Изучение ископаемых организмов дало много доказательств того, что жизнь на Земле развивалась постепенно в течение огромных промежутков времени, что одни животные и растения исчезали с лица Земли, вымирали и сменялись другими.
На основании найденных и изученных остатков вымерших растений и животных можно в общем нарисовать ход развития жизни на Земле, и для многих пород можно с большой точностью рассказать историю их происхождения. Однако как бы ни были полны эти знания, они не дают ответа на один из коренных вопросов — они не говорят нам, почему происходило изменение организмов, почему из старых пород возникали новые и каким путем они возникали. Самое подробное изучение ископаемых организмов не разъясняет нам причин и движущих сил эволюции (развития жизни).
Решение этого вопроса было дано английским ученым Чарлзом Дарвином в его знаменитой книге «Происхождение видов путем естественного отбора», которая вышла в 1859 г. Хотя с тех пор прошло уже много времени и наши знания о природе неимоверно разрослись, но теория Дарвина с небольшими дополнениями и до сих пор остается самым точным и верным объяснением тех изменений, которые происходили и происходят в мире живых существ.
Поэтому для понимания хода эволюции жизни нам необходимо хотя бы в кратких чертах познакомиться с этим замечательным учением.
Дарвин обратил внимание на способность животных и растений к чрезвычайно быстрому размножению. Еще Линней, живший примерно за 100 лет до Дарвина, делал такой простой расчет. Вообразим какое-нибудь однолетнее растение, которое приносит только два зерна в год; предположим, что эти зерна на будущий год благополучно взойдут и в свою очередь принесут по два зерна. Если так будет повторяться каждый год, то на 21-м году окажется миллион растений с лишком. Но растения приносят не два зерна, а гораздо больше. Многие деревья разбрасывают тысячи и десятки тысяч семян, а такие растения, как папоротники, мхи, грибы, приносят многие миллионы спор, которыми размножаются. То же и в животном мире. Самка налима мечет в год около 130 тысяч икринок, самка окуня — вдвое больше, а крупная сам ка трески 3—9 миллионов.
Попробуйте по примеру Линнея подсчитать, сколько трески народится от одного экземпляра через 21 год, если все время будут благополучно выживать все миллионы потомков. У вас получится такое число, которое и написать-то будет трудно. Если бы треске ничто не мешало размножаться, то через немного лет она переполнила бы все моря и океаны и кишела бы в них так, что дальше ей уж не хватало бы места на Земле.
Но это — случай воображаемый. В действительности такое чудовищное размножение большей частью бывает невозможно потому, что каждое живое существо стеснено в своем размножении другими существами. В результате стремления к безграничному размножению и огромной плодовитости возникает борьба за существование между организмами, наряду с борьбой, которую они вынуждены вести с окружающими их неблагоприятными условиями. Не нужно, конечно, думать, что борьба за существование всегда выражается прямым нападением и драками между живыми существами. Если растение производит в год сотню зерен, из которых лишь одно может пустить корень, то это растение ведет борьбу за клочок земли, за воздух, за луч света.
Скорость размножения у растений и животных очень велика, но не всегда побеждают в борьбе за существование как раз те организмы, которые оставляют наибольшее число потомков. Ведь растениям и животным приходится бороться с разными препятствиями, мешающими им жить и развиваться. Когда европейцы завезли быков и лошадей в Австралию и Южную Америку, где этих животных не было, эти животные размножились там с невероятной быстротой. Размножение их осталось тем же, каким было в Европе, но препятствия, которые там мешали приплоду вырасти, на новом месте отсутствовали: никто не изнурял их хозяйственной работой, никто не резал для еды. Но самое важное — эти животные не встретились здесь с теми хищниками, которые нападают на них в Европе. Не было здесь и опасных для них насекомых, от которых они страдали на родине. Быстроте размножения обычно мешает множество препятствий. Когда хоть часть их устраняется, животные размножаются в огромных количествах.
Возьмем двух крупных птиц: страуса, бегающего по земле, и кондора, хищника и великолепного летуна. Страус кладет несколько десятков яиц, кондор — всего лишь два яйца. Однако во многих местах число кондоров, по-видимому, больше числа страусов. В чем же дело? А в том, что страусы откладывают яйца на землю, где за ними охотятся люди и разные животные, кондоры же кладут яйца на недоступной высоте, и никому не придет в голову карабкаться туда за ними.
Буревестник сносит всего лишь одно яйцо в год, а между тем — это одна из самых распространенных птиц. Оно и понятно: свое яйцо буревестник кладет у самого моря, на каком-нибудь пустынном утесе, пряча его в траву или в углубление в почве. Сам же он постоянно носится на своих не знающих устали крыльях над морем, охотясь за рыбой. И здесь у него почти нет соперников. Такие примеры показывают, что распространенность пород животных и растений зависит далеко не от одной лишь их плодовитости, а от всей совокупности сложных условий, в которых они ведут борьбу за существование.
Отношения между разными животными и растениями чрезвычайно сложны. Это показывают приведенные Дарвином примеры. Вот некоторые из них. В Англии в одном округе был большой пустырь, хорошо известный Дарвину. Весь пустырь порос вереском. Часть этого пустыря в несколько гектаров огородили забором и засадили соснами. Прошло немного лет, и Дарвин заметил на этом участке большие перемены. Вереска стало много меньше. Между молодыми сосенками поселилось 12 пород новых растений, которых не было на остальном пустыре; эти растения привлекли на пустырь насекомых, которые на них обычно обитают; вслед за насекомыми появилось 6 пород насекомоядных птиц, которых до тех пор здесь не было.
Другой пример. В разных местах Англии Дарвин наблюдал обширные сухие пустыри, заросшие вереском. Кое-где на них возвышались вековые сосны, но молодых деревьев нигде не было видно. Чем это объяснить? Когда Дарвин стал внимательно всматриваться в землю, раздвигая вереск, то увидел множество сосенок, которые были дочиста обглоданы скотом. На одном из таких деревьев Дарвин насчитал 26 годичных колец. Двадцать шесть лет пыталось деревцо подняться над вереском, и всякий раз какое-нибудь травоядное животное мешало этому. Но стоило в нескольких местах обнести часть этих пустырей забором, как обнесенные участки порастали густым сосняком. Появление молодой поросли, конечно, сопровождалось всеми теми изменениями, о которых была речь в первом примере. Для того чтобы они возникли, достаточно было такого сравнительно незначительного факта, как огораживание и прекращение доступа скоту.
Из этих примеров видно, как жизнь растений связана с жизнью животных. Это хорошо показывает еще один приведенный Дарвином пример. Все мы знаем, что цветы посещаются разными насекомыми — бабочками, пчелами, жуками и т. д. Знаем мы также, что насекомые при этом добывают для себя сладкий сок и в то же время обсыпаются пыльцой и переносят ее с цветка на цветок. Тем самым они производят опыление цветов, что необходимо для размножения растения.
Некоторые растения без помощи насекомых вовсе не могут опыляться. К числу их принадлежит, например, клевер. Делали такие опыты. Двадцать цветков белого клевера обвязывали кисеей, чтобы не допустить к ним насекомых, а двадцать других были оставлены свободными. И вот эти последние принесли свыше 2 000 семян, а обвязанные цветки не дали ни одного семени. Давно было замечено, что красный клевер, растущий около городов, дает больше семян, чем тот, который растет вдали от населенных мест.
Это было долго непонятно. Но вот что выяснилось. Когда на цветок красного клевера садится небольшая бабочка, она не может развернуть его венчика, будучи для этого слишком легкой. Севшая на клевер пчела не может достать сладкого сока, так как у нее очень короткий хоботок. Воспользоваться же соком могут только шмели с их тяжелым телом и длинным хоботком. Стало-быть, чем больше в данной местности шмелей, тем лучше будет опыляться и размножаться клевер. Но у шмелей есть смертельные враги — полевые мыши, которые разоряют шмелиные гнезда. Значит, чем больше мышей, тем меньше шмелей, и тем хуже опыляется клевер. Близ городов, и людских поселений по полям бродят кошки. Они охотятся за полевыми мышами, а истребляя мышей, тем самым способствуют увеличению числа шмелей и, следовательно, опылению клевера. Не зная этих фактов, ни за что не представишь себе, что кошки могут содействовать оплодотворению растений.
Что же выходит в результате всех этих сложных отношений и той постоянной борьбы, которую ведут растения и животные? Вспомним, что среди растений и животных, даже самых близких между собой по родству, имеются те или другие отличия. Даже близнецы кое-чем один от другого отличаются. Эти отличия, составляющие изменчивость организмов, могут иметь самое разное значение.
Отличия между родственными животными могут быть либо полезными для них в борьбе за существование, либо вредными, либо безразличными. Полезные особенности доставляют своим обладателям возможность оставить после себя большое потомство и, стало быть, передать следующему поколению эту свою полезную черту в силу наследственности. Вредная особенность грозит животному ранней гибелью и оставит его без потомства; стало быть, этот вредный признак имеет мало возможностей перейти в следующее поколение. Наконец, безразличные признаки могут передаваться потомству, но нет оснований ждать, чтобы оно быстро распространялось. Животные или растения, обладающие ценными особенностями, как бы сами собою отбираются на племя, получая возможность размножаться. Это явление Дарвин назвал естественным отбором. Оно напоминает тот отбор, который производится людьми — животноводами и растениеводами. Они сохраняют для размножения только самые подходящие для их целей экземпляры животных и растений и добиваются таким образом улучшения пород, а в некоторых случаях выводят в совсем новые породы. Производимый людьми отбор получил название «искусственного».
Естественный отбор, действуя в течение неизмеримо большего времени, чем искусственный, и охватывая всех животных и все растения, приводит к неизмеримо большим результатам, чем отбор искусственный. При помощи последнего людям удалось вывести довольно много пород домашних животных и культурных растений, при помощи же естественного отбора возникло все бесконечное разнообразие растительной и животной жизни на Земле.
Естественный отбор и есть, по теории Дарвина, та сила, которая, действуя с самого начала развития органической жизни, направляла это развитие и двигала эволюцию животных и растений. Благодаря естественному отбору победителями в борьбе за существование оказываются те животные и растения, которые лучше приспособлены к окружающей их среде. Это видно на тысячах примеров. Кто не замечал, что насекомые, живущие на зеленых листьях, сами имеют зеленую окраску? Благодаря этому они сливаются с листвой и остаются незаметными для врагов. Вы слышите на кусте стрекотание кузнечика и то не сразу найдете его. А если он перестанет стрекотать, заметить его будет почти невозможно. Насекомые, которые живут на коре, имеют серый или бурый цвет. Это дает им возможность сохраниться и не стать добычей насекомоядных птиц.
То же самое и с птицами. Полярная сова, водящаяся в Арктике, белого цвета. Такого же цвета альпийская куропатка, которая обычно держится среди покрытых снегом гор. В Шотландии водятся две породы тетеревов. Одна — красный тетерев — живет среди зарослей вереска и имеет буроватое оперение. Другая водится на торфяных болотах и обладает черным цветом перьев. Эта окраска перьев составляет для животного важное средство защиты от врагов, которым не легко распознать бурого тетерева среди бурых зарослей и черного на черном торфянике. Надо полагать, что когда-то не существовало двух тетеревиных пород — черного и бурого тетерева, а была одна порода, которая водилась и на торфяниках и среди зарослей вереска. Хищные птицы, нападавшие на тетеревов, истребляли на торфяниках всех тех, которые больше бросались в глаза, и только самые темные тетерева имели возможность сохраниться и передать своим потомкам эту защищавшую их окраску. В зарослях же вереска уничтожались все тетерева, кроме тех, окраска которых напоминала вереск, т. е. кроме буроватых. Так продолжалось многие и многие годы. Под конец из одной породы тетеревов возникли две новые стойкие породы: бурая и черная, которые оказались приуроченными к двум областям распространения. Теперь перед нами результат длительного отбора, и мы поражаемся изумительной приспособленности птиц к окружающей среде. Как видим, эта приспособленность куплена тем, что оставались без потомства все мало-мальски неприспособленные.
Что дело обстоит именно так, в этом могут нас убедить и некоторые специальные наблюдения и опыты. В мелких морских заливах водится особая рыба — камбала, имеющая очень плоское тело, которым она плотно прилегает к морскому дну. Обращенная вниз сторона рыбы окрашена в белый цвет, а верхняя способна менять окраску, принимая тог оттенок, который похож на цвет окружающего морского дна. Но изредка среди камбал встречаются такие, которые на верхней стороне несут несколько больших Желтых или белых пятен. Эта окраска, конечно, не очень выгодна рыбам. Спрашивается, оставляют ли эти невыгодно окрашенные рыбы такое же многочисленное потомство, как и обычные камбалы? Один ученый (Франц) собирал камбал на берегах Северного моря и нашел, что на 1 000 молодых рыбок (величиной не больше 8 см) оказывалось 9 имеющих пятна — белые и желтые. А среди взрослых число этих пятнистых сильно уменьшилось: надо было набрать около 17 тысяч взрослых камбал, чтобы среди них найти только двух рыб с пятнами. Почему же получается такая разница в числе этих рыб в молодом и взрослом возрасте? Очевидно потому, что ненормально окрашенные камбалы чаще становятся добычей врагов, чем обычные. Когда в морской аквариум поместили несколько десятков камбал и между ними одну с желтыми пятнами, надеясь показать ее посетителям, то не прошло и дня, как большой краб, живший в том же аквариуме, набросился на эту камбалу и съел ее, тогда как все остальные оказались нетронутыми.
Для того чтобы полезные признаки могли удержаться в потомстве и стать устойчивыми особенностями всей породы животных или растений, нужно, чтобы эти признаки были наследственными. Однако не все признаки таковы. Поясним это примером.
Люди, которым приходится много работать руками, например лодочные гребцы, имеют очень сильные мышцы на руках. Это — их признак. Передается ли он потомству? Очевидно, нет, Сыновья гребцов, если они не будут заниматься отцовским Делом, окажутся людьми с обычными мускулами. Словом, такие признаки, которые приобретаются животным или растением в течение его жизни, не передаются потомкам. Стало быть, есть признаки наследственные и ненаследственные. Дарвин знал это. Он говорил об отборе наследственных изменений, так как ненаследственные значения для отбора, по его мнению, не имеют. После Дарвина наследственные изменения были особенно тщательно изучены и получили название мутаций. Эти мутации и дают материал для естественного отбора.
Изменчивость и наследственность — два главных свойства организмов, необходимые для естественного отбора. С их помощью отбор сохраняет и увеличивает у потомства высокую приспособленность. Постепенно она все увеличивается, и это кажется нам постепенным совершенствованием организмов. Но не нужно забывать, как эта приспособленность возникла и какой ценой она куплена.
Высокая приспособленность организмов, их «целесообразное» устройство соответствует только тем узким условиям, в которых они живут. Изменятся эти условия, и целесообразность обратится в свою противоположность. Горностай одет зимой белым мехом. Как подходит эта белая шубка к окружающему снегу, как она скрывает и делает незаметным маленького хищника, когда он подкрадывается к добыче! Но если наступит ранняя весна или сильная оттепель и снег сойдет, то одетый в белую шкуру горностай окажется в самых тяжелых условиях: он издали бросится в глаза и врагу и добыче. Целесообразность устройства животных и растений очень относительна, и в каждой ее черте, в каждом признаке видно, что она возникла под действием слепых, стихийных сил природы, а не создана каким-то премудрым творцом, который будто бы все заранее предусмотрел и приспособил.
Церковь в своей борьбе против науки постоянно указывала на «целесообразность в природе», как на лучшее свидетельство существования разумного творца: стоит, мол, лишь всмотреться внимательно в окружающий мир, чтобы увидеть в нем «божью мудрость».
В середине XIX века эта крупная карта церковников была окончательно бита. Теория Дарвина нанесла ей решительный удар. Дарвин понимал, что он сделал для церковников, и говаривал: «Если бы я выступил с такой книгой триста лет назад, черные бестии поджарили бы меня на костре».
И действительно, вера в чудесное сотворение мира богом и истинная наука о развитии жизни несовместимы.
Борьба за жизнь не всегда идет одинаково ожесточенно. Сила этой борьбы в разных местах земного шара тоже неодинакова. Если в какую-нибудь страну вселяется новая порода животных, то отношения между живыми существами становятся сложнее, и борьба большей частью обостряется. Но чем острее борьба, тем строже естественный отбор. Те породы, которые не могут быстро измениться и улучшиться, терпят поражение: они становятся малочисленными. А малочисленность — это первый шаг к вымиранию.
Действительно, любая слишком холодная зима, слишком сухое и жаркое лето, недостаток корма — все это представляет для малочисленной, а стало быть, недостаточно приспособленной породы величайшую опасность и может привести ее к полному вымиранию. Многочисленная же порода, если даже ее представители вымрут в одном месте, сохранится в других. Кроме того, малочисленная порода имеет гораздо меньше возможностей измениться в благоприятную сторону. Чем больше особей, тем больше возникает всяких изменений, тем они разнообразнее, и тем больше возможностей для естественного отбора. В малочисленной же породе несравненно меньше разнообразия, и потому в ней реже появляются полезные изменения. Все это ставит ее в очень невыгодное положение сравнительно с породами многочисленными. Поэтому в истории жизни на Земле обычно наблюдается такая картина: какая-нибудь порода животных или растений становится сперва малочисленной, а потом и вовсе вымирает. Таких случаев было немало уже на глазах у человека. В глубокой древности в наших лесах водились в большом количестве дикие быки — туры. Они были долгое время любимым предметом охоты. До сих пор сохранились описания этих охот, остались картины, изображающие диких быков, сохранились их рога и скелеты. Но живых туров уже нет. Они лет пятьсот-шестьсот назад стали очень редкими, малочисленными, а лет триста как вымерли окончательно. Последний дикий тур был убит одним польским охотником около трехсот лет назад.
Во время Мировой войны были окончательно истреблены зубры. До этого они сохранялись в небольшом числе и жили в Беловежской пуще (в бывшей Гродненской губернии, отошедшей к Польше). Когда-то в Европе водилось огромное число зубров. Хотя люди с древнейших времен охотились на них, но нельзя думать, что зубры вымерли только потому, что их истреблял человек. Много зубров было не только в Европе, но и в Сибири, а там и теперь найдется не мало простора, где им легко укрыться от человека; однако здесь они исчезли еще раньше, чем в Европе. Чем это было вызвано? Оказывается, их погубило расселение другого лесного животного — оленя. Зубры очень нуждаются в сырых местах, поросших молодыми зарослями. Здесь они находят защиту в летнее время от насекомых, сюда же забирается самка во время отёла. Олени же питаются молодыми ветками и объедают их в огромном числе. Зубры едя! этот корм по весне. С распространением оленей корма им стало не хватать. А когда молодые заросли исчезли, в лесах стало суше, пересохло много ручейков, ключей и сырых мест, куда зубры постоянно приходили на водопой (зубры пили много воды). Зубрам пришлось пить стоячую воду из болот. В этой воде живут особые черви — печеночные двуусты, Попав с водой к зубрам в рот, эти двуусты забирались в желудок, в кишки, проникали в печень, вызывая тяжелую болезнь, от которой зубры гибли массами. Выходит, что расселение оленей в местах, занятых зубрами, привело к вымиранию последних. Вот пример борьбы за существование, при которой никаких драк между борющимися животными не происходит и все же одно из них вызывает гибель другого.
Итак, в борьбе за существование выявляется:
1. Способность организмов приобретать новые признаки или особенности — их изменчивость.
2. Способность их передавать свои особенности следующим поколениям — наследственность.
3. Выживание наиболее приспособленных наряду с устранением неприспособленных — естественный отбор.
Изменчивость, наследственность и естественный отбор — вот что двигало вперёд эволюцию всего органического мира. Огромным количеством неопровержимых фактов Дарвин установил, что эволюция происходила в течение миллионов лет и в ее результате получилось все богатое разнообразие современных видов растений и животных. Очень много видов, оказавшихся неприспособленными к изменяющимся условиям жизни на Земле, при этом погибло. Эволюционным учением Дарвина нанесен сокрушительный удар религии, вере в то, что растения и животные были созданы каким-то «творцом» сразу готовыми — такими, какими они существуют в наше время.
Борьба за существование ведется с тех пор, как появились первые живые организмы, первые клетки. Но следы этих существ вследствие их неустойчивости, а также грозных преобразований. в земной коре на первых этапах жизни Земли, как было сказано выше, не сохранились. Зато от последующих времен Земля сберегла много следов и остатков былой жизни. Изучение их бросает яркий свет на весь процесс развития живого мира.