[Осадочные породы — горные породы, формирующиеся из частиц, откладывающихся и накапливающихся в результате деятельности организмов, а также действия химических процессов, воды, ветра или льда.]
В начале XIX века естествоиспытатели открыли, что ископаемые остатки располагаются в разных слоях осадочных горных пород в определенном порядке. Более древние материалы залегают глубже, ближе к основанию осадочной породы, чем вещества, образовавшиеся в результате более позднего осадконакопления.
Ископаемые остатки организмов, очень сходных с современными, встречаются в сравнительно молодых отложениях, в то время как ископаемые, которые лишь отдаленно напоминают современные организмы, залегают в более древних пластах осадочных пород. Исходя из этих наблюдений, многие естествоиспытатели, в том числе Эразм Дарвин, дед Чарльза, полагали, что живые организмы меняются со временем. Но Чарльз Дарвин и Альфред Рассел Уоллес первыми установили, что движущей силой эволюции служит естественный отбор, который Чарльз Дарвин также называл «происхождением в результате модификаций».
Когда в 1859 году была опубликована книга Дарвина «Происхождение видов», палеонтология как наука еще находилась в зачаточном состоянии. Осадочные породы из многих районов Земли были по-прежнему неизвестны или малоизучены.
Почти полный скелет переходной формы, организма, похожего на птицу. Данные об этой находке в Китае были опубликованы в 2006 году.
Дарвин в течение почти двадцати лет собирал свидетельства, подтверждающие его теорию, прежде чем опубликовать ее положения. Кроме того, он подробно обсудил в книге и возможные трудности своей теории, связанные, в частности, с неполнотой палеонтологической летописи и с недостатком (среди известных на тот момент ископаемых) переходных форм, промежуточных между большими группами живых организмов.
За прошедшие с тех пор полтора века палеонтологи открыли множество переходных форм, неизвестных во времена Дарвина. Залегающие во многих районах Земли осадочные породы, образовавшиеся от 520 до 550 миллионов лет назад, содержат ископаемые остатки многоклеточных животных, представляющих собой переходные формы между весьма удаленными друг от друга типами — такими, как, например, моллюски и кольчатые черви — и сочетающих в себе их признаки. В более древних отложениях, возрастом около 1,5 миллиарда лет, встречаются ископаемые следы, которые могли оставить организмы, промежуточные между одноклеточными и многоклеточными животными.
Описанный в начале этой книги тиктаалик представляет собой примечательную переходную форму между рыбами и древнейшими наземными позвоночными (так называемыми четвероногими). Ископаемые остатки возрастом около 330 миллионов лет отражают основные этапы эволюции крупных земноводных, которые произошли от древнейших четвероногих. Многие хорошо сохранившиеся скелеты из осадочных пород возрастом около 230 миллионов лет принадлежат динозаврам, произошедшим от одной из ветвей пресмыкающихся. Известный пример переходной формы — археоптерикс, ископаемое, жившее 155 миллионов лет назад, обладавшее скелетом небольшого динозавра, но также крыльями и перьями. Другие похожие на птиц ископаемые организмы были обнаружены в Китае. Их возраст составляет около 110 миллионов лет. Хвосты у них довольно короткие, а на крыльях есть снабженные когтями придатки. По открытым в результате раскопок более поздним ископаемым можно проследить эволюцию многих современных групп организмов, таких как киты, слоны, броненосцы, лошади и люди.
Сходство строения и поведения часто свидетельствует о происхождении от общего предка.
Современные шимпанзе, другие человекообразные обезьяны и люди происходят от общего предка, давно вымершего.
Все виды, обитающие на Земле в наши дни, происходят от других видов, живших раньше, которые, в свою очередь, происходят от других, и так далее. Такие последовательности видов образуют ветви эволюционного древа. Для любых двух современных видов можно проследить историю их возникновения до того момента, где ветви, давшие им начало, разделились. В месте разделения этих ветвей находится последний общий предковый вид этих двух современных видов. (Иногда такой предковый вид называют просто общим предком, но при этом имеют в виду не один организм, а группу организмов.) Например, общим предком человека и шимпанзе был вид, живший от 6 до 7 миллионов лет назад, в то время как общий предок человека и рыбы фугу был рыбой, жившей в океанах Земли более 400 миллионов лет назад.
