Парадоксы случайностей в дарвинизме

Взаимодействие случайностей в дарвинизме и свидетели непрерывности эволюции. Гауссовское распределение для случайностей в задачах эволюции жизни. Закономерности в случайностях дарвинизма. Отсутствие у Дарвина принципа максимума производства энтропии.

Рубрика Биология и естествознание
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 26.08.2010
Размер файла 4,4 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

5

Парадоксы случайностей в дарвинизме

Дарвиновский естественный отбор описывает запоминание при иерархическом синтезе информации о видах жизни. Он не содержит цели и есть выживание выживающих. Случайности при образовании видов жизни обязательно ограничены условиями. Непрерывная эволюция включает в себя таксономические скачки, неизбежные при переходе по ступеням иерархии энтропии-информации с преодолением тупиков равновесия. Отбор в процессах стремления к равновесию преимущественно выделяет оптимизацию. Количества информации внутри ступеней иерархии падают по направлению к более поздним таксономическим градациям, соответственно число видов растёт. Борьба за существование есть компромисс при симбиозе, а не победа силы и агрессивности сильнейшего.

1. “Великая сила извращения чужих мыслей”

Люди, которым время присвоило непреходящее звание классиков науки, как например, Чарлз Дарвин (1809 - 1882 г.г.), отличались тем, что они не только создавали новое, но и понимали его гораздо глубже, чем поколения, наследовавшие им. Это тем более парадоксально, что в распоряжении классиков не было того огромного объёма информации, которую время на основе их результатов предоставило последующим поколениям. Это говорил А. Эйнштейн, подчеркивая, что “Ньютон глубже понимал недостатки своих умственных построений, чем поколения, наследовавшие ему”. Это повторял на своих лекциях и докладах академик Л.И. Седов, говоря, что “Великие и студенты понимают всё, а профессора потом только всё перепутывают”.

В 1859 г. вышла знаменитая книга Дарвина как её сегодня называют на обложках переизданий и в ссылках: “Происхождение видов”. В оригинале [13] её полное название есть: “On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life” - “Происхождение видов путём естественного отбора или сохранения избранных пород в борьбе за жизнь”. С тех пор прославлений и опровержений эволюционной теории Дарвина более чем достаточно. Литература об этом огромна. Но как сторонники, так и опровергатели дарвинизма напрочь забывают о словах, явно написанных Дарвиным в заголовке - “путём естественного отбора или сохранения избранных пород в борьбе за жизнь”. Они выделены мною курсивом в оригинале и в переводе заголовка дарвиновской книги.

Уже только из этого видно, что Дарвин не претендует на полное объяснение того, как и почему в природе первично возникают новые виды живых организмов. Он утверждает только, что, если хоть несколько из них появилось, то он знает ответ хотя бы на один вопрос - как и почему они сохраняются и изменяются? - в том числе и создавая новое в процессе сохранения.

Кстати, таксономически существует по мере продолжения эволюции: надцарства - прокариоты и эукариоты; царства - растения, грибы, животные; подцарства, например, у животных - одноклеточные и многоклеточные. Далее градации таксонов - типы (у животных 23 типа, у растений 22 отдела). Далее идут классы (71 класс), отряды, семейства, роды и самая малая градация - виды. Кстати, исчерпывающего определения понятия - вид - не существует со времён Дарвина до наших дней.

Сегодня описано 1,5 миллиона видов. Считается, что это не более трети их действительного числа. Из них более миллиона видов животных (в их числе около 850 тысяч насекомых), примерно 350 тысяч растений, около 40 тысяч видов грибов. Палеонтологическая подробность: 99,9% когда-либо существовавших видов - вымерло! Всего 0,1% от того, что создала эволюция жизни, сохранилось. Интересно и важно для этой работы, что самых простейших видов жизни - одноклеточных прокариот - всего несколько единиц тысяч.

Заголовок книги Дарвина подчеркивает, что он претендует только на объяснение образования и эволюции видов - самой многочисленной таксономической единицы.

Как и любая (без исключений) фундаментальная работа, дарвинизм использует (основной для науки) метод моделей - первичную аксиоматическую предпосылку. В данном случае она есть утверждение - допустим, не обсуждая причин, что могут возникать хотя бы некоторые принципиально новые представители таксономических градаций, например, видов. На этой основе ответим на вопрос - как и почему они сохраняются и видоизменяются в процессе сохранения?

Дарвин подчеркивает это непосредственно, явным текстом. Он пишет в последней главе своей книги (в переводе на русский К.А. Тимирязева): “…мои выводы были превратно истолкованы и утверждали, что я приписываю изменение видов исключительно естественному отбору. … Я убеждён, что естественный отбор был главным, но не исключительным средством, вызывающим изменения” (курсив мой). Более того, он комментирует реакцию на эти свои слова: “Но это не помогло. Великая сила извращения чужих мыслей…”.

Дарвинизм словами самого Дарвина есть утверждение: “…я смотрю на все существа не как на результат отдельных актов творения, а как на непосредственных потомков немногочисленных существ, живших задолго до отложения первых пластов кембрийской системы…” (опять курсив мой).

В пределах аксиоматики, выраженной этой цитатой, Дарвин прав и прошедшие более чем полтора столетия только немного уточняют его. Но над дарвинизмом давлеет парадокс - Дарвин и дарвинизм исключают акты творения как основу возникновения жизни, но “акты творения” содержатся в нём как аксиоматическая предпосылка (не имеющая того смысла, который вкладывают обычно в это словосочетание креационисты). Внедрение и обоснование утверждения о том, что живые организмы возникают толь-ко из живых организмов, завершённое Луи Пастером в 1862 г. (немного позже работы Дар-вина), было величайшим прогрессивным результатом в ис-тории науки. Од-нако этим ещё более остро был поставлен вопрос - как возникли пер-вые жи-вые организмы, если жизнь возникает только из жизни? Могу объяснить хорошо, но не всё - это смысл работ Дарвина.

Такой смысл и такая методология лежат в основе всех классических научных результатов. Если эти результаты действительно научные, то будущее не опровергает их, а только устанавливает ограничения области их применимости и строит новые модели, составляющими которых являются старые результаты.

