Gyvybės ir augalų evoliucija

SUDĖTINGA GRANDINĖ

Žemės plutos formavimosi ir lydymosi idėja, su kuria susijęs kontinentinių plokščių judėjimas, pranoksta mūsų vaizduotę ir didumu, ir mase judančių luitų, taip pat didžiule energija, kuri priverčia judėti visą šią sistemą. Vis dėlto ne mažiau stebina mus ir gyvųjų organizmų evoliucija, vykstanti per visą Žemės istoriją; ji apima daugybę organizmų ir sudėtingiausius biocheminius procesus, kurių visuma formuoja Gyvybę. Per visą Žemės istoriją kai kurie mirusieji gyvūnai ir augalai buvo užkloti nuogulų, o jų forma ir sandara “užsikonservavo”; tai matyti iiš iškastinių liekanų, aptinkamų uolienų kloduose. Šiais laikais daug tokių iškasenų buvo rasta ir po vieną surinkta. Tvarkingai sudėlioti jie sudarytų nuoseklias eiles. Kai kuri dabartinių organizmų kartų pakaita yra tiesioginis iškastinių liekanų kitimų grandinės tęsinys. Tai sudėtinga organizmų kaitos grandinė, sudaryta iš daugelio grandžių ir nuolat ilgėjanti jau daugiau kaip 3 mlrd. metų nuo tada, kai cheminę evoliuciją pakeitė organizmų atsinaujinimas. Šios grandinės teorija, gyvųjų organizmų evoliucijos teorija, paaiškina gyvybės istoriją, kuri ankščiau buvo iškastinių formų sankaupa. Be to, rremiantis šia teorija pasidarė įmanoma koreliuoti įvairių vietovių sluoksnius ir sudaryti geochronologinę skalę.

Apibūdinti organizmų istoriją dėsningai pradedama nuo evoliucijos, kuri atkuriama pagal iškastines liekanas. Apžvalgą pradėsime nuo duomenų, paaiškinančių šį procesą, po to aptarsime jo mechanizmą.

EVOLIUCIJOS ĮRODYMAI

Per pastaruosius 100 mmetų mokslininkai visiškai įsitikino, kad evoliucija vyko visada ir vyksta dabar. Tai patvirtina gausūs faktai, įvairių mokslo šakų duomenys, gauti atliekant iškasenų analizę, tiriant skirtingų gyvūnų gemalus, anatomiją, išvestas augalų ir gyvūnų veisles.

Iškasenos. Evoliucijos teorija grindžiama iškastinėmis liekanomis. Lyginant įvairiuose sluoksniuose aptiktas iškasenas, aiškiai matyti, kad kuo jaunesnės uolienos, tuo juose randami organizmai yra sudėtingesni; pagal geochronologinį stulpelį jie sudėtingėja nuo apačios į viršų. Tai matyti Didžiojo Kolorado kanjono sluoksniuose. Kaip žinome, seniausios iškastinės liekanos yra vienaląsčių organizmų, toliau pagal amžių eitų augalai, po jų – paprasčiausi gyvūnai. Šis progresas vyksta ir aukščiau slūgsančiuose (t.y. jaunesniuose) sluoksniuose, kol pagaliau viršutiniuose kainozojaus sluoksniuose atsiranda žmogus. Turbūt nesuklysime galvodami, kad šis santykis įrodo, jog nuo evoliucijos pradžios biologinė evoliucija nuolat kūrė naujas fformas ir struktūras.

Jeigu įvairias iškastines liekanas palyginsime ne su jų “gimtaisiais” sluoksniais, o vieną su kita ir su kitais organizmais gyvenančiais dabar, tai išryškėtų kitas nuostabus dėsningumas. Jeigu grupių ryšius pavaizduotume grafiškai, gautume medį su kamienu, su storomis ir plonomis šakomis, o dabar egzistuojančios rūšys būtų jo šakų viršūnėse, ir nors organizmai atrodo iš viršaus į apačią kito nelabai staigiai, bet perėjimas nuo plonų šakų prie storų efektingas. Iškastiniai organizmai nuo smulkių šaknų link storų vis paprastėja, ir patys ppaprasčiausi susiskaido prie kamieno pagrindo. Visos šios gyvybės formos įvairiai susijusios viena su kita, kaip protėvių vardai giminės medyje. Netgi smulkiausi pirmuonys yra žmogaus protėviai; tai galime nustatyti pasekę liniją iki apačios.

Aišku, “gyvybės medis” dar nevisiškai “sukomplektuotas”, vietomis tarp kai kurių šakų nėra ryšio. Dėl spragų iškastinių liekanų eilėje šių duomenų grandinėje trūksta kai kurių grandžių. Tačiau ilgainiui viena po kitos atrastos trūkstamos grandys užima savo vietą.

Gemalų panašumas. Evoliucijos įrodymų padaugėjo tyrinėjant gemalus. Įvairių stuburinių gyvūnų rūšių gemalai pirmose vystymosi stadijose yra labai panašūs vieni į kitus, bet tolesnėje raidoje jie vis labiau pradeda skirtis. Kuo gyvūnai giminingesni (pavyzdžiui, žmogus ir beždžionė), tuo ilgiau būna panašesni jų gemalai.

