Изменение энергетического обмена в ходе эволюции

Как отмечалось выше, вывод Дольника (1968), согласно которому по мере усложнения организации животных стандартный обмен заметно возрастает, подтверждается всеми известными нам данными. Чтобы сделать этот вывод еще более наглядным мы собрали данные, представленные в табл.6-11,13,15-24,26-37,39,40 и в формулах (87)-(94), (96-108), (110-128), в одном месте (табл.41).

Таблица41

Сводная таблица коэффициентов а (мВт) и критериев упорядоченности Сr в разных типах, классах и отрядах животных. N - число изученных видов, n - число измерений.

 

Таксон а N n Сr
Простейшие        

 

Тип Apicomplexa 0.046 0.66
Тип Sarcomastigophora 0.081 1.16
Тип Ciliophora 0.313 4.48
Низшие беспозвоночные        
Тип Ctenophora 0.113 2.17
Тип Coelenterata 0.297 5.07
Класс Scyphozoa 0.179 3.48
Класс Hydrozoa 0.194 3.54
Класс Anthozoa 0.426 6.81
Черви        
Тип Plathelminthes 0.582 8.67
Класс Cestoda 0.249 3.71
Класс Trematoda 0.285 4.40
Класс Turbellaria 0.466 6.93
Высшие беспозвоночные        
Тип Echinodermata 0.356 7.25
Класс Echinoidea 0.249 5.37
Класс Asteroidea 0.310 6.53
Класс Holothuroidea 0.367 7.25
Класс Ophiuroidea 0.409 8.17
Класс Crinoidea 0.677 13.98
Тип Arthropoda 0.881 14.38
Тип Arthropoda (без Insecta) 0.653 9.70
Класс Myriapoda 0.405 5.78
Класс Arachnida 0.530 9.64
Отряд Amblypygi 0.228 5.72
Отряд Acariformes 0.277 4.87
Отряд Scorpiones 0.272 6.84
Отряд Parasitiformes 0.513 8.82
Отряд Aranei 0.601 11.19
Отряд Solifugae 0.746 17.39
Отряд Opiliones 3.019 48.51

 

Класс Crustacea 1.208 20.72
Отряд Cirripeda 0.191 3.12
Отряд Cumacea 0.318 6.89
Отряд Mysidacea 0.743 13.32
Отряд Decapoda 0.770 14.61
Отряд Spelaogriphacea 1.047 16.90
Отряд Isopoda 1.089 18.49
Отряд Tanaidacea 0.911 19.57
Отряд Amphipoda 1.362 21.46
Отряд Copepoda 1.292 22.17
Отряд Phyllopoda 1.769 30.15
Отряд Ostracoda 1.129 30.26
Отряд Euphasiacea 1.976 32.51
Отряд Anostraca 5.955 122.39
Класс Insecta 1.792 33.10
Отряд Collembola 0.630 8.32
Отряд Blattodea 0.995 16.42
Отряд Hemiptera 1.238 19.43
Отряд Dermoptera 1.328 19.78
Отряд Isoptera 1.197 29.14
Отряд Plecoptera 2.024 30.15
Отряд Orthoptera 2.118 34.40
Отряд Homoptera 2.046 36.64
Отряд Odonata 1.957 44.32
Отряд Coleoptera 1.235 26.08
Отряд Lepidoptera 2.096 44.09
Отряд Diptera 2.894 48.43
Отряд Hymenoptera 1.330 24.31
Сем. Apidae 4.122 73.47
Сем. Formicidae 0.654 12.59
Тип Mollusca 1.060 21.03
Тип Mollusca (без Cephalopoda) 0.670 12.10

 