В своих предыдущих работах [2] - [11] и в этой книге я утверждаю, что устранил парадоксальную ключевую причину споров вокруг дарвинизма - принцип максимума производства энтропии и участие индуцированных переходов в возникновении мутаций (глава IV, параграф 6 в этой книге) указывает каким образом, в частности для жизни и разума, возникает принципиально новое, которое явно или неявно требовало для объяснения “актов творения”.

Отсутствие у Дарвина и его последователей принципа максимума производства энтропии (максимума способности превращений) и роли индуцированных переходов для возникновения мутаций при объяснениях ими возникновения и эволюции жизни и разума, есть причина противоречивости эволюционной теории Дарвина. С учётом принципа максимума производства энтропии и индуцированных переходов противоречия дарвинизма только подтверждают дарвиновский подход к эволюции жизни и разума. Дарвинизм есть модель, которой уже больше полутора веков. Её пересмотр неизбежен, но это её не порочит как модель.

В силу рассказанного в предыдущих главах, эволюционный переход по ступеням иерархии синтеза энтропии-информации, который происходит с помощью принципа максимума производства энтропии, обязательно связан с возникновением объектов с новыми свойствами - парадоксальным образом непрерывная эволюция возможна только c участием скачкообразных переходов по ступеням иерархии. Скачки наблюдаемых признаков в живой природе, эволюционно необъяснимые при эмпирическом подходе, есть воплощение реально возможной на уровне РНК и ДНК непрерывной эволюции жизни.

Часто говорят, что дарвиновский отбор есть просто - выживание выживающих. Это действительно так. Но такое выражение есть оценка положительных качеств дарвиновской теории, а не упрёк в тавтологии в её адрес, как нередко трактуют. Цепочка: Случайности - Условия - Запоминание, то есть синтез информации, есть описание возникновения и эволюции всех форм жизни. В этой цепочке выживание выживающих есть конкретное выражение её составляющей - запоминания.

Выживание выживающих в природе, однако, имеет две принципиально отличные реализации.

Для первой из них определяющий есть принцип максимума производства энтропии в виде критерия запоминания рис. 1.4. При возникновении на его основе новых таксономических единиц от надцарств до типов, классов, отрядов, семейств важно само выживание выживающих - запоминания нового путём экспоненциального размножения. Любые (совместимые с выживанием) издержки неоптимальности метаболизма и взаимодействий с окружением в этом случае значения не имеют.

Объект, возникший на основе принципа максимума производства энтропии, имеет комплекс своих свойств. Ими задан новый уровень иерархии роста энтропии-информации, новые условия взаимодействия объектов этого уровня между собой. В их пределах опять происходят случайные изменения. Но ситуация принципиально отлична от предыдущей - теперь запоминанием управляют критерии рис. 1.2, в частности, в простейшей форме принцип И. Пригожина минимума производства энтропии, а в полной строгой форме критерии устойчивости 5 рис. 1.2. Это есть возникновение новых объектов (динамически равновесных). Оно происходит в процессе стремления к равновесию. По определению это есть изменения, оптимизирующие взаимодействия с окружением. Выживание выживающих, без которого не может быть запоминания (то есть синтеза информации), в этом случае использует даже малые преимущества во взаимодействиях с окружением.

Эта вторая реализация выживания выживающих есть дарвиновский отбор в его классической форме оптимизации - приспособления к окружающей среде. В его основе стремление таксономической градации к равновесию с окружающей средой и соседними видами жизни.

Чем ближе к равновесию приближаются новые виды путём эволюционной оптимизации, тем меньше вероятность того, что случайности смогут усовершенствовать оптимизацию - вечное равновесие невозможно. Критерии самоорганизации рис. 1.2 этим свои возможности исчерпывают. Начинается образование новой ступени иерархии энтропии-информации. Опять решающим становится принцип максимума производства энтропии и синтез информации на основе выживания выживающих, не зависящего от оптимальности (см. главу I и рис. 1.4).

Сосуществование этих двух принципиально отличных реализаций дарвиновского естественного отбора трактуют как его ошибочность - дарвинизму навязывают способность однородно описать два принципиально разных класса процессов и удивляются, почему природа не хочет руководствоваться ошибками человека в её описании.

Для того, чтобы было понятно насколько фундаментальные и застарелые парадоксы и противоречия в задаче о возникновении и эволюции жизни разрешены в работах [2] - [11] и в этой книге, надо обратиться к работам по эволюционной теории и её истории, например фундаментальные обзоры [74] - [79]. Исходный для этой работы итог истории вопросов - эволюция, скачки, наследственность - в самом сжатом виде на основе [80] сформулирован ниже.

К первым эволюционистам относят француза Бенуа де Малье. Он считал, что природа порождает самые разные формы жизни, но каждая из них проходит отбор на жизнеспособность, результат которого выражается её размножением. Эта точка зрения присутствовала и в античной науке. Она близка к предложениям этой книги, но, естественно, не содержит подробностей. Работа Малье была опубликована в 1748 году. Попытки конкретизации такого подхода к эволюционизму берут начало от работы 1749 г. Жоржа Луи Леклерка графа де Бюффона (сделанной всего 250 лет назад, то есть тогда, когда возникли реальные истоки многих других областей современной науки). Он вводит интуитивное предположение о необходимости общего предка для всех форм жизни.

Продолжение идей Малье и Бюффона - это и есть то, что создал Дарвин. Среди своих предшественников он упоминает Ламарка, но подробнее о нём в конце этой главы.

Как я пояснил выше, Дарвину была понятна неизбежная парадоксальность рабочей гипотезы об “актах творения”, то есть о том, что пока необъяснимо и поэтому оставлено до лучших времён. Но даже его преданные приверженцы в этом его не поняли. Например, Томас Гексли (современник и друг Дарвина) формулирует эту же гипотезу уже в виде абсолютной альтернативы - “Пророк Моисей или Дарвин, третьего не дано”. В его время такую альтернативу ещё можно было бы понять, но в той или иной мере именно такое “извращение чужих мыслей” продолжает и сегодня давлеть над всем, что связано с возникновением и эволюцией жизни. Удивительно, но находятся профессора-биологи (не имеющие религиозного воспитания и традиций, которыми психологически это можно было бы оправдать), которые не стесняются творение в религиозном смысле возвращать в научную биологию. Об академиках не биологах даже не говорю, тем более, что писал в [81].

