Эволюция жануарлардың дене пішінін қалай өзгертті

Біздің планетамыздағы тірі организмдердің алуан түрлілігі тіпті тәжірибелі натуралистердің қиялын таң қалдырады. Микроскопиялық жәндіктерден бастап алып киттерге дейін әрбір түр мекендеу жағдайларына тамаша бейімделген бірегей құрылысқа ие. Мұндай әртүрлілік кездейсоқ пайда болған жоқ, ол миллиондаған жылдар бойы табиғи сұрыпталу әсерінен қалыптасты. Эволюциялық механизмдер мүсінші сияқты фауна өкілдерінің денелерін қалыптастырып, тек ең сәтті нұсқаларын қалдырды. Осы түрленулерді зерттеу тіршіліктің дамуының терең заңдылықтарын түсінуге және биосфераның болашақ өзгерістерін болжауға мүмкіндік береді.

Морфологиялық өзгерістердің негізгі қозғаушы күштері

Дене құрылымының түрленуі қоршаған орта факторларының көптеген әсерінен болады. Табиғат сәтсіз нұсқаларды аяусыз елеп тастап, тек тіршілік ету мен көбею мүмкіндігін арттыратын ерекшеліктерді сақтайды.

Эволюциялық түрленулердің негізгі механизмдері бірнеше процесті қамтиды:

• табиғи сұрыпталу тек өміршең формаларды өткізетін басты сүзгі ретінде әрекет етеді. Тиімді белгілері бар даралар көбірек ұрпақ қалдырып, өз гендерін келесі ұрпақтарға береді. Біртіндеп популяция пайдалы өзгерістерді жинақтап, нақты жағдайларға барған сайын бейімделеді;
• жыныстық сұрыпталу қарсы жыныстағы серіктерге тартымды белгілерді қалыптастырады. Төтенше құстардың жарқын жүні немесе бұғылардың ірі мүйіздері дәл осы мақсатқа қызмет етеді. Мұндай сипаттамалар тіршілік етуді төмендетуі мүмкін, бірақ репродуктивті табыспен өтеледі;
• генетикалық дрейф шағын популяцияларда маңызды рөл атқарады. Аллельдер жиіліктерінің кездейсоқ тербелістері белгілі бір морфологиялық белгілерді бекітуге немесе жоюға қабілетті. Аралдық түрлер дәл осы құбылыстың арқасында ерекше сипаттамалар көрсетеді;
• мутациялар кез келген түрленулер үшін бастапқы материал жеткізеді. Генетикалық өзгергіштік болмаса, сұрыпталуға таңдайтын ештеңе болмас еді. Мутациялардың көпшілігі бейтарап немесе зиянды, бірақ сирек пайдалы нұсқалар бейімделулердің негізіне айналады.

Аталған факторлардың өзара әрекеттесуі дене пішіндерінің шексіз әртүрлілігін жасайды. Әрбір түр осы механизмдердің миллиондаған жылдық «жұмысының» бірегей нәтижесін білдіреді.

Су ортасына бейімделулер

Су стихиясында өмір сүруге көшу бүкіл организмнің түбегейлі қайта құрылуын талап етті. Гидродинамика заңдары теңіздер мен өзендер тұрғындарының келбетіне қатаң талаптар қойды.

Су тіршілік иелерінің тән бейімделулері таңғажайып конвергенцияны көрсетеді:

