, насекомых, но даже человека. Почему? На таких картинках никогда не получится отобразить в полной мере сам процесс развития как отдельного отряда, так и жизни вообще. А все попытки сделать это обречены быть всего лишь бесконечным приближением.
 | Наверное, только некоторые моменты могут быть поняты однозначно. Например, теория Вегинера о дрейфе континентов. Ну да и в самом деле, процесс это достаточно линейный, даже не смотря на те флуктуации, о которых мы уже знаем. Грубо и крайне приближенно это можно представить в виде мыльного пузыря, по поверхности которого скользят цветные разводы. Кстати, и относительные размеры будут примерно такими же. Т. е. перетекания линий разводов будут демонстрировать дрейф континентов, а толщина мыльной пленки будет где-то близко к толщине если уж не континентальной коры, то океанической точно. И, пожалуй, еще из области наглядного - это наслоения осадочных пород, которые можно встретить практически везде, где есть обрывы. Любое глубокое русло реки окружено этими своеобразными "учетными книгами" истории Земли. Но даже тут может возникнуть проблема: слои, как правило, очень четко отделены друг от друга. В большинстве случаев граница хорошо прослеживается, а чередование слоев повторяется и в других местах района и даже может распространяться на континент. А может и по всему миру. На этом принципе и основана сама геологическая летопись и принципы построения стратиграфической шкалы.
|
Собственно, вот такие скудные "с криптозоя". Ничего такого, что могло бы говорить о том, что в то время существовала богатая жизнь. И все бы ничего, это бы укладывалось в голове даже в том виде, в котором есть, если бы не один факт. Началась эра под названием фанерозой. Т. е. эра явной жизни, когда обнаруживаются богатые останками слои, да еще и с хорошо сформированными организмами. В это время начинается буквально рассвет разнообразных мягкотелых. Небывалый взрыв жизни. Если бегло рассматривать вопрос эволюции, то может создаться впечатления, что всю эту жизнь на Землю скинули, будто и впрям сотворили.
И чем дальше, тем больше различных нестыковок. В истории Земли появляются и исчезают флоры и фауны, аналогов которым больше никогда не будет. Появляются стихийно, казалось бы, мимолетно, из ниоткуда. Если ухватить только верхушки, то совершенно никакого объяснения таким вспышкам нет. Ранее, в постах, посвященных эволюции, мы уже обсуждали, почему эволюционный процесс позволяет себе разнообразные зигзаги, развороты, повороты и т. д. Но то повороты. А сейчас речь заходит о появлении новой господствующей фауны и о ее ПОЛНОМ исчезновении. Равно и флоры (хотя флористические комплексы являли такие фокусы гораздо реже и вымирали не полностью, по крайней мере - не моментально). Соответственно, первое недоразумение, которое мне встречалось - это полное непонимание собственно путей эволюции. Но с этим более или менее разобрались. Второе, более глубокое недоумение, вызывающее фундаментальное противоречие, это как раз "перезагрузка" жизни на Земле.
Но, собственно, никакой загадки в этом нет. Следующий эволюционный пост будет посвящен как раз одному из таких моментов в истории жизни. А пока откланиваюсь. Надеюсь, что вызвал у вас некоторые вопросы. Спасибо за внимательное чтение.
Знаете ли вы, что...
- в геноме каждого человека находится 30000 ретровирусных вставок. Иными словами, каждый человек несет в своей ДНК 30000 фрагментов, которые при потенциальном активировании и репликации могут дать исходный ретровирус. Эти 30000 фрагментов занимают примерно 1% всего кода ДНК.
- у шимпанзе и человека кроме всего прочего имеются одинаковые вирусные вставки.
- геном человека отличается от генома шимпанзе на 35 миллионов замен отдельных нуклеотидов, 5 миллионов делеций (удалений) и инсерций (вставок), одно слияние двух хромосом (2-я пара) и 9 хромосомных инверсий. Не так уж и мало.
- скорость мутаций у человека сегодня составляет примерно 10 - 50 изменений на каждый миллиард нуклеотидов за одно поколение. Этого вполне достаточно, чтобы за расчетный промежуток времени (6 миллионов лет) накопились те изменения, которые отличают человека и шимпанзе (это не значит, что человек произошел от шимпанзе, это значит, что у них был общий предок).
- существует примерно 1,4 х 10^70 различных информационно эквивалентных друг другу вариантов генетических кодов ДНК, использующих те же самые кодоны и аминокислоты. При этом в природе реализован только один.
- в природе встречаются 102 различных нуклеотида, 390 аминокислот, но в состав ДНК входят только 4 нуклеотида, а в состав белков - только 22 аминокислоты.
- гликолиз (расщепление глюкозы в клетке) у всех эукариот (ядерных) и большинства прокариот безъядерных) происходит в 10 одинаковых стадий, в одной и той же последовательности, с использованием одних и тех же 10 ферментов. Количество же термодинамически эквивалентных путей гликолиза вобще насчитывает несколько тысяч.
- у ВСЕХ живых организмов роль основного переносчика энергии в клетке является АТФ (аденозинтрифосфат), хотя на эту роль подходят сотни других молекул.
Эволюция не делает исключений
Наверное, всех в детском возрасте завораживали динозавры. Наверняка у многих дух захватывало, когда вам рассказывали о гигантских диплдоках длинной в 30 метров, кровожадных ти-рексах, которые одним своим видом уже наводили ужас не только на вас, но и на тогдашнюю фауну. Хотя, наверное, вот этим все и ограничивалось. Редко кто уже в сознательном возрасте мог назвать еще каких-то динозавров, кроме означенных выше.
Мимо проходят замечательные цератопсы, по-настоящему кровожадные велоцирапторы, водные ихтиозавры и их соседи мезозавры. Совсем ничего обычно не расскажут об утконосых динозаврах, звероящерах, которые уже тогда были далеко впереди своего времени. О том, что ти-рекс на самом деле не был хищником, вообще сейчас ничего не известно, а мне не раз крутили пальцем у виска, тыкая в страшную картину, на которой ти-рекс рвал в клочья какого-то утконосого динозавра.
