Микроэволюция и макроэволюция - сравнительная характеристика, признаки и критерии процессов

История и определение

Эволюция является результатом изменений в генетическом коде. Гены кодируют основные характеристики, которые будет иметь жизненная форма, и нет никакого известного механизма, предотвращающего небольшие изменения (микроэволюция), приводящие в итоге к макроэволюции.

Впервые эти термины были использованы в 1927 году русским учёным Юрием Филипченко в его книге «Эволюция и вариация», но тем не менее дискуссия о связи между макроэволюцией и микроэволюцией велась ещё с 1860-х годов, когда эволюция стала общепринятой идеей после публикации книги «Происхождения видов» Чарльза Дарвина.

Первая теория макроэволюции, разработанная биологом Жаном-Батистом Ламарком, утверждала, что люди развивают черты, которые они используют, и затем передают их потомкам. Экологические изменения поменяли «потребности» вида, что заставило его развить различные признаки, приведшие к трансмутации.

Грегор Иоганн Мендель, австрийский монах, широко известный как «отец современной генетики», полагал, что законы наследования не дают средств к существованию для макроэволюции. Хотя труды Менделя были опубликованы в 1866 году, его теория игнорировалась до начала двадцатого века, отчасти потому что она была опубликована в журнале, который не читало научное сообщество.

Дарвин, с другой стороны, не видел принципиальных различий между микроэволюцией и макроэволюцией и считал, что они являются одним направлением биологического прогресса. Но он подтвердил, что безусловно, чёткая линия разграничения между ними не проведена.

С открытием ДНК и генов генетическая мутация получила признание как механизм вариации. Эта теория развивающейся эволюции была позже названа современным эволюционным синтезом и до сих пор сохраняет своё выдающееся положение. Синтетическая модель эволюции соответствовала микроэволюции и макроэволюции, утверждая, что единственной разницей между ними были время и масштаб.

Сегодня эти термины остаются в относительно ограниченном использовании. Их можно найти в некоторых научных текстах, но в целом для большинства биологов они не имеют значения. Для учёных нет существенной разницы между микроэволюцией и макроэволюцией. И то и другое происходит одинаково и по одним и тем же причинам, поэтому не нужно их дифференцировать.

Проблема, связанная с применением терминов микроэволюция и макроэволюция, заключается в том, что определение того, что составляет вид, не всегда устанавливается. Это может усложнить границы, которые, как утверждают некоторые, существуют между ними.

Сходство и различия

Оба процесса происходят в природе по одной схеме: наследственность, изменчивость, естественный отбор и репродуктивная изоляция. Но в то время как микроэволюция объясняет диверсификацию на индивидуальном уровне в течение относительно коротких периодов, макроэволюция определяет модифицирование в больших популяциях, часто влекущие за собой катастрофические изменения окружающей среды. Эти процессы завершаются образованием новых видов.

Макроэволяция является результатом микроэволюции — самого первого этапа. Она относится к модификации генофонда популяции с течением времени, что приводит к небольшим изменениям в организме одного и того же вида. С другой стороны, макроэволюция относится к коренному модифицированию организмов, эти изменения постепенно приводят к тому, что могут образоваться совершенно новые типы, классы, и виды организмов. То есть происходит надвидовая эволюция.

Хотя различия наблюдаются во всех формах жизни, будь то вирус, растение, бактерии, животные или люди, эта диверсификация является единственным фактором, который отличает каждого друг от друга.

Таблица сравнения микро и макроэволюции

Критерии и структура

Микроэволюция вида — это изменение в геноме или генофонде за относительно короткий период геологического времени за счёт трансформаций в успешно воспроизводимых особях в популяции. Причиной изменений являются:

• мутация;
• генетический дрейф;
• поток генов;
• естественный отбор.

Мутации считаются одной из наиболее вероятных причин вариаций, что приводит к появлению новых аллелей. Они возникают из-за ошибок репликации, ультрафиолетового излучения, вирусов и мутагенных химических веществ. Естественный отбор занимает тысячи лет и приносит заметные изменения. Есть многочисленные случаи естественного отбора, такие как домовые воробьи, которые были введены в 1852 году в Северную Америку. С того времени они развивались с различными характеристиками, которые зависили от места их обитания. Другим примером может служить устойчивость микроорганизмов к антибиотикам.

Генетический дрейф наблюдается в небольших популяциях, где эволюция происходит из-за случайных изменений частоты аллелей. Эффекты «узкого места» говорят, что генофонд случайно дрейфует, когда население уменьшается в результате любого бедствия, которое убивает не селективно. «Эффекты основателей», когда несколько особей отделены от своей популяции, могут привести к генетическому дрейфу.

Миграция генов — это их передача посредством физических движений аллелей в популяции, что означает — поток генов происходит, когда какие-либо особи мигрируют между популяциями.