1. Денесінің ағынды пішіні балықтарда, дельфиндерде, ихтиозаврларда және пингвиндерде тәуелсіз пайда болды. Ұршықтәрізді силуэт тығыз орта арқылы қозғалу кезінде кедергіні барынша азайтады. Акулалар мен қатіл киттер таңқаларлық ұқсас көрінеді, бірақ олар жүздеген миллион жыл эволюциямен бөлінген.
2. Жүзу қанаттары мен ескектер көптеген топтарда құрлық бабаларының аяқтарын алмастырды. Киттәрізділер артқы аяқтарынан айырылып, алдыңғыларын қуатты қалақшаларға айналдырды. Теңіз тасбақалары құрлықтағы туыстарының тырнақты саусақтарының орнына ескектәрізді аяқтарға ие болды.
3. Құйрық қозғалтқышы жылдам жүзгіштердің көпшілігінде негізгі локомоция органына айналды. Балықтар бүйірлік сермеулер жасайды, ал мұхит сүтқоректілері құйрықты тігінен бұлғайды. Айырмашылық иілгіш омыртқасы бар құрлық бабаларынан шыққанымен түсіндіріледі.
4. Жылуреттеу жылыққанды сүңгуірлер үшін ерекше шешімдерді талап етті. Теріастындағы майдың қалың қабаты итбалықтар мен моржтарды суықтан қорғайды. Жүзу қанаттарындағы қарсыағынды жылу алмастырғыштар аяқтар арқылы жылу жоғалтуын болдырмайды.

Су тұрғындарының конвергентті эволюциясы физикалық заңдардың мүмкін даму бағыттарын қалай шектейтінін көрнекі көрсетеді. Нақты міндеттер үшін оңтайлы шешімдер аз, және табиғат оларды қайта-қайта табады.

Ұшуға бейімделулер

Әуе стихиясын бағындыру омыртқалылар эволюциясының ұлы жетістіктерінің біріне айналды. Белсенді ұшу қабілеті үш рет тәуелсіз түрде птерозаврларда, құстарда және жарқанаттыларда пайда болды.

Ұшатын тіршілік иелерінің анатомиялық түрленулері барлық мүше жүйелерін қамтыды:

• қаңқаның жеңілдеуіне әртүрлі топтарда түрлі жолдармен қол жеткізілді. Құстар беріктігін сақтайтын ішкі көлденең тіректері бар қуыс сүйектерге ие болды. Жарқанаттылар тығыз сүйектерді сақтады, бұл салмақты миниатюралық өлшемдер мен қанаттың жұқа мембранасымен өтелді;
• кеуде бұлшықеттері қуатты сермеулерді қамтамасыз ету үшін гипертрофияланды. Құстардың төс сүйегіндегі қыр үлкен ұшу бұлшықеттерінің бекіну орны болып табылады. Колибриде бұл бұлшықеттердің массасы дене салмағының төрттен біріне жетеді;
• қауырсын жамылғысы қанаттың аэродинамикалық қасиеттерін және жылу оқшаулауын бір мезгілде қамтамасыз етеді. Контур қауырсындары көтергіш бетті қалыптастырады, мамық қауырсындар жылуды сақтайды. Қауырсын құрылымы ілгектер мен тармақтар жүйесі бар инженерлік шедевр болып табылады;
• құстардың тыныс алу жүйесі ауаның бір бағытты ағынын қамтамасыз ететін ауа қаптарын қамтиды. Газ алмасу тұйық альвеолалары бар сүтқоректілерге қарағанда тиімдірек жүреді. Мұндай ұйымдастыру ұзақ ұшу кезінде қарқынды метаболизмді қолдауға мүмкіндік береді.

Ұшу бейімделулерінің алуан түрлілігі бір міндетті шешудің көптеген жолдарын көрсетеді. Әрбір топ әуе ортасының сын-тегеуріндеріне өз жауабын тапты.

Құрлық аяқтарының эволюциясы

Омыртқалылардың құрлыққа шығуы локомоторлық аппараттың түбегейлі қайта құрылуын талап етті. Бабалардың жүзу қанаттары біртіндеп денені ауырлық күшіне қарсы ұстай алатын аяқтарға айналды.