Крупнейший в истории науки механик Пьер-Луи Мопертюи (1698 - 1759 г.г.), автор одного из первых вариационных принципов в механике, пытался сформулировать эволюционизм жизни на основе скачкообразных изменений, естественного отбора и последующей изоляции. Но взаимное непонимание биологов и математиков-механиков не есть характерное только для сегодняшней науки. В частности, Дарвин не знал о Мопертюи и его работах про эволюцию жизни. Психологически Мопертюи был, несмотря на “вольтеровский” просвещённый век, в котором он жил, гораздо ближе к концепции творения, чем современные академики и профессоры. Не следует забывать о названиях глав его классической математической работы [82], в которой он вводит свой вариационный принцип механики. Они типа - “Нужно искать доказательство существования Бога в общих законах природы”. Вольтер в связи с этим едко над ним издевался.

Однако именно Мопертюи выдвинул в механике на первое место переменную - действие - и вариационный принцип наименьшего действия. Как показано в исходной составляющей этой работы [11], действие есть мера информации в механике. Траектории процессов, удовлетворяющие принципу наименьшего действия, есть тавтологично траектории, соответствующие максимуму действия-энтропии-информации (при использовании правила знаков Больцмана). С этим связаны критерии самоорганизации 1 - 5 рис. 1.2. Принцип максимума производства энтропии как основа образования старших таксономических градаций при эволюции жизни есть вариационный принцип, сформулированный по отношению к действию-энтропии-информации.

Биология относилась к сфере профессиональных интересов Мопертюи, но со своим вариационным принципом он её не связывал.

Жорж Кювье был одним из родоначальников палеонтологии и морфологии. Он автор предложения о типе в систематике. И его не миновала альтернатива “творение - эволюция”. Однако он не смог примириться с тем, что четыре типа животных - позвоночные, членистоногие, мягкотелые и лучистые - невозможно описать как происшедшие друг от друга или от общего предка. Это сделало его для потомков классическим антиэволюционистом. В 1830 году он победил в дискуссии по этому вопросу с эволюционистом Этьеном Жоффруа Сент-Илером. Крайность! Но её объективная основа та же, что в предпосылке Дарвина.

Это всё после работ [2] - [11] и этой книги есть только история. Принцип максимума способности превращений и индуцированные переходы при мутациях объясняет то, что требовало “актов творения”. Исчерпывающий ответ дан и на вечный вопрос всех эволюционистов - что направляет эволюцию жизни, куда и как? Но это надо прочесть и понят. Поэтому будем двигаться дальше, не забывая, что не надо “искажать чужие мысли”.

Классическая форма учёта случайностей в дарвинизме

Естественный отбор в своей классической форме и участие в нём случайностей обычно иллюстрируют схемами типа рис. 3.1.

Дан некоторый биологический вид живых существ, возникший по не объяснённым причинам. Его характеризует набор определяющих признаков (ось абсцисс на рис. 3.1). Это может быть объём и метаболизм мышечной массы, определяющий скорость бега. Или размер хвоста павлина, для существования которого трудно обнаружить явное предназначение.

Индивидуумы, составляющие популяции этого вида, случайным образом отличаются друг от друга по количественной реализации данного признака - кто-то бежит чуть быстрее или медленнее, чем в среднем все, какой-то хвост больше или меньше. Наиболее простое и чаще всего реализуемое относительное отклонение от среднего в виде отношения N/N0 описывает гауссовское распределение вероятностей в виде “колокольной” кривой. Оно подтверждается экспериментальными данными. Например, на рис. 3.2 кривой гауссовского распределения сопоставлены измеренные данные разброса признака - щетинки - у Drosophila melanogaster [83]. Обратите внимание, что гауссовское распределение есть идеализация наблюдений.

Естественный отбор заключается в том, что какие-то из индивидуумов, параметры которых по данному признаку отвечают заданным интервалам на оси абсцисс (отсчитанным от положения на ней максимума кривой), дают меньше потомства (эти интервалы выделены на рис. 3.1 более жирной линией на оси признаков и вертикальной чертой).

Понятие - дают меньше потомства - отнюдь, далеко не просто, хотя в дарвинизме об этом если и упоминают, то скорее как исключения. Поясню его более полно и в терминологии этой работы.

Представитель новой таксономической градации возникает на основе принципа максимума производства энтропии (информации). Он должен только выжить. Для этого существенна абсолютная скорость размножения, задающая производство энтропии в той её части, которая зависит от общей численности N. Но именно этот случай относится к тем, которые не могут быть описаны в терминах дарвинизма.

При дарвиновском естественном отборе (как оптимизации в процессе приближения к равновесию) максимум абсолютной скорости размножения может быть свойством даже вредным, приводящим к вымиранию вида. Глобально дарвиновским отбором управляет принцип Пригожина минимума производства энтропии и его динамические варианты 2 - 3 рис. 1.2. Большая скорость размножения увеличивает составляющую энтропии, зависящую от абсолютной численности N. Это может войти в противоречие с минимумом производства энтропии. Поэтому в дарвиновском естественном отборе понятие “дают меньше потомства” имеет смысл только в относительных единицах - как отношение N/N0. В этом случае (а это есть наиболее частый случай) слова “дают меньше потомства” определены по отношению к оптимальной численности потомства.

Например, для крыс плодовитость есть условие выживания как вида, но для тигров без относительно малой рождаемости выживание было бы невозможным. Однако для тигров оптимизация в этом стала угрозой вымирания при изменении внешних условий, вызванном человеком.

Дарвиновский отбор в своём классическом виде оптимизации, как подчёркивалось выше, содержит в себе элементы выживания выживающих. Условия для этого сложные и, в частности, влючают в себя минимизацию количества потомков и риск уничтожения вида за счёт этого при изменении внешних условий.

