Сравнительно-анатомические доказательства эволюции
В одной из предыдущих глав была уже речь о том, что доказательства из сравнительной анатомии опираются на существенном или гомологическом сходстве в строении организмов или их органов. Данные современной генетики говорят о том, что сходство между особями зависит от определенного количества общих генов, что в свою очередь указывает на общее происхождение или родство между этими двумя особями. Оказалось, что чем ближе родство, то есть чем больше общих генов, тем и сходство больше.
Двое людей, живущие в одной местности, но не состоящие в родстве, меньше похожи друг на друга, чем двое людей из одной семьи. Более далекие родственники меньше похожи друг на друга, чем дети одних родителей. Наконец, наибольшее сходство имеется между однояйцовыми близнецами, которые всегда бывают одинакового пола, и, как оказалось, развиваются из одной яйцеклетки, оплодотворенной одним сперматозоидом. На ранних этапах развития зародыш делится на две части, из которых каждая дает начало отдельному плоду. Близнецы этого типа имеют совершенно одинаковые гены и потому так сходны между собой, что иногда их собственные родители с трудом могут их различить.
Американский биолог Ньюмен, который изучал сходство между однояйцовыми близнецами, открыл очень интересный факт. Один вид броненосца из Тексаса производит на свет всегда четырех детенышей. Все четверо детенышей из одного помета всегда бывают одного пола и очень сходны между собой вплоть до мелочей. Ньюмен доказал, что у этого вида животных всегда происходит оплодотворение одной яйцеклетки одним сперматозоидом. Вначале мы имеем дело с одним зародышем, который, как правило, делится на четыре части, и из каждой из этих частей развивается новый зародыш. Очень большое сходство четырех детенышей из одного помета обусловлено одинаковым наследственным субстратом.
"Одним из труизмов биологии является то - пишет Ньюмен - что организмы производят подобные организмы. Каково бы было наше удивление, если бы пара воробьев дала другое потомство, чем воробьи, или если бы у белых родителей родился негритенок. Однако подробное изучение этого положения вещей выявляет, что единственным постулатом эволюциониста является не меньше и не больше, как логическое применение того, что профан считает трюизмом, а именно, что коренное структурное сходство означает генетическое родство. Вообще говоря, степень структурального сходства идет в паре со степенью родства. Большинство биологов скажет, что это не только постулат, а наиболее обоснованный биологический закон". Ни одно из этих утверждений, однако, не может быть принято без соответствующей проверки. Такую именно проверку осуществила генетика.
Правда, уже и во время творчества Дарвина, структуральные сходства, являвшиеся предметом исследований сравнительной анатомии, считались несомненным доказательством общности происхождения. Однако лишь с моментом развития генетики, соответствия структуры набрали силу действительного доказательства общего происхождения. Как мы уже отмечали в одной из предыдущих глав, доказательства из области сравнительной анатомии опираются на изучении так называемых гомологических органов, то есть органов, обладающих в основном одной формой строения и развивающихся подобным образом. Функция гомологических органов может быть одинаковой, но может быть и разной.
Рука человека, или передняя конечность, характеризуется целым рядом костей, соответствующих мышц, нервов и кровеносных сосудов. Кроме того передняя конечность занимает определенное положение по отношению к целому организму. Без всякого специального исследования можно установить, что передняя конечность обезьяны является в отношении к руке человека гомологическим органом. Студент-анатом, знакомый подробно с анатомией руки человека, может обнаружить в передней конечности обезьяны соответствующие или гомологические части.
Рис. 22. Гомология скелета передней конечности позвоночных: а) рука человека, b) конечность кита, с) лошади, d) летучей мыши, е) вымершего летающего ящера, f) рыбы, g) вымершего водного ящера; r) плечевой отдел, р) предплечье, d) кисть.