Таким образом, люди не происходят ни от шимпанзе, ни от каких-либо других современных обезьян, а происходят от вида, который вымер много лет назад. Не происходят люди и от современных рыб, но происходят от древнего вида рыб, давшего начало наземным позвоночным.
Если общий предок двух видов жил сравнительно недавно, то эти два вида, скорее всего, будут иметь больше сходных черт поведения и строения, чем два вида, общий предок которых жил значительно раньше. Поэтому люди больше похожи на шимпанзе, чем на рыб. Тем не менее любые организмы обладают общими признаками, потому что происходят от общих предков, живших на Земле в более или менее далеком прошлом. Например, исходя из накопленных к настоящему времени палеонтологических и молекулярно-биологических свидетельств, общий предок человека, коровы, кита и летучей мыши был, по-видимому, небольшим млекопитающим, жившим около 100 миллионов лет назад. Потомки этого общего предка претерпели в ходе эволюции существенные изменения, но строение их скелетов по-прежнему довольно сходно. Органы, с помощью которых люди, например, пишут, коровы ходят по земле, киты плавают, а летучие мыши летают, отличаются деталями устройства скелетной основы, но составляющие ее кости сходны по общему строению и порядку соединения друг с другом.
Последний общий предок всех обезьян жил около 40 миллионов лет назад. Проконсул — вид, существовавший около 17 миллионов лет назад. Самый поздний из видов, предковых для человека и шимпанзе, жил в промежутке от 6 до 7 миллионов лет назад.
Биологи называют сходные структуры, унаследованные от общих предков, гомологичными. Гомологию различных структур — не только костей, но и многих других деталей строения организмов — изучают в ходе сравнительно-анатомических исследований, задача которых состоит в том, чтобы выявить, исходя из степеней сходства, характер эволюционного родства. Другие биологические исследования позволяют, пользуясь той же логикой, изучать сходство, наблюдаемое в функциях органов, в развитии зародышей или в поведении организмов. Таким образом ученые исследуют возможные пути эволюционного развития, связывающие современные организмы с их древними предками. Палеонтологическая летопись, в свою очередь, позволяет проверять гипотезы, выдвигаемые в ходе таких исследований.
Хотя дельфины (слева) эволюционно ближе к людям, чем к акулам, форма тела у них, как и у акул, приспособлена к жизни в воде. Это пример аналогичных признаков.
Иногда в двух разных эволюционных ветвях независимо возникают сходные признаки. Такие признаки называют аналогичными. Они напоминают гомологичные, но являются результатом действия общих условий среды, а не происхождения от общего предка. К примеру, дельфины — это морские млекопитающие, которые произошли от наземных млекопитающих в течение последних 50 миллионов лет. Эволюционно дельфины так же далеки от рыб, как мыши или люди. Но они обладают обтекаемой формой тела, очень схожей с формой тела многих рыб, в том числе акул, и даже вымерших древних пресмыкающихся — ихтиозавров. Ученые исследуют такого рода случаи, известные во многих разных группах живых организмов, и разбираются в том, являются ли сходные черты строения и поведения результатом происхождения от общих предков или независимыми эволюционными ответами на действие похожих факторов окружающей среды.
Передние конечности всех наземных и многих водных позвоночных обнаруживают примечательное сходство строения скелетной основы. Это связано с тем, что все они развились из передних конечностей общего предка. Это пример гомологичных структур.
Эволюция позволяет объяснять особенности географического распространения растений и животных.
Гавайские острова поднялись из Тихого океана на расстоянии около 3000 км от ближайшего материка в результате вулканической активности. Рождение островов сделало возможным попадание на них одной или нескольких мушек-дрозофил, принесенных ветром, похожих на изображенную на рисунке. В результате эволюции из этих мушек на Гавайских островах развились более 500 видов, обитающих сегодня. Такое бурное видообразование стало возможным во многом благодаря тому, что многие из ниш, где развивались мушки, не были заняты насекомыми-конкурентами и были свободны от хищников.