Расположение интервалов уменьшения плодовитости по отношению к максимуму N0 распределения случайностей признаков задаёт три укрупнённых варианта последствий отбора.

Первый из них (А на рис. 3.1) есть несимметричное расположение интервала уменьшения выживания выживающих по отношению к максимуму распределения. Гауссовский закон распределения нарушить труднее, чем вызвать смещение его максимума или деформацию относительной ширины и высоты. Поэтому несимметрия отбора приводит к смещению в популяции максимума распределения по данному признаку, которое обычно распространяется на весь вид в целом (А на рис. 3.1). Такую реализацию дарвинизма называют направленным отбором.

Обычная трактовка в литературе направленного отбора явно или чуть скрыто подразумевает существование цели отбора. Это ошибка. Не цель, а невозможность выжить, есть причина, задающая направление отбора. Результат такого направленного отбора в большинстве случаев есть вымирание вида. Вероятность положительного для вида результата направленного отбора мала. То, что запоминается из случайных вариантов направленного отбора, часто гротескно уникально, несмотря на то, что, казалось бы, “цель”-оптимизация должна это исключать.

Вымирание индивидуумов или вида в целом не воспринимается человеком как результат направленного отбора. Человек видит выживших - гротескное, удивительное нагромождение преимуществ для равновесного существования вида. Именно эта иррациональность сочетания случайностей и их результатов создаёт впечатление какой-то невероятно мудрой, удивительно рациональной, предзаданной “цели” направленного отбора. Но её нет и быть не может.

Идеального оптимума для форм жизни нет. Любая таксономическая градация, в частности виды, содержит неоптимальность. Она во многих случаях явно видна как терпимые для вида уродства, проявляющиеся в том числе и в максимуме распределения N0 . Роль уродств в эволюции жизни понимали предшественники Дарвина, особенно, Мопертюи. Биологам известно как признанный эмпирический закон, что уродства одного из видов, часто становятся признаками, важнейшими для выживания у последующих. Пример. Аппарат генерирования звуков для попугаев не содержит приспособительных преимуществ. Сорочье любопытство к непонятным предметам - терпимая издержка отбора. Именно подобное, а не цель, есть главная особенность естественного отбора. Примеров можно приводить столько, сколько видов живых существ было в прошлом и есть сейчас на Земле.

В жарком и влажном тропическом климате метаболизм активен. Поэтому энергетика живых существ позволяет им иметь самые разные формы и излишества. Дарвин задумался над задачей эволюции жизни именно потому, что случайно попал в такую экологическую нишу. Сегодня, чтобы такое посмотреть, не надо путешествовать на корабле “Бигль” - стали массовыми демонстрации телевизионных фильмов и выпуск видеокассет о животном и растительном мире в климатических нишах, в частности, саванны, тропиков, субтропиков. Присмотритесь к любому такому фильму - ошеломляющая гротескность выживания.

Например, не может выжить громоздкая малоподвижная ящерица, питающаяся быстрыми в реакции и движениях насекомыми. Но ведь она существует. Земноводные, питающиеся насекомыми, представлены многими видами. У них ведущий признак для отбора связан с актом проглатывания несекомого в качестве пищи. В этом случае ближе всего к конечному результату рот земноводных, а в нём язык. Оптимизирующий отбор перебирает самое близкое к конечному результату - форму языков, их функции, мышечную силу.

Такой отбор происходит из случайностей и даёт разные запомненные случайные формы. Среди них есть как высоко совершенные, так и с трудом совместимые с выживанием или узко специализированные. В результате отбор из случайных “конструкций” языков позволяет на основе “недоступной пищи” не только выжить многим видам земноводных, но и приводит к гротескному совершенству в виде стреляющего длинного языка, да ещё с тарелкообразной присоской на конце.

Но механизм отбора, приводящий к новым видам, систематически (ещё от Ламарка) трактуют вульгарно, вводя в его основу внешне легко наблюдаемые признаки - ящерица тянется за насекомыми и это совершенствует и видоизменяет её язык.

Как правило, отбор происходит с участием или на основе скрытых признаков. Среди них при отборе во многих случаях решающее есть случайные генетические вариации производства гормонов и рецепторов к ним. В максимальной степени влияют на итог эволюции половые гормоны и гормоны роста типа соматотропина. Половые гормоны управляют не только размножением, но и силой, разумом, работоспособностью и агрессивностью. Гормоны роста и чувствительность их рецепторов определяют, в частности, размеры костей скелета, а также организма в целом и его пропорции.

Жираф имеет столько же позвонков в своей знаменитой шее, как и другие млекопитающие. Небольшие изменения производства гормонов роста и чувствительности их рецепторов привели к уроду с невероятно длинными ногами и шеей. В саванне, плотно населённой большим числом разных видов жизни, содержащей устоявшиеся оптимизированные пищевые цепочки - растения, травоядные, хищник-жертва - этот урод оказался не слишком привлекательным для хищников и одновременно обеспеченным растительной пищей, недоступной другим. Поэтому он выжил. Поясню подробнее.

У хищников при всей их мышечной силе, скорости бега и остроте зубов нет абсолютного преимущества, например, перед травоядными копытными. Чтобы их съесть хищник не только должен их догнать, но и ухватить за строго определённые места. Лев может справиться с травоядными типа буйвола, которые больше его и имеют нешуточные рога, потому, что может рывком догнать его и сзади вспрыгнуть на него, а потом совсем непростыми усилиями дотянуться до его шеи, с большим трудом пережимая и прокусывая сонную артерию. При других вариантах атаки буйвол уйдёт (он может быть вскоре от ран и погибнет, но не как добыча для пропитания льва). Более мелкие хищники на буйвола не позарятся. Но и антилоп, зебр и подобных им зубы и скорость бега этих хищников позволяют съесть только в том случае, когда преследователь вцепится им в мягкое подбрюшье. Тогда, очевидно в результате болевого шока, жертва становится их пищей.

