Эволюция без отбора: Автоэволюция формы и функции - Лима-де-Фариа А.
ISBN 5-03-001929-4
Скачать (прямая ссылка):
(вдоль внутренних диагоналей
куба с ребром а2)
Рис. 8.1. Классификация кристаллографических систем (Cohen, 1966). Слева: 14 основных типов трехмерных ячеек кристаллических решеток. Кружками изображены узлы решетки, вокруг которых или в которых могут быть расположены атомы или молекулы. Справа: характеристики симметрии семи кристаллографических систем.
В многообразии минералов есть закономерности
Неродственные виды живых организмов (например, киты и рыбы) могут иметь сходные обтекаемые очертания. В то же время близкие виды могут иметь неодинаковые формы; примером служат гиппопотам и жираф, принадлежащие к одному отряду парнокопытных.
Аналогичная картина наблюдается и у минералов. Явление, противоположное изоморфизму, именуется полиморфизмом минералов. Один и тот же минерал может существовать в совершенно несходных формах. Наиболее изученный случай — это кальцит СаСОз, встречающийся примерно в 600 формах и более чем в 2000 их комбинаций. Форма кристаллов варьирует от игол до пластин. Давно известно (Наиу, 1801), что кристалл
••• ••
Рис. 8.2. Предположение Гаюи о построении сложных форм из немногих типов простых единиц (Shepherd, 1939). Если элементарные кубнки достаточно малы и многочисленны, ступенчатость укладки становится незаметной и кристалл приобретает форму, показанную справа.
кальцита любой формы можно разбивать на все более мелкие, вплоть до микроскопических размеров, ромбоэдрические кристаллы (рис. 8.2). Это привело к представлению об определенной упаковке атомов в кристаллических телах, что впоследствии было подтверждено рентгенографическими исследованиями Лауэ и других (Buerger, 1981). Однако и минералы более простого химического состава могут давать структуры с еще более резкими различиями формы и свойств. Так, элемент углерод существует в виде алмаза или графита. Алмаз, наиболее твердый из известных минералов, обычно бесцветен и кристаллы его принадлежат к изометрической (кубической) системе. Графит же мягок, обычно имеет серый или черный цвет, аморфен или образует гексагональные кристаллы. Трудно представить себе более значительное различие формы и свойств у одного и того же элемента, лишенного каких-либо примесей.
Как показал рентгеноструктурный анализ, причина этого различия заключается в способе упаков/ки, т. е. в геометрии взаимного расположения атомов, образующих кристаллы. Таким образом, форма определяется двумя главными факторами: атомным составом и способом сборки в слои. Способ сборки в свою очередь может зависеть от параметров среды, например От давления. Образование некоторых форм кристаллов иварца происходит при сверхвысоком давлении, близком к тому, которое существует в глубинах Земли. Физические теории происхождения форм минералов интенсивно разрабатываются рядом групп исследователей (Hazen, Finger, 1985).
Не имеющий генов кальцит образует тысячи кристаллических форм в рамках одной основной структуры
Биологическую изменчивость обычно связывают с существованием генов. Наличие множества форм растений и животных считают чисто биологическим явлением, которое может быть порождено только генами. С одной стороны, мы имеем постоянство анатомического строения, характеризующего отряд или семейство организмов, с другой — наблюдаем изменчивость, ведущую к образованию видов и разновидностей. И постоянство строения, и изменчивость приписывают проявлению генов. В основе наследственности лежит постоянство, а в основе эволюции— изменчивость. Минералы и другие неорганические вещества не имеют генов, но уже обладают этими двумя основными качествами: постоянством структуры и способностью изменять ее, давая многочисленные формы. Приведем несколько примеров.
1. Кальцит. Постоянство выражено в том, что ни в одной из форм структура не выходит за рамки гексагональной (триго-нальной) системы. При этом, как упоминалось выше, имеется более двух тысяч комбинаций кристаллографических модификаций (рис. 8.3).
2. Кварц. Наблюдается такое же разнообразие конфигураций при неизменной кристаллографической системе (рис. 8.4).
3. Вода. Абсолютно все кристаллы снега сохраняют гексагональную структуру. Это не мешает им образовывать тысячи различных комбинаций ветвящихся структур (рис. 8.5).
Почему же эти минералы и простое химическое соединение вода оказываются настолько близкими по своим свойствам к живым организмам, не обладая генами, которые обеспечивают постоянство строения и обусловливают изменчивость? Ответ прост: гены имеют к этим двум существенным качествам весьма отдаленное отношение. Такая констатация должна, казалось бы, уязвить мое самолюбие генетика; во всяком случае она огорчительна для тех, кто пытается решать все проблемы биологии, основываясь исключительно на функциях генов. У воды и кальцита генов нет, и однако в них уже заключены те механизмы, которые в настоящее время считаются главными атрибутами генов. В дальнейшем мы увидим, какова именно функция гена и насколько вторична его роль в биологических процессах.