Класс Bivalvia 0.603 10.64
Отряд Taxodonta 0.45 6.94
Отряд Eulamellibranchia 0.54 8.41
Отряд Dysodonta 0.76 12.94
Класс Gastropoda 0.689 13.86
Отряд Gymnosomata 0.687 10.40
Отряд Basommatophora 0.616 11.57
Отряд Archaegastropoda 0.571 12.29
Отряд Mesogastropoda 0.650 13.35
Отряд Nudibranchia 1.154 17.21
Отряд Stylommatophora 0.982 18.07
Отряд Neogastropoda 0.817 18.09
Отряд Sacoglossa 0.980 25.17
Отряд Cephalaspiea 1.118 29.95
Класс Loricata 0.802 16.45
Класс Cephalopoda 4.46 99.77
Отряд Nautilida 1.03 27.6
Отряд Octopoda 1.87 50.08
Отряд Decapoda 6.63 142.57
Тип Chaetognatha 0.351 9.52
Тип Tunicata 0.200 5.29
Тип Vertebrata 6.93 33.61
Водные и полуводные        
Класс Amphioxi 0.304 5.38
Класс Myxini 0.237 4.23
Класс Cephalaspidomorphi 1.025 15.27
Класс Chondrichthyes 1.766 27.40
Отряд Carcharhiniformes 1.807 26.54
Отряд Orectolobiformes 1.172 28.99
Отряд Squaliformes 2.195 32.71
Отряд Rajiformes 1.842 27.68
Отряд Torpediniformes 0.950 23.49

 

Класс Osteichthyes 1.799 30.14
Подкласс Sarcopterygii 0.570 14.10
Подкласс Actinopterygii 1.634 24.21
Отряд Polypteriformes 0.653 16.15
Отряд Lepisosteiformes 0.984 19.49
Отряд Acipenseriformes 1.974 30.46
Подкласс Teleostei 1.816 30.46
Отряд Anguilliformes 1.208 24.98
Отряд Cypriniformes 1.774 26.85
Отряд Siluriformes 0.877 16.80
Отряд Cyprinodontiformes 1.492 32.58
Отряд Scorpaeniformes 1.652 29.27
Отряд Pleuronectiformes 1.762 29.49
Отряд Mugiliformes 1.411 29.95
Отряд Gasterosteiformes 1.739 31.60
Отряд Perciformes 1.884 33.09
Отряд Gadiformes 2.114 33.00
Отряд Salmoniformes 2.331 34.72
Отряд Gonorhynchiformes 2.131 52.70
Отряд Clupeiformes 3.779 56.31
Класс Amphibia 0.719 12.79
Отряд Caudata 0.394 7.84
Отряд Gymnophiona 0.509 12.60
Отряд Anura 0.966 16.49
Наземные позвоночные        
Класс Reptilia 0.861 18.22
Отряд Rhynchocephalia 0.510 12.62
Отряд Testudines 0.810 15.26
Отряд Squamata 0.868 18.35
Отряд Crocodylia 0.880 21.76
Класс Mammalia 24.29 104.00
Отряд Monotremata 8.68 77.28

 

Отряд Marsupialia 13.46 88.33
Отряд Sirenia 9.79 54.59
Отряд Insectivora 39.50 155.84
Сем. Erinaceidae 12.75 59.36
Сем. Tenrecidae 7.79 68.15
Сем. Soricidae 47.28 180.83
Отряд Edentata 10.11 76.44
Отряд Lagomorpha 23.25 82.53
Отряд Hyracoidea 14.63 82.60
Отряд Carnivora 23.98 83.06
Отряд Pholidota 8.58 90.59
Отряд Tylopoda 19.08 97.69
Отряд Rodentia 24.76 100.01
Отряд Artiodactyla 27.33 108.47
Отряд Pinnipedia 31.91 113.49
Отряд Chiroptera 19.09 117.95
Отряд Primates 20.44 118.03
Сем. Hominidae 24.41 148.17
Отряд Cetacea (Сем. Delphinidae) 34.54 118.09
Отряд Perissodactyla 32.28 136.87
Класс Aves 32.64 111.86
Отряд Apterygiformes 11.88 60.28
Отряд Caprimulgiformes 15.91 63.12
Отряд Gruiformes 21.03 64.75
Отряд Ralliformes 22.32 68.99
Отряд Sphenisciformes 22.34 70.75
Отряд Anseriformes 24.25 71.37
Отряд Cuculiformes 21.07 71.68
Отряд Columbiformes 21.93 72.73
Отряд Falconiformes 21.90 76.90
Отряд Casuariiformes 16.76 76.91
Отряд Strigiformes 18.46 77.25

 

Отряд Ciconiiformes 23.52 82.07
Отряд Galliformes 22.75 86.36
Отряд Piciformes 27.78 92.25
Отряд Procellariiformes 29.07 92.78
Отряд Trogoniformes 21.83 94.40
Отряд Lariformes 30.43 95.62
Отряд Coraciiformes 26.59 96.12
Отряд Charadriiformes 29.33 101.86
Отряд Psittaciformes 26.57 109.19
Отряд Rheiformes 23.65 113.99
Отряд Struthioniformes 24.25 114.19
Отряд Passeriformes 37.24 116.35
Сем. Covidae 32.63 107.83
Отряд Alciformes 43.30 116.71
Отряд Pelecaniformes 28.29 121.33
Отряд Apodiformes 26.52 126.91
Отряд Coliiformes 59.74 286.08