Жираф - урод, а не чудо целенаправленной приспособленности. Длинные ноги какие-то преимущества в скорости бега ему дают. Но не это, а именно уродство для него становится главным в защите. Подбрюшье жирафа слишком высоко для того, чтобы до него допрыгнули относительно мелкие хищники. Сонная артерия так высоко, что и льву до неё не добраться. Для хищников “виноград” оказывается “зелен” - есть более доступная пища. В результате у человека возникает вульгаризация “направленного” отбора - у жирафа длинная шея потому, что он из поколения в поколение тянулся за зеленью на деревьях. Для противников дарвиновского естественного отбора жираф (столь же вульгаризованно) становится примером отсутствия переходных форм, у которых постепенно эволюционно из поколения в поколение удлиняется шея.

Генетические вариации, приводящие к увеличению размеров конечностей и скелета в целом (например, из-за изменений продукции гормона роста - соматотропина и/или чувствительности его рецепторов), проявляются у всех млекопитающих. Например, они существуют у человека в виде болезни - гигантизма. Её возникновение связано с врождённым (генетическим) изменением области мозга - гипофиза (хотя оно и может быть приобретено в процессе жизни, например, в результате травм или опухолей мозга). Как генетическое изменение гигантизм не может стать признаком для отбора у человека потому, что, как правило, сопровождается атрофией гениталий и невозможностью дать потомство как у мужчин, так и у женщин. В предистории человека были гиганты - мегантропы и гигантопитеки. Возможно, что гигантизм (в виде болезни) сохранился в геноме человека как след их существования. Может быть они и вымерли потому, что “направленный отбор” по признаку размера тела привел эволюцию в тупик генетической болезни.

Схемы, подобные рис. 3.1, распространены в лучшей части литературы о дарвинизме. Но даже в ней часто не оговаривается важнейшее - непрерывная эволюция в процессе дарвиновского оптимизирующего отбора может быть явно прослежена только для отдельных признаков на оси абсцисс, которые не обязательно вульгарно видны. И для них она включает в себя множество настолько нежизнеспособных форм, что их представители гибнут до рождения.

Выявить переходные формы на уровне тонкостей биохимии метаболизма можно только с помощью сложных прижизненных биохимических анализов. В палеонтологических находках они не могут быть отражены. В результате возникает много случаев, когда даже самый простой - оптимизирующий - дарвиновский отбор (даже в случае непрывности случайных изменений) внешне будет наблюдаться как скачок вульгарных признаков. Он может быть внутренне строго непрерывным, хотя не было выживших даже в одном экземпляре переходных форм. Не то, что они не сохранились или не найдены палеонтологами - они были, но мёртворождёнными или даже нерождёнными.

Или ещё пример. Отложения жира в организмах, например, млекопитающих есть высокоэффективный аккумулятор энергии, необходимой для выживания в условиях сезонности пищевых ресурсов. При вынашивании плода самки ограничены в поисках пищи. Без запасов жира они не могли бы воспроизводить потомство. Не случайно именно женские гормоны в значительной степени ответственны за накопление жира.

Однако в этом отклонения сверх необходимой потребности - ожирение - распространённая гормональная болезнь млекопитающих, содержащая во многих случаях генетическую основу. Это одно из характерных для них уродств. В мире диких животных увидеть болезненное ожирение трудно - хищники получают значительные преимущества по отношению к таким особям и они уничтожаются на самых ранних стадиях ожирения. У самих хищников с такой наследственностью быстро возникают трудности в обеспечении себя пищей.

Однако для водных млекопитающих подкожный жировой слой - эффективная защита от потери тепла. Поэтому отбор по признаку ожирения становится высоковероятным направленным отбором - вариации генетической изменчивости, которые были гарантиями гибели особи, превращаются в источник направления отбора, приводящий к “цели”. Опять появляется вульгаризация - киты как вид накопили жир с целью защиты от холода в воде. Обратите внимание. Теплопередача остаётся причиной существования у водных млекопитающих жирового слоя как при правильном, так и при вульгарном подходе. Но различие в этих подходах существенно. Поясню это ещё раз.

Задано нормальное гауссовское распределение случайностей в производстве и распределении жира в организме млекопитающих. Оно зависит от вариаций относительной концентрации мужских и женских гормонов (в организмах обоих полов) и чувствительности к ним рецепторов, регулирующих производство и отложение жира. Количество жира при взаимодействии с внешней средой может становиться положительным или отрицательным признаком отбора. Этим симметрия распределения случайностей нарушается - сдвигается максимум распределения случайностей по оси признака (количества жира в организме). Если в результате вид пришёл в равновесие с внешней средой, то разброс количественной величины его признаков опять описывает гауссовское распределение случайностей, но положение его максимума - иное. Не цель этому причина, а невозможность выжить.

Отбор во всех формах - даже искусственных, когда цель явно поставлена извне человеком, - только кажущимся образом целенаправлен.

Избыточность производства энергии - характерная особенность всех форм жизни. Защита человека вызывает немедленный ответ на одомашнивание животных - появления избыточного веса и жира. Человек защищает их от вымирания при избыточном весе. Но в этой тенденции содержится дополнительная специфика.

Например, дикий кабан агрессивен и, отнюдь, не слишком жирен. Агрессивностью глобально управляют мужские половые гормоны. Отложениями жира - женские. Несомненно, что первичной целью человеческого отбора при одомашнивании кабанов было их миролюбие. Результат - домашние свиньи. Они - образец миролюбия даже в народных сказках. Побочный результат, зависящий от пока не исследованных особенностей рецепторов гормонов у исходных диких кабанов - свиньи как производители в качестве продуктов питания человека не только мяса, но и жира. Отбор с целью удобства домашнего содержания дикого животного закономерно привёл к поколениям, у которых выделены генетические вариации, приводящие к специфическому действию женских гормонов. Побочным результатом отбора, имеющего цель - миролюбие, стал свиной жир как продукт питания. На этой основе для домашней свиньи, как нового вида, стал возможным целенаправленный отбор человеком, уменьшающий или увеличивающий количество жира. Но агрессивность дикого кабана он не воскрешает.

