До́кази еволю́ції — наукові дані і концепції, які підтверджують походження всіх живих істот на Землі від спільного предкаКарл Воуз висунув гіпотезу, згідно з якою на перших етапах розвитку життя, коли формувалися перші клітини, основну роль відігравав горизонтальний перенос генів. В цьому випадку можливо, що останній універсальний спільний предок являв собою не одну клітину, а групу примітивних клітин, які вільно обмінювались генетичним матеріалом. (). Завдяки цим доказам основи еволюційної теорії отримали визнання наукової спільноти, а провідною системою уявлень про процеси видоутворення стала синтетична теорія еволюціїДоказами еволюції тут вважаються не математично строгі докази (які можливі тільки в математиці), а свідчення, які дозволяють переконатися в істинності засад еволюційної теорії згідно із науковими методами.
Еволюційні процеси спостерігаються як в природних, так і в лабораторних умовах. Відомі випадки утворення нових видів. Описані також випадки розвитку нових властивостей завдяки випадковим мутаціям. Факт еволюції на внутрішньовидовому рівні доведений експериментально, а процеси видоутворення спостерігались безпосередньо в природі.
З метою отримання відомостей про еволюційну історію життя, палеонтологи аналізують викопні рештки організмів. Ступінь спорідненості між сучасними видами можливо визначити порівнюючи їх будову, геноми, розвиток ембріонів (ембріогенез). Додаткове джерело інформації про еволюцію — закономірності географічного поширення тварин і рослин, які вивчає біогеографія. Всі ці дані складаються в єдину картину — еволюційне дерево життя.
Видима еволюція
Зміни в популяціях, які спостерігаються сьогодні, доводять не тільки існування еволюції, а також і ряду механізмів, необхідних для еволюційного походження всіх видів від спільного предка. Встановлено, що геноми схильні до різноманітних мутацій, серед яких переміщення інтронів, дуплікація генів, рекомбінації, транспозиції, ретровірусні вставки (горизонтальний перенос генів), заміна, видалення і вставка окремих нуклеотидів, а також хромосомні перебудови. Відомі такі хромосомні перебудови як дуплікація геному (поліплоїдія), нерівний кросинговер, хромосомна інверсія, транслокація, ділення, злиття, дуплікація і видалення хромосом . Також спостерігаються зміни будови організмів Houde, A. E. (1988) «Genetic differences in female choice between two guppy populations.» Animal Behavior 36: 510—516. Morton, E. S. (1990) «Habitat segregation by sex in the hooded warbler: Experiments on proximate causation and discussion of its evolution.» American Naturalist 135: 319—333. Johnston, R. F., and Selander, R. K. (1973) «Evolution in the house sparrow. III. Variation in size and sexual dimorphism in Europe and North and South America.» American Naturalist 107: 373—390. і функціональні зміни — різноманітні адаптації Luria, S., and Delbruck, M. (1943) «Mutations of bacteria from virus sensitivity to virus resistance.» Genetics 28: 491—511. Lederberg, J., and Lederberg, E. M. (1952) «Replica plating and indirect selection of bacterial mutants.» Journal of Bacteriology 63: 399—406.
Andren, C., M. Marden, et al. (1989) «Tolerance to low pH in a population of moor frogs, Rana arvalis from an acid and a neutral environment: a possible test case of rapid evolutionary response to acidification.» Oikos 56: 215—223. Bishop, J. A. (1981) «A neo-Darwinian approach to resistance: Examples from mammals.» In Genetic Consequences of Man Made Change. J. A. Bishop and L. M. Cook. London, Academic Press. , поява здатності засвоювати новий вид їжі (в тому числі — нейлон і пентахлорфенол, виробництво яких розпочалось у 1930-х роках) і т. д. Крім того, були виявлені різноманітні проміжні етапи виникнення нових видів, що свідчить про плавний характер видоутворення.
Еволюція кишкової палички в лабораторії
Групі біологів із Мічиганського університету під керівництвом Річарда Ленскі вдалось змоделювати в лабораторії процес еволюції живих організмів на прикладі бактерії кишкової палички (Escherichia coli).