Но вне зависимости от этого все мы слышали и помним о летающих ящерах - птерозавров. Короли воздуха всего мелового периода, а еще раньше юрского и даже части триаса. Асы воздушного пилотажа. Сейчас их место заняли птицы, которые, тем не менее, сами являются далекими потомками пресмыкающихся, хотя с птерозаврами ничего общего не имеют. И тем интереснее становится эта тема. Два класса, освоившие воздух. Две изначально совершенно разные физиологические системы. Но между ними гораздо больше общего, чем между птицами и их непосредственными предками - наземными мелкими динозаврами, которые никогда до этого не поднимались в воздух.
Что важно в полете? Легкость и маневренность. Скорость - это уже вторичное явление, результат дальнейшей адаптации. А что дает птицам лекгость? Помните из школьного курса биологии? У птиц полые и весьма тонкие кости, во многие из которые заходят воздушные мешки. Эти мешки позволяют птице дышать постоянно, и на вдохе, и на выдохе. В мешках образуется запас богатого кислородом воздуха, который, выходя из них, дополнительно насыщает кровь кислородом.
Интересный факт: странствующий альбатрос (Diomedea exulans) имеет размах крыльев в три метра. При этом вес его скелета составляет всего 150 грамм. Для сравнения вес скелета человека - около 8-10 килограмм. Т. е. примерно 1/9 веса тела. Взрослый самец Странствующего альбатроса весит около 8-9 килограмм. Т. е. скелет составляет 1/60 часть общей массы. Разница впечатляет. У птиц облегчено все, максимально снижен вес любой части тела, любого органа. Даже физиология птиц подчинена этому. Пища в пищеварительном тракте редко задерживается больше 15 минут. Многие птицы вообще не отягощают себя полным перевариванием и отрыгивают остатки пищи. Но при этом эффективность пищеварения такова, что позволяет полностью компенсировать энергетические затраты на активный машущий полет.
У птиц нет хвоста, который был бы лишней помехой. Но есть хвостовое оперение, которое жизненно необходимо для стабилизации и торможения. Без хвостовых перьев птица летает крайне неуверенно. У птиц образуется большой киль (бескилевые птицы не летают), к которому прикрепляются мощные махательные мышцы крыльев. Им нужна большая площадь приклепления, чтобы обеспечить хороший взмах.
Зрение у птиц очень острое, прекрасно развит вестибулярный аппарат. Но зато у них слабое обоняние, которе в полете практически не требуется. Зрение монокулярное, но с огромными правой и левой полусферами - в 180 градусов. Бинокулярное зрение имеют только совы. Глаза не мигают. Эту функцию выполняет мигательная перепонка.
Тело птицы максимально сглажено, чтобы создать идеальный обтекаемый контур. В этом особенно помогают перья, которые, к тому же (пуховые перья) создают теплоизолирующу прослойку около поверхности тела. Кожа у птиц сухая. В ней нет потовых и сальных желез.
Вот краткий список приспособлений птиц к полету. И что тут особенного, скажете вы. Все это известно. Ничего нового.
Да тут и не должно быть ничего нового. Речь-то не о глобаном открытии. Теперь обратимся к уже вымершим летающим ящерам. К сожалению, сохранилось немного полных скелетов, но и тех, что сохранились, оказалось вполне достаточно, чтобы сделать некоторые твердые выводы.
В отличие от всякого рода рассказов, слухов, легенд, птерозавры в массе своей были небольшими. В основном это были виды с размерами от голубя до орла. Правда, встречались среди них и свои гиганты. Птеранодон, например, имел размах крыльев до 9 метров. А еще более крупный кетцалькоатль - до 14 метров. Но это - скорее исключения, чем правило. Кстати, среди птиц тоже встречались гиганты (к примеру гигантское вымершее соколообразное из Аргентины Аргентавис (Argentavis magnificens)
Но еще интереснее становится, если внимательно рассматривать найденные скелеты. Мы обнаружим все те же трубчатые кости с явными признаками того, что в них, вероятнее всего, располагались такие же воздушные мешки. Те же самые способы облегчения всего и вся. Вот, к примеру, результаты трехмерного сканирования окаменелых черепов двух видов птерозавров - рамфоринха и анхангуеры (соответственно):
Как можно заметить, все те же максимально облегченные тонкие кости. Сканов других костей, к сожалению, пока не нашел. Но и этого вполне хватит, чтобы оценить приспособленность. Птерозавры так и не избавились от зубов. Может, потому, что основной их пищей была рыба и такие же пресмыгающиеся. Цветковых с питательными плодами тогда не было.
Другим интересным приспособлением стало обретение шерстяного покрова. Да-да. Вы не ослышались и я не сошел с ума. Летающие динозавры, судя по всему, имели шерстяной покров. Об этом дополнительно свидетельствует вот эта фотография:
Рамкой обведено место, где остались отпечатки явно шерстного покрова. Да и как быть иначе? Долгое время считалось, что все динозавры были хладнокровными (пойкилотермными). Но при этом никак не удавалось втиснуть в эту концепцию самих летающих динозавров. Ведь полет требует активного метаболизма, который был бы невозможнен при хладнокровности, даже если принять во внимание, что птерозавры могли нагреваться по утрам в лучах Солнца. С обнаружением признаков шерстного покрова все встало на свои места. Теплокровные летающие ящеры перестали быть бредом.
Перо появилось несколько позже. В итоге именно перо дало птицам большие преимущества. Шерсть такого не могла. Но в настоящее время существует и прекрасно себя чувствует группа рукокрылых млекопитающих, которые освоили активный полет. Тело их тоже покрыто шерстью, что никак им не мешает. Другой вопрос - какое происхождение имел шерстяной покров динозавров. Это сейчас не так важно.
У летающих ящеров, судя по внутреннему строению черепа, были хорошо развиты доли мозга, отвечащие за зрение. А вот обонятельные доли наоброт развиты плохо.