Существуют варианты естественного отбора, известные как стабилизирующий отбор И.И. Шмальгаузена [77]. В прямом виде это усиление роли признака, отвечающего интервалу в зоне максимума гауссовской кривой (Б рис. 3.1). В этом случае явно видно, что фактор отбора не само число N, а относительная величина N/N0 . Результат такого отбора - сужение диапазона случайных отклонения от максимума гауссовского распределения вероятностей.

Однако именно максимум приспособленности, максимум оптимизации во многих случаях оказывается невыгодным для выживания вида в целом. “Идеально приспособленные” виды в большинстве случаев становятся тупиками эволюции.

Пример - сегодняшнее хрупкое экологическое равновесие панды, высоко приспособленной к питанию побегами бамбука. К длительно существующим равновесиям относятся некоторые виды рыб, живущих в толще океанов. Там условия не изменяются десятки и сотни миллионов лет, поэтому высокая приспособленность остаётся преимуществом на протяжении даже таких больших времён. В океанах, но ближе к поверхности, таких гарантий стабильности условий нет. Там нередки экологические катастрофы, например, при климатических изменениях средней температуры воды всего на единицы градусов.

Возможен такой вариант отбора (В на рис. 3.1), для которого отбраковка наиболее интенсивна в зоне максимума распределения.

С точки зрения сочетания консерватизма и возможностей продолжения дарвиновской эволюции видов этот отбор ближе всего к понятию оптимального. Он стабилизирующий в том смысле, что может на оси абсцисс сохранять положение максимума распределения. Однако в результате отбраковки происходит расширение интервала на оси признаков. В экстремальных природных ситуациях это защищает виды от вымирания, так как большая ширина распределения создаёт возможность для его крыльев переходить к самостоятельной эволюции в терминах направленного отбора. Интересные примеры подобного есть в [78].

Схематизация эволюции видов живых организмов во времени типа рис. 3.1 - классическая для литературы о дарвинизме. Однако использование гауссовской кривой (рис. 3.1) для описания разброса признаков подразумевает равновероятность независимого изменения каждого из них. Для живых организмов процессы метаболизма на всех иерархических уровнях взаимосвязаны между собой. Независимой равновероятности заведомо нет, так как любое изменение содержит сложные функциональные связи с другим - нет независимости случайностей, которая важна для гауссовского распределения. Это становится одним из источников непонимания и непризнания роли случайностей в процессе дарвиновского естественного отбора.

Поэтому схема дарвиновской эволюции типа рис. 3.1 имеет иллюстративный характер. Три типа отбора, которые она характеризует, существуют. Но сам факт образования нового вида (именно потому, что вид - новый) зависит от негауссовской случайности. Вид образуется тогда и потому, когда исчерпаны возможности цепочек автоподстройки в ответ на случайное изменение одного из признаков. Давление отбора в терминах рис. 3.1 только подводит данную форму жизни к границе нового видообразования, но не описывает его. Выживание выживающих закрепляет те статические или динамические равновесия, которые удовлетворяют критериям устойчивости рис. 1.2, 1.4. Случайности для запоминания создаются на основе условий. Сам по себе отбор условия напрямую не формирует. Конечно, состоявшийся отбор (запоминание) изменяет экологию данной локальной или глобальной ниши, но после того, как он уже состоялся. Дарвиновская борьба за существование, дарвиновский естественный отбор не происходят “с целью”. Это самое существенное в эволюции жизни.

Взаимодействие случайностей в дарвинизме и свидетели непрерывности эволюции

Рассмотрю особенности гауссовского распределения для случайностей в задачах эволюции жизни. Пусть один из признаков вида, упоминаемый в связи со схемой эволюции жизни рис. 3.1, есть, например, продукция соматотропина; или гормонов, регулирующих жировой обмен; или чувствительность к ним соответствующих рецепторов, и подобное. Неизбежно, что для одного и того же вида организмов количественно этот признак случайно различен от особи к особи. Как отмечалось в предыдущем параграфе, наиболее простое и часто реализуемое распределение случайностей описывает кривая гауссовского распределения (рис. 3.2), имеющая “колокольный” вид. Это распределение справедливо для независимых случайностей. Однако случайности в дарвинизме не есть и не могут быть независимыми!

Основная система координат, используемая в этой работе, есть плоскость: Семантическая информация I Информация iS. Это есть плоскость функции комплексного переменного (см., главу I). Приближенно процессы в ней можно описывать раздельно вдоль осей как функции действительного переменного.

Случайные изменения заданного признака, описываемые гауссовской кривой, можно изобразить в такой системе координат. Так как гауссовское распределение уходит по оси абсцисс в , необходимо задать минимальную величину вероятности, которую можно считать границей малости для рассматриваемой конкретной задачи (пунктирная прямая со стрелками на рис. 3.2). Отвечающий ей разброс признака можно изобразить в координатах в виде замкнутой области 1 рис. 3.3.

Вид живого организма характеризуют десятки только важнейших из его признаков. Если каждый из них изменяется случайным образом независимо от остальных, то число областей, подобных 1 на рис. 3.3, будет равно числу всех признаков. “Старый” вид жизни, который “должен усовершенствовать” естественный отбор, есть область пересечения всех областей типа 1 для независимых распределений каждого из признаков. Вероятность такого пересечения для независимых событий равна произведению вероятностей всех событий. Даже если вероятности внутри областей 1 не слишком малы по сравнению с единицей, то их произведение в этих условиях будет исчезающе мало.

Например. Допустим, что по каждому одному признаку нужное значение его конкретной величины реализуется в среднем у одной из десяти особей (вероятность 0,1), а этих признаков всего десяток. Для задач эволюции жизни это очень высокая вероятность и очень малое число признаков. Тогда при независимом изменении этих всего десяти признаков вероятность их заданного пересечения (произведение вероятностей каждого из них) составит примерно 10-10 - одну десятимиллиардную!

