Ограничения сопряжённые с эволюцией

Живые организмы — это сложные системы, которые потребляют энергию II простые химические соединения, используя их на построение собственного тела и производство потомства. Однако количество необходимых организмам энергии и химических веществ не безгранично и, кроме того, они распределены на земном шаре неравномерно.
Организмы получают энергию из двух источников. Одним источником служит Солнце, излучающее доступную организмам энергию в форме света. Другой источник энергии — это определенные богатые химической энергией неорганические вещества, такие, как нитраты и сульфаты, но главным образом — богатые энергией органические соединения, содержащиеся в телах живых и мертвых организмов. Неорганические молекулы, необходимые организмам в качестве строительных блоков, также распределены неравномерно: они содержатся в низких концентрациях в виде ионов в водах морей и рек и в почвенных растворах, а в высоких концентрациях — в составе живых организмов.
Энергию света зеленые растения поглощают при фотосинтезе, связывая ее в богатых энергией молекулах углеводов. Однако растения способны использовать менее 5% падающей лучистой энергии; остальная энергия переизлучается или рассеивается в форме тепла. С помощью химической энергии, содержащейся в са- харах, образованных в процессе фотосинтеза, растение строит свои ткани из атомов и молекул, которые оно получает из воды (если это водное растение) или из почвенного раствора. Для поглощения света необходимы специализированные структуры («солнечные батареи»), которые мы называем листьями (а иногда это зеленые стебли). Листья должны располагаться таким образом, чтобы не затенять друг друга; они должны быть достаточно прочными что-бы противостоять ветрам, дождю, снегу и т. д. Иными словами, необходимость поглощения света накладывает определенные ограничения на форму организма. А следовательно, для того чтобы «потреблять» свет, растение должно специализироваться в отношении как своей формы, так и функции. Другие организмы — растительноядные — специализированы к потреблению химической энергии, запасенной в листьях растений (см. рисунок).Ограничения сопряжённые с эволюциейДля того чтобы эффективно потреблять эту энергию, они в свою очередь должны обладать специализированными морфологическими признаками, совершенно не похожими на морфологические признаки растений: им необходимы органы, отделяющие листья от остальных частей растения (ротовой аппарат), и органы, извлекающие из растительной ткани энергию и химические соединения (органы пищеварения). Поскольку в растительном материале содержится много соединений, которые не поддаются перевариванию, и поскольку содержание белка и жиров на 1 г вещества у них низкое (если не считать таких особых образований, как семена, нектар или пыльца), растительноядные организмы для поддержания своего существования должны потреблять относительно большие количества растительного материала. Поэтому они тратят на еду значительную долю своего времени. Эти особенности растительноядных делают возможным существование еще одного типа пищевой специализации, характерного для плотоядных животных. Плотоядные получают необходимую им энергию и химические вещества, поедая растительноядных животных. Ткани последних на 1 г вещества содержат больше энергии, чем ткани растений. Однако для того чтобы поймать и одолеть растительноядное животное, плотоядным также необходимо определенным образом специализировать свои органы и функции.
Трофическая структура, возникающая в результате различия в способах добывания пищи на разных уровнях, служит, тем самым, источником разнообразия (хотя и не единственным, как мы увидим в дальнейшем). Такое разнообразие обусловлено тем, что скорость, с которой различные организмы добывают необходимую им энергию, и способы, которыми они при этом пользуются, накладывают существенный отпечаток как на их строение, так и на поведение. Кроме того, в пределах каждого трофического уровня происходит дальнейшая специализация. Растительноядные специализируются к поеданию определенных частей растения: цветков, древесины, листьев. Плотоядные специализируются по способу охоты: одни преследуют жертву, другие подкарауливают ее из засады, третьи устраивают ловушки. Растения специализируются к эффективному поглощению света в разных условиях: при высокой и низкой освещенности, высоких или низких температурах, в за-висимости от количества доступной влаги.
Эволюция представляет собой, следовательно, результат взаимодействия множества разнообразных факторов. Сами эти факторы также подвержены изменению. На ранних этапах возникновения каждой линии растений и животных появлялись структуры или процессы, оказывавшие глубокое влияние на эволюционную историю (называемую филогенией) данной группы. Так, например, сегментированное тело и наличие наружного скелета были глав-ными факторами, обусловившими успех насекомых, однако эти факторы в свою очередь ограничили размеры и образ жизни членов этой группы.
Именно многогранность эволюционных процессов делает их изучение столь увлекательным. А наши знания еще далеко не полны. Многое предстоит открыть, многое изучить. Применение такой новой техники, как быстродействующие вычислительные машины, или методов сравнительной биохимии для выяснения путей развития или эволюционных взаимоотношений на химическом уровне открывает широчайшие перспективы.
В последующих главах подробно описываются некоторые основные факторы, обусловливающие эволюцию, анализируется их роль и относительная важность и исследуется их становление. Мы попытаемся также связать эти факторы с проблемами экологии. Везде, где только возможно, мы старались показать, в какой мере методология и средства научного исследования, которыми мы пользуемся, накладывают ограничения на возможности познания природы и в какой мере они ему способствуют. Однако прежде всего следует развеять некоторые широко распространенные оши-бочные представления относительно эволюции.

Источник: "Популяционная биология и эволюция", О. Солбриг, Д. Солбриг (1979, англ.)



Ключевые разделы: Общая биология / Эволюциоонное учение
Дата: 14-06-2010 |