Svarbiausia tai, kad ankstyvose vystymosi stadijose įvairių gyvūnų rūšių yra vienodi žiauniniai plyšiai. Vėliau jie pradeda labai kisti. Žuvų žiauniniai plyšiai ir su jais susiję kiti organai virsta kvėpavimo organu – žiaunomis. Kitaip kvėpuojantiems paukščiams ir žinduoliams žiauniniai plyšiai nereikalingi. Jie persitvarko į garsus skleidžiančius arbajuos girdinčius organus. Pavyzdžiui, žmogui iš embriono žiauninių plyšių išsivysto dalis ausies ir gerklės. Tai svarūs įrodymai, kad žmogui ir kitiems oru kvėpuojantiems stuburiniams išliko embrionui būdingų bruožų, paveldėtų iš tolimų protėvių, kvėpavusių žiaunomis ir gyvenusių ne mažiau kaip prieš 360 mln.metų.

Skeletų panašumas. Palyginus seniausių ir dabartinių ssausumos stuburinių skeletus, matyti, kad jie, kaip ir gemalai, yra panašūs, pavyzdžiui, skaičiumi kaulų, išsidėsčiusių beveik vienoda tvarka. Tiktai įvairių gyvūnų kai kurie kaulai skiriasi didumu ir proporcijomis. Tai rodo, kad dabartinių sausumos stuburinių skeletas iš esmės yra labai senos konstrukcijos. Nors ilgainiui jo kai kurios dalys ilgėjo ar trumpėjo, didėjo ar mažėjo, bet apskritai jis niekada nebuvo pakeistas kažkuo visiškai nauju. Jis tik nuolat ir labai lėtai visas po truputį kito. Tai dar vienas nepaneigiamas įrodymas, kad dabartiniai aukštesnieji gyvūnai vystėsi iš tolimų protėvių, daug ką iš jų paveldėdami. Dar ryškiau visa matyti atidžiau pažvelgus į kurias nors skeleto dalis, kad ir į priekines galūnes. Visų stuburinių priekinės galūnės yra labai panašios sandaros, bet kiekvienos rūšies gyvūnų jos kito priklausomai nuo gyvenimo sąlygų – ore (paukščiai), jūrose (banginiai), plačiose žolės lygumose (arkliai) ir miške (katės).

Rudimentiniai organai. Daugelio gyvūnų kaulai, ir minkštosios kūno dalys sudaro organus, kurie neatlieka aiškių funkcijų, tačiau yra panašūs į kitų egzistuojančių arba išmirusių gyvūnų organus, atliekančius tam tikras funkcijas. Tai protėvių gerai išsivysčiusių organų liekanos – rudimentai. Vien žmogaus kūne tokių organų yra daugiau kaip 150, pavyzdžiui, apendiksas, akloji žarna, kuri dėl uždegimo dažnai pašalinama chirurginiu būdu.

Gyvūnų prijaukinimas ir augalų sukultūrinimas. Per ilgą laiką &– nuo keleto metų iki kelių tūkstantmečių – žmogus, kryptingai augindamas augalus ir gyvūnus, išvedė daug jų veislių. Žinomiausias pavyzdys – gausybė šunų veislių. Taigi galime padaryti išvadą, kad žmogaus atrinkti požymiai yra paveldimi; panašiai kito ir organizmai per ilgą jų istorijos laikotarpį.

EVOLIUCIJOS EIGA

Gyvųjų organizmų evoliucijai būdingi trys aspektai:

Pirma – molekulės, kurios gali kopijuoti pačios save ir pernešti uškoduotą informaciją.

Antra – kai kurių organizmų pakitimai ir jų paveldėjimo galimybė.

Trečia – aplinka ir jos poveikis populiacijos sudėčiai.

Detaliau išstudijavus šiuos aspektus, nesunku suprasti, kaip būtent vyko ir nenutrūkstamai vyksta evoliucija, užsifiksavusi iškastinėse liekanose.

Augalų evoliucijos svarbiausi momentai:

1. Jūros dumblių išėjimas į sausumą; primityvūs sausumos augalai.

2. Sporiniai augalai. Papartainiai, asiūklainiai.

3. Sėklų atsiradimas. Plikasėkliai.

4. Gaubtasėkliai, jų žiedų ir vaisių vystymasis.

5. Varpinių augalų ir vėliau javų vystymasis.

Gyvybės raida:

Era Periodas Prasidėjo (prieš mln. metų) Truko (mln. metų) Gyvybės raida

Kvarteras 2 2 Klestėjo žinduoliai. Paplito žmonės

Kaino-zojus Terciaras 65 63 Klestėjo žiediniai augalai. Atsirado kanopiniai žinduoliai ir primatai

Kreida 135 70 Atsirado žiediniai augalai. Gausu žinduolių ir paukščių

Mezo-zojus Jura 195 60 Roplių epocha. Atsirado pirmykščiai paukščiai. Paplito spygliuočių miškai

Triasas 225 30 Pasaulio dykumos. Pirmieij žinduoliai. Gausu roplių

Permas 280 55 Atsirado dabartiniai vabzdžiai. Paplito gyvybė jūroje ir gėlame vandenyje

Karbonas 345 65 Pirmieji ropliai. Atsirado spardnuoti vabzdžai. Gausu papartainių ir asiūklainių

Devonas 395 50 Gausu žuvų. Pimieji varliagyviai

Paleo-zojus Silūras 430 35 Gausu jūros dumblių. Pirmieji sausumos augalai. Paplito žanduotosios žuvys ir jūrų skorpionai

