Современный эволюционный синтез

Современный эволюционный синтез посвящен эволюции. Он объясняет, как открытия Грегора Менделя согласуются с теорией Чарльза Дарвина об эволюции путем естественного отбора. Мендель выяснил, как мы наследуем наши гены.

Среди ключевых биологов, внесших свой вклад в синтез, были: Джулиан Хаксли, Теодосий Добжанский, Эрнст Майр, Рональд Фишер, Дж.Б.С. Холдейн, Сьюолл Райт, Г.Г. Симпсон, Э.Б. Форд, Бернхард Ренш и Г. Ледьярд Стеббинс.

Теория

Современный синтез актуализировал идею Дарвина. Он преодолел разрыв между различными типами биологов: генетиками, натуралистами и палеонтологами.

В нем говорится, что:

Эволюцию можно объяснить тем, что мы знаем о генетике, и тем, что мы видим у животных и растений, живущих в дикой природе.
Разнообразие генов (аллелей) в природных популяциях является ключевым фактором эволюции.
Естественный отбор является основным механизмом изменений. Даже очень незначительное преимущество может стать важным, продолжаясь из поколения в поколение. Борьба за существование животных и растений в дикой природе вызывает естественный отбор. Только те, кто выживает и размножается, передают свои гены следующему поколению.
Мы видим, что сила естественного отбора в дикой природе оказалась больше, чем ожидал даже Дарвин.
Эволюция происходит постепенно: происходит естественный отбор, накапливаются небольшие генетические изменения. Виды лишь незначительно изменяются от поколения к поколению. Время от времени происходят большие изменения, но они очень редки. Генетический дрейф обычно менее важен, чем естественный отбор. Он может быть важен в небольших популяциях.
В палеонтологии мы пытаемся понять изменения в окаменелостях с течением времени. Мы считаем, что те же факторы, которые действуют сегодня, действовали и в прошлом.
По мере изменения обстоятельств скорость эволюции может ускоряться или замедляться, но причины остаются теми же.

Идея о том, что новые виды возникают после разделения популяций, вызывает много споров. Географическая изоляция часто приводит к видообразованию. В растениях полиплоидия должна быть включена в любой взгляд на видообразование.

"Эволюция состоит в основном из изменений частот аллелей между одним поколением и другим".

Это показывает, как некоторые биологи видят синтез.

Почти все аспекты синтеза оспаривались с разной степенью успеха. Однако несомненно, что синтез стал великой вехой в эволюционной биологии. Он прояснил многие путаницы и непосредственно стимулировал большое количество исследований после Второй мировой войны.

После синтеза

Со времени синтеза произошло несколько открытий в науках о Земле и биологии. Здесь перечислены некоторые из них, которые имеют отношение к эволюционному синтезу и представляются обоснованными.

Понимание истории Земли

Земля - это сцена, на которой разыгрывается эволюционная пьеса. Дарвин изучал эволюцию в контексте геологии Чарльза Лайелла, но сейчас мы знаем больше исторической геологии.

Возраст Земли был пересмотрен в сторону увеличения. Теперь он оценивается в 4,56 миллиарда лет, что составляет около трети возраста Вселенной. Фанерозой занимает только последнюю 1/9 этого времени.

Идея Альфреда Вегенера о дрейфе континентов стала общепринятой примерно в 1960 году. Ключевой принцип тектоники плит заключается в том, что литосфера существует в виде отдельных и самостоятельных тектонических плит. Эти плиты медленно перемещаются по подстилающей астеносфере. Это открытие связывает такие явления, как вулканы, землетрясения, орогения, и предоставляет данные для решения многих палеогеографических вопросов. Один главный вопрос до сих пор остается неясным: когда началась тектоника плит?

Наше понимание эволюции атмосферы Земли продвинулось вперед. Замена кислорода на углекислый газ в атмосфере произошла в протерозое. Вероятно, это было вызвано цианобактериями, колонии которых окаменели в виде строматолитов. Это событие привело к эволюции аэробных организмов. Оно также привело к первым великим ледниковым периодам.

