Докази еволюції. Сукупність наукових даних, отриманих ученими різних біологічних дисциплін, які підтверджують походження всіх живих істот на Землі від спільного предка, мають назву докази еволюції. Зазвичай наукові відомості, що обґрунтовують теорію еволюції, поділяють на чотири групи: палеонтологія — наука про вимерлих тварин та рослини; порівняльна анатомія — дисципліна, що вивчає та порівнює будову різних організмів; ембріологія та молекулярно-генетичні дані.

Дані палеонтології — найвагоміші аргументи на користь існування еволюційного процесу. Факти цієї науки мають таке значення тому, що зміни у прадавні часи тваринного та рослинного світу чітко відбувалися відповідно до зміни геологічних епох, кожна з яких відбиває певний період історії.

Проблемою визначення віку Землі займається геологія (від грец. гео — Земля і логос). Тому докази історичного розвитку життя на нашій планеті, здобуті фахівцями іншої галузі природознавства та ще й іншими методами, є особливо переконливими (іл. 41.1).

Головним палеонтологічним доказом реальності еволюції є не просто знахідки решток прадавніх вимерлих тварин або рослин, а й те, що ці викопні залишки утворюють послідовність викопних форм, що відповідає процесу еволюційних перетворень певної групи організмів.

Іл. 41.1. Послідовні шари землі, що утворені відкладами різного віку

Наприклад, якщо п'ятипалу кінцівку прадавнього предка сучасних коней (іл. 41.2), вік існування якого визначають у 100 млн років, порівняти зі ступнею сучасного коня, важко знайти в них щось спільне. У першому випадку — це типова кінцівка п'ятипалого типу, властива більшості сучасних ссавців, у другому — ступня лише з одним третім пальцем. Однак знахідки в Північній Євразії безлічі проміжних за своєю будовою викопних форм показують, що насправді вони — два крайні варіанти одного еволюційного ряду.

Що давніші викопні рештки, то глибше вони залягають у шарах Землі.

Саме ця послідовність залягання дає можливість відстежити, як одні види змінювали інші. Тому в процесі палеонтологічних розкопок ґрунт знімають шар за шаром, чітко фіксуючи, в якому шарі та в якій послідовності знайдені ті чи інші рештки.

Найбільш придатними об'єктами для вивчення еволюційного ряду вимерлих форм є рештки тварин з твердим скелетом, на яких добре видно ознаки виду. Найчастіше це черепашки молюсків (іл. 41.3) або кістки чи зуби ссавців.

Знаючи геологічний вік шарів землі, можна визначити часовий діапазон (у мільйонах років), у якому жив вид. У міру нагромадження даних і відновлення послідовності викопних форм з'являється навіть можливість вирішення зворотного завдання — визначення віку шарів землі за фрагментами кісток викопних форм.

Іл. 41.2. Історична послідовність розвитку однопалої кінцівки сучасного коня від п'ятипалої кінцівки викопного предка

Іл. 41.3. Послідовність форм черепашок викопних молюсків

«Живі викопні». За мільйони років від колись живих істот залишаються лише скам'янілі фрагменти тіла, тому перед палеонтологами постає доволі складне завдання — відтворити вигляд цілого організму часто навіть за однією деталлю тіла.

Такі реконструкції багато в чому залежать від підготовки, знань і уяви дослідника, а отже, почасти суб'єктивні й викликають сумніви у скептиків. Тому особливою цінністю як докази правильності палеонтологічних реконструкцій є «живі викопні», або релікти (від лат. реліктум — залишок).