Ordovikas 500 70 Gasu koralų ir trilobitų

Kambras 570 70 Pirmieji gyvūnai, palikę fosilijų. Paplitę jūrų ežiai ir graptolitai

Prekambras 4600 4030 Pirmieji gyvybės pėdsakai, dumbliai ir bakterijos

AUGALŲ EVOLIUCIJA

Seniausieji jūros augalai

Augalų evoliucija prasideda jūros dumbliais. Seniausios žinomos Žemės iškastinės liekanos (jų amžius apie 3 mlrd. metų) priklauso primityviausiems augalams – melsvadumbliams. Beveik 2 mlrd. metų tokie augalai gyveno jūroje drauge su kitais vienaląsčiais organizmais. Tačiau Australijoje aptiktos iškasenos rodo, kad prieš milijardą metų egzistavo ir žaliadumbliai. Vadinasi, to laiko augalams būdingos dvi svarbios savybės, kurių neturėjo jų protėviai, – sudėtingesnė sandara ir dauginimasis lytiškai. Kadangi kiekvienas organizmas – palikuonis – atsirasdavo jau ne iš vieno, o iš ddviejų tėvų, tai jis turėdavo naują genetinės medžiagos kombinaciją; dėl to evoliucija labai suefektyvėjo.

Sudėtingesnė, nors ir nelabai tobulesnė sandara, taip pat buvo svarbi ateičiai. Įgijusių antrą, po to daugiau ląstelių, pirminių vienaląsčių organizmų forma pakito nuo beveik rutuliškos iki tiesinės ar netaisyklingos. Tai galima paaiškinti tuo, kad kiekvienos nesferiškos formos yra didesnis ploto ir tūrio santykis negu rutulio. Tokios formos augalų lietimosi su jūros vandeniu paviršius buvo didesnis, todėl jie galėjo daugiau sugerti reikalingo anglies dioksido ir Saulės sspindulių. Iš išsikišusių kūno dalių galėjo vystytis įvairių funkcijų organai. Ir tai turėjo atsitikti anksčiau, negu dumbliai įsitvirtino sasumoje.

Augalų paplitimas sausumoje

Iki šiol išlikę tik du labai senų sausumos augalų iškastiniai radiniai. Centrinės Europos viršutiniojo silūro sluoksniuose buvo rastos 110 cm ilgio belapio augalo liekanos; tai seniausias iš aptiktų sausumos augalų. Antrasis radinys yra iš Australijos, apatiniojo devono sluoksnių. Tai suakmenėję (iki 25 cm ilgio ) augalo stiebai; augalas labai panašus į dabartinius pataisus Lycopodium, kurių stiebas šliaužia žeme ir išauga vertikalūs ūgliai. Lycopodium – tai ne tik sausumos augalai, bet ir induočiai. Tokio tipo iškastiniai augalai rodo ne tik evoliucjos progresą, bet ir didelį geografinį poslinkį – augalijos išėjimą iš jūros į sausumą.

Visiškai tikra, kad viršutiniojo silūro laikotarpiu augalai jau paplito sausumoje. Tačiau kiek laiko truko šis procesas? Nuo seniausių rastų jūros žaliadumblių atsiradimo (maždaug prieš 1 mlrd. metų) iki seniausių sausumos augalų, aptiktų Europos viršutiniame silūre (maždaug prieš 430 mln. metų), praėjo apie 570 mln. mmetų. Tai ilga laiko atkarpa, beveik lygi visam fanerozojaus periodui. Mes pripažįstame, kad minkštų jūros dumblių paplitimas sausumoje ir jų indų sistemos išsivystymas buvo svarbi išlikimo galimybė, vis dėlto neturime pamiršti, kad šie augalai turėjo pakankamai laiko milijonus kartų “bandyti ir klysti”.

Kelias iš jūros į sausumą. Bandydami minėtą spragą užpildyti loginiais samprotavimais, galime įsivaizduoti augalų išėjimą iš jūros į sausumą. Jūroje gyvenantys dumbliai išskirdavo į atmosferą laisvą deguonį, dėl to jos sudėtis panašėjo į dabartinę. Iš deguonies susidarė ekranas, apsaugantis oorganizmus nuo mirtino Saulės spinduliavimo, ir dėl to jie galėjo iš jūros (vandens) persikelti į sausumą be pavojaus netrukus žūti. Tokie augalai, matyt, buvo dumbliai. Išskirdami per daugelį metų, vykstant fotosiezei, nemažai laisvo deguonies ir pavertę Žemės atmosferą apsauginiu ekranu, jie patys paruošė tam tikslui reikalingas sąlygas.

Matyt, dumbliai įsikūrė pakrantėse ir upių deltose. Per milijonus metų jie galbūt plito upėmis aukštyn, iš pradžių prisitaikė gyventi ne tokiame druskingame kaip jūros deltos vandenyje, vėliau gėlame upių vandenyje. Retkarčiais kai kurios lėtai kylančios sausumos vietos užtverdavo upių kelią ir dėl to susidarydavo ežerai. Ilgainiui jų lygis galėjo ne kartą kisti arba ežerai visai išdžiūdavo ir vėl atsirasdavo. Nenutrūkstama egzogeninių ir endogeninių procesų sąveika galėjo išryškėti tūkstančiais įvairiausių formų.