Пойдем, однако, дальше, обратим, например, внимание на переднюю конечность собаки. Сравнивая части скелета, мышцы, нервы и сосуды, а также отношение к окружающим частям организма, мы сможем произвести сравнение между рукой человека и передней конечностью собаки. К таким же выводам дойдем, сравнивая эмбриональное развитие руки человека и передней конечности собаки. Несмотря на то, что рука человека исполняет совершенно другую функцию, чем передняя конечность собаки, между ними отмечается отчетливое сходство, анатомическое- и эмбриологическое, то есть гомология.
Мы можем итти еще дальше в изучении гомологии органов, то есть в их анатомическом сходстве и сходстве эмбрионального развития, указывающих на определенную общность генов, то есть на родство. Передняя конечность морского млекопитающего, например, кита, является гомологом передней конечности собаки и руки человека. А ведь передняя конечность кита служит для исполнения совершенно других функций, чем передняя конечность собаки или рука человека.
На рисунке 22 представлены костные элементы с контурами мягких частей: руки человека, переднего ласта кита, передней ноги лошади, крыла летучей мыши, а также вымершего летающего пресмыкающегося, грудного плавника рыбы и ластовидной передней конечности вымершего плавающего пресмыкающегося. На схеме мы представили только костные части передней конечности позвоночных. Если бы мы одновременно нанесли мышцы, кровеносные сосуды и нервы, то нас еще более поразило бы соответствие всех этих элементов у различных представителей позвоночных животных.
Независимо от того, что передняя конечность может исполнять самые различные функции, служить для работы и манипуляций, бега, плавания в воде или полета в воздухе, ее основные части являются такими же самыми, хотя и в разных вариантах. Некоторые из этих частей могут быть недоразвитыми или атрофированными.
Через десять лет после смерти Дарвина Romanes опубликовал обширный труд, посвященный дарвинизму, в котором приводит доказательства из сравнительной анатомии, и который является интересным примером актуальных тогда антитеологических аргументов. Romanes указывает, что двояким путем можно было бы выяснить факты, доставленные как сравнительной анатомией, так и сравнительной эмбриологией. Одно из объяснений принимает, что анатомическое соответствие является результатом общности происхождения, то есть свидетельствует об эволюционном процессе. Другая попытка объяснения, отбрасывающая эволюцию, должна принять отдельные акты творения и анатомическое соответствие объяснить каким-то общим планом, принятым творцом. Romanes, анализируя последствия, вытекающие из принятия второй возможности, раскрывает всю парадоксальность этого объяснения. Он пишет следующее:
"Если принять план, проявившийся в актах творения, то мы должны принять, что Бог сотворил определенный прототип некоторых структур, придерживаясь его вопреки всем модификациям, которые эти структуры проявляют. А если это так, то почему в качестве типичных избраны те а не другие структуры? Почему позвоночник, например, претерпевает так различные модификации с целью приспособления к различным функциям, тогда как другой орган, например глаз, построен в разных типах по совершенно другому плану, хотя предназначен к выполнению одной и той же функции? Будет ли кто-нибудь столь дерзким, чтобы утверждать, что в случае позвоночника творец старался проявить свою изобретательность в различных функциях, которые выполняют один и тот же орган, тогда, как в случае глаза хотел показать свое всемогущество, путем сотворения различных структур, приспособленных к выполнению одной и той же функции?
Если это было бы так, то это было бы как наиболее роковым обстоятельством, так как и в растительном мире, и в животном все примеры, которые можно было бы привести, как наиболее изобретательные приспособления одного же органа к выполнению различных функций или, иначе, примеры гомологии без аналогии, являются примерами, которые встречаются в одной и той же естественной систематической группе растений и животных, и благодаря этому могут также хорошо быть объяснены происхождением от общих предков. Наоборот, все примеры совершенно разных органов, исполняющих те же самые функции, то есть случаи аналогии без гомологии, имеют место у разных групп растений и животных, и поэтому производят впечатление независимых друг от друга видов изменчивости, появляющихся в разных эволюционных линиях.
