Другие факты, свидетельствующие об эволюции. Оказывается что часто организмы, берущие начало от какого-то одного очень Старого ствола, так разграничились химически в процессе дальнейшей эволюции

Часть 2

Оказывается что часто организмы, берущие начало от какого-то одного очень старого ствола, так разграничились химически в процессе дальнейшей эволюции, что серологические анализы дают отрицательный результат. Следует помнить, что различия, наступающие в процессе эволюции отдельных форм, не обязательно касаются в одинаковой степени морфологического и биохимического различия. Иногда, несмотря на то, что морфолог может обнаружить сходство строения, серолог обнаруживает полное отсутствие реакции преципитации. И наоборот, иногда морфологические исследования указывают на различие двух форм, которые однако сохранили еще серологическое сходство.

Напомним один пример, важный потому, что именно серологическое исследование открыло истинное родство. Большого морского членистоногого - мечехвоста (Limulus) систематики относили к первичным ракообразным. Это нашло свое отражение в его английском обиходном названии: King crab, то есть королевский краб. Это морское животное. А между тем оказалось, что сыворотка, например, кролика, с антителами, образовавшимися на белок крабов, сильно реагирует только с белками других ракообразных, не давая реакции с белком выше указанного мечехвоста. Зато сыворотка, содержащая антитела на белок этого животного, сильно реагирует с белком паукообразных, тогда, как с белком ракообразных или совсем не дает реакции, или дает очень слабую реакцию. Таким образом, доказано его родство с паукообразными, а родство его с ракообразными сомнительно. Зоологическая систематика придерживается в настоящее время именно этого взгляда. Это интересный пример, так как в этом случае серологические исследования помогли открыть истинное родовое родство.

Относительно не так давно ученые старались установить при помощи серологических методов, которая из многочисленных гипотез относительно происхождения позвоночных, является наиболее правильной. Wilhelmi прежде всего обнаружил, что полухордовые обладают особенными биохимическими сходствами с иглокожими. В этом случае биохимические исследования дали такие же результаты, как и сравнительная эмбриология. По этой теории формы, давшие начало типу хордовых, происходят от иглокожих. Результаты анализов Wilhelmi нашли позже подтверждение в другом разделе исследований эволюционной биохимии. Мы считаем, что хотя бы с этой точки зрения следовало бы рассмотреть их ближе.

Биохимические реакции протекают в определенной последовательности. Виноградный сахар, то есть глюкоза, может в лаборатории подвергаться быстрому сжиганию. Конечными продуктами этой реакции являются двуокись углерода и вода, причем освобождается определенное количество свободной энергии. Этот же процесс сжигания Сахаров происходит и в живом организме, в виде многих последовательных реакций, протекающих под влиянием органических катализаторов, то есть ферментов.

В свете современных взглядов биохимической генетики образование каждого фермента происходит благодаря действию определенного гена. Биохимия показала, что процесс гликолиза, то есть постепенного ферментативного распада виноградного сахара, протекает в разных клетках и у разных организмов при помощи тех самых ферментов. Эта гомология процесса гликолиза указывает на эволюционную связь, существующую между разными организмами, свидетельствуя еще раз о правильности принципа эволюции.

Мышечная ткань является высоко дифференцированной тканью и приспособлена к быстрому и длительному действию. Своей способностью к очень быстрым сокращениям она обязана особым свойствам мышечного белка, который называем актомиозином. "Актомиозин встречается только в мышцах и является примером того, каким образом специализация химической структуры может создать молекулярную основу для особой физиологической функции".

Поперечнополосатые мышцы, как и другие ткани, также имеют полный набор ферментов, управляющих гликолизом и тканевым дыханием. Главным источником энергии, как в работе мышц, так и в функции электрических органов некоторых рыб, в образовании света в некоторых световых органах животных, и вообще в работе, производимой клетками и тканями живого организма, является разложение аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) в аденозиндифосфорную кислоту (АДФ).

Благодаря наличию в тканях АТФ, то есть высокоэнергетического соединения, организм обладает запасами энергии, которые в соответствующее время могут освободиться. Повторный синтез, или ресинтез АТФ, наступает за счет энергии, освобождающейся при разложении углеводов, жиров и белков. Таким образом, ткань получает свободную энергию при разложении АТФ, а затем ресинтезирует АТФ при гликолизе или дыхании. В мышцах, которые способны к быстрой и длительной работе, имеется дополнительный механизм, обеспечивающий очень быстрый ресинтез АТФ.

В мышцах позвоночных имеется субстанция, называемая фосфогеном, то есть особое соединение фосфорной кислоты с органическим веществом, называемым креатином - креатинфосфорная кислота (КФ). Это соединение способствует почти моментальному ресинтезу АТФ. Реакцию можно представить схематически следующим образом: АТФ разлагается на АДФ, освобождая при этом энергию. АДФ, реагируя с КФ, почти моментально восстанавливает АТФ и освобождает креатин. Благодаря этому быстрому обеспечению фосфогеном процесс гликолиза и дыхания может происходить в более медленном темпе.