Mes nežinome, kiek dumblių rūšių praėjo šį kelią. Blogiausiu atveju viena iš jų išgyveno džiūstančio vandens baseino sąlygomis. Vandenyje dumbliai maitinosi visu kūno paviršiumi. Sausumoje jie negalėjo taip maitintis. Laikino išdžiūvimo sąlygomis, galbūt upės slėnio žiotinėje dalyje per atoslūgius, augalai įgijo panašią į odą dangą, saugančią juos nuo perdžiūvimo; kartu pro ją augalas galėjo imti ir išskirti vandenį.

Be to, išsikišusios augalų dalys turėjo virsti primityviais organais, atliekančiais specialias funkcijas. Viena tokia dalimi, galbūt siūliška, augalas pradėjo įsitvirtinti grunte ir siurbti iiš jo vandenį bei kitas ištirpusias maisto medžiagas. Taip pat turėjo vystytis papildomi indai, į viršų augančio augalo atraminiai audiniai. Taip ilgainiui augalas pradėjo labai skirtis nuo ankstesnio minkšto dumblio. Jis virto primityviu sausumos augalu, turinčiu kažką panašaus į šaknį, stiebą ir paprasčiausią indų sistemą. Vis dėlto pliki žali stiebai ir plonos belapės šakos vis dar priminė dumblius.

Viršutiniojo silūro laikotarpiu (gal ir anksčiau) į dumblius panašių augalų stadija buvo pasiekta ir praeita.Panašų į Mėnulio Žemės paviršių pradėjo dengti žalias rubas.

Senoviniai sausumos augalai; sporiniai induočiai. Kaip atrodė seniausi augalai, galima įsivaizduoti iš suakmenėjusių augalų liekanų, vietomis aptinkamų kalnų uolienų sluoksniuose, pavyzdžiui, devono pirmosios pusės upių nuosėdose. Šie augalai yra kelių rūšių, tačiau visi priklauso primityvioms, vėliau išnykusioms grupėms. Dauguma jų turėjo pažeme besidriekiantį stiebą su kelių centimetrų atžalomis, buvo be lapų arba su lapų užuomazgomis. Tokie augalai nebrandino sėklų.

Prisitaikydami prie įvairių sąlygų augalai pamažu diferencijavosi, vis daugėjo rūšių. Baigiantis devonui, t.y. prieš 360 mln. metų, augalija visiškai pasikeitė. Augo į paparčius panašūs augalai, dabartinių papartainių protėviai. Jie irgi nebrandino sėklų. Pirmieji Žemės miškai atsirado viršutiniame devone. Be panašių į medžius augalų, buvo ir stambių asiūklainių bei patasainių, gyvenusių anksčiau devone smulkesnių rūšių palikuonių.

Viršutiniojo paleozojaus flora; ssėkliniai augalai. Kitas svarbus augalų raidos momentas buvo jų sėklų atsiradimas; tai matyti iš karbono sluoksnių iškasenų. Tos sėklos buvo gana primityvios: neturėjo apvalkalėlio ir vystėsi ant vaislapių. Sėklos kiaušialąstę apvaisindavo to paties augalo spermatozoidai. Iš seniausių besidauginančių sėklomis augalų buvo sėkliniai papartainiai. Kiti seniausi augalai, brandinę sėklas, yra spygliuočiai (pušis, eglė, cūga) – taip dauginasi iki šiol. Kaip ir sėkliniai papartainiai, spygliuočiai ir kiti panašūs augalai priklauso plikasėkliams, ir visų jų sėklos yra primityvios.

Vieną kartą pasirodę plikasėkliai jau galėjo augti nedrėgnose vietose, nes jiems apsivaisinti vanduo nebuvo reikalingas. Jie paplito aukštumose, kalnuose ir sausose vietose, kur anksčiau augalai neaugo, todėl žalia danga Žemėje dar labiau plito.

Kadangi plikasaėkliai egzistuoja jau 350 mln. metų ir iki šiol yra labai gausūs, matyt, jų dauginimosi sistema yra normali. Tačiau kiekvienas plikasėklis augalas turi subrandinti daug sėklų ir dar daugiau apdulkinimui reikalingų žiedadulkių. Plikasėklių sėklas išnešioja vėjas, dėl to daug jų patenka į nepalankias sąlygas – į vandenį, dykumas, į per šaltas vietas. Plikasėkliai sėkloms ir žiedadulkėms subrandinti išeikvoja daug energijos. Ilgainiui augalai įgijo ekonomiškesnį metodą, bet tai atsitiko maždaug 200 mln. metų vėliau, t.y kreidos priodu.

Mezozojaus augalija. Šiame periode vyrauja dvi plikasėklių grupės

– spygliuočiai ir cikainiai, taip pat artimos jiems rūšys. Spygliuočių rušys buvo panašios į pušis ir kiparisus, taip pat augo ginkmedžiai. Cikainiai, matyt, kilę iš sėklinių papartainių, buvo panašūs į palmes, nors šių grupių evoliucija vyko skirtingai; puiki paparčius primenančių lapų viršūnė puošė trumpą, rutulio ar butelio formos, o kartais ir aukštą kamieną. Kai kurie cikainiai išliko iki šių dienų. Sporiniai augalai, ypač papartainiai ir asiūkliniai, mezozojuje buvo ne taip paplitę kaip šie plikasėkliai.