Как видно из этой таблицы коэффициент а и критерий упорядоченности Сr значительно возрастает по мере усложнения строения и функционирования животных. Коэффициент а, представленный в табл.41 характеризует сопоставимый уровень стандартного обмена разных таксонов животных. Его увеличение по мере усложнения строения животных показывает, что прогрессивная эволюция сопровождалась значительным усилением энергетического метаболизма. Так, гребневики имеют стандартный обмен в два раза больший, чем амебы, а моллюски в десять раз больше, чем последние. У позвоночных энергетический метаболизм выше, чем у беспозвоночных, за исключением насекомых, у которых стандартный обмен (коэффициент а) выше, чем у амфибий, рыб и рептилий (табл.41). Среди позвоночных самая большая величина стандартного обмена наблюдается у птиц.

Оказалось также (Зотин, Криволуцкий, 1982; Зотин, 1984; Zotin, 1990), что если сопоставить данные о стандартном обмене отдельных типов и классов животных со временем обнаружения их в палеонтологической летописи, то мы


получаем кривую биоэнергетического прогресса в реальном геологическом масштабе времени. Теперь мы можем уточнить эту кривую, используя данные разных авторов (Друшиц, Обручева, 1971; Геохронологическая таблица, 1974; Savage, Rüssel, 1983; Афанасьев, 1987; Зотин и др., 1990; Расницын, 1990; Кэрролл, 1992, 1993 а,b) о времени возникновения тех или иных таксонов животных в процессе эволюции (табл.42).

Таблица 42

Время возникновения отдельных типов, классов и отрядов животных. Данные о времени возникновения таксонов животных взяты из разных сводок.

 

Таксон Время возникновения таксона Тcp* Авторы**
  Геологический период млн. лет млн. лет  
Тип Sarcomastigophora Докембрий
Тип Ctenophora Докембрий
Тип Coelenterata Нижний кембрий
Класс Scyphozoa Средний кембрий
Класс Hydrozoa Нижний кембрий
Класс Anthozoa Нижний ордовик
Тип Arthropoda Нижний кембрий
Класс Myriapoda Средний кембрий
Класс Crustacea Средний кембрий
Отряд Cirripeda Силур
Отряд Mysidacea Средний карбон
Отряд Decapoda Нижний триас
Отряд Isopoda Средний триас
Отряд Tanaidacea Средняя юра
Отряд Amphipoda Средний девон
Отряд Copepoda Средний триас
Отряд Phyllopoda Средний карбон
Отряд Ostracoda Нижний ордовик
Отряд Anostraca Средний эоцен
Класс Arachnida Силур
Отряд Amblypygi Средний карбон

 

Отряд Acariformes Средний девон
Отряд Scorpiones Силур
Отряд Parasitiformes Палеоген
Отряд Aranei Средний девон
Отряд Solifugae Средний карбон
Отряд Opiliones Средний карбон
Класс Insecta Нижний карбон 5,6
Отряд Collembola Средний девон
Отряд Blattodea Средний карбон 5,6
Отряд Hemiptera Нижняя юра
Отряд Dermoptera Средняя юра
Отряд Isoptera Палеоген
Отряд Plecoptera Нижняя пермь 5,6
Отряд Orthoptera Верхний карбон 5,6
Отряд Homoptera Нижний карбон
Отряд Odonata Нижний карбон 5,6
Отряд Coleoptera Нижняя пермь 5,6
Отряд Lepidoptera Палеоген
Отряд Diptera Верхний триас 5,6
Отряд Hymenoptera Верхний триас 5,6
Сем. Apidae Палеоген
Сем. Formicidae Палеоген
Тип Mollusca Нижний кембрий
Класс Loricata Нижний девон 8,9
Класс Bivalvia Верхний кембрий 9, 10
Отряд Taxodonta Верхний кембрий
Отряд Eulamellibranchia Нижний ордовик
Отряд Dysodonta Нижний ордовик
Класс Gastropoda Нижний кембрий 7,11
Отряд Gymnosomata Средний эоцен
Отряд Basommatophora Средний карбон
Отряд Archaegastropoda Нижний кембрий