Сравнительные исследования фосфогенов, встречающихся в мышцах разных животных, показали основное различие между позвоночными и беспозвоночными животными. Оказалось, что все позвоночные, включая и круглоротых, содержат креатинфосфорную кислоту (КФ), тогда, как у беспозвоночных имеется аргининфосфорная кислота (АФ). Ланцетник, относящийся к хордовым, среди которых образует группу бесчерепных, имеет также в своих мышцах КФ, то есть с этой точки зрения сходен с позвоночными.

Установление этих фактов склонило D. M. Neddham и ее сотрудников к исследованию в этом направлении как низших хордовых, так и некоторых беспозвоночных. Автор стремилась найти зависимость между результатами биохимических исследований фосфогенов, содержащих высокоэнергетические соединения фосфора, и эволюционных исследований происхождения позвоночных. Оказалось, что оболочники (Tunicata) содержат только АФ, а не имеют КФ.

У иглокожих дело выглядит иначе. У одних из них обнаружена только АФ, у других только КФ, тогда, как у морских ежей, например, обнаружена как АФ, так и КФ. Возможно, что наличие АФ или КФ зависит от простого мутационного изменения, и что у представителей иглокожих произошло изменение фосфогена, встречающегося у других беспозвоночных, то есть АФ, в фосфоген, встречаемый у позвоночных, то есть КФ. Этой лабильностью двух видов фосфогенов обладают иглокожие и эволюционно родственные им хордовые, у которых, за исключением позвоночных, отмечаем различные взаимоотношения этих соединений. Так оболочники имеют исключительно АФ, полухордовые имеют как АФ, так и КФ, а ланцетник имеет исключительно КФ, как и все позвоночные.

Результаты этих исследований не только указывают на иглокожих, как на тот тип, который вероятно находится в родстве с первыми хордовыми, на что указывают и исследования сравнительных морфологов, но кроме того позволяют предполагать, что в процессе закрепления соответствующих типов фосфогенов, наличие у иглокожих того или другого вида фосфогена было признаком, не имевшим значения для действия естественного отбора.

Интересно, что исследования для эволюционных целей разных форм фосфогена у зрелых животных, может также найти применение в биохимических исследованиях у зародышей. До настоящего времени эмбриология доставила доказательства эволюции, основанные на морфологических данных, в настоящее время эмбриолог - эволюционист пользуется также биохимическими способами.

В организме аргинин является предшественником креатина. Оказалось, что существует соответствие между явлениями филогенеза и онтогенеза, если речь идет об аргинине и креатине. Мы уже указывали на то, что у беспозвоночных фосфоген встречается в виде аргининфосфорной кислоты, тогда, как у позвоночных встречается креатинфосфорная кислота. У молодых зародышей хрящевых рыб вначале появляется аргинин, а лишь позднее креатин. Молодые зародыши морских ежей имеют вначале только и исключительно АФ, к которой позднее присоединяется КФ.

Аналогичные биохимические явления из области эволюционной эмбриологии отмечаем в образовании организмом продуктов выделения, содержащих азот. Соединения азота у рыб выделяются в виде солей аммония. Земноводные и черепахи выделяют главным образом мочевину, тогда, как птицы, ящерицы и змеи выделяют мочевую кислоту. В процессе эволюции вначале выделялись соединения азота в виде солей аммония, позже в виде мочевины, а в конце в виде мочевой кислоты.

В исследованиях J. Needham по биохимии зародышей птиц оказалось, что зародыш курицы на четвертый день инкубации около 90% азота выделяет в виде аммиака. По мере уменьшения количества выделяемого аммиака, увеличивается выделение мочевины, которое достигает своего максимума на девятый день инкубации. Затем падает количество выделяемой мочевины и в качестве продукта обмена азота появляется мочевая кислота.

Другой пример относится к биохимической связи между видовым и онтогенетическим развитием. Этот вопрос был разработан польскими исследователями, Балашевичем и Минцувной. Они обнаружили, что продуктом азотного обмена головастиков является главным образом аммиак, тогда, как зрелые формы выделяют мочевину. Результаты этих анализов были подтверждены и дополнены Munro. Этот автор обнаружил, что в моменте наиболее интенсивно протекающего процесса преобразования, когда у головастика пробиваются передние конечности, атрофируется хвост и расширяется ротовое отверстие, прекращается образование аммиака, как конечного продукта обмена азота, и вместо него появляется мочевина.

Следующим интересным примером интерпретации биохимических данных в духе эволюционизма, являются исследования ионного состава и осмотического давления у морских и пресноводных беспозвоночных и у позвоночных животных. Большинство морских беспозвоночных животных имеет такой же состав ионов и такое же осмотическое давление, как морская вода. Зато пресноводные беспозвоночные и позвоночные животные способны регулировать как концентрацию, так и состав жидкостей организма.