Геологи нашли и изучили окаменелости микробной жизни. Эти породы были датированы примерно 3,465 миллиарда лет назад. Уолкотт был первым геологом, который идентифицировал ископаемые бактерии докембрийского периода на основе микроскопического исследования тонких срезов горных пород. Он также считал, что строматолиты имеют органическое происхождение. Его идеи не были приняты в то время, но сейчас они могут быть оценены как великие открытия.

Информация о палеоклиматах становится все более доступной и используется в палеонтологии. Один пример: в протерозое после значительного снижения содержания CO₂ в атмосфере происходили масштабные ледниковые периоды. Эти ледниковые периоды были чрезвычайно продолжительными и привели к краху микрофлоры. См. также Криогенный период и Земля снежного кома.

Катастрофизм и массовые вымирания. Произошла частичная реинтеграция катастрофизма, и теперь очевидна важность массовых вымираний в крупномасштабной эволюции. События вымирания нарушают взаимоотношения между многими формами жизни, могут устранять доминирующие формы и вызывать поток адаптивной радиации среди оставшихся групп. Причины включают удары метеоритов (K-T переход; вымирание в конце Ордовика); наводнения базальтовых провинций (Деканские траппы на K/T переходе; Сибирские траппы на P-T переходе); и другие менее драматические процессы.

Заключение: Наши современные знания об истории Земли убедительно свидетельствуют о том, что крупномасштабные геофизические события повлияли на макроэволюцию и мегаэволюцию. Эти термины относятся к эволюции выше уровня вида, включая такие события, как массовое вымирание, адаптивная радиация и основные переходы в эволюции.

Ископаемые находки

Начиная с конца 20-го века ученые проводили раскопки в тех частях света, которые до этого почти не исследовались. Кроме того, по-новому оцениваются окаменелости, обнаруженные в XIX веке, но не оцененные по достоинству в то время. Было сделано много выдающихся открытий, и некоторые из них имеют значение для эволюционной теории.

Открытие биоты Джехола: диноптицы и ранние птицы из нижнего мелового периода Ляонина, Северо-Восточный Китай. Это показывает, что птицы действительно произошли от койлорозавровых тероподных динозавров.
Исследования стволовых тетрапод из верхнего девона.
Ранние этапы эволюции китов.
Эволюция камбаловых рыб (pleuronectiformes), таких как камбала, подошва, тюрбо и палтус. Их молодь совершенно симметрична, но во время метаморфоза происходит перестройка головы. Один глаз перемещается на другую сторону, ближе к другому глазу. У некоторых видов оба глаза расположены слева (тюрбо), у некоторых - справа (палтус, подошва); у всех ныне живущих и ископаемых камбал есть "глазастая" сторона и "слепая" сторона. Дарвин предсказал постепенную миграцию глаза в процессе эволюции, зеркально отражающую метаморфозы живых форм.
Недавнее изучение двух ископаемых видов из эоцена показало, что "формирование плана тела камбалы происходило постепенно, поэтапно". Промежуточные стадии были полностью жизнеспособны: эти формы существовали на протяжении двух геологических этапов и найдены в местах, где также встречаются камбалы с полной асимметрией черепа. Эволюция камбалы полностью соответствует эволюционному синтезу.

Evo-devo

Важная работа по генетике привела к новому подходу к развитию животных. Эта область называется эволюционной биологией развития, или сокращенно эво-дево.

Существует четкое доказательство того, что большая часть развития тесно контролируется специальными генетическими системами, включающими hox-гены. В своей лекции, посвященной Нобелевской премии, Э.Б. Льюис сказал: "В конечном счете, сравнение [управляющих комплексов] во всем животном царстве должно дать представление о том, как эволюционировали организмы, а также [управляющие гены]".

В 2000 году эво-дево был посвящен специальный раздел журнала Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), а в 2005 году целый выпуск Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution был посвящен ключевым темам эво-дево - эволюционным инновациям и морфологической новизне.

В обзоре области для широкого читателя приводятся примеры.