Другими словами, если бы приведенные факты - пишет Romanes - несмотря ни на что были результатом действия творца по какому-то свыше принятому плану, то это было бы особенно небезопасно, так как давало бы повод объяснять это явление согласно с положениями эволюционной теории. Мы также были бы в состоянии объяснить себе, почему одни органы подвергаются меньшим модификациям и отступлениям от основного плана, чем другие. Почему, например, передняя конечность позвоночных более близка к основному взору, чем задние конечности, которые у кита полностью атрофируются или так редуцируются и их рудименты скрыты внутри тела, что своим видом ничем не припоминают задней конечности. Этот последний пример приближает нас к вопросу о так называемых рудиментарных органах, так частых у всех видов животных и растений".
У змей конечности отсутствуют, однако у питона можно их найти в рудиментарном виде (рис. 23). У птицы киви, живущей в Новой Зеландии, крылья атрофировались почти совершенно, они имеют вид рудиментарных органов, которые не исполняют никакой функции (рис. 24). У животных, живущих в пещерах, отмечается различной степени атрофия глаз, иногда значительная, в то время, как животные, живущие в полумраке влбизи входа в пещеру, имеют часто чрезмерно развитые глаза. Насекомые с острова Мадеры преимущественно являются бескрылыми. Для них наличие крыльев было бы серьезным минусом в конкуренции с бескрылыми насекомыми, так как при бурях и ветре их бы сносило на воды океана.
Рудиментарные� органы являются примером органов, которые у родственных форм хорошо развиты и хорошо функционируют. Если, однако, в результате перемены образа жизни, изменения условий среды, какой-нибудь орган перестает играть свою роль и становится излишним или даже вредным, то он постепенно атрофируется или полностью исчезнет. Хорошим примером может служить развитие глаз у разных представителей млекопитающих, относящихся к отряду насекомоядных (Insectivora).
Рис. 23. Рудиментарные конечности питона; по G.J.Romanes.
По Грассе (Grasse) глаза в этом отряде млекопитающих бывают относительно небольшими, а у тех животных, которые живут в земле, глаза в разной степени атрофированы. У нашего крота (Talpa europaea) глаза маленькие, веки очень утолщенные, а отверстие между ними имеет вид узкой щели. У других видов отверстие уменьшено почти до микроскопической щели. Таким образом, глаза постоянно закрыты кожей и не функционируют. А все же мы находим в глазу основные части его: редуцированную радужную оболочку, хрусталик, стекловидное тело и сетчатку, которая хорошо развита. У американских кротов глаз редуцирован еще более, а у дальневосточного крота-могеры (Mogera Wogura) хрусталик имеет вид рудиментарного органа, кроме того отмечается также атрофия сетчатки.
Рудиментарные органы являются одним из важных доказательств, свидетельствующих о процессе эволюции, наличие их, как и разной степени атрофии органов, можно логически объяснить только при помощи эволюции. Очень подробно изучены рудиментарные органы у человека. (К вопросу рудиментарных органов мы вернемся в главе о происхождении человека.) Рассмотрение всех рудиментарных органов человека заняло бы слишком много времени, так как в организме человека их имеется около 70. Назовем лишь некоторые, опираясь на текст Romanes.
Рудиментарными, например, являются мышцы двигающие ушную раковину. У человекообразных обезьян эти мышцы тоже являются редуцированными, у других же обезьян они функционируют. Известно, что некоторые люди после соответствующего упражнения могут двигать ушной раковиной, то есть что мышцы эти иногда могут быть сильнее развиты и податливы на влияние упражнения.
Рис. 24. Киви с Новой Зеландии. Справа наверху - рудиментарное крыло; по Ньюмен.
Многие млекопитающие животные обладают кожными мышцами, сокращение которых вызывает движение кожи. Таким образом, эти животные могут защищаться от садящихся на них насекомых. У человека лишь некоторые из кожных мышц не потеряли своей функции, как, например, мышцы лба, при помощи которых мы поднимаем брови вверх. Другие кожные мышцы, служащие у человека для движения кожи, атрофировались. Некоторые мышцы, встречаемые у примитивных животных и низших млекопитающих, встречаются у некоторых людей в рудиментарном виде, у большинства же они совершенно отсутствуют.