Macallum первый обратил внимание на сходство между ионным составом морской воды и сывороткой крови позвоночных. У представителей морских беспозвоночных отношение разных ионов, содержащихся в их тканевых жидкостях, соответствует отношению этих ионов в морской воде. У позвоночных зато ионы магния имеются в значительно меньшем количестве. Macallum предполагает, что этот факт имеет свое значение с точки зрения эволюции. Несомненно колыбелью первых живых существ было море. Он считает, что ионный состав крови позвоночных отображает химические взаимоотношения, господствовавшие в древних морях, в которых содержалось значительно меньше ионов магния и несколько меньше ионов натрия, чем в настоящее время.

Мнение Walda является несколько отличным. Не все беспозвоночные животные, заселяющие пресные воды, сразу приспособились к столь различным условиям жизни. Заселение пресных вод морскими беспозвоночными повторялось многократно в разные времена. Wald предполагает, что различные морские беспозвоночные приспосабливались к жизни в пресных водах, снижая до минимума свое осмотическое давление.

Каким же образом в процессе эволюции развились пресноводные позвоночные? Можно предположить, что позвоночные развились из форм беспозвоночных, живших уже в пресных водах. В связи с этим следует напомнить о приведенных уже выше взглядах Berrilla, который считает, что позвоночные возникли из неотенических форм асцидии (Ascidia), входящих постепенно от устий рек в пресные воды.

Ясно, что это более или менее правдоподобные гипотезы, которые, однако, указывают на то, что современная наука все чаще стремится в исследованиях проблемы эволюции обосновываться на биохимических данных, дополняющих и расширяющих сведения, полученные при помощи морфологических исследований. Эволюционной биохимии предстоит, несомненно, решить еще много проблем. Не следует сомневаться, что применение биохимических методов исследования может быть в той же степени плодотворным для эволюционизма, как и для генетики. С этой точки зрения правильным является высказывание генетика и биохимика Хольдейна (J. В. S. Haldane), который считает, что в общей сложности эволюционный процесс следует рассматривать, как процесс биохимический.

Заканчивая разбор биохимических данных с точки зрения эволюции мы бы хотели еще раз напомнить об очень интересных достижениях, являющихся предвестником будущих исследований. Речь идет об анализе аминокислотного состава белков вымерших организмов. До недавнего времени считалось, что после смерти организма белки неминуемо подвергаются гнилостным процессам, и что даже отдельные аминокислоты не могут сохраниться. Интересно, что несколько лет тому назад американским ученым удалось обнаружить большое количество этих соединений в остатках животных, живших даже 300 миллионов лет тому назад.

Как пишет Abelson, в ребрах одного из динозавров (Stegosaurus stenops, жил 150 миллионов лет тому назад), обнаружено небольшое количество аланина, глютаминовой кислоты и глицина. В еще меньшем количестве обнаружены аспарагиновая, изолейциновая, пролиновая и валиновая кислоты. Очень интересным является факт, что панцирь девонской рыбы Dynichthys terelli, жившей 300 миллионов лет тому назад, содержал относительно большое количество аминокислот. Остатки этой рыбы сохранились в условиях, затрудняющих окисление.

Особенно важным для познания начала эволюции живых существ может оказаться обнаружение первичных молекул органических соединений в предкембрийских слоях, и более тщательное изучение их. Американские ученые считают это возможным, указывая на значительно большую стойкость порфирин, чем исследованных аминокислот, а Е. Barghoorn получил даже органический пигмент из предкембрийских сланцев, насчитывающих 1,4 миллиарда лет.

Глава нашей книжки, занимающаяся биологическими доказательствами эволюции, слишком коротка, чтобы подробнее изложить достижения отдельных биологических дисциплин. Представляя данные из сравнительной анатомии, биогеографии, палеонтологии, систематики и биохимии вместе с физиологией мы были вынуждены ограничиться лишь избранными вопросами. Мы также не имели возможности остановиться на убедительных доказательствах эволюции из других областей знания, как, например, экология, зоопсихология и так далее. Мы считаем, однако, что даже приведенного материала вполне достаточно, чтобы убедить каждого в правильности принципа эволюции. Если бы мы отбросили этот принцип, все богатство фактов, собранных наукой, не могло бы найти логического объяснения.

Хотя многие из доказательств имеют значение косвенных, то в совокупности они дают столь убедительный материал, что никто не может возражать против них. Следует добавить, что палеонтология дает нам доказательства прямого характера и что достижения разных наук дополняют друг друга. Если палеонтология доказывает, что птицы произошли эволюционным путем от пресмыкающихся, то факты, добытые сравнительной анатомией, эмбриологией и биохимией приводят к тому же выводу.

Благодаря фактам, почерпнутым из разных отраслей биологических наук, мы в настоящее время считаем биологическую эволюцию не только убедительной научной теорией, но и несомненным научным фактом.

ГЛАВА 5