Пусть для вида - родоначальника - возникло такое невероятное пересечение независимых случайностей, каждую из которых описывают реальные для биологии числа (намного меньшие единицы). Бесспорно, что если возмутить эту систему и ожидать случайного эволюционного перехода к новому пересечению всех областей независимых случайностей, то для единственного такого акта не хватит времени, которое многократно больше прошедшего от возникновения Вселенной до наших дней. Это есть один из главных аргументов противников решающей роли случайностей в дарвинизма. Но случайные изменения в задачах эволюции жизни не есть независимые. Подсчёты времён эволюции на основе методов для независимых случайностей - это вульгарная ошибка.

Выше было подчёркнуто, но повторю ещё раз. Случайности в эволюции жизни контролируются условиями, в том числе включающими в себя физико-химические законы. Они ограничивают случайности и вводят для них взаимную зависимость. Гауссовское распределение по одному признаку остаётся возможным. Наблюдения и эксперименты подтверждают, что при этом парадоксально возможно гауссовское распределение и по каким-то другим признакам, несмотря на то, что такое требует независимости случайностей, которой нет для форм жизни.

Ответ на этот парадокс простой. Существует принцип структурной комплементарности. Он гарантирует, что сопряженные с данным признаком процессы и объекты имеют закономерную свободу изменений. Случайное изменение одного признака приводит к закономерным изменениям других. Но они допускают многие разные варианты, согласованные с теми, которые определяют данный признак. Эта закономерность сопряженных изменений разрешает им воспроизвести (повторить) первичное гауссовское распределение случайных изменений одного из признаков в другом (тем более, что оно приближённое. Экспериментально наблюдаемое гауссовское распределение одновременно разных признаков форм жизни есть закономерное отображение независимых случайностей одного из признаков на связанные с ним другие признаки.

Для того, чтобы реализовать описание изложенного выше, то есть строго учесть ограничения случайностей однозначными физико-химическими законами, необходимо на рис. 3.3 использовать в строгом виде плоскость функций комплексного переменного . На ней можно количественно отобразить условия, которые регулируют соотношение случайностей и закономерностей (принцип структурной комплементарности, энергетическое равноправие разных форм РНК и ДНК, регулирование выбора между разными гетерокаталитическими реакциями). В этом принцип максимума производства энтропии гарантирует максимум способности к превращениям как неотъемлимую особенность жизни на всех этапах эволюции от её возникновения до мозга человека.

Дарвинизм первично сформулирован (в современной терминологии) для ДНК-содержащих форм жизни. Поэтому в этой главе можно опустить упоминание о РНК и постулировать - существует ДНК, существуют гетерокатализируемые ею реакции, существует принцип структурной комплементарности, гарантирующий взаимопригодность продуктов гетерокатализа. Это дополняет конкретный диапазон температурных и барометрических условий, в которых существует и эволюционирует данная форма жизни.

ДНК, которая способна гетерокатализировать реакции при этих условиях, заключена в эукариотической клетке и обслуживается её механизмами. Пусть в нашем распоряжении вполне реальный сегодня (или хотя бы в ближайшем будущем) мощный компьютер и набор веществ и средств их доставки в окружение клетки и в неё саму. Кроме того мы располагаем средствами для создания в этой ДНК неслучайных, преднамеренно заданных мутаций как малых, так и больших по отношению к масштабам данной ДНК. Тогда (возвращаясь к приближённому описанию) в координатах рис. 3.3 можно построить кривые или области такие, для которых возможен весь комплекс образования данного иерархического уровня живых объектов, их метаболизма и размножения в заданных условиях (рис. 3.4).

Будем целенаправленно изменять условия так, чтобы получить непрерывный эволюционный переход, например, от вида 1 к виду 3 или 5 на рис. 3.4. Подобное есть реальность для некоторых случаев выведения сельскохозяйственных растений и животных.

Бесспорные экспериментальные факты в таких попытках в том, что обязательно:

изменение одного из признаков функционально закономерно приводит к изменениям других признаков;

часть возникающих форм организмов нежизнеспособна в диапазоне от самых первых делений яйцеклетки до зрелых организмов;

часть возникающих форм организмов не может давать потомство способом, который обычен для данного вида;

часть форм организмов, получивших признак, по которому проводился отбор, теряет его в процессе смены последующих поколений.

Всё это справедливо и в том случае, когда случайности мутаций при целенаправленном человеческом отборе заменены точно адресными генными манипуляциями. С их помощью биохимическими методами переносятся в новый биологический вид заданные участки ДНК. Они в родном им биологическом виде успешно кодировали процессы и результаты, которые хотят получить в результате отбора у другого вида. Случайность заменяется, казалось бы, полной целенаправленностью.

Однако эти (хорошо известные) экспериментальные факты дают выводы, которые плохо совмещаются с понятием о целенаправленности:

изменения разных признаков живых организмов взаимосвязаны между собой и ограничены функциональными условиями;

при описании дарвиновского естественного отбора понятие о независимых вероятностях и гауссовское распределение случайностей нужно применять с очень большой осторожностью;

непрырывная дарвиновская эволюция должна включать в себя нежизнеспособные переходные формы организмов.

В современном дарвинизме игнорируются перечисленные выше элементарные следствия всем известных фактов. Остановлюсь более подробно на последнем из них

Современные трактовки дарвинизма, поиски их подтверждения в палеонтологических данных и в целенаправленных экспериментах исходят из того, что при видообразовании (и на старших таксономических этапах) должны быть эволюционные переходные формы жизни. Для большинства отличий между крупными таксономическими градациями такие эволюционно постепенные переходные формы найти не удаётся. Как правило, средствами палеонтологии они не обнаруживаются и для эволюции видов. Они не обнаруживаются и для многих сосуществующих сегодня видов. Отсюда делается вывод, что дарвинизм - ошибочен.

Однако требование существования переходных промежуточных форм жизни, как, якобы, необходимых для доказательства эволюционной теории Дарвина, отражает только и именно “великую силу извращения чужих мыслей”.

Переходные формы в оптимизирующей дарвиновской эволюции видов есть. Они содержат случайные большие или малые отличия разных исходных признаков, характеризующих вид-прародитель. Однако случайное отклонение любого признака живого организма вызывает в нём закономерное изменение процессов и результатов, определяющих другие признаки. Этим случайности ограничиваются конкретными условиями. С ними совместимы далеко не все случайности, поэтому переходная форма не может завершить своё развитие и дать потомство.