Кстати, вопрос о том, как при отсутствующем мозге определить расположение его долей, сам по себе прост. Мозг - не на столько изменчивая структура. Даже у далеких друг от друга групп животных он имеет сходное строние (за исключением деталей, конечно).
Ну, и огромные глаза тоже наличествовали. А еще птерозавры имели большой и сложно устроенный вестибулярный аппарат, который, вкупе с описанным сложным строением крыльев, однозначно говорит о них, как об отличных летунах. А отсюда должны последовать и другие выводы (как раз о системе пищеварения, особенностях зрения, координации, рецепции и т. д.).
В итоге, если абстрагироваться, рассматривая скелеты, скажем, буревестника и птеродактиля, можно, с некоторыми допущениями, подумать, что эти виды близки друг к другу или, по крайней мере, обитали в одно время. Даже не смотря на то, что между ними лежит два с половиной геологических периода общей длительностью почти 150 миллионов лет.
Эволюция - это жесткий и однозначный, в плане приспособлений, процесс. Пусть даже через миллиард лет появится новый класс животных, которые освоят полет. Мало есть оснований сомневаться, что и они пройдут весь тот путь, который прошли и птерозавры, и птицы, прежде, чем поднялись в воздух. И приспособления у них будут почти точно такие же.
Эволюция никогда не делает исключений.
Мимо проходят замечательные цератопсы, по-настоящему кровожадные велоцирапторы, водные ихтиозавры и их соседи мезозавры. Совсем ничего обычно не расскажут об утконосых динозаврах, звероящерах, которые уже тогда были далеко впереди своего времени. О том, что ти-рекс на самом деле не был хищником, вообще сейчас ничего не известно, а мне не раз крутили пальцем у виска, тыкая в страшную картину, на которой ти-рекс рвал в клочья какого-то утконосого динозавра.
Но вне зависимости от этого все мы слышали и помним о летающих ящерах - птерозавров. Короли воздуха всего мелового периода, а еще раньше юрского и даже части триаса. Асы воздушного пилотажа. Сейчас их место заняли птицы, которые, тем не менее, сами являются далекими потомками пресмыкающихся, хотя с птерозаврами ничего общего не имеют. И тем интереснее становится эта тема. Два класса, освоившие воздух. Две изначально совершенно разные физиологические системы. Но между ними гораздо больше общего, чем между птицами и их непосредственными предками - наземными мелкими динозаврами, которые никогда до этого не поднимались в воздух.
Что важно в полете? Легкость и маневренность. Скорость - это уже вторичное явление, результат дальнейшей адаптации. А что дает птицам лекгость? Помните из школьного курса биологии? У птиц полые и весьма тонкие кости, во многие из которые заходят воздушные мешки. Эти мешки позволяют птице дышать постоянно, и на вдохе, и на выдохе. В мешках образуется запас богатого кислородом воздуха, который, выходя из них, дополнительно насыщает кровь кислородом.
Интересный факт: странствующий альбатрос (Diomedea exulans) имеет размах крыльев в три метра. При этом вес его скелета составляет всего 150 грамм. Для сравнения вес скелета человека - около 8-10 килограмм. Т. е. примерно 1/9 веса тела. Взрослый самец Странствующего альбатроса весит около 8-9 килограмм. Т. е. скелет составляет 1/60 часть общей массы. Разница впечатляет. У птиц облегчено все, максимально снижен вес любой части тела, любого органа. Даже физиология птиц подчинена этому. Пища в пищеварительном тракте редко задерживается больше 15 минут. Многие птицы вообще не отягощают себя полным перевариванием и отрыгивают остатки пищи. Но при этом эффективность пищеварения такова, что позволяет полностью компенсировать энергетические затраты на активный машущий полет.
У птиц нет хвоста, который был бы лишней помехой. Но есть хвостовое оперение, которое жизненно необходимо для стабилизации и торможения. Без хвостовых перьев птица летает крайне неуверенно. У птиц образуется большой киль (бескилевые птицы не летают), к которому прикрепляются мощные махательные мышцы крыльев. Им нужна большая площадь приклепления, чтобы обеспечить хороший взмах.
Зрение у птиц очень острое, прекрасно развит вестибулярный аппарат. Но зато у них слабое обоняние, которе в полете практически не требуется. Зрение монокулярное, но с огромными правой и левой полусферами - в 180 градусов. Бинокулярное зрение имеют только совы. Глаза не мигают. Эту функцию выполняет мигательная перепонка.
Тело птицы максимально сглажено, чтобы создать идеальный обтекаемый контур. В этом особенно помогают перья, которые, к тому же (пуховые перья) создают теплоизолирующу прослойку около поверхности тела. Кожа у птиц сухая. В ней нет потовых и сальных желез.
Вот краткий список приспособлений птиц к полету. И что тут особенного, скажете вы. Все это известно. Ничего нового.
Да тут и не должно быть ничего нового. Речь-то не о глобаном открытии. Теперь обратимся к уже вымершим летающим ящерам. К сожалению, сохранилось немного полных скелетов, но и тех, что сохранились, оказалось вполне достаточно, чтобы сделать некоторые твердые выводы.
В отличие от всякого рода рассказов, слухов, легенд, птерозавры в массе своей были небольшими. В основном это были виды с размерами от голубя до орла. Правда, встречались среди них и свои гиганты. Птеранодон, например, имел размах крыльев до 9 метров. А еще более крупный кетцалькоатль - до 14 метров. Но это - скорее исключения, чем правило. Кстати, среди птиц тоже встречались гиганты (к примеру гигантское вымершее соколообразное из Аргентины Аргентавис (Argentavis magnificens)
Но еще интереснее становится, если внимательно рассматривать найденные скелеты. Мы обнаружим все те же трубчатые кости с явными признаками того, что в них, вероятнее всего, располагались такие же воздушные мешки. Те же самые способы облегчения всего и вся. Вот, к примеру, результаты трехмерного сканирования окаменелых черепов двух видов птерозавров - рамфоринха и анхангуеры (соответственно):
Как можно заметить, все те же максимально облегченные тонкие кости. Сканов других костей, к сожалению, пока не нашел. Но и этого вполне хватит, чтобы оценить приспособленность. Птерозавры так и не избавились от зубов. Может, потому, что основной их пищей была рыба и такие же пресмыгающиеся. Цветковых с питательными плодами тогда не было.