Це види або групи близьких видів прадавнього походження, які змогли дожити до наших днів, маючи низку ознак вимерлих тварин або рослин минулих геологічних епох. У царстві рослин реліктом є вид голонасінних гінкго дволопатеве. Цьому представнику стародавнього рослинного світу близько 300 млн років (іл. 41.4). У дикому вигляді дерево збереглося в Китаї, а зараз добре почувається у багатьох парках і ботанічних садах, у тому числі України. Типовими реліктами в царстві тварин (іл. 41.5) є мечохвости — гігантські морські членистоногі, що сягають 60 см завдовжки; кистепера риба латимерія, рептилія гатерія, яка зовні нагадує ящірку, що збереглася на кількох дрібних островах поблизу Нової Зеландії; із ссавців — яйцекладні (качконіс і єхидна), які ще мають чіткі ознаки плазунів.

Значення відомостей про будову організмів. Одразу ж слід зазначити, що живі організми побудовані за єдиним принципом — адже всі вони складаються із клітин, які мають єдиний план будови. Це означає, що всі живі істоти походять від спільного предка, якою була примітивна одноклітинна істота.

До того ж, організми однієї систематичної групи мають однаковий план будови тіла, наприклад, усі членистоногі характеризуються зовнішнім скелетом з хітину, всім молюскам властива черепашка, основу тіла хребетних становить внутрішній скелет з кісток. Невипадково, що одним із ключових положень порівняльної анатомії є принцип: що ближча спорідненість організмів, то вища їх подібність за ознаками (мають однаковий план будови, розвиваються в ембріогенезі з одних зачатків і виконують однакові функції). Такі ознаки називають гомологічними (від грец. гомологія — відповідність).

Іл. 41.4. Гінкго дволопатеве

Іл. 41.5. Реліктові тварини: а — мечохвіст, б — латимерія, в — гатерія, г — качконіс

Гомологічними, наприклад, є парні кінцівки всіх хребетних (іл. 41.6). Вони не лише мають однакове ембріональне походження, а в амфібій, рептилій, птахів і ссавців складаються з однакових кісток, що кріпляться до осьового скелету за допомогою поясів кінцівок.

Кінцівки ж членистоногих лише аналогічні (від грец. аналогія — схожість) до кінцівок хребетних.

Вони виконують ту ж функцію, що й органи руху, але є похідними зовнішнього скелета — кутикули.

Аналогічними органами також є крила птахів і метеликів, очі головоногих молюсків і ссавців (іл. 41.7).

Іл. 41.6. Гомологічність кінцівок хребетних

Іл. 41.7. Аналогічні органи: побудовані в різний спосіб очі корови (а) та кальмара (б)

Прикладом гомологічних органів рослин, які виконують різні функції й зовні зовсім несхожі, є численні видозміни листкових пластинок: вусики гороху, стеблові лусочки хвоща, колючки барбарису, лусочки на кореневищі й брунькові луски. Дивний перехідний ряд від пелюсток до тичинок латаття показує, яким чином у процесі еволюції виникли тичинки. У рослин також можна знайти безліч аналогічних органів. Наприклад, колючки барбарису виникають із листків, білої акації — із прилистків, глоду — з пагонів, а колючки ожини є похідними кори.

Рудименти та атавізми як анатомічні докази еволюції. Переконливими доказами процесу еволюції є рудименти (від лат. рудіментум — зачаток) й атавізми (від лат. атавус — предок) — недорозвинені органи або структури тіла, які втратили своє функціональне значення. Відмінність рудиментарних органів від атавістичних полягає в тому, що перші трапляються в усіх без винятку особин даного виду, а другі — лише в окремих із них. Типовими прикладами рудиментарних органів тварин є редукція таза в китоподібних або крил у нелітаючого птаха ківі, що живе в Новій Зеландії (іл. 41.8).

Рудиментарні органи та атавізми є й у людини. Їх наявність доводить змінюваність людини як біологічного виду та вказує на її спорідненість з іншими ссавцями.

Рудиментами людини є вушні м’язи та підшкірна мускулатура. Прикладами атавізму можна назвати випадки появи в людей рудиментарного хвоста, надзвичайно сильного волосяного покриву на тілі (іл. 41.9) і наявність кількох пар сосків.