Через велику швидкість розмноження зміна поколінь кишкової палички відбувається вкрай швидко, тому учені очікували, що тривале спостереження продемонструє механізми еволюції у дії. На першому етапі експерименту, в 1988 році, 12 колоній бактерій були поміщені в ідентичні умови: ізольоване поживне середовище, в якому було присутнє тільки одне джерело живильних речовин — глюкоза. Крім того, в середовищі був цитрат, який в присутності кисню ці бактерії не можуть використовувати як джерело їжі. За 20 років в колоніях змінилось понад 44 тисячі поколінь бактерій.
Учені спостерігали за змінами, які відбувались із бактеріями. Більшість із них мали однаковий характер у всіх популяціях — наприклад, розмір бактерій збільшувався, хоча і різними темпами. Проте приблизно між поколіннями номер 31000 і 32000 в одній з популяцій відбулися кардинальні зміни, які не спостерігалися в інших. Бактерії набули здатності засвоювати цитрат. Використовуючи збережені зразки бактерій із різних поколінь, дослідникам вдалось встановити, що початок серії змін, які привели до утворення нового різновиду бактерій, стався в межах покоління номер 20000 і тільки в цій колонії.
Досліди Григорія Шапошникова
Наприкінці 1950-х — на початку 1960-х років відомий радянський біолог Георгій Шапошников провів ряд дослідів, в процесі яких проводилась зміна кормових рослин у різних видів попелиць. Під час дослідів вперше спостерігалася репродуктивна ізоляція використаних в експерименті особин від вихідної популяції, що свідчить про утворення нового під-виду.
Еволюція вірусів Частота виникнення мутацій у вірусів набагато вища, ніж у багатоклітинних організмів, тому їх еволюція відбувається в десятки разів швидше. Найбільш помітним для людей еволюційним пристосуванням вірусів є набуття стійкості проти лікарських препаратів. Коли в 80-х з'явилися перші засоби для лікування ВІЛ, у більшості пацієнтів ефективне лікування тривало не достатньо довго, оскільки вірус набував стійкості проти антиретровірусних препаратів впродовж кількох років, що робило лікування ними неефективним. Зараз, щоб сповільнити еволюцію вірусу ВІЛ до форм нечутливих до ліків, використовують для лікування хворих на СНІД використовують суміші препаратів з різними механізмами дії, в цьому випадку виникнення в одного з екземплярів вірусу мутації, що захищає від дії певного препарату, не гарантує цьому екземпляру вірусу виживання, що сповільнює закріплення такої мутації.
Швидка еволюція ящірок в нових умовах Відповідно до опублікованого в 2008 році дослідження, у популяції стінних ящірок Podarcis sicula всього за 36 років (вкрай короткий для еволюції період) змінилися розмір і форма голови, збільшилася сила укусу і розвинулися нові структури в травному тракті. Ці фізичні зміни відбулися одночасно з серйозними змінами в популяційній щільності і соціальній структурі.
У 1971 році п'ять пар дорослих особин Podarcis sicula з острова були перевезені на сусідній острів Под Маркару (ці хорватські острови розташовані на півдні Адріатичного моря, недалеко від Ластово). Умови на новому місці були близькі до звичного середовища, наземні хижаки були відсутні, і за три десятиліття ящірки природним чином поширилися на острові (витіснивши при цьому місцеву популяцію Podarcis melisellensis). Коли дослідники повернулися на Под Маркару, вони виявили, що ящірки на цьому острові істотно відрізняються від ящірок на Под Копісте. Порівняння мітохондріальної ДНК показало, що популяції генетично не відрізняються, але в той же час в популяції з Под Маркару середній розмір особин збільшений, задні кінцівки коротше, максимальна швидкість бігу менше, а також відрізняється реакція на напад хижаків. Ці зміни будови і поведінки пояснюються меншою активністю хижаків на Под Маркару і наявністю щільнішої рослинності, що сприяло маскуванню.