Gaubtasėkliai augalai

Žiedai ir vaisiai. Per iilgą Žemės istoriją augalai dar patobulėjo – atsirado žiediniai augalai, arba gaubtasėkliai. Kitaip negu plikasėklių, kurių neapsaugotos sėklos augo tiesiog ant lapų, gaubtasėklių sėklos po vieną ar po kelias apgaubtos tam tikru apvalkalu, sudarančiu išorinę vaisiaus dalį (pvz. obuolys). Be to, jie turi ne tik vaisius, bet ir žiedus. Visa tai prisitaikymas geresniam dauginimuisi. Ryškūs žiedai vilioja gyvūnus (pavyzdžiui bites), kurie perneša žiedadulkes – vyriškąsias lytines ląsteles; primityvesnių augalų žiedadulkes pernešdavo vėjas. Vaisiai irgi vilioja gyvūnus, kurie juos suėda ir ttaip platina juose esančias sėklas. Dėl to gaubtasėkliai išplito tose sausumos vietose, kurios dar nebuvo gyvenamos dėl atšiaurių gamtos sąlygų. Šį procesą galima palyginti su Everesto viršukalnės užkariavimu – ji buvo įveikta tik naudojantis specialiomis priemonėmis, taip pat deguonies balionais. DDabar gaubtasėkliai sudaro per 95 procentus egzistuojančių induočių rūšių.

Žolinių ir varpinių augalų vaidmuo. Žinant gaubtasėklių įsivyravimo laiką, galima teigti, kad Žemės augalijos dabartinis vaizdas susiformavo dar baigiantis mezozojaus erai. Tačiau augalų istorija tuo dar nesibaigia. Gaubtasėklių grupėje buvo esminių vidinių permainų, prasidėjusių baigiantis kreidos periodui ir ilgai trukusių kainozojaus periode.

Dauguma šiuolaikinio miesto gyventojų žino žoles, auginamas tik įvairiose aikštelėse. Tačiau žolės, ypač varpinės, tai savarankiška gaubtasėklių grupė, prisitakiusi gyventi sauso klimato sąlygomis. Matyt, kainozojaus periou, sausėjant klimatui, varpiniai augalai užėmė vis didesnius plotus.

GYVYBĖS EVOLIUCIJA

Gyvybės pradžia

Kaip gyvybė prasidėjo, beveik nežinome, bet beveik tikra, kad pirmieji gyvi organizmai atsirado vandenyne ir mito jame esančiomis organinėmis molekulėmis, jas skaidydami be deguonies ir naudodami atsipalaidavusią cheminę energiją. Matyt, daugiau kaip po 11 milijardo metų susidarė svarbus žaliasis pigmentas chlorofilas, padėjęs kai kuriems organizmams naudotis Saulės šviesos energija, maisto medžiaoms iš vandens ir anglies dioksido gamintis. Taip atasirado pirmieji augalai, “pirminiai producentai”, arba Saulės energijos fiksuotojai, nuo kurių priklauso visos kitos gyvybės formos.

Evoliucija natūralios atrankos būdu

Prancūzų gamtininkas Žoržas Biufonas pirmasis iškėlė mintį, kad žmogus ir beždžionė turėję bendrus protėvius. Tų laikų diduomenė juokėsi iš tokių Biufono ir jo pasekėjo Čarlso Darvino teiginių. Tačiau kaip tik Darvinas kartu su Alfredu Raselu Volesu pirmieji 11858 metais atkreipė dėmesį, kad evoliucija vyksta gamtinės atrankos keliu; tai sukėlė visuotinę audrą mokslo pasaulyje. Gamtinės atrankos esmė labai paprasta: prisitaikę organizmai išgyvena, o neprisitaikę – žūva. Dėl tėvų požymių maišymosi ir genetinių kitimų (mutacijų) net ir vienos rūšies individai gimsta su nežymiais, bet svarbiais skirtumais. Kovodami dėl būvio – varžydamiesi dėl nepakankamų gamtos išteklių, stipriausi ir geriausiai prisitaikantys individai išstumia silpnesnius.

Augalams paplitus sausumoje, įvairių gyvūnų evoliucija paspartėjo. Gyvūnų grupių kovos dėl būvio tikrų priežasčių niekas nežino. Tikriausiai buvo keletas priežasčių, dėl kurių kai kurie gyvūnai tą kovą pralaimėjo, bet svarbiausios priežastys buvo aplinkos veiksniai. Per evoliuciją ne tik diferencijavosi gyvūnų rūšys, bet ir jų sandara darėsi vis sudėtingesnė. Atkakliose varžybose dėl vietos ir maisto išlikti pavyko tik tiems, kurie sugebėjo geriausiai prisitaikyti. Iš bestuburių tai labiausia pavyko narioutakojams ir moliuskams, iš stuburinių – žuvims, paukščiams ir žinduoliams.

Rūšys ir jų klasifikacija

Evoliucijos gamtinės atrankos būdu iš esmės vyksta konservatyviai. Gyvūnai ir augalai kinta tik todėl, kad keičiasi jų aplinkos sąlygos. Taigi rūšims, gerai prisitaikiusioms prie nekintamos aplinkos, mutacijos nėra palankios, nes mutantiniai individai, negalėdami subręsti ir daugintis, greitai išnyksta. Kad išgyventų kintamoje aplinkoje, individai turi adaptuotis.