Другим интересным приспособлением стало обретение шерстяного покрова. Да-да. Вы не ослышались и я не сошел с ума. Летающие динозавры, судя по всему, имели шерстяной покров. Об этом дополнительно свидетельствует вот эта фотография:
Рамкой обведено место, где остались отпечатки явно шерстного покрова. Да и как быть иначе? Долгое время считалось, что все динозавры были хладнокровными (пойкилотермными). Но при этом никак не удавалось втиснуть в эту концепцию самих летающих динозавров. Ведь полет требует активного метаболизма, который был бы невозможнен при хладнокровности, даже если принять во внимание, что птерозавры могли нагреваться по утрам в лучах Солнца. С обнаружением признаков шерстного покрова все встало на свои места. Теплокровные летающие ящеры перестали быть бредом.
Перо появилось несколько позже. В итоге именно перо дало птицам большие преимущества. Шерсть такого не могла. Но в настоящее время существует и прекрасно себя чувствует группа рукокрылых млекопитающих, которые освоили активный полет. Тело их тоже покрыто шерстью, что никак им не мешает. Другой вопрос - какое происхождение имел шерстяной покров динозавров. Это сейчас не так важно.
У летающих ящеров, судя по внутреннему строению черепа, были хорошо развиты доли мозга, отвечащие за зрение. А вот обонятельные доли наоброт развиты плохо.
Кстати, вопрос о том, как при отсутствующем мозге определить расположение его долей, сам по себе прост. Мозг - не на столько изменчивая структура. Даже у далеких друг от друга групп животных он имеет сходное строние (за исключением деталей, конечно).
Ну, и огромные глаза тоже наличествовали. А еще птерозавры имели большой и сложно устроенный вестибулярный аппарат, который, вкупе с описанным сложным строением крыльев, однозначно говорит о них, как об отличных летунах. А отсюда должны последовать и другие выводы (как раз о системе пищеварения, особенностях зрения, координации, рецепции и т. д.).
В итоге, если абстрагироваться, рассматривая скелеты, скажем, буревестника и птеродактиля, можно, с некоторыми допущениями, подумать, что эти виды близки друг к другу или, по крайней мере, обитали в одно время. Даже не смотря на то, что между ними лежит два с половиной геологических периода общей длительностью почти 150 миллионов лет.
Эволюция - это жесткий и однозначный, в плане приспособлений, процесс. Пусть даже через миллиард лет появится новый класс животных, которые освоят полет. Мало есть оснований сомневаться, что и они пройдут весь тот путь, который прошли и птерозавры, и птицы, прежде, чем поднялись в воздух. И приспособления у них будут почти точно такие же.
Эволюция никогда не делает исключений.
Прыжки в длинну
Мне уже давненько думается, что дремучесть можно пересилить только наполнением информационного пространства адекватной информацией (масло масляное). Т. е. сделать так, чтобы при попытке поиска в числе первой сотни (пяти десятков) наибольший вес имел как раз адекватный материал, а не околонаучные и паранаучные бредни, желтые газеты и "сенсации" на кончике пера. В итоге, прочитывая результаты поиска, у человека будет постепенно формироваться более четкая и правдивая картина явления или события. Конечно, меня могут обвинить в манипуляции сознанием и нарушении права на свободу слова и т. д и т. п. Ну и пусть. Тогда за компанию нужно прижучить все школьные учебники. Ну, а теперь к делу.
Итак, мы уже рассматривали возможные пути эволюции групп организмов. Конечно, это не всё, но представление вы получить смогли. Само собой разумеется, что механизм у этих процессов один, а две разошедшиеся ветви уже никогда не сойдутся (такова особенность всей эволюции). Вот на этом небольшом фундаменте и будем дальше рассуждать.
Дарвин допустил, по сути, одну большую ошибку, которая едва не стоила его теории жизни. Это даже не кошмар Дженкинса, который мучал Дарвина до самой смерти. В основу своей работы английский натуралист положил именно плавный ход эволюции, с постепенной сменой признаков, постепенным видообразованием, с множеством переходных форм. А когда бросились искать эти самые переходные формы (которых в теории должно было быть очень много), обнаружилось, что ничего подобного и нет. Находили множество останков, но очень и очень редко среди них попадались такие, которые можно было бы однозначно охарактеризовать, как переходные. Такая ситуация дала благодатную почву для роста многочисленных течений, которые отвергали теорию полностью или частично. Креационные деятели ухватились за переходные формы с особой силой, придав этому аргументу ранг едва ли не главного оружия своей войны. До 70-х годов ХХ века над теорией эволюции сгущались тучи. Даже синтетическая теория эволюции тут работала плохо, а точнее - совсем не работала. Ведь ее основной задачей было определение механизмов сохранения признаков, т. е. работа с генотипом. Но генетика внесла в теорию эволюции существенную поправку, которая позже сделает всей эволюционной науке честь. После синтеза генетики и теории эволюции, в последней появилась поправка - единицей отбора служит популяция (в исходном виде - особь). До сих пор во многих школьных учебниках сохранилось ошибочное описание единицы отбора, за которую принимается особь.
Эволюция работает не над отдельным организмом, а над их множеством, населяющим вполне определенную территорию, имеющими вполне четкую эконишу. Да и в самом деле - над чем работать у отдельного организма? Кроме как дать ему терминироваться или размножится, толку от него в эволюционном плане никакого нет. Но до сих пор в школах упорно вдалбливают, что единицей отбора является особь. НЕТ. Не является.