Естественный отбор рассматривается как крупномасштабные изменения, которые наблюдаются в организме, но эти изменения занимают тысячи лет. Этот термин также следует концепции универсального общего происхождения всех живых организмов.

Современный синтез

В рамках современного синтеза начала XX века макроэволюция рассматривается как совокупный эффект микроэволюции. Таким образом, различие между микро- и макроэволюцией не является принципиальным, единственное различие между ними заключается во времени и масштабе.

Однако время не является обязательным отличительным фактором, макроэволюция может происходить без постепенного объединения небольших изменений. Дублирование всего генома приводит к видообразованию в течение одного поколения, это особенно часто встречается у растений.

Изменения в генах, регулирующих развитие, также важны для видообразования через большие и относительно внезапные изменения в морфологии животных. Есть много способов проследить макроэволюцию, наблюдая за изменениями в:

• генетике;
• морфологии;
• таксономии;
• экологии и поведении организмов.

Типы изменений

По мере увеличения таксономического разнообразия у четвероногих появились стимулы для перехода на новый образ жизни, где первоначально ресурсы могут казаться неограниченными, есть немного конкурентов и возможное убежище от опасности. И по мере увеличения экологического разнообразия таксоны диверсифицируют от их предков в гораздо большей степени среди фауны с более превосходной, инновационной или более гибкой адаптацией.

Молекулярная эволюция происходит через небольшие изменения на молекулярном или клеточном уровне. В течение длительного периода времени это может оказать большое влияние на генетику организмов. Таксономический отбор происходит за счёт небольших изменений между популяциями, а затем и видами.

Морфологическая эволюция видна через небольшие изменения в морфологии организма. Это хорошо заметно у китообразных, у которых на протяжении всей ранней эволюции группы задние конечности всё ещё присутствовали.

Однако в течение миллионов лет они регрессировали и становились внутренними.

Резкие превращения из одной биологической системы в другую, например, переход жизни из воды на землю или переход от беспозвоночных к позвоночным, редки. В течение эволюционной истории жизни появилось только несколько основных биологических типов. Когда жизненные формы совершают такие гигантские скачки, они практически не встречают конкурентов и могут использовать множество доступных ниш после адаптивного излучения. Это может привести к конвергентной эволюции, поскольку пустые ниши заполнены тем, что встречает их жизненная форма. Предметы, изучаемые в рамках макроэволюции, включают:

• Адаптивные излучения, такие как кембрийский взрыв.
• Изменения в биоразнообразии во времени.
• Эволюция генома, такая как горизонтальный перенос генов, слияния генома при эндосимбиозах и адаптивные изменения размера генома.
• Массовые вымирания.
• Оценка темпов диверсификации, включая темпы видообразования и вымирания.
• Спор между пунктуальным равновесием и постепенностью.
• Роль развития в формировании эволюции, особенно таких тем, как гетерохронность и фенотипическая пластичность.

Доказательства процесса

Палеонтология, эволюционная биология развития, сравнительная геномика и геномная биостратиграфия вносят бо́льшую часть доказательств в паттерны и процессы макроэволюции. Один из примеров эмбриологических доказательств макроэволюции — присутствие одних и тех же структур у зародышей рептилий и млекопитающих.

Найденные окаменелости устанавливают наследственную линию как растений, так и животных, и определяют периоды пунктуального равновесия в обоих. Скальные пласты можно использовать для датировки окаменелостей, потому что организмы, из которых были получены ископаемые, погибли и в конечном счёте были погребены в породе. Это делает возможным относительное датирование окаменелостей, определяя их возраст по сравнению с другими слоями породы.

Самые молодые горные породы и содержащиеся в них окаменелости находятся ближе к поверхности земли и стареют по мере того, как глубже они обнаруживаются в коре. Кроме того, слои горных пород в соседних областях могут вести себя на протяжении многих лет одинаково, если они состоят из такого же материала или минерала.

Эволюционная история области выстроена в слоях горных пород, которые вместе создают мозаику, позволяющую проследить макроэволюцию или основные события в истории жизни на Земле. Поскольку палеонтологи обнаруживают окаменелости в слое породы, они могут делать предположения на основе современных форм жизни об условиях окружающей среды, которые существовали в то время. Например, обнаружение окаменелости папоротника укажет на тёплый или умеренный климат, достаточное количество осадков, и всё это — условия, которые поддерживают рост современных папоротников.

Это может также предоставить подсказки, которые связаны с другими ископаемыми свидетельствами, чтобы пролить свет на животную жизнь, существующую в то время. Например, данная среда, которая поддерживает папоротники, также, вероятно, будет поддерживать травоядных животных, таких как улитки или пасущиеся животные, питающиеся папоротниками.