Стопы маленького ребенка напоминают стопы обезьян. Подошвенные поверхности обращены друг к другу, а большой палец отставлен. То, что подошвы у обезьян обращены друг к другу, а ноги очень подвижны, облегчает им лазание по деревьям и хватание за ветви. Когда ребенок начинает ходить, эти характерные признаки постепенно исчезают. Хватательная сила рук у новорожденного относительно велика, благодаря чему ребенка, который держится за тросточку, можно поднять вверх, и он около 2 минут может удержать вес своего тела. Это, несомненно, является рудиментарным остатком, унаследованным человеком от далеких предков.
Хвост так хорошо развитый у некоторых обезьян, атрофируется не только у человека, но и у всех человекообразных обезьян. Однако эта атрофия не является полной, так как несколько недоразвитых хвостовых позвонков имеется как у людей, так и у человекообразных обезьян. Из других рудиментарных органов у человека можно назвать червеобразный отросток слепой кишки, рудиментарное оволосение тела, зубы мудрости, то есть последние коренные зубы, некоторые части ушной раковины.
Следует подчеркнуть, что именно рудиментарные органы отличаются очень большой изменчивостью. У одних особей они могут быть более развитыми, чем у других, а иногда могут совершенно отсутствовать. Так, например, зубы мудрости иногда могут еще хорошо функционировать, иногда же остаются в глубине десен или вообще не развиваются.
Иногда рудиментарный орган у некоторых особей может достигать значительных размеров, чем напоминает взаимоотношения, имевшие место у далеких предков. В этом случае говорим об атавизме. Наличие у ребенка выступающей хвостовой части, развитие у лошади добавочного пальца, видные снаружи у кита части задней конечности являются примерами такого атавизма.
Мы уже указывали, что кроме гомологичных органов, которые сравнительный анатом использует для своего изучения родства форм, имеются также аналогичные органы, которые отличаются друг от друга основными чертами строения и способом эмбрионального развития, и которые исполняют сходные функции. Ясно, что аналогичные органы не могут служить указанием в эволюционных исследованиях, и служат примером того, как принципиально разные органы форм, не находящихся в родстве, могут быть приспособлены к исполнению одной и той же функции. Как мы уже указывали, таким примером аналогичных органов может служить крыло птицы и крыло насекомого.
В определенном значении, однако, и аналогичные органы могут служить примером эволюционных изменений. Если среди насекомых и птиц имеются формы бескрылые и крылатые, то можно заметить, что в этих обеих группах крылатые формы могут иметь крылья различного строения. Различия невозможно объяснить иначе, чем изменениями, которые этот орган претерпел в процессе эволюции.
Кроме того, если бы мы изучали формы, столь разные, как, например, позвоночные и моллюски, относящиеся к разным типам, мы бы увидели кроме резкой разницы в их форме и строении, некоторые общие черты в строении их тканей и клеток. Больше того, даже животные и растительные клетки, если сравнить их между собой, обладают принципиальным сходством. Это являетсяся свидетельством того, что не только весь животный мир развился эволюционным путем из одного общего ствола, но что растения и животные происходят от каких-то общих предков. Иначе трудно было бы объяснить себе логическим образом это существенное сходство. Предположение в этом случае какой-то случайности, не связанной с родственным происхождением, определенной общностью генов, является мало вероятным, тем более, что и другие науки, как, например биохимия, говорят в пользу того же.
Стоит вспомнить, что лишь с момента введения в биологию эволюционного принципа, анатомия достигла своей конкретной цели, то есть изучения сходства. Перед этим задача ее ограничивалась или собиранием материала, или ссылкой на какую-то идеальную форму прототипа, следуя образцу морфологов-идеалистов, или так называемых "натурфилософов".