Evoliucijos vienetas yra rūšis, nes ji yra ir poravimosi vienetas. Tos pačios rūšies augalai ir ggyvūnai gali poruotis ir duoti gyvybingų palikuonių, tuo tarpu tolesnės giminystės organizmai nesiporuoja ir nesidaugina. Rūšis įvairiai įvardijame ir grupuojame ne tik tam, kad jas apibūdintume, bet ir tam, atskleistume jų evoliucijos ryšius. Bendrą protėvį turinčios rūšys jungiamos į gentį. Artimos gentys jungiamos į didesnes grupes, arba šeimas, o kelios šeimos sudaro būrį (gyvūnų) ir eilę (augalų). Artimi būriai sudaro klasę, o kelios klasės – didžiausią klasifikacijos vienetą – tipą.

Pasaulis dar be žmonių

Ilgus tūkstantmečius trukusi Žemės evoliucija prasideda laikotarpiu be gyvybės. Nors Žemės plutai apie 4,6 milijardo metų, gyvybės požymių bevaisiame jos paviršiuje atsirado tik po milijardo metų. Prireikė dar 3 milijardų metų, kol atsirado organizmų, kurie paliko neabejotinų suakmenėjusių pėdsakų.

Evoliucijos laiko skalė

Ištyrę Žemės plutą, mokslininkai suskirstė Žemės istoriją į tris geologines eras, kurios prasidėjo po prekambro: paleozojų, mezozojų ir kainozojų. Kiekviena šių erų skirstoma į periodus.

Nors gyvybės kilmė nagrinėjama ir dabar, bet tik 1859m. paskelbta Darvino evoliucijos teorija. Šių laikų paleontologai tiksliais matavimais patvirtino daugelį nuovokių Darvino spėjimų, nustatė suakmenėjusių organinių liekanų amžių. Buvoatrasta pagrindinė genetinė medžiaga – dezoksiribonukleininė rūgštis (DNR); tas atradimas padėjo geriau suprasti prieštaringą evoliucijos mechanizmą. Evoliucija yra tikslus rūšių atgaminimas, antra vertus, – tai procesas, kurio metu atsiranda naujos augalų ir gyvūnų rūšys. Naujos rūšys aatsiranda dėl mutacijų – genetinės informacijos, užkoduotos DNR molekulėse, pokyčių.

Be gyvybės Žemė buvo ankstyvajame prekambre, galbūt apie 4 milijardus metų. Atmosferoje nebuvo deguonies, bet šuio negyvenamo pasaulio p[irmykščiuose vandenynuose jau buvo būtiniausių gyvybės elementų. Daugiau kaip prieš 3,5 milijardo metų atsirado pirmieji primityvūs organizmai – bakterijos ir vienaląsčiai dumbliai. Tai buvo esminis posūkis evoliucijos istorijoje, Žemė tapo gyvenama. Ilgainiui šalia pirmykščių moliuskų kambre atsirado tvirtais griaučiais gyvūnai, kurių liekanos – seniausieji fosilijų radiniai; daugiausia tai buvo trilobitai. Tik ordovike atsirado pirmieji į žuvis panašūs stuburiniai. Silūro pabaigoje, kai atsirado žanduotosios žuvys, jūros aygalai ėmė keltis į sausumą.

Pirmieji sausumos gyventojai

Devono pradžioje gyvų organizmų buvo ne tik jūroje, bet ir sausumoje. Tai buvo didžiulių geologinių kitimų laikotarpis. Žemės pluta kilo ir dubo, iškeldama milžiniškas kalnų virtines, vandenynai plūdo ir traukėsi kelis kartus, palikdami dumblą su organinėmis medžiagomis. Kai plikos uolos apaugo vešlia augalija, atsirado pirmieji vabzdžiai. Vėliau iš jūros į sausumą išėjo pirmieji stuburiniai – dvikvapės žuvys, o devono pabaigoje – varliagyviai (amfibijos).

Karbone prasidėjo roplių evoliucija. Smegenų ir kūno sandara jie tobulesni už savo pirmtakus varliagyvius. Be to, kiaušinius ropliai ėmė dėti sausumoje. Iš paprastos roplių grupės – kotilozaurų, kilę daugybė naujų rūšių; svarbiausia jų – į žinduolius panašūs žvėriaropliai,

kurie atsirado perme. Galiausiai iš šių roplių atšiauriomis triaso sąlygomis išsivystė pirmieji žinduoliai.

Įdomu, kad būtent iš tekodontų – mažų, tačiau gerai prisitaikiusių prie aplinkos roplių išsivystė didžiausi Ženėje gyvenę padarai – dinozaurai. Ne visi gausioje dinozaurų šeinoje buvo miližinai, pavyzdžiui, mėsėdis podokezauras buvo viščiuko dydžio. Vėlyvuoju juros ir ankstyvuoju kreidos periodu tarp ilgakaklių augalėdžių roplių buvo ir 25 m ilgio diplodokas ir sunkiausias vusų epchų sausumos gyvūnas brachiozauras svėręs daugiau kaip 50 tonų.

Šių laikų teoretikai mano, kad dinozaurai, kaip ir kkiti didžiuliai ropliai, tarp jų ir kiti skraidantys pterozaurai, buvo šiltakraujai, savo elgesiu labiau panašūs į žinduolius negu į roplius. Matyt, iš jų kilo kiti šiltakraujai – paukščiai, galbūt tiesiogiai išsivystę iš vieno kurio dinozaurų būrio (jų buvo du). Pirmieji žinduolai, atsiradę roplių klestėjimo laikais, tikriausiai buvo kiaušinius dedantys kloakiniai.

