Перемешивание, отбор и выживание
Я хочу завершить главу, рассказав эту историю снова несколько иным языком. Я уже вскользь упомянул поток генов, учёные также говорят о так называемом генофонде (по – английски это gene pool, дословный перевод – «бассейн генов»), и сейчас я хочу изложить более подробно, что это значит. Конечно же, не может быть буквально бассейна генов. Слово «бассейн» предполагает жидкость, в котором гены могут перемешиваться. Но гены обнаружены только в клетках живых организмов. Так что же означает «бассейн генов» – генофонд?
В каждом поколении, половое размножение следит за тем, чтобы гены были перетасованы. Вы родились с перетасованными генами вашего отца и вашей матери, что означает перетасованные гены ваших четырёх бабушек и дедушек. То же самое относится и к каждой особи в популяции в течение долгого, долгого эволюционного времени: тысяч лет, десятков тысяч, сотен тысяч лет. В течение этого времени процесс половой перетасовки следил, чтобы гены в пределах всей популяции были так тщательно перетасованы, что имеет смысл говорить о большом, циркулирующем «бассейне генов» – «генофонде».
Вы помните наше определение вида как группы животных или растений, которые могут размножаться друг с другом? Теперь вы можете понять, почему это определение имеет значение. Если два животных являются членами одного и того же вида в одной популяции, это означает, что их гены перемешиваются в одном генофонде. Если два животных – члены различных видов, они не могут быть членами одного и того же генофонда, потому что их ДНК не может смешиваться при половом размножении, даже если они живут в одной местности и часто встречаться друг с другом. Если популяции одного и того же вида географически разделены, их генофонд имеет возможность отдаляться друг от друга – настолько отдаляться, что, в конце концов, если им доводится встретиться снова, они не могут больше размножаться совместно. Теперь, когда их генофонды вышли за рамки смешивания, они стали разными видами и могут продолжать двигаться двигаться далее обособленно в течение миллионов лет к точке, где они могли бы стать столь же отличающимися от друг друга, как люди от тараканов.
|
|
|
Эволюция означает изменение генофонда. Изменение в генофонде означает, что некоторые гены становятся более многочисленными, другие меньше. Гены, которые раньше были широко распространёнными, стали редкими или совсем исчезли. Гены, которые обычно были редкими, становятся распространёнными. И в результате форма, или размер, или цвет, или поведение типичных представителей вида изменяется: оно эволюционирует из‑за изменения числа генов в генофонде. Вот что такое эволюция.
|
|
|
Почему количество различных генов изменяется при смене поколений? Что ж, можно сказать, что было бы удивительно, если бы оно не изменялось, учитывая такую необъятность времени. Подумайте, как язык изменяется на протяжении веков. Английские слова как «thee» и «thou», «zounds» и «avast», такие фразы «stap me vitals», сейчас более или менее выпали из английского языка. С другой стороны, фраза «I was like» (что означает «я сказал»), которое было бы непонятно 20 лет назад, в настоящее время обычное явление. Аналогично, «cool» («прохладно») – слово одобрения.
До сих пор в этой главе мне не требовалось уходить намного дальше, чем идея о том, что генофонды отдельных популяций могут отдаляться друг от друга, как и языки. Но на самом деле, в случае с видами, есть гораздо больше, чем дрейф. Это «гораздо больше» является естественным отбором, в высшей степени важным процессом, который был величайшим открытием Чарльза Дарвина. Даже без естественного отбора мы ожидаем от генофондов, оказавшихся разделёнными, дрейфа. Но они дрейфовали бы довольно бессмысленным образом. Естественный отбор подталкивает эволюцию в определённом направлении, а именно: в направлении на выживание. Гены, которые выживают в генофонде, являются генами, которые способны выживать. И что делает ген способными выживать? То, что помогает другим генам построить тела, способные выживать и размножаться: тела, которые живут достаточно долго, чтобы передать гены, которые помогли им выжить.
|
|
|
Как именно они это делают, варьирует от вида к виду. Гены выживают в телах птицы или летучей мыши, помогая построить крылья. Гены выживают в телах крота, помогая построить крепкие, подобные лопате руки. Гены выживают в тел в телах льва, помогая построить быстро бегущие ноги, и острые когти и зубы. Гены выживают в телах антилопы, помогая построить быстро бегущие ноги, и острые слух и зрение. Гены выживают в телах насекомого, мимикрирующего под лист, делая насекомых, почти неотличимыми от листьев. Несмотря на различие деталей, у всех видов игра называется выживанием генов в генофондах. В следующий раз, встретив животное – любое животное – или любое растение, посмотрите на него и скажите себе, что я смотрю на эту сложную машину для передачи генов, которые её сделали. Я смотрю на машину для выживания генов.
