Випадок зпечерними рибами - Студопедія
За освітою я геолог і понад 40 років спеціалізуюсь на печерах. Хоча я не біолог, я знайома з печерним життям і чудовими пристосуваннями, що розвинулися у різних форм печерних істот до темного середовища. Це знайомство з печерним середовищем вплинуло на моє мислення щодо еволюції.
Багато видів тварин стали «печерно адаптованими»; тобто, втратили очі та засліпли, а також втратили пігмент у своїй шкірі та стали білими (рис. 6.4). Таке явище називають «регресивною еволюцією», оскільки життя в темному печерному середовищі викликало регрес у цих тварин і втрату ними деяких тілесних рис, або ж сприяло цьому. Тварин, що повністю втратили пігментацію та очі, називаютьтроглобіонтами, або печерними жителями. На відміну від них, тварини, що нечасто бувають у печерах, називаються троглоксенами, а тварини, які часто мешкають у похмурій зоні і частково пристосовані до печер (напр., мають маленькі очі) –троглофілами. Типовими печерно пристосованими троглобіонтами бувають черв'яки, багатоніжки, павуки, цвіркуни, креветки, раки (рис. 6.4A), риби (рис. 6.4В), і навіть земноводні (рис. 6.4С). Однак троглобіонтних плазунів або ссавців невідомо. Механізм, що призвів до регресивної еволюції, був предметом полеміки з того часу, як сліпі печерні тварини були відкриті і досі обговорюється. Регресивна еволюція аж ніяк не унікальна для печер, (напр., у світі птахи втрачали здатність літати), але у середовищі особливо яскраво виражена.
Печерне середовище виявляється зручним при спробі оцінити деякі фундаментальні вихідні положення теорії еволюції. Причина цього в тому, що печери – це прості, ізольовані світи, де факториселективного відбору залишаються відносно постійними (немає світла, мало поживних речовин, постійна температура, висока вогкість та відносна вологість). Ось деякі помітні характеристики життя, пристосованого до печер:
1) У всіх відомих випадках види, пристосовані до печер, споріднені з видами з поверхні;
2) Час, необхідне для повної адаптації та появи нового виду, може бути в деяких випадках напрочуд коротким;
3) Хід регресивної еволюції живих істот у зовсім темних печерах майже повністю збігається з тим, що спостерігається у глибоководних істот там, де немає світла (напр., білі безокі акули), і у істот, що риють нори під землею в темряві (напр. білі сліпки). Тобто, адаптація до неосвітленого середовища, де б воно не відбувалося, призводить до втрати пігментації шкіри та очей, а також до придбання органів підвищеної чутливості, таких як подовжені, надчутливі вусики, що компенсують сліпоту.
Хоча існує ряд різних істот, пристосованих до печер, ми зосередимося в нашій розмові на печерних рибах. Давайте простежимо, що відбувається з видом риби з потоку на поверхні, коли він пристосовується до печер. Коли регресує така риба, як Amblyopsis, це відбувається поетапно (рис. 6.5). СімействоAmblyopsidaeскладається з 6 видів у 4 пологах, і весь діапазон печерної адаптації представлений одним цим невеликим сімейством.[233]Chologaster cornutus- це вид амбліопсид із зовнішнього світу. Він добре пігментований, а на кожній стороні його тіла є поздовжня смуга. Очі у нього нормальні. КолиAmblyopsisколонізує похмуру зону печери, зорові горбки в мозку все більше скорочуються в розмірі, а очі редукуються, як у випадку з троглофіломChologaster agassizi. Потім, у трьох печерно пристосованих троглобіонтних видах (subterraneous,spelaeusіrosae) зорова система вироджується, у той час як кількість сенсорних горбків зростає. Втрата шкірної пігментації збігається з виродженням зору. Послідовність видівAmblyopsis,показана на малюнку 6.5, виражає обсяг регресивної еволюції щодо терміну, протягом якого поколінняAmblyopsisмешкали в печерному середовищі.Typhlichthys, наймолодший троглобіт з трьох, зазвичай незабарвлений, але здатний відновити пігмент, якщо потримати його кілька місяців на світлі.Amblyopsis rosaeповністю адаптована до печер, і якщо забрати її з печери, вона не відновить жодних початкових властивостей.