Roplių klestėjimo pabaiga

Mezozojaus pabaigoje smarkiai pakito geologinė Žemės sandara. Pamažu vientisas didžiulis žemynas suskilo. Labai pakito ir dominuojančių organizmų grupių evoliucija: dėl neaiškių priežasčių išnyko dinozaurai ir jų keisti giminaičiai – ddidžiuliai plaukiojantys it skraidantys ropliai. Jiems išnykus, prasidėjo žinduolių klestėjimo era – kainozojus.

Klasikinės evoliucijos teorijos

Evoliucija (sąvoka, reiškianti išsivyniojimą, išsirutuliojimą) glaudžiai susijusi su dabartinių gyvūnų ir augalų rūšių atsiradimo klausimais. Mokslininkų nuomone, milijonus metų trukusi gyvybės Žemėje istorija rodo, kaip iš ppaprastų organizmų vystėsi sudėtingesni, vis geriau už savo pirmtakus prisitaikę prie aplinkos. Čarlso Darvino sukurta evoliucijos teorija teigia, kad naujos rūšys išgyvena natūraliosios atrankos būdu, kitaip tariant, išlieka tos rūšys, kurios turi tinkamiausias savybes.

Rūšių atsiradimo supratimas

Savo evoliucijos teoriją Darvinas išdėstė knygoje, išleistoje 1859 metais. Jos pilnas pavadinimas – "Rūšių atsiradimas gamtinės atrankos būdu, arba Pranašesnių veislių išlikimas kovoje dėl būvio”. Darvinas rūšių tobulėjimą lakė nenutrūkstamu procesu, pareiškė, kad žmgus tikriausiai kilęs iš beždžionės. Žmogaus kilmės iš beždionės idėja, natūraliosio atrankos teorija buvo daugelio mokslininkų sukritikuotos, o visuomenės pajuoktos ir pašieptos.

XVII amžiuje Džonas Rėjus davė pradžią šių laikų rūšies konsepcijai, kurią kitame šimtmetyje, apibendrinęs botanikų ir zoologų darbus, įtvirtino Karlis Linėjus. Jis rūšių klasifikavimo sistemoje pabrėžė ryšį tarp panašių rūšių.

Viena ilgai vviešpatavusių rūšių atsiradimo teorijų, kuri formavo krikščionišką požiūrį į žmogaus kilmę, teigė, jog rūšys atsirado savaime, kaip stichinių nelaimių padarinys. Vis dėlto akivaizdus ryšys tarp rūšių, paaiškėjęs studijuojant Linėjaus organizmų klasifikaciją vertė žmones ieškoti rūšių kilmės nestaigaus kitimo.

Žoržas de Biufonas pirmasis iškėlė apllinkos įtakos rūšių evoliucijai idėją. Ją išplėtojo Žanas Batistas Lemarkas. Jis teigė, kad paveldimi rūšių požymiai – prisitaikymo prie aplinkos rezultatas.

Lamarko teorijos esmė

Lamarkizmas teigia, kad kintančios aplinkos sąlygos kuria naujas rūšių, patekusių į tas sąlygas, reikmes. Naujos rreikmės ugdo kitokį elgesį, keičia organų veiklą, kartu ir jų sandarą.šios sandaros kitimus paveldi palikuonys. Vis tik Lamarko teorija neatitinka realių paveldimumo dėsnių.

Darvino kelionės į Galapagų salas rezultatai

Galapagų salose Darvinas stebėjo kikilius. Jis atkreipė dėmesį, kad beveik visi organizmai masiškai gamina palikuonis, bet tikrdidelė jų dalis išgyvena. Vadinasi, gyvenimas – tai kova dėl būvio. Kitas svarbus Darvino idėjų raidos žingsnis buvo tas, jog pripažinta, kad populiacijos viduje kinta individo požymiai. Iš to išeina, kad iš nesubrendusių organizmų lieka gyvi tie, kurie, kovodami dėl būvio, geriausiai prisitaiko prie sąlygų. Evoliuciją Darvinas aiškino kaip paveldimų individualių požymių atranką.

Iššūkis Darvino teorijai

Svarbiausias Darvino teorijos principas yra kintamumas: tolydinis kintamumas – vos pastebimas kintamumas rūšies viduje, netolydinis kintamumas – kai artimos rūšys ryškiai skiriasi. 1894 metais Viljamas Beitsonas išleido knygą, kurioje išryškino netolydinio ir tolydinio kintamumo skirtumus. Jis padarė išvadą, kad evliuciją sąlygoja ne tike sklandus tolydinis kintamumas, kiek netolydinio šuoliai. Beitsono išvados pritarė Hugas De Frysas.Staigų, šuolišką kitimą jis pavadino mutacija.

Žinduolių evoliucija

Permo ir triaso perioduose, nuo roplių, kurių evoliucija dar tik buvo prasidėjusi, atsiskyrė linija, iš kurios vėliau išsivystė žinduoliai ir pagaliau pats žmogus. Tą evoliucijos liniją sudarė ropliai, turintys požymių, kurie vėliau tapo būdingi žinduoliams.