В следующий раз вы, глядя в зеркало, подумайте: это также касается и меня.
|
|
|
Из чего сделаны вещи?
В ВИКТОРИАНСКУЮ ЭПОХУ любимой детской книгой была «Книга чепухи» Эдварда Лира. Так же как стихотворение «Кот и Cова» (которое вы можете знать, потому что оно все ещё известно), «Джамбли» и «Поббль Без Больших Пальцев На Ногах», я люблю Рецепты в конце книги. Рецепт Крошковых Котлет начинается так:
добудьте полоски мяса и, разрезав их на наименьшие возможные кусочки, порежьте их ещё мельче, восемь или может быть девять раз.
Что вы получите, если будете продолжать резать что‑нибудь на меньшие и меньшие кусочки?
Предположим, вы взяли кусок чего‑нибудь и разрезали его пополам, используя самое тонкое и острое лезвие, которое вы смогли найти.
Потом вы разрезали его пополам, затем разрезали эту половину пополам, и так далее, снова и снова.
Станут ли кусочки настолько мелкими, что они не могут стать меньше? Насколько тонок край бритвенного лезвия? Насколько мал острый конец иглы?
Каковы самые маленькие частицы, из которых сделаны вещи?
Все древние цивилизации Греции, Китая и Индии, казалось, пришли к одной и той же идее – что всё сделано из четырёх элементов: воздуха, воды, огня и земли.
Но один древний грек, Демокрит, подошёл немного ближе к правде.
Демокрит думал, что если вы порежете все‑что – угодно на достаточно мелкие кусочки, вы достигнете кусочка настолько мелкого, что он не может быть разрезан дальше. Греческое «резать» будет «tomos», и если вы приклеите «a» в начало греческого слова, это будет значить «нет» или «не может». Итак, «atomic» значит что‑то слишком мелкое чтобы быть разрезанным мельче, и отсюда произошло наше слово «атом». Атом золота – это наименьшая возможная частичка золота. Даже если и можно было бы разрезать его мельче, он перестал бы быть золотом. Атом железа – это наименьшая возможная частичка железа. И так далее.
Сейчас мы знаем, что существуют примерно 100 разных видов атомов, из которых примерно 90 встречаются в природе. Остальные были созданы учёными в лабораториях, но только в ничтожных количествах.
Чистые вещества, состоящие только из одного вида атомов, называются элементами (то же слово, которое когда‑то было использовано для земли, воздуха, огня и воды, но с существенно другим значением). Примеры элементов – водород, кислород, железо, хлор, медь, натрий, золото, углерод, ртуть и азот. Некоторые элементы, такие как молибден, редки на Земле (вот почему вы могли не слышать о молибдене), но более распространены в остальной Вселенной (если вам интересно, откуда мы это знаем, подождите до части 8).
Металлы, такие как железо, свинец, медь, цинк, олово и ртуть, являются элементами. Так же газы, такие как кислород, водород, азот и неон. Но большинство веществ, которые мы видим вокруг себя, не элементы, а соединения. Соединение – это то, что вы получите, когда два или более различных атомов соединяются определённым образом. Вы наверняка слышали, как воду называют H2O. Это – химическая соединение формула, и она означает, что это соединение одного атома кислорода с двумя атомами водорода. Группа атомов, объединённых в соединение, называется молекулой. Некоторые молекулы очень просты: например, молекула воды состоит всего из этих трёх атомов. Другие молекулы, особенно молекулы в живых телах, состоят из сотен атомов, соединённых весьма специальным образом. Более того, именно способ, которым они соединены, как и тип и число атомов, делает определённую молекулу одним соединением, а не другим.
Вы можете использовать слово «молекула» для того, чтоб описать, что вы получите, объединяя два или больше атомов одного типа. Молекула кислорода, газа, необходимого нам для дыхания, состоит из двух соединённых атомов кислорода. Иногда три атома кислорода объединяются в другой вид молекул, называемый озон. Число атомов в молекуле имеет значение, даже если атомы те же самые.