Іл. 41.8. Ківі — птах з редукованими крилами

Іл. 41.9. Атавізми людини

Дані ембріології також є прямими доказами реальності еволюційного процесу. Насамперед його доводить закон зародкової подібності, який сформульовав видатний натураліст Карл Бер (1792-1876) у першій половині XIX ст.: «Що більш ранні стадії індивідуального розвитку досліджуються, то більше подібності виявляється між різними організмами».

Іл. 41.10. Подібність зародків хребетних тварин і людини

На ранніх стадіях розвитку ембріони хребетних не відрізняються одні від одних. Лише на середині ембріогенезу в зародків з'являються ознаки, характерні для риб і амфібій, а ще пізніше — ознаки, властиві рептиліям, птахам і ссавцям. Очевидно, що в цьому випадку зародкова подібність свідчить про спільність походження та єдність початкових етапів еволюції всіх хребетних (іл. 41.10).

У другій половині XIX ст. німецькі вчені Фріц Мюллер (1822-1897) та Ернст Геккель (1834-1919) пішли далі й сформулювали біогенетичний закон, згідно з яким кожна особина у своєму індивідуальному розвитку повторює історію розвитку свого виду. Зазвичай цей закон формулюють дуже коротко: «Онтогенез — це швидке повторення філогенезу».

Наочною ілюстрацією правильності біогенетичного закону є життєвий цикл безхвостих амфібій. Виявляється, зовсім не обов'язково вивчати викопні рештки прадавніх риб, щоб зрозуміти — земноводні пішли від риб. Для цього досить вивчити будову личинок жаб — пуголовків (іл. 41.11). Вони, як і риби, мають хвостовий і непарні плавці, зябра, двокамерне серце, одне коло кровообігу та навіть специфічний для риб орган чуття — бічну лінію.

Молекулярно-генетичні дані. Одним з головних правил біології є принцип єдності хімічного складу живих організмів. За основу біохімічної універсальності живого взято дві групи речовин: білки та нуклеїнові кислоти. Проведені за останні десятиліття дослідження показали, що спорідненість видів чітко відбивається в їх подібності на рівні первинної структури.

Виникає така закономірність: що більша спорідненість видів та вища їх анатомічна подібність, то більш подібні в них первинна структура білків і послідовність ДНК.

Виявляється, нуклеотидні послідовності ДНК людини й шимпанзе однакові на 98 %.

Отже, відмінності між видами на рівні первинної структури ДНК чи білків чітко відповідають спорідненості порівнюваних видів. Це дає можливість однозначно визначити родинні взаємини між видами, які порівнюють, і в такий спосіб відтворити хід еволюції та реконструювати філогенію (від грец. філон — плем'я, рід і генос — рід, походження) — походження систематичних груп чи окремих видів, не використовуючи палеонтологічний матеріал. Цей напрям досліджень названо молекулярною філогенією. Молекулярні дані, як відомо, отримують експериментальним шляхом. їх легко виразити у вигляді чітких і зрозумілих цифр, що відбивають відсоток однакових послідовностей нуклеотидів в ДНК або амінокислот у білках у двох порівнюваних видів, причому що більше однакових послідовностей, то генетично ближчі один до одного види.

Іл. 41.11 Личинка жаби (пуголовок), яка за своєю будовою чітко доводить походження земноводних від риб

Важливим підсумком застосування молекулярних даних став збіг родинних зв'язків, здобутих за допомогою молекулярної філогенії, з одного боку, й методами порівняльної анатомії, ембріології та палеонтології — з іншого. У кінцевому підсумку це підтверджує об'єктивність еволюційних подій.

Еволюція — історичний розвиток живого на Землі — є незаперечним науковим фактом, який підтверджують безпосередні спостереження й методи різних наук, зокрема палеонтології, порівняльної анатомії, ембріології та молекулярної генетики.