И чем же это спасло теорию эволюции? В 70-х годах Илья Пригожин дает начало новому разделу физики - неравновесной термодинамике, которая убила сразу двух зайцев для теории эволюции. В общем смысле и очень кратко можно так описать открытие, которое сделал Илья Пригожин:
В открытых системах может установиться динамическое равновесие, при котором состояние с меньшей энтропией будет устойчиво. По сути это на все 100% противоречит самому всеобъемлющему закону - Второму началу термодинамики, которое гласит, что в закрытых системах энтропия нарастает, или, иначе - энтропия в закрытых системах не может уменьшаться. И вроде бы Пригожин ошибся, но... Он и не покушался на второе начало. Его системы были открытми. А разница весьма существенная: в закрытых системах отсутствует приток энергии извне и ее отдача. Открыте системы постоянно получают и отдают энергию. Тут стоит привести простую аналогию: металлический шар сам не сможет подняться на 1 метр от земли. Это закрытая система. Но если взять его в руку, то можно удерживать его в метре от земли скольк угодно долго. Правда, придется тратить свою энергию на поддержание шара. Этот же принцип имеет место и в открытых системах неравновесной термодинамики. Чтобы система сохраняла состояние с меньшей энтропией, она должа постоянно получать энергию извне.
Но опять же, опыт подсказывает, что тут что-то не так. Обычно мне приводят в пример чашку со свинцом, которая стоит на огне. Свинцец плавится за счет энергии пламени (тепла), но никогда в расплаве не появится кусок твердого свинца. И опять те, кто приводят этот пример, правы. Да, свинец плавится, но система "огонь-чашка" работает только в одну сторону - тепло поглощается свинцом и он плавится.
Пригожин исследовал такие системы, которые способны не только поглощать энергию, но и рассеивать. И вот в таких системах случилось маленькое чудо - в кипящем масле, в которое были засыпаны металлические опилки, появились правильные соты. Это было именно чудо, ведь до сих пор полагали, что нагревание разрушает всякую структуру. Но опыт проводили много раз и всегда соты появлялись сами собой. Пригожин догадался, что соты - это форма организации конвекционных потоков и что в таком виде эти потоки НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНО РАССЕИВАЮТ ЭНЕРГИЮ. В этом и заключалось первое открытие Пригожина: система способна поддерживать состояние с меньшей энтропией тогда, когда может эффективно поглощать и рассеивать энергию. Собственно, энергия и используется для создания структуры (меньшей энтропии), но чтобы эта же энергия не разрушила структуру, она должна быть рассеяна после того, как работа выполнена. Такие системы Пригожин назвал диссипативными.
Но было и еще одно открытие, которое, вкупе с первым, перевернуло взгляды на эволюцию. Пригожин показал, что система, получающая больше или меньше энергии, чем нужно для поддержания структуры имеет два пути: либо разрушиться, либо, пройдя точку бифуркации, выйти на совершенно иной уровень организации. Вот эта самая точка бифуркации и спасла теорию эволюции от второго кошмара - отсутствия переходных форм.
Как это сработало? А очень просто. Популяция, над которой работает отбор, стабильна до тех пор, пока не появится давящий фактор. В терминах неравновесной термодинамики: система находится в состоянии динамического равновесия до тех пор, пока не начнется поступления (или отбор) энергии. Но у каждой системы есть буферная зона, в которой эта самая система еще сохраняется. Но как только энергии становится слишком много (слишком мало), она выходит в точку бифуркации.
Возвращаясь к популяции. Популяция до тех пор стабильна (стазис), пока давление какого-либо фактора (ну, например, хищники, температуры и т. д.) не достиается определенного уровня. Тогда популяция встает перед выбором - либо откатиться назад, либо исчезнуть, либо перейти на новый уровень организации. Уникальность момента в том, что из точки бифуркации существует МНОЖЕСТВО путей, вероятность каждого из котороых различна. В отношении популяции это означает, что одна популяция может разделиться на множество мелких популяционных групп, каждая из которых реализует часть имевшегося потенциала и вполне может дать начало новому подвиду, а потом и виду.
Процесс этот взрывной, в масштабах истории Земли почти мгновенный. За короткое время образуется огромное количество новых форм (огромное - не значит тысячи, и даже не сотни. В рамках вида - это несколько новых форм - три-пять, иногда чуть больше, но и это ОЧЕНЬ много). Сами эти формы не достигают стазиса, а под давлением факторов среды крайне быстро эволюционируют, по пути, возможно, давая новые формы. И так до тех пор, пока одна из новых форм не прийдет в состояние стазиса. Процессы до стазиса редко растягиваются даже на сотни тысяч лет. Это десяток-другой тысяч лет. Редко - сотня тысяч. Все происходит очень быстро. С каждым следующим поколением изменения могут быть очень существенны. Т. е. в этот момент творится своеобразная вакханалия, которая, тем не менее, строго направлена на достижение состояния стазиса. Не все формы первой, второй и т. д. бифуркаций до этого доживают. Но именно так, реализуя сразу несколько вариантов, отбор и приводит к стазису новой формы. А она потом расселяется по пригодным местам обитания, размножается и вообще завоевывает себе пространство.
Такова судьба всех организмов в природе. Переходная форма - это пушечное мясо, расходный материал эволюции. Она - не жилец. Это просто проба пера. Популяции переходных форм крайне малы, ограничены небольшим ареалом (чуть ли не километры), быстро исчезают. А их место занимает стазисная форма. А что такое - 100 000 лет в материальном виде? Это узенькая полосочка осадочных пород, которую особо-то и не разглядишь, если вообще она как-то отделена от других слоев. Это век в стратиграфии и всего. И какое везение нужно иметь, чтобы среди сотен тысяч останков стазисных форм найти одну-единственную истинную переходную (помните прошлый пост про пути эволюции?).
Вот так вот и прыгает эволюция с кочки на кочку, длинными и короткими прыжками, а не плетется через болото, аккуратно прощупывая себе путь. Эволюция не рачительна, не аккуратна. Она избыточна, скора на расправу. Не успел - опоздал. Вымер. И в геологической летописи не осталось практически упоминания о существовавшей форме. Так и прыгаем.