Послідовність адаптації, показана на малюнку 6.5, документує прогресуючу зміну генної структури та еволюцію з одного виду до іншого. Отже, якщо «за родом його» у Буття 1 відноситься до окремих творчих дій, такі дії мали створювати рід, сімейство або вищі рівні, ніж види, бо інакше печерно адаптовані види не завжди співвідносилися б з аналогічними видами на поверхні. Для мене ця серія печерно пристосованих видів є незаперечним свідченням про те, що види дійсно еволюціонують в інші види під правильним селективним тиском (в даному випадку - повної темряви). Інакше чому спостерігався б перехід видів від поверхневих (троглоксенів) до похмурих (троглофілів), а потім до мешканців абсолютно темної зони печер (троглобіонтів), при кожному кроці якого виявляється все більша адаптація до темряви?
Малюнок 6.5. Представники сімействаAmblyopsidae.[234]
Ще однією важливоюхарактеристикою регресивної еволюції і те, що у невеликих популяціях може відбуватися дуже швидко. Наприклад, популяції прісноводної мексиканської печерної рибиAstyanax mexicanusмогли досягти повної печерної адаптації пігментації та очей за 10 тисяч або менше років.[235] Більш того, виявлено, що цей процес сильної та швидкої регресивної еволюції виду mexicanus відбувався не одного разу, а кілька разів незалежно, коли популяції з потоків на поверхні ізолювалися в різних печерах. Хоча більш ймовірно, що невелика ізольована популяція змінить свій генетичний пристрій швидше, ніж велика стійка популяція, все ж таки можна поставити питання: як еволюція видів може йти так швидко, якщо видоутворення залежить від суто випадкових мутацій? Біоспелеолог Девід Калвер у своїй книзі «Печерне життя» говорить про традиційні еволюціоністські пояснення цієї проблеми: «Цей випадок важко пояснити і селекціоністськими, і нейтралістськими гіпотезами. Якщо регресивна еволюція – це результат накопичення селективно-нейтральних мутацій, процес займає дуже багато часу. Будь-який процес, котрому потрібно понад 104-105 поколінь, неспроможна пояснити регресивної еволюції».[236] Калвер робить висновок, що через фактор часу при регресивній еволюції має відбуватися безліч мутацій.
Природний відбір – це простий механізм, який останні 50 років називали двигуном регресивної еволюції. Мутація, що редукує марну структуру, таку як око в зовсім темному середовищі, матиме селективну перевагу, тому що вона зберігає енергію. Однак цю «енергозберігаючу» гіпотезу приймають не всі біоспелеологи, тому що ніколи не було жодних емпіричних доказів, що у скасуванні таких структур якпігментація чи очі є реальна енергетична перевага.
Найважливіше питання, яке можна поставити щодо регресивної еволюції та її значення для теорії еволюції, таке: чи можуть генетичні зміни в організмах бути викликані самим середовищем? Звісно ж, що печерні рибиAmblyopsisіAstyanax, і навіть інші організми, що у повній темряві, втратили свої пігментацію й очі якпряма відповідьвідсутність світла. Однак вся ця лінія питань пахне ламаркізмом - тобто успадкуванням набутих характеристик, коли використання або невикористання твариною будь-якого органу зачіпає розвиток цього органу у нащадків даної тварини. Ламаркізм більшість ХХ століття був над честі, але наприкінці ХІХ і початку ХХ ст. регресивна еволюція, що спостерігається в печерній біоті, по суті відіграла важливу роль у виникненні неоламаркістських ідей.
Інтригуюча тема регресивної еволюції порушує багато питань щодо еволюції загалом. Якщо втрата печерними рибами очей пов'язані з безліччю мутацій, чи мають вони відбуватися одночасно, щоб йшла макроеволюція виду? Чи чіпляються одні гени до інших і таким чином викликають мутації відносно швидко? Чи за еволюційні стрибки відповідають «стрибають гени», які займають чи залишають регуляторні хромосомні позиції? Чи є ламаркізм механізмом, здатним спрямовувати еволюцію на генетичному рівні; тобто, чи посилає середовище зворотний сигнал, необхідний генетичних змін? Відповідь на ці та інші питання на цю тему шукає наука молекулярної біології, і, можливо, майбутні прориви у цій сфері остаточно визначає, як діє еволюція і чи діє вона взагалі.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: