На сегодняшний день обнаружено и описано примерно полмиллиона видов ныне живущих растений и около миллиона видов животных, а число еще не описанных видов оценивается, по меньшей мере, в один или два миллиона. Кроме того, как полагают ученые, число вымерших видов растений и животных, когда-либо живших на земле, в 5—9 раз больше числа современных видов. Возникшее сто с лишним лет назад представление о том, что виды появлялись на протяжении последних 3 млрд. лет в результате эволюции путем естественного отбора, было одним из самых значительных открытий в биологии.

ВИДЫ И ПОПУЛЯЦИИ

Вид — это группа очень сходных между собой организмов, например людей, лошадей или морковок. Научное определение вида с течением времени неоднократно изменялось, и в настоящее время наиболее широко распространено следующее определение: «Вид — это группа морфологически сходных организмов, имеющих общее происхождение и потенциально способных к скрещиванию между собой в естественных условиях». Это определение порождает ряд практических проблем, таких, как установление общего происхождения и разъяснение смысла, вкладываемого в выражения «сходные» и «потенциально способные к скрещиванию».

Особи, из которых слагается данный вид, не всегда живут в непосредственном соседстве друг с другом. Обычно они образуют более или менее изолированные группы, называемые популяциями. Изучая процесс эволюции, рассматриваем составляющие вид популяции. Популяция — это сообщество скрещивающихся между собой организмов, поскольку особи в пределах данной популяции обычно скрещиваются друг с другом, хотя иногда некоторые особи могут покидать свою популяцию и скрещиваться с особями, принадлежащими другой популяции. Определенную таким образом популяцию, называемую скрещивающейся или мен-делевской популяцией, следует отличать от популяции, изучаемой статистиками или демографами. И статистики, и демографы также определяют популяцию как группу особей, объединяемых, однако, на другой основе — на основе «взаимодействия в пространстве» или «обитания в данном географическом районе».

Скрещивающиеся популяции не обязательно представляют собой дискретные единицы; нередко границы между ними провести трудно. Хорошим примером служат леса бальзамической пихты, которые простираются через всю Канаду — от Ньюфаундленда до Альберты, а в США — от Новой Англии до Айовы, иногда на сотни километров без видимых перерывов. Как разграничить популяции в этом случае? Не обесценивается ли сформулированная концепция невозможностью провести границы между популяциями? На этот вопрос следует ответить: «Нет». Невозможность дифференцировать разделенные пространственно скрещивающиеся популяции в одних случаях и их перекрывание в других не обязательно означает, что границ не существует. Проблему разделения скрещивающейся популяции на обособленные единицы можно сравнить с проблемой разделения группы организмов на молодых и старых. Несмотря на отсутствие четких критериев, разделение на «молодых» и «старых» полезно и осмысленно.

У организмов с бесполым размножением нет скрещивающихся популяций, потому что каждая особь размножается независимо от остальных. Однако большинство организмов, размножающихся бесполым путем, время от времени прибегают к половому размножению. Например, многие виды боярышника размножаются семенами, которые образуются без оплодотворения. И все же иногда эти растения образуют некоторое количество семян обычным половым путем, т. е. в результате слияния двух гамет — яйцеклетки и спермия. Популяция организмов, размножающихся бесполым путем, представляет собой скрещивающуюся популяцию в той мере, в какой у нее происходит половое размножение.

Для того чтобы понять, каким образом протекает эволюция, необходимо понимать процессы, происходящие в пределах популяции. Изучение этих процессов составляет предмет популяционной биологии. Ее главные составные части — это популяционная генетика, т. е. изучение процессов наследования в пределах популяции, и популяционная экология, т. е. изучение взаимодействий членов данной популяции друг с другом, а также с окружающей их физической и биологической средой. Хотя популяционного биолога интересуют главным образом эволюционные явления на уровне популяций, он должен быть хорошо осведомлен о том, какие именно виды возникают в результате процесса эволюции.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

Постепенное осознание того, что все живые существа состоят исключительно из химических соединений, оказало огромное влияние на биологию. Прежде полагали, что «неживое» и «живое» имеют различную природу, но сегодня знаем, что это не так. Поскольку живая материя сложнее и обладает более высоким уровнем организации, чем материя неживая, организмы, очевидно, возникли в процессе эволюции из более простых, неживых компонентов. Попытки проследить происхождение живых форм позволяют заглянуть в самую сущность жизни.

Совершенно очевидно, что современные представления о возникновении жизни далеко не полны. Многие из них спекулятивны, поскольку основаны на свойствах современных организмов и на данных, заимствованных у физиков, химиков, геологов и астрономов. Поэтому в лучшем случае мы имеем лишь общее представление о том, как живое могло возникнуть из неживого, и это представление служит не более чем фундаментом для исследования природы жизни и только приоткрывает завесу над ней.

Происхождение жизни и ее природа интересуют человека с тех самых пор, как он стал мыслящим существом. Одно из первых объяснений состояло в том, что жизнь возникла из неживой материи в результате акта самопроизвольного зарождения. В основе этой идеи, несомненно, лежали наблюдения, свидетельствующие о разложении всех мертвых тел на более простые элементы, о возвращении всего на свете в землю, а также невежество во всем, что касается жизни личинок и плесеней, появляющихся как бы ниоткуда. Когда в конце XIX в. Пастер доказал, что в современных условиях самопроизвольного возникновения живого на Земле не происходит, эта теория происхождения жизни из неживого стала казаться несостоятельной с научной точки зрения и на некоторое время была оставлена. Самопроизвольное зарождение жизни в настоящее время невозможно ввиду существования на Земле живых организмов, потребляющих все имеющиеся в наличии богатые энергией органические соединения. Это обстоятельство препятствует превращению простых органических соединений в более сложные — процесс, протекающий крайне медленно.

Однако когда-то условия на Земле были иными. На заре существования нашей планеты никаких организмов на ней не было, а поэтому низкая скорость процессов, в результате которых простые химические соединения превращались в более сложные, роли не играла. Предполагается, что в таких условиях самопроизвольное зарождение происходило путем медленного превращения атомов и молекул в простые химические соединения, которые затем превращались во все более и более сложные вещества, и в конечном счете это привело к появлению живых организмов. Для того чтобы такие последовательные события могли происходить, были необходимы известные условия: 1) колебания температуры не должны были выходить за узкие пределы между точкой замерзания и точкой кипения воды; 2) требовалось наличие источника энергии — в данном случае солнечного излучения. В какой-то момент на Земле начала скапливаться вода, и образовались океаны, в которых растворились различные химические соединения. Накопление воды и растворенных в ней химических веществ облегчало протекание реакций между разными веществами и образование еще более сложных веществ.