Итак, мы уже рассматривали возможные пути эволюции групп организмов. Конечно, это не всё, но представление вы получить смогли. Само собой разумеется, что механизм у этих процессов один, а две разошедшиеся ветви уже никогда не сойдутся (такова особенность всей эволюции). Вот на этом небольшом фундаменте и будем дальше рассуждать.
Дарвин допустил, по сути, одну большую ошибку, которая едва не стоила его теории жизни. Это даже не кошмар Дженкинса, который мучал Дарвина до самой смерти. В основу своей работы английский натуралист положил именно плавный ход эволюции, с постепенной сменой признаков, постепенным видообразованием, с множеством переходных форм. А когда бросились искать эти самые переходные формы (которых в теории должно было быть очень много), обнаружилось, что ничего подобного и нет. Находили множество останков, но очень и очень редко среди них попадались такие, которые можно было бы однозначно охарактеризовать, как переходные. Такая ситуация дала благодатную почву для роста многочисленных течений, которые отвергали теорию полностью или частично. Креационные деятели ухватились за переходные формы с особой силой, придав этому аргументу ранг едва ли не главного оружия своей войны. До 70-х годов ХХ века над теорией эволюции сгущались тучи. Даже синтетическая теория эволюции тут работала плохо, а точнее - совсем не работала. Ведь ее основной задачей было определение механизмов сохранения признаков, т. е. работа с генотипом. Но генетика внесла в теорию эволюции существенную поправку, которая позже сделает всей эволюционной науке честь. После синтеза генетики и теории эволюции, в последней появилась поправка - единицей отбора служит популяция (в исходном виде - особь). До сих пор во многих школьных учебниках сохранилось ошибочное описание единицы отбора, за которую принимается особь.
Эволюция работает не над отдельным организмом, а над их множеством, населяющим вполне определенную территорию, имеющими вполне четкую эконишу. Да и в самом деле - над чем работать у отдельного организма? Кроме как дать ему терминироваться или размножится, толку от него в эволюционном плане никакого нет. Но до сих пор в школах упорно вдалбливают, что единицей отбора является особь. НЕТ. Не является.
И чем же это спасло теорию эволюции? В 70-х годах Илья Пригожин дает начало новому разделу физики - неравновесной термодинамике, которая убила сразу двух зайцев для теории эволюции. В общем смысле и очень кратко можно так описать открытие, которое сделал Илья Пригожин:
В открытых системах может установиться динамическое равновесие, при котором состояние с меньшей энтропией будет устойчиво. По сути это на все 100% противоречит самому всеобъемлющему закону - Второму началу термодинамики, которое гласит, что в закрытых системах энтропия нарастает, или, иначе - энтропия в закрытых системах не может уменьшаться. И вроде бы Пригожин ошибся, но... Он и не покушался на второе начало. Его системы были открытми. А разница весьма существенная: в закрытых системах отсутствует приток энергии извне и ее отдача. Открыте системы постоянно получают и отдают энергию. Тут стоит привести простую аналогию: металлический шар сам не сможет подняться на 1 метр от земли. Это закрытая система. Но если взять его в руку, то можно удерживать его в метре от земли скольк угодно долго. Правда, придется тратить свою энергию на поддержание шара. Этот же принцип имеет место и в открытых системах неравновесной термодинамики. Чтобы система сохраняла состояние с меньшей энтропией, она должа постоянно получать энергию извне.
Но опять же, опыт подсказывает, что тут что-то не так. Обычно мне приводят в пример чашку со свинцом, которая стоит на огне. Свинцец плавится за счет энергии пламени (тепла), но никогда в расплаве не появится кусок твердого свинца. И опять те, кто приводят этот пример, правы. Да, свинец плавится, но система "огонь-чашка" работает только в одну сторону - тепло поглощается свинцом и он плавится.
Пригожин исследовал такие системы, которые способны не только поглощать энергию, но и рассеивать. И вот в таких системах случилось маленькое чудо - в кипящем масле, в которое были засыпаны металлические опилки, появились правильные соты. Это было именно чудо, ведь до сих пор полагали, что нагревание разрушает всякую структуру. Но опыт проводили много раз и всегда соты появлялись сами собой. Пригожин догадался, что соты - это форма организации конвекционных потоков и что в таком виде эти потоки НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНО РАССЕИВАЮТ ЭНЕРГИЮ. В этом и заключалось первое открытие Пригожина: система способна поддерживать состояние с меньшей энтропией тогда, когда может эффективно поглощать и рассеивать энергию. Собственно, энергия и используется для создания структуры (меньшей энтропии), но чтобы эта же энергия не разрушила структуру, она должна быть рассеяна после того, как работа выполнена. Такие системы Пригожин назвал диссипативными.
Но было и еще одно открытие, которое, вкупе с первым, перевернуло взгляды на эволюцию. Пригожин показал, что система, получающая больше или меньше энергии, чем нужно для поддержания структуры имеет два пути: либо разрушиться, либо, пройдя точку бифуркации, выйти на совершенно иной уровень организации. Вот эта самая точка бифуркации и спасла теорию эволюции от второго кошмара - отсутствия переходных форм.
Как это сработало? А очень просто. Популяция, над которой работает отбор, стабильна до тех пор, пока не появится давящий фактор. В терминах неравновесной термодинамики: система находится в состоянии динамического равновесия до тех пор, пока не начнется поступления (или отбор) энергии. Но у каждой системы есть буферная зона, в которой эта самая система еще сохраняется. Но как только энергии становится слишком много (слишком мало), она выходит в точку бифуркации.
Возвращаясь к популяции. Популяция до тех пор стабильна (стазис), пока давление какого-либо фактора (ну, например, хищники, температуры и т. д.) не достиается определенного уровня. Тогда популяция встает перед выбором - либо откатиться назад, либо исчезнуть, либо перейти на новый уровень организации. Уникальность момента в том, что из точки бифуркации существует МНОЖЕСТВО путей, вероятность каждого из котороых различна. В отношении популяции это означает, что одна популяция может разделиться на множество мелких популяционных групп, каждая из которых реализует часть имевшегося потенциала и вполне может дать начало новому подвиду, а потом и виду.