Озон вреден при вдыхании, но мы получаем пользу от его слоя в верхней атмосфере Земли, который защищает нас от наиболее вредных лучей Солнца. Одна из причин, по которым австралийцам приходится быть особенно осторожными при загорании – «дыра» в озоновом слое на дальнем юге.
Кристаллы – атомы на параде
Кристалл алмаза – огромная молекула, без определённого размера, состоящая из миллионов атомов элемента углерод, связанных вместе и выстроенных вполне определённым образом. Они настолько равномерно распределены внутри кристалла, что вы можете представить их солдатами в строю, за исключением того, что они построены в трёх измерениях, как косяк рыбы. Но число «рыб» в косяке – число атомов углерода даже в самом маленьком алмазе – гигантское, больше чем число всех рыб (плюс всех людей) на Земле. И «связанных вместе» не очень корректное описание, если оно заставляет вас думать об атомах как о твёрдых кусках углерода, плотно упакованных без промежутков между ними. На самом деле, как мы увидим, в основном «твёрдая» материя состоит из пустого пространства. Это потребует некоторого объяснения. Я ещё вернусь к этому позже.
Все кристаллы построены одинаковым («строевым») образом, с атомами, равномерно расставленными по фиксированной схеме, что придаёт форму всему кристаллу. Именно форму мы обычно имеем в виду под «кристаллом». Некоторые «солдаты» способны «выстраиваться» несколькими способами, создавая весьма разнообразные кристаллы. Атомы углерода, построенные одним образом, образуют легендарно твёрдые кристаллы алмаза. Но если они выстроятся по – другому, они образуют кристаллы кристаллы графита, настолько мягкого, что его используют как смазку.
Мы думаем о кристаллах как о прекрасных прозрачных объектах, и даже описываем другие вещи, например чистую воду, как «кристально чистые». Но в действительности, наиболее твёрдое вещество состоит из кристаллов, и наиболее твёрдое вещество непрозрачно. Кусок железа состоит из множества мельчайших кристаллов, сложенных вместе, каждый из кристаллов состоит из миллионов атомов, выстроенных «как на параде» подобно атомам углерода в кристалле алмаза. Свинец, алюминий, золото, медь – все состоят из кристаллов соответствующих им типов атомов. Так же камни, такие как гранит или песчаник – но они часто являются смесями множества разных типов мельчайших кристаллов, сложенных вместе.
Песок тоже кристаллический. Фактически, многие песчинки – это просто маленькие куски камня, сточенные водой и ветром. То же самое верно для грязи, с добавлением воды или других жидкостей. Часто, частицы песка и грязи уплотняются снова, создавая новые породы, называемые «осадочными» – потому что это отвердевшие осадки песка и грязи. («Осадок» – это частички твёрдого вещества, оседающие на дне жидкости, например в реке, или озере, или море.) Песок в песчанике в основном состоит из кварца и полевого шпата, двух распространённых кристаллов в земной коре. Известняк – другое дело. Это – карбонат кальция, как и мел, и он происходит из сточенных скелетиков кораллов и морских раковин, включая раковины крошечных одноклеточных существ, называемых фораминиферы. Если вы видите белый пляж, песок на нём, скорее всего, – карбонат кальция из этого же ракушечного источника.
Иногда кристаллы состоят полностью из одного типа атомов «в строю» – все атомы одного и того же элемента. Примеры – алмаз, золото, медь и железо. Другие кристаллы созданы из двух разных типов атомов, опять «в строю» в строгом порядке, например, чередуясь. Соль (поваренная соль, столовая соль) – не элемент, а соединение двух элементов, натрия и хлора. В кристалле соли, атомы натрия и хлора выстроены поочерёдно. На самом деле, здесь они называются не «атомы», а «ионы», но я не буду вдаваться в подробности, почему. Каждый ион натрия имеет шесть соседей – ионов хлора, под прямыми углами друг к другу: спереди, сзади, слева, справа, сверху и снизу. И каждый ион хлора окружён ионами натрия таким же образом. Все расположение состоит из квадратов, и именно поэтому кристаллы соли, если вы внимательно посмотрите через сильную лупу, кубические – трёхмерное обобщение квадрата – или как минимум имеют квадратные грани. Множество других кристаллов состоят из более чем одного вида атомов «в строю», и многие из них находятся в камнях, песке и почве.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 177; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!