11.3: Докази еволюції

Докази еволюції переконливі та обширні. Дивлячись на кожен рівень організації в живих системах, біологи бачать підпис минулої і теперішньої еволюції. Дарвін присвятив велику частину своєї книги « Про походження видів», визначивши закономірності в природі, які відповідали еволюції, і з тих пір Дарвін наше розуміння стало чіткішим і ширшим.

Скам'янілості

Скам'янілості дають вагомі докази того, що організми з минулого не такі, як знайдені сьогодні; скам'янілості демонструють прогрес еволюції. Вчені визначають вік скам'янілостей і класифікують їх по всьому світу, щоб визначити, коли організми жили відносно один одного. Отриманий скам'янілий запис розповідає історію минулого, і показує еволюцію форми протягом мільйонів років (рис \(\PageIndex{1}\)). Наприклад, були виявлені високодетальні записи викопних копалин для послідовностей видів в еволюції китів та сучасних коней. Запис викопних коней у Північній Америці особливо багатий, і багато містять перехідні скам'янілості: ті, що демонструють проміжну анатомію між більш ранніми та пізнішими формами. Запис викопних копалин сягає до собачого предка близько 55 мільйонів років тому, що породило перший вид, схожий на коней 55 - 42 мільйони років тому в роду Eohippus. Серія скам'янілостей відстежує зміну анатомії внаслідок поступової тенденції сушіння, яка змінила ландшафт з лісистого на прерію. Послідовні скам'янілості показують еволюцію форм зубів та анатомії стопи та ніг до звички випасу, з пристосуваннями для втечі хижаків, наприклад, у видів Mesohippus , знайдених від 40 до 30 мільйонів років тому. Пізніші види показали збільшення розмірів, наприклад, у Hipparion, які існували приблизно від 23 до 2 мільйонів років тому. Запис копалин показує кілька адаптивних випромінювань у кінській лінії, яка зараз значно скорочується лише до одного роду, Equus, з кількома видами.

Ілюстрація\(\PageIndex{1}\): Ця ілюстрація демонструє художником ці види, отримані з скам'янілостей еволюційної історії коня та його предків. Зображених видів є лише чотири з дуже різноманітної лінії, яка містить багато гілок, тупиків та адаптивних випромінювань. Однією з тенденцій, зображених тут, є еволюційне відстеження сушильного клімату та збільшення прерій порівняно з лісовим середовищем існування, що відображається у формах, більш пристосованих до випасу худоби та втечі хижака через біг. Кінь Пржевальського - один з небагатьох живих видів коней.

Анатомія та ембріологія

Іншим типом доказів еволюції є наявність структур у організмів, які мають однакову основну форму. Наприклад, кістки в придатках людини, собаки, птиці та кита мають однакову загальну конструкцію (рис. \(\PageIndex{2}\)). Ця подібність є наслідком їх походження в придатках спільного предка. З часом еволюція призвела до зміни форм і розмірів цих кісток у різних видів, але вони зберегли однакову загальну компоновку, що свідчить про походження від загального предка. Вчені називають ці синонімічні частини гомологічними структурами. Деякі структури існують в організмах, які взагалі не мають видимої функції, і, здається, є залишковими частинами минулого предка. Наприклад, деякі змії мають тазові кістки, незважаючи на те, що не мають ніг, тому що вони походять від рептилій, які мали ноги. Ці невикористані структури без функції називаються вестигіальними структурами. Іншими прикладами рустикових структур є крила на нелітаючих птахів (які можуть мати інші функції), листя на деяких кактусах, сліди тазових кісток у китів та незрячі очі печерних тварин.

Малюнок \(\PageIndex{2}\): Подібна конструкція цих придатків свідчить про те, що ці організми мають спільного предка.

Ще одним свідченням еволюції є зближення форми в організмах, які поділяють подібні середовища. Наприклад, види неспоріднених тварин, такі як песець і куріпка (птах), що живуть в арктичному регіоні мають тимчасові білі покриття взимку, щоб змішуватися зі снігом і льодом (рис \(\PageIndex{3}\)). Подібність відбувається не через загальне походження, дійсно одне покриття - з хутра, а інше з пір'я, а через подібний тиск селекції - переваги того, що хижаки не бачать.