Процесс этот взрывной, в масштабах истории Земли почти мгновенный. За короткое время образуется огромное количество новых форм (огромное - не значит тысячи, и даже не сотни. В рамках вида - это несколько новых форм - три-пять, иногда чуть больше, но и это ОЧЕНЬ много). Сами эти формы не достигают стазиса, а под давлением факторов среды крайне быстро эволюционируют, по пути, возможно, давая новые формы. И так до тех пор, пока одна из новых форм не прийдет в состояние стазиса. Процессы до стазиса редко растягиваются даже на сотни тысяч лет. Это десяток-другой тысяч лет. Редко - сотня тысяч. Все происходит очень быстро. С каждым следующим поколением изменения могут быть очень существенны. Т. е. в этот момент творится своеобразная вакханалия, которая, тем не менее, строго направлена на достижение состояния стазиса. Не все формы первой, второй и т. д. бифуркаций до этого доживают. Но именно так, реализуя сразу несколько вариантов, отбор и приводит к стазису новой формы. А она потом расселяется по пригодным местам обитания, размножается и вообще завоевывает себе пространство.
Такова судьба всех организмов в природе. Переходная форма - это пушечное мясо, расходный материал эволюции. Она - не жилец. Это просто проба пера. Популяции переходных форм крайне малы, ограничены небольшим ареалом (чуть ли не километры), быстро исчезают. А их место занимает стазисная форма. А что такое - 100 000 лет в материальном виде? Это узенькая полосочка осадочных пород, которую особо-то и не разглядишь, если вообще она как-то отделена от других слоев. Это век в стратиграфии и всего. И какое везение нужно иметь, чтобы среди сотен тысяч останков стазисных форм найти одну-единственную истинную переходную (помните прошлый пост про пути эволюции?).
Вот так вот и прыгает эволюция с кочки на кочку, длинными и короткими прыжками, а не плетется через болото, аккуратно прощупывая себе путь. Эволюция не рачительна, не аккуратна. Она избыточна, скора на расправу. Не успел - опоздал. Вымер. И в геологической летописи не осталось практически упоминания о существовавшей форме. Так и прыгаем.
Конвергенция
Вот это называется конвергентной эволюцией:
Тут у нас (по порядку слева направо) дельфин афалина, тигровая акула, ихтиозавр Платиптеригий.
Все - водные обитатели, активные хищники. За исключением мелких деталей, все выглядят практически одинаково.
Акулы, вопреки убеждению, не представляют собой предковый для настоящих костных рыб класс. Предки акул имели нормальный костный скелет, который впоследствии был заменен хрящевым. Соответственно, из представленных видов только акулы являются первичноводными животными. Это дает лишний повод убедиться в том, что эволюционные преобразования всегда строго функциональны. Эволюция работает с тем материалом, который имеет место быть. Потому у дельфинов хвостовые лопасти расположены горизонтально, а у других представителей - вертикально. У дельфинов хвостовые лопасти - это сильно видоизмененные задние конечности (точнее - придатки, которые появились на их месте). У ихтиозавров и акул хвостовой плавник - это продолжение позвоночника, который у большинства акул уходит в верхнюю лопасть, у ихтиозавров - в нижнюю. Поэтому на теле акул и ихтиозавров можно найти две пары боковых плавников, которые и являются гомологами конечностей, хотя у акул вторая пара конечностей слабо обозначена в скелете (впрочем, как и большинства рыб). Интересно также и то, что в процессе адаптации дельфины и акулы (про ихтиозавров в этом плане ничего пока неизвестно) приобрели примерно одинаковые свойства покровов. Дельфинья кожа - эталон при создании обтекаемых покрытий. У акулы плакоидная чешуя также создает идеальное покрытие, которе работает ничуть не менее эффективно, чем у дельфинов. Вероятно, ихтиозавры также имели сходное изменение покровов. Собственно, подобные процессы имеют место во всех группах организмов, имеющих сходные условия обитания. И что характерно, происходит это в разных местах Земли и в разные геологические эпохи. Древнейшие акулы гораздо старше ихтиозавров, которые, в свою очередь, на миллионы лет старше водных млекопитающих. И тем не менее - удачная конструкция продолжает существовать.
Эволюционное
Давно уже для себя определил, что стереотип, который формируется в школе на уроках биологии - это плохо. Что нам говорят? Эволюция - постепенный направленный процесс, в ходе которого новые формы образуются постепенно, через ряд промежуточных. Это не верно. Точнее верно, но только частично. У подавляющего большинства населения мира (закончившего среднюю школу) существует в голове такая картина: от рыбы прямая линия к человеку. И это совершенно ошибочно. В эволюции нет и никогда не будет прямых путей. Вот, для этого быстренько нарисовал:
Так обычно представляется эволюция:
Линейный процесс, у которого нет никаких веток. Все икопаемые останки, которые мы находим - это звенья одной цепи. И вот тут кроется самая опасная ошибка, которую только может допустить учитель в школе. Эволюция - процесс действительно необратимый, но постепенным его назвать нельзя. И тем более назвать его линейным. Вот что бывает:
Существует несколько похожих роственных форм, которые населяют один биотоп, занимают сходные экологические ниши. И останки их тоже находятся рядом. Формы эти не сильно отличны друг от друга. Такое, например, сейчас часто можно встретить у сложноцветных (одуванчики - яркий тому пример). Так может продожаться очень и очень долго. Но по какой-то причине две из изображенных ветвей прервались (причин множество, но это - тема отдельная). У линий А и 1 нет продолжения, но формы А1, А2, 2 и 3 очень похожи на X, Y и Z. Поэтому при линейном подходе таким формам может просто не найтись места в "эволюционной линейке". Будет повод считать теорию ошибочной. Вот второй случай:
Тут имеем одну главную ветвь и несколько ветвлений на разных этапах. И снова формы 2(1), 1(2), А, Х, B, Y очень близки ксвоим предкам. Хотя это и совершено иные виды, их все еще легко спутать и даже причислить формы первого ветвления к формам второго и т. д. Третья ситуация:
Ни одна из форм после ветвления не дала продолжения. А в ситуации обычного линейного подхода есть большая вероятность, что все терминированные формы будут приняты за ряд последовательных. Далее, ситуация 4:
Наверное, самая сложная ситуация, с которой приходится иметь дело. Предковая форма дала отличную иррадиацию, какие-то ветки снова иррадировали. В итоге - множество похожих форм. Но линия А дала четыре ветки, из которых три тут же терминировались, линия Х - 2 ветки, каждая из которых дала еще по две-три формы, линия 1 также дала две новые формы. И все они терминировались в последствии. И только линия А1 оказалась успешной. И снова рискуем оказаться в сложной ситуации.