Крім того, у нової популяції істотно змінилися розмір і форма голови, вона стала масивнішою, збільшилася сила укусу. Ці фізичні зміни відповідають зміни раціону: P. sicula з Под Копісте переважно комахоїдні, а дієта ящірок на Под Маркару в залежності від сезону майже на дві третини складається з рослинної їжі. Рослини на новому місці проживання жорсткі і волокнисті, а потужні щелепи дозволяють якісніше відкушувати і подрібнювати рослинну їжу.
Найбільш неочікуваною відмінністю виявилась наявність у нової популяції у кишці ілеоцекальних клапанів, які призначені для сповільнення проходу їжі за рахунок створення камер бродіння, в яких мікроорганізми можуть розбивати важко перетравлювані шматочки рослинності. Ці клапани ніколи раніше не були виявлені у цього різновиду ящірок, включаючи початкову популяцію з острова Под Копісте. Фахівці називають їх «еволюційним нововведенням, новою властивістю, яка була відсутня у предкової популяції і раніше в ході еволюції у цих ящірок». Крім того, в кишці нової популяції присутні нематоди, які відсутні у вихідної популяції.
Зміни в дієті також спричинили зміни в щільності популяції і соціальній структурі. Через те, що рослини — це набагато більше, передбачуване і надійніше джерело їжі, ніж комахи, кількість ящірок збільшилася. Крім того, пропала необхідність ганятися за здобиччю, а це призвело до того, що ящірки перестали агресивно захищати свої території.
У той саме час, деякі вчені не поспішають із висновками. Так, наприклад, на думку Ендрю Гендрі, професора біології з Університету Макгілла у Монреалі, ще варто обговорювати те, як інтерпретувати подібні зміни, — чи мають вони генетичну основу, чи це є Модифікаційною мінливістю у відповідь на вплив навколишнього середовища. Втім, він додає, що такого роду зміни дійсно драматичні, тому було б логічним кроком підтвердити генетичну основу таких змін.
Розвиток стійкості до антибіотиків і пестицидів Розвиток і поширення стійкості до антибіотиків у бактерій і стійкості до пестицидів у рослин та комах є доказом еволюції видів. Поява стійких до ванкоміцину форм золотистого стафілококу та небезпечність, яку вони становлять для пацієнтів лікарень, — це прямий результат еволюції шляхом природного відбору. Ще один приклад — розвиток штамів шигели, стійких до антибіотиків із групи сульфаніламідів . Поява малярійних комарів, стійких до ДДТ, і розвиток у австралійських популяцій кролів стійкості до міксоматозу демонструють дію еволюції в умовах тиску відбору при швидкій зміні поколінь.
За останні 50 років зареєстровано понад 2500 випадків адаптації комах-шкідників до різних пестицидів. Тому для боротьби зі шкідниками замість звичайних отрут намагаються використовувати біологічні пестициди — ентомопатогенні віруси. Зокрема для боротьби з яблуневою плодожеркою Cydia pomonella (личинки якої — це ті самі «черв'яки» в червивих яблуках) активно використовується Cydia pomonella грануровірус (CpGV). Але у 2003 році були зафіксовані перші випадки зниження ефективності вірусу, і до 2005 року з'явилися популяції яблуневої плодожерки у яких стійкість до вірусу зросла у 100 тис. разів у порівнянні з початковою. Встановлено, що причиною стійкості є мутація в статевій Z-хромосомі .
Приклади видоутворення Згідно із синтетичною теорією еволюції, утворення нових видів відбувається внаслідок поділу особин одного виду на групи, які не схрещуються між собою. Такий поділ може бути викликаний різними причинами, такими як наявність непереборних географічних бар'єрів (алопатричне видоутворення) чи розділення по екологічних нішах всередині одного ареалу (симпатричне видоутворення). Після виникнення між популяціями різноманітних типів ізоляцій, популяцій починають еволюціонувати незалежно, внаслідок чого між популяціями поступово накопичуються генетичні відмінності, і через деякий час досягається генетична несумісність — схрещування виявляється неможливим.
Крім того, нові види можуть виникати практично миттєво (в геологічному масштабі часу) шляхом поліплоїдії (кратного збільшення кількості хромосом в клітині) і гібридизації (схрещення різних видів).