Способы преобразования органов и функций

Известно более полутора десятков спо­собов (модусов) эволюции органов и функ­ций. Рассмотрим главнейшие из них.

Усиление главной функции происходит очень часто в ходе эволюции отдельных ор­ганов. При этом оно достигается двумя пу­тями: либо посредством изменения строения органа, либо увеличением числа компонен­тов внутри одного органа. Примеры первого рода — усиление функции мышечного со­кращения в результате замещения гладкой мускулатуры поперечнополосатой, усиление функций фотосинтеза в связи с образовани­ем палисадной ткани и мощности ее разви­тия. Пример одного из путей усиления глав­ной функции органа посредством крупных существенных изменений (ароморфозов) показан на рис. 16.1. Примеры второго рода — усиление функций клетки с увели­чением развития соответствующих органелл, усиление функции хлоропластов с увеличением числа ламелл в них, развитие млечных желез у млекопитающих, идущее по пути значительного увеличения числа от­дельных долек, вместе составляющих более мощную железу. Другим примером того же рода является увеличение дыхательной по­верхности легких наземных позвоночных в процессе филогенеза в результате значи­тельного увеличения числа альвеол

Одно­временно с увеличением числа альвеол про­исходит и их известное гистологическое из­менение, т. е. одновременно изменяется структура ткани и увеличивается число ком­понентов. Вероятно, такое комплексное из­менение (строение органа и число компо­нентов) обычно происходит в процессе фи­логенетического усиления главной функции.

Ослабление главной функции — столь же обычный эволюционный процесс, как и ее усиление. При переходе китообразных к водному образу жизни у их предков ослаб­лялась терморегуляционная функция воло­сяного покрова (у современных китообраз­ных волосяной покров практически исчез). Это ослабление было связано с постепен­ным сокращением числа волос на поверхно­сти тела. Отдельные стадии этого процесса можно представить посредством построения сравнительного эколого-анатомического ряда; у волка (Canis lupus) шерсть густая и участвует в терморегуляции; у обыкновен­ного тюленя (Phoca vitulina) значение по­крова в терморегуляции резко ослаблено и шерсть редкая, у моржа (Odobenus rosmar-us) волосяной покров почти исчезает, у ки­тообразных отсутствует полностью

Для водных млекопитающих это положение ил­люстрируется и эмбриологическим рядом ластоногих: у новорожденного детеныша гренландского тюленя (Pagophilus groen-landica) очень теплый защитный волосяной покров хорошо дифференцирован на разные типы волос; с возрастом, в результате по­следовательных линек, волосяной покров резко редеет, строение его упрощается и он перестает служить органом терморегуля­ции.

В мире растений эволюция полупарази­тических и паразитических форм может ил­люстрировать ослабление функций фото­синтеза. Постепенное ослабление проводя­щей функции стебля наблюдается у водных цветковых растений из-за общего упроще­ния проводящей системы.

Полимеризация органов. При полиме­ризации происходит увеличение числа од­нородных органов или структур. Этот принцип осуществляется, например, при вторичном возникновении многочисленных хвостовых позвонков у длиннохвостых мле­копитающих (приводит к усилению подвиж­ности хвоста). В свою очередь, это может иметь многообразное функциональное зна­чение: отмахивание от насекомых, исполь­зование хвоста как руля и опоры, для выра­жения эмоций и т д. Процесс полимериза­ции структур происходит при увеличении числа фаланг в кисти некоторых китообраз­ных (увеличение размеров и прочности плавника как руля глубины и поворотов). Процессы полимеризации органов особенно характерны для многих групп беспозвоночных животных, строение тела которых име­ет четкую повторяемость многих однород­ных структур (членистоногие и др.), а также для многих групп растений (увеличение чис­ла лепестков или тычинок в цветке и др.).

Олигомеризация органов и концен­трация функций — уменьшение числа многочисленных однородных органов, органоидов, структур, связанное, как правило, с интенсификацией функции,— широко наблюдается в эволюции. Напри­мер, путем слияния, интеграции разбросан­ных в разных местах чувствительных клеток и последующего объединения разных клеток в отдельные органы происходит в эволюции развитие органов чувств у беспозвоночных (В.Н. Беклемишев). У многих групп позво­ночных отдельные, прежде самостоятельные крестцовые позвонки сливаются с тазовыми костями в прочный неподвижный блок, обеспечивая усиление опорной функции центрального звена заднего пояса конечно­стей. У части китообразных процесс олиго-меризации затрагивает шейные позвонки, также превращающиеся в мощный костный блок — прочное основание для группы ту-ловищно-головных мышц. При этом резко усиливается главная функция всего шейно­го отдела позвоночного столба по поддер­жанию головы.

Олигомеризация может быть резуль­татом противоположного процесса — ре­дукции гомодинамных' органов (например, редукция брюшных ганглиев у насекомых). В.А. Догель считал, что олигомеризация по­средством редукции является в эволюции органов наиболее распространенной. Нако­нец, олигомеризация может происходить посредством дифференцировки, специали­зации и выпадения части гомологичных и гомодинамных органов. Так происходит раз­витие грушевидных органов у турбеллярий, развитие половых щупалец из хватательных у головоногих и т. д.

Уменьшение числа функций наблюда­ется в процессе эволюции главным образом при специализации какого-либо органа или структуры. Конечности предков китообраз­ных несли много функций (опора на суб­страт, рытье, защита от врагов и многие другие). С превращением ноги в ласт боль­шинство прежних функций исчезло.