Ілюстрація \(\PageIndex{3}\): Біла зимова шерсть (а) песця і (б) оперення куріпки є пристосуваннями до середовища проживання. (Кредит a: модифікація роботи Кіта Морхауза)

Ембріологія, вивчення розвитку анатомії організму до його дорослої формі також дає докази спорідненості між нині широко розходяться групами організмів. Структури, які відсутні в деяких групах, часто з'являються в їх ембріональних формах і зникають до моменту досягнення дорослої або ювенільної форми. Наприклад, всі ембріони хребетних, включаючи людей, виявляють зяброві щілини в певний момент свого раннього розвитку. Вони зникають у дорослих наземних груп, але підтримуються у дорослих формах водних груп, таких як риби та деякі земноводні. Ембріони великих мавп, в тому числі і людини, мають структуру хвоста під час свого розвитку, яка втрачається до моменту народження. Причиною того, що ембріони неспоріднених видів часто схожі, полягає в тому, що мутаційні зміни, які впливають на організм під час ембріонального розвитку, можуть викликати посилені відмінності у дорослої людини, навіть тоді, коли ембріональна схожість зберігається.

Біогеографія

Географічне поширення організмів на планеті слід закономірностей, які найкраще пояснюються еволюцією в поєднанні з рухом тектонічних плит протягом геологічного часу. Широкі групи, що розвинулися до розпаду суперконтиненту Пангея (близько 200 мільйонів років тому), поширені по всьому світу. Групи, що еволюціонували з моменту розпаду, однозначно з'являються в регіонах планети, наприклад, унікальна флора та фауна північних континентів, що утворилися з суперконтиненту Лавразія та південних континентів, що утворилися з суперконтиненту Гондвана. Наявність Proteaceae в Австралії, Південній Африці та Південній Америці найкраще пояснюється наявністю сімейства рослин там до південного суперконтиненту Гондвана розпаду (рис \(\PageIndex{4}\)).

Ілюстрація \(\PageIndex{4}\): Сімейство рослин Proteacea розвинулося до розпаду суперконтиненту Гондвана. Сьогодні представники цього сімейства рослин зустрічаються по всій південній півкулі (показано червоним кольором). (Кредит «Квітка протеацеї»: модифікація роботи «дорофото» /Flickr)

Велика диверсифікація сумчастих в Австралії та відсутність інших ссавців відображає довгу ізоляцію цього острівного континенту. В Австралії є велика кількість ендемічних видів - видів, яких більше ніде не знайдено - що характерно для островів, ізоляція яких водними просторами перешкоджає міграції видів в інші регіони. З часом ці види еволюційно розходяться на нові види, які дуже відрізняються від своїх предків, які можуть існувати на материку. Сумчасті Австралії, в'юрки на Галапагоських островах та багато видів на Гавайських островах не зустрічаються більше ніде, крім їхнього острова, але демонструють віддалені стосунки з предками на материках.

молекулярна біологія

Як і анатомічні структури, структури молекул життя відображають спуск з видозміною. Докази спільного предка для всього життя відображаються в універсальності ДНК як генетичного матеріалу та майже універсальності генетичного коду та механізму реплікації та експресії ДНК. Фундаментальні поділи в житті між трьома областями відображаються в основних структурних відмінностях в інших консервативних структурах, таких як компоненти рибосом і структури мембран. Загалом, спорідненість груп організмів відображається у подібності їх послідовностей ДНК - саме тієї закономірності, яку можна було б очікувати від походження та диверсифікації від загального предка.

Послідовності ДНК також пролили світло на деякі механізми еволюції. Наприклад, зрозуміло, що еволюція нових функцій для білків зазвичай відбувається після подій дублювання генів. Ці дублювання є своєрідною мутацією, при якій в геном додається цілий ген як додаткова копія (або багато копій). Ці дублювання дозволяють вільну модифікацію однієї копії шляхом мутації, відбору та дрейфу, тоді як друга копія продовжує виробляти функціональний білок. Це дозволяє зберігати початкову функцію білка, тоді як еволюційні сили налаштовують копію, поки вона не функціонує по-новому.

Підсумок розділу

Докази еволюції знайдені на всіх рівнях організації живих істот та у вимерлих видів, про які ми знаємо через скам'янілості. Скам'янілості свідчать про еволюційні зміни через нині вимерлі форми, які призвели до сучасних видів. Наприклад, існує багатий літопис копалин, який показує еволюційні переходи від предків коней до сучасних коней, які документують проміжні форми та поступову адаптацію до мінливих екосистем. Анатомія видів та ембріологічний розвиток цієї анатомії виявляють загальні структури в розбіжних лініях, які були змінені з часом еволюцією. Географічне поширення живих видів відображає походження видів зокрема географічних розташувань та історію континентальних рухів. Структури молекул, як і анатомічні структури, відображають відносини живих видів і відповідають закономірностям подібності, очікуваним від походження з модифікацією.

Глосарій

вестигіальна структура

фізична структура присутній в організмі, але що не має видимих функцій і, як видається, від функціональної структури у віддалених предка

Дописувачі та атрибуції

• Template:ContribOpenStaxConcepts