Аяқтардың түрлену кезеңдері палеонтологиялық жазбада байқалады:

1. Девон кезеңінің қысқақанатты балықтары сүйек негізі бар етті жүзу қанаттарына ие болды. Тиктаалик су мен құрлықтағы өмір салты арасындағы аралық күйді көрсетеді. Оның алдыңғы қанаттары денені таяз суда қолдай алатын еді.
2. Алғашқы төртаяқтылар әр аяқта жеті-сегіз саусағы бар көпсаусақты құрылымды сақтады. Ихтиостега мен акантостега әлі де сумен тығыз байланысты, бірақ құрлықта жүре алатын. Біртіндеп саусақтар саны беске тұрақтады.
3. Құрлықтық локомоциялардың алуан түрлілігі базалық жоспардың көптеген модификацияларын тудырды. Тұяқтылар саусақтарының ұшына сүйенеді, жыртқыштар табандарымен жүреді. Приматтар ағаштағы өмір салтына қажетті ұстау функциясын сақтады.
4. Қайталама бейімделулер жыландар мен аяқсыз кесірткелерде аяқтардың редукциясына әкелді. Жер қазу өмір салты аяқтарды кедергіге айналдырды, сондықтан олар біртіндеп жоғалды. Боа жыландарындағы жамбас белдеуінің рудименттері төртаяқты бабалар туралы куәлік береді.

Құрлық аяқтарының тарихы эволюциялық өзгерістердің сабақтастық қағидасын суреттейді. Әрбір жаңа құрылым бұрыннан бар құрылымды модификациялау жолымен пайда болады, қайтадан жасалмайды.

Дене өлшемдері және олардың маңызы

Организмнің габариттері оның физиологиясы мен экологиясының барлық аспектілерін анықтайды. Өлшемдердің эволюциясы аллометриялық ережелер деп аталатын қатаң математикалық заңдылықтарға бағынады.

Дене көлемінің әсері көптеген аспектілерде көрінеді:

• бет пен көлемнің арақатынасы жылуреттеу үшін өте маңызды. Ұсақ тіршілік иелері жылуды тез жоғалтады және жоғары метаболизмді ұстауға мәжбүр. Кәрістер тәулігіне өз массасынан асатын мөлшерде тағам жейді;
• қаңқаның беріктігі габариттер ұлғайған кезде салмақтан тезірек өсуі керек. Піллер тышқандармен салыстырғанда пропорционалды емес қалың сүйектерге ие. Динозаврлардың гигантизмі тірек аппаратының архитектурасында ерекше конструктивтік шешімдерді талап етті;
• аралдық эволюция жиі өлшемдердің парадоксалды өзгеру тенденцияларын көрсетеді. Ірі түрлер ресурстардың шектеулілігіне байланысты кішірейеді, ал ұсақтары жыртқыштар болмаған кезде ірілейді. Жерорта теңізінің үлбір піллері алып кеміргіштермен көршілес өмір сүрді;
• экологиялық қуыс нақты өмір салты үшін оңтайлы көлем диапазонын белгілейді. Нектармен қоректенетін құстар энергетикалық шектеулерге байланысты миниатюралық. Мұхиттардың сүзгіштері планктонның молдығының арқасында орасан өлшемдерге жетеді.

Организмдерді масштабтау әмбебап физикалық заңдарға бағынады. Бұл заңдылықтарды түсіну жойылған тіршілік иелерінің келбетін қайта құруға және қазіргі түрлердің эволюциялық траекторияларын болжауға көмектеседі.

Жердегі әрбір тірі жан құрылыс ерекшеліктерінде бейнеленген ұзақ эволюциялық тарихтың іздерін өзінде сақтайды. Морфологиялық бейімделулер орта талаптары мен мұраланған құрылыс жоспарының шектеулері арасындағы ымыраны білдіреді. Осы түрленулерді зерттеу инженерлік міндеттерді шешудегі табиғаттың таңғажайып тапқырлығын ашады. Молекулалық биологияның заманауи әдістері морфогенездің генетикалық негіздерін зерттеуге және жаңа құрылымдардың пайда болу механизмдерін түсінуге мүмкіндік береді. Пішін қалыптастырудың эволюциялық қағидаларын түсіну бионика және тірі табиғаттан шабыт алған технологияларды жасау үшін перспективалар ашады.