К чему этот опус? К тому, что в эволюции никогда не бывает все однозначно. Даже предковая линия человека не является прямой. Множество останков, которые находят сейчас по всему миру - это как раз те самые терминированные ветви. Очень сложная задача - определить принадлежность останков к той или иной ветви.
Равно как те кистеперые, которые сейчас представлены латимериями (целакантами) на самом деле не были предками наземных тетрапод. Попытку выйти на сушу сделала не одна группа кистеперых, а целых четыре группы. С разным успехом. В итоге реального успеха добилась только одна.
В свое время рептилии смогли прыгнуть далеко вперед в эволюционном плане, дав группу звероящеров, которые во много опередили своих современников. И воздух освоила не одна группа рептилий. Терапсиды и синапсиды сделали это дружно. Но удалось это только терапсидам.
Собственно, попытку перейти к настоящему вскармливанию молоком сделали несколько групп животных. Да что говорить, даже простую попытку к многоклеточности предприняли сразу и прокариоты, и эукариоты. Только у первых было недостаточно "потенциала". В итоге наш мир стал эукариотным.
В истории жизни на Земле никогда не было таких моментов, чтобы только одна группа организмов делала очередной эволюционный прыжок. Это всегда делали сообща несколько групп. Кому-то повезло с "потенциалом" и "модель пошла в серию".
В заключении хочется еще раз сослаться на замечательную книгу Кирилла Еськова "История Земли и жизни на ней".
Вот, вроде бы, и весь короткий опус в теорию эволюции. Все вопросы прочитаю, на все постараюсь ответить.
Так обычно представляется эволюция:
Линейный процесс, у которого нет никаких веток. Все икопаемые останки, которые мы находим - это звенья одной цепи. И вот тут кроется самая опасная ошибка, которую только может допустить учитель в школе. Эволюция - процесс действительно необратимый, но постепенным его назвать нельзя. И тем более назвать его линейным. Вот что бывает:
Существует несколько похожих роственных форм, которые населяют один биотоп, занимают сходные экологические ниши. И останки их тоже находятся рядом. Формы эти не сильно отличны друг от друга. Такое, например, сейчас часто можно встретить у сложноцветных (одуванчики - яркий тому пример). Так может продожаться очень и очень долго. Но по какой-то причине две из изображенных ветвей прервались (причин множество, но это - тема отдельная). У линий А и 1 нет продолжения, но формы А1, А2, 2 и 3 очень похожи на X, Y и Z. Поэтому при линейном подходе таким формам может просто не найтись места в "эволюционной линейке". Будет повод считать теорию ошибочной. Вот второй случай:
Тут имеем одну главную ветвь и несколько ветвлений на разных этапах. И снова формы 2(1), 1(2), А, Х, B, Y очень близки ксвоим предкам. Хотя это и совершено иные виды, их все еще легко спутать и даже причислить формы первого ветвления к формам второго и т. д. Третья ситуация:
Ни одна из форм после ветвления не дала продолжения. А в ситуации обычного линейного подхода есть большая вероятность, что все терминированные формы будут приняты за ряд последовательных. Далее, ситуация 4:
Наверное, самая сложная ситуация, с которой приходится иметь дело. Предковая форма дала отличную иррадиацию, какие-то ветки снова иррадировали. В итоге - множество похожих форм. Но линия А дала четыре ветки, из которых три тут же терминировались, линия Х - 2 ветки, каждая из которых дала еще по две-три формы, линия 1 также дала две новые формы. И все они терминировались в последствии. И только линия А1 оказалась успешной. И снова рискуем оказаться в сложной ситуации.
К чему этот опус? К тому, что в эволюции никогда не бывает все однозначно. Даже предковая линия человека не является прямой. Множество останков, которые находят сейчас по всему миру - это как раз те самые терминированные ветви. Очень сложная задача - определить принадлежность останков к той или иной ветви.
Равно как те кистеперые, которые сейчас представлены латимериями (целакантами) на самом деле не были предками наземных тетрапод. Попытку выйти на сушу сделала не одна группа кистеперых, а целых четыре группы. С разным успехом. В итоге реального успеха добилась только одна.
В свое время рептилии смогли прыгнуть далеко вперед в эволюционном плане, дав группу звероящеров, которые во много опередили своих современников. И воздух освоила не одна группа рептилий. Терапсиды и синапсиды сделали это дружно. Но удалось это только терапсидам.
Собственно, попытку перейти к настоящему вскармливанию молоком сделали несколько групп животных. Да что говорить, даже простую попытку к многоклеточности предприняли сразу и прокариоты, и эукариоты. Только у первых было недостаточно "потенциала". В итоге наш мир стал эукариотным.
В истории жизни на Земле никогда не было таких моментов, чтобы только одна группа организмов делала очередной эволюционный прыжок. Это всегда делали сообща несколько групп. Кому-то повезло с "потенциалом" и "модель пошла в серию".
В заключении хочется еще раз сослаться на замечательную книгу Кирилла Еськова "История Земли и жизни на ней".
Вот, вроде бы, и весь короткий опус в теорию эволюции. Все вопросы прочитаю, на все постараюсь ответить.
Подписаться на:
Сообщения (Atom)
Сообщения