 

Отряд Mesogastropoda Средний ордовик
Отряд Nudibranchia Верхний мел
Отряд Stylommatophora Верхний мел
Отряд Neogastropoda Верхний мел
Отряд Cephalaspiea Средний карбон
Класс Cephalopoda Нижний кембрий 12, 13
Отряд Nautilida Нижний кембрий
Отряд Octopoda Верхний мел
Отряд Decapoda Верхний мел
Тип Echinodermata Нижний кембрий 7, 15
Класс Echinoidea Верхний ордовик
Класс Asteroidea Нижний ордовик
Класс Holothuroidea Нижний девон
Класс Ophiuroidea Нижний ордовик
Класс Crinoidea Нижний ордовик
Тип Tunicata Верхний силур
Тип Vertebrata Нижний кембрий
Класс Amphioxi Нижний кембрий
Класс Myxini Средний кембрий
Класс Cephalaspidomorphi Средний кембрий
Класс Chondrichthyes Средний девон
Отряд Carcharhiniformes Верхняя юра
Отряд Orectolobiformes Верхняя юра
Отряд Squaliformes Верхняя юра
Отряд Rajiformes Верхняя юра
Отряд Torpediniformes Средний эоцен
Класс Osteichthyes Средний девон
Подкласс Sarcopterygii Средний девон
Подкласс Actinopterygii Средний девон
Отряд Polypteriformes Средний эоцен
Отряд Lepisosteiformes Верхний мел

 

Отряд Acipenseriformes Нижняя юра
Подкласс Teleostei Верхний триас
Отряд Anguilliformes Верхний мел
Отряд Cypriniformes Верхний мел
Отряд Siluriformes Верхний мел
Отряд Cyprinodontiformes Средний олигоцен
Отряд Scorpaeniformes Палеоцен
Отряд Pleuronectiformes Средний эоцен
Отряд Mugiliformes Средний эоцен
Отряд Gasterosteiformes Средний эоцен
Отряд Perciformes Верхний мел
Отряд Gadiformes Палеоцен
Отряд Salmoniformes Нижний эоцен
Отряд Gonorhynchiformes Верхний мел
Отряд Clupeiformes Верхний мел
Класс Amphibia Верхний девон
Отряд Caudata Верхняя юра
Отряд Anura Нижняя юра
Класс Reptilia Верхний карбон
Отряд Testudines Верхний триас
Отряд Squamata Верхняя пермь
Отряд Crocodylia Мел
Класс Mammalia Верхний триас
Отряд Monotremata Нижний мел 16, 19
Отряд Marsupialia Нижний мел 16, 19
Отряд Sirenia Средний эоцен
Отряд Insectivora Верхний мел 16, 19
Сем. Erinaceidae Нижний эоцен
Сем. Tenrecidae Плейстоцен
Сем. Soricidae Верхний эоцен
Отряд Edentata Верхний палеоцен
Отряд Lagomorpha Верхний палеоцен

 

Отряд Hyracoidea Средний эоцен 16, 19
Отряд Carnivora Средний эоцен 16, 19
Отряд Pholidota Верхний палеоцен
Отряд Tylopoda Средний эоцен 16, 19
Отряд Rodentia Нижний эоцен 16, 19
Отряд Artiodactyla Нижний эоцен 16, 19
Отряд Pinnipedia Нижний миоцен 16, 19
Отряд Chiroptera Нижний эоцен 16, 19
Отряд Primates Палеоцен 16, 19
Сем. Hominidae Верхний плиоцен
Отряд Cetacea Средний эоцен
Сем. Delphinidae Нижний миоцен
Отряд Perissodactyla Нижний эоцен 16, 19
Класс Aves Верхняя юра
Отряд Apterygiformes Плейстоцен
Отряд Caprimulgiformes Средний плиоцен
Отряд Gruiformes Средний эоцен
Отряд Ralliformes Средний эоцен
Отряд Sphenisciformes Средний олигоцен
Отряд Anseriformes Верхний мел
Отряд Cuculiformes Средний эоцен
Отряд Columbiformes Средний олигоцен
Отряд Falconiformes Средний эоцен
Отряд Casuariiformes Плейстоцен
Отряд Strigiformes Средний эоцен
Отряд Ciconiiformes Средний эоцен
Отряд Galliformes Средний эоцен
Отряд Piciformes Верхний эоцен
Отряд Procellariiformes Средний эоцен
Отряд Trogoniformes Средний эоцен
Отряд Lariformes Средний эоцен
Отряд Coraciiformes Верхний эоцен