Senovinių žinduolių grupės

Nors žinduoliai turi pačią tobuliausią iš visų ggyvūnų anatomiją ir fiziologiją, jie įsigalėjo tik maždaug per 160 milijonų metų. Mezozojaus laikotarpiu buvo keli žinduolių būriai, kuriuos sudarė smulkūs gyvūnai, vieni nuo kitų skyręsi dantų sandara. Jie visiškai išnyko ir tik vienai evoliucinei linijai pavyko išlikti. Tai buvo pantoterijai, iš kurių klo sterbliniai ir placentiniai žinduoliai. Mezozojaus pabaigoje, išnykus daugumai roplių, gamtoje atsirado laisvų plotų, kuriuos užpildė įvairūs smulkūs žinduoliai. Iš jų vėliau išsivystė kanopniai, žo;ėdžiais mintantys plėšrieji, po žeme gyvenantys graužikai, laipiojantys po medžius primatai, skraidantys šiksnosparnai ir plaukiojantys jūrose banginiai. Visa ta žinduolių evoliucija tetruko kelis milijonus metų po to, kai išnyko didieji ropliai.

Evoliucijos linijos

Ši įspūdinga žinduolių evoliucija prasidėjo terciaso laikotarpyje (paleogene), vos prieš 65 milijonus metų, todėl išnykusių žinduolių liekanos geriau išsilaikė negu prieš juos gyvenusių didžiųjų roplių. Daugelio evoliucijos linijų neįmanoma tiesiogiai susekti, nes randama liekanų tik tų gyvūnų, kurie priklausė šalutinėms pagrindinio kamieno atšakoms. Antra vertus, kai kuriose žinduolių grupėse vyko vadinamoji konvergentinė evoliucija: negiminiški gyvūnai gyvendami panašiai ir patys supanašėja.

Plėšrieji žinduoliai atsirado oligocene – gana vėlyvu žinduolių istorijos laikotarpiu. Jų pirmtakai buvo archajiški plėšrieji – kvartero periodo didieji vilkai ir urviniai lokiai.

Kanopinių ir dramblių linijų išlikusios šoninės atšakos davė pradžią į raganosius panašiems gyvūnams uintaterijams, į arklį panašiems gyvūnams, kurie vietoj kkanopų turėjo nagus. Terciato laikotarpiu sparčiai vystėsi primatai, kilę eocene iš panašių į tupajas ir ilgakulnius žinduolių. Terciaro pabaigoje jų evoliucijos linija ėjo per lemūrus iki beždžionių ir žmogbeždžionių. Iš vienos tų linijų išsivystė žmogus.

Apibendrinimas

Evoliucijos pagrindą sudaro adaptacija – prisitaikymas prie aplinkos. Nuolatiniai kitimai yra mutacijų pobūdžio arba susiję su naujų savybių deriniais, kurie išryškėja vėlesnėse kartose. Tai natūraliosios atrankos "žaliava”. Esamomis sąlygomis išlieka ir būna paveldimi "sėkmingi” naujų rūšių prisitaikymai, o "nesėkmingi” pamažu nyksta.

Čarlzas Darvinas, 1859m. pirmasis aprašęs natūraliąją atranką, tyrinėjo organizmo prisitaikymą gyventi tam tikroje aplinkoje, individų tarpusavio konkurenciją, kai kurių grupių tobulėjimą ir kitų, blogiau prisitaikiusių,nykimą.

Geologinės istorijos prasme organizmų grupės sėkmė priklauso nuo dviejų veiksnių:

1) savybės atsikurti;

2) teritorijos užėmimo ir joje išlikimo konkurencijos sąlygomis.

Priklausomai nuo vietos ir laiko, aplinkos pokyčių spartumo ir pasiskirstymo įvairių rūšių evoliuciniai kitimai labai skyrėsi (ir dabar skiriasi). Pavyzdžiui, iš iškastinių liekanų rinkinio matyti, kad per 63 mln. metų geologinį laikotarpį, t.y. per kainozojaus erą, jūros bestuburiai vystėsi lėtai ir nelabai pakito, o dauguma sausumos gyvūnų vystėsi daug sparčiau ir dėl to labai pakito. Tai susiję su nevienodu aplinkos kitimo greičiu. Sausumoje gamtos sąlygos labai priklausė nuo plutos kilimo, kalnodaros, temperatūros bei atmosferos kritulių režimo, o jūroje sąlygos išliko beveik stabilios. Ir vis

dėl to žmogui evoliucijos tempas atrodo labai lėtas. Maždaug per 10000 metų, nuo šunų ir galvijų prijaukinimo ir jų dirbtinės atrankos pradžios, neišsivystė nė viena nauja rūšis, tik dėl žmogaus veiklos padaugėjo rūšių veislių.

Yra vienas labai svarbus principas. Kol aplinka stabili, bus stabili ir organizmų populiacija, neskaitant nedidelių evoliucinių pokyčių. Tačiau aplinkai pradėjus kisti, joje gyvenantys organizmai irgi pasidaro nestabilūs. Taigi aplinka verčia gyvąjį pasaulį biologiškai tobulėti.

Organizmų ryšys su aplinka, jų jautrumas aplinkai, tai gerai matyti iš senuose sluoksniuose aaptiktų iškasenų, turi būti pamoka dabarties žmogui. Teritorijose, kur labai išvystyta pramonė kartais gyvenimo sąlygos labai pakinta. Kai kurie pakitimai labiau išryškėja ir ne tokie naudingi organizmams (irgi ne visiems), palyginus su pakitimais, kurie atsiranda veikiant klimatui ir kitiems gamtos procesams. Matyt, abiem atvejais pakitimai sukelia atitinkamas biosferos reakcijas (prisitaikymą arba lėtą nykimą) šioje teritorijoje. Galimų šito reiškinio pasekmių nereikia pervertinti žmogui, kuris daro pakitimus ir gali juos kontroliuoti turėdamas tikslą.