 

Отряд Charadriiformes Средний эоцен
Отряд Psittaciformes Средний олигоцен
Отряд Rheiformes Средний плиоцен
Отряд Struthioniformes Средний миоцен
Отряд Passeriformes Средний эоцен
Сем. Covidae Плейстоцен
Отряд Alciformes Средний эоцен
Отряд Pelecaniformes Верхний мел
Отряд Apodiformes Средний эоцен

Примечания: *) Рассчитано по формуле (129)

**) Авторы: 1 - Несис, 1984; 2 - Соколов, 1962; 3 - Ланге, 1969а; Ланге, 19696; 4 - Чернышева, 1960; 5 - Родендорф, 1962; 6 - Расницын, 1990; 7 - Несис, 1994; 8 - Властов, Матекин, 1968; 9 - Эберзин, 1960; 10 - Филатова, 1968; 11 - Пчелинцев, Коробков, 1960; 12 - Природа, 1984. №1. С. 119; Природа, 1987. №11. С. 116; 13 - Руженцев, 1962; 14 - Луппов, Друщиц, 1958; 15 - Геккер, 1964; 16 - Кэрролл, 1992, 1993а.б; 17 - Обручев, 1964; 18 - Рождественский, Татаринов, 1964; 19 - Громова, 1962.

Следует отметить, что для крупных таксонов время возникновения датируется часто по ныне вымершим группам животных. В то же время коэффициент а и критерий упорядоченности Сr мы расчитывали для современных животных. Поэтому для построения кривых биоэнергетического прогресса и прогрессивной эволюции мы использовали среднее время происхождения тех современных групп животных, по которым рассчитывались коэффициент а и критерий упорядоченности Сr:

 

(129)
где Тср - среднее время появления современных животных; Τi - время возникновения таксонов более низкого порядка; ni - число измерений дыхания для соответствующих групп животных.

На рис.28 показано изменение коэффициента а и критерия упорядоченности Сг в процессе реальной эволюции разных типов животных по данным, приводимым в табл.41 и 42. Как видно из этого рисунка сопоставимый стандартный обмен [коэффициент а из аллометрических соотношений (46) и (47)] непрерывно растет по мере усложнения строения и функционирования животных в процессе эволюции. Здесь интенсивность потребления кислорода пойкилотермными животными приведена к температуре 20°С, а интенсивность дыхания гомойотермных животных приведена к термонейтральной зоне. Кривая, изображенная на рис.28, показывает направление и скорость биоэнергетического прогресса животных.

Если мы хотим построить кривую собственно прогрессивной эволюции, то должны использовать не коэффициент а из аллометрического соотношения (46) или (47), а критерий упорядоченности (74). В состав этого критерия в качестве переменной входит вместо коэффициента а коэффициент а'. В отличие от коэффициента а, коэффициент а зависит, как не раз говорилось, от климатических условий, в которых живут животные, от степени оводненности их тела и других особенностей строения и условий жизни животных. Особо следует подчеркнуть, что при вычислении критерия упорядоченности средние величины коэффициента а надо приводить к температуре 20°С не только для пойкилотермных, но и для гомойотермных. Это делается по единой кривой Крога (68). Другими словами, сравниваемые величины коэффициентов а для млекопитающих и птиц, приводимые в работах Дольника (1968, 1982), и других авторов (Коноплев, Зотин, 1975; Коноплев и др., 1975; Зотин, Криволуцкий, 1982; Зотин, 1984; Зотин и др., 1990; Zotin, 1990) относятся только к биоэнергетическому прогрессу, а не к прогрессивной эволюции.

Как говорилось, биоэнергетический прогресс характеризует увеличение энергетики организмов в процессе эволюции, а прогрессивная эволюция - степень удаленности организмов от начального, близкого к равновесию, состояния среды, в которой зародилась жизнь.

Кривая прогрессивной эволюции для разных типов животных показана на том же рисунке, что и кривая биоэнергетического прогресса (рис.28). Эти кривые, конечно, немного отличаются друг от друга, но это отличие не носит


принципиального характера, и это естественно, так как и та и другая связаны с изменением стандартного обмена в ходе эволюции.