Переходная форма, как единичный индивидуум, в сложных человеческих экспериментах иногда может быть зафиксирована, даже если она нежизнеспособна. В современной природе, а тем более в палеонтологии, для того, чтобы быть замеченными человеком, особей в составе эволюционно переходных форм должно быть много. Это возможно в том случае, если они устойчивы (в смысле устойчивости физических процессов и критериев устойчивости А. Ляпунова см., главу I рис. 1.2, 1.4). Информация о них тогда синтезирована, то есть может быть запомнена с помощью размножения. Но если такое произошло, то это есть факт возникновения нового вида. Отсюда невозможность наблюдать в природе (в прошлом или сегодня) переходные индивидуумы. Речь может идти только о переходных видах. Но в силу объяснённого выше их отображают изолированные (далеко отстоящие друг от друга) островки наблюдаемых признаков. Поясню.

Традиционная путаница в понятии о детерминизме в природе была устранена в [11]. Детерминизм есть пороги, задающие нечувствительность процесса или объекта к его малым изменениям. Нет двух одинаковых людей, но все люди тождественны в своих ключевых признаках и особенностях поведения. На рис. 3.4 это изображено окрестностью значений информации, определяющей возможные виды 1 - 5.

Пусть реализованы те исключительные условия, которые необходимы для отбора, приводящего к непрерывной эволюции от одного вида к другому, как это показано на рис. 3.4.

При сельскохозяйственном отборе широкий набор условий, по которым целенаправленно происходит селекция, может создать видимость непрерывности внешних изменений. Например, по критерию размеров плодов выведенные сорта вишен почти непрерывно перекрывают диапазон от единиц миллиметров (для их декоративных сортов) до полутора сантимеров. Среди них есть и такие, которые не могут сами себя воспроизводить половым путём. Их размножают вегетативно, например, способом прививок. Однако по другим признакам, например морозостойкости, при непрерывном переходе для размеров плодов - непрерывности нет. Аналогично, пренебрегая размером плода, можно построить непрерывный ряд вишен по морозостойкости.

Реально внешние и внутренние условия при эволюции видов заданы независимо от неё. Они определяют в переменных информации и семантической информации линии А на рис. 3.4. Форма жизни, которая окажется устойчивой, возможна при пересечениях с траекторий условий А областей внутренних условий, совместимых с устойчивостью существования вида. Эти пересечения дают дискретное множество областей в форме возможных реализаций видов живых организмов. Поэтому дарвиновская непрерывная эволюция, как правило, не может дать вульгарно наблюдаемых переходных форм.

В своём большинстве переходные формы настолько нежизнеспособны, что, например, у млекопитающих, как правило, приводят к гибели плода до рождения или даже к невозможности оплодотворения. При этом их “переходность”, отнюдь, не в промежуточных вариантах длины ног или шеи. Это примитивная вульгаризация. Переходность выражают сложные изменения кровообращения, дыхания, гормональных систем, систем размножения. Наблюдаем только результат - тот вид жизни, который стал таковым, то есть может размножаться и выживать - запомнен с помощью размножения. Но это уже не есть переходная форма - это новый вид, соответствующий принципам таксономической классификации. В нём, в частности (но не обязательно), эволюционность принципиальных для выживания особенностей метаболизма может содержаться в прямом смысле математической непрерывности. Однако это не исключает скачка вульгарно наблюдаемых признаков. Искать, тем более методами палеонтологии, переходные формы, сопровождающие естественный отбор, и провозглашать, что их отсутствие опровергает дарвинизм - это есть вульгаризация. Переходные формы потому и переходные, что они неустойчивые - не могут оставить следов.

Эволюция имеет два принципиально отличных способа реализации. В силу второго начала термодинамики и принципа максимума производства энтропии - самых фундаментальных законов природы - понятие об эволюции содержит в себе две составляющие:

иерархические скачки на основе принципа максимума производства энтропии, в которых переходных форм быть не может;

непрерывную оптимизирующую эволюцию внутри иерархических ступеней (между скачками) с неустойчивыми (а потому ненаблюдаемыми) переходными формами.

Первая составляющая в перечислении скачки. Преемственность в них содержится в семантической информация, задаваемой условиями взаимодействий макромолекул на физико-химическом уровне.

Вторая из составляющих иерархического роста энтропии - оптимизация систем - происходит с участием последовательности ненаблюдаемых (нежизнеспособных) переходных форм. Синтезированную информацию о них определяют процессы, пояснённые в связи с рис. 3.4. Существует наблюдаемая последовательность близких видов, переходящих друг в друга, или виды разделяют скачки наблюдаемых признаков - это зависит от конкретных подробностей строения исходных видов и их взаимодействий с окружающей средой - траектория возможных изменений видов (рис. 3.4) и её пересечения с траекторией А, описывающей внешние и внутренние условия. И то, и другое - скачки и непрерывность - реальны. И то, и другое не противоречит дарвинизму. При дарвиновском оптимизирующем естественном отборе нет альтерантивы - либо только скачки, либо только непрерывная эволюция. При анализе эволюции видов необходим конкретный учёт не только условий внешних (вульгарно наблюдаемых), но и внутренних (незаметных невооружённым глазом).


Подобные документы

  • Теория Дарвина, согласно которой главным фактором эволюции является естественный отбор. Периоды развития дарвинизма. Формирование основных принципов и "правил" эволюции. Изучение изменчивости и наследственности. Синтез классического дарвинизма и генетики.

    презентация [95,2 K], добавлен 25.04.2016

  • Проблема происхождения и эволюции жизни на Земле. Моделирование как метод естественнонаучных исследований. Открытие принципа униформизма Ч. Лайелем. Учение Чарльза Дарвина о факторах эволюции путем естественного отбора, современные представления о ней.

    контрольная работа [19,5 K], добавлен 18.08.2009

  • Научные труды Чарлза Дарвина. Происхождение биологического разнообразия в результате эволюции. История написания издания "Происхождения видов". Основание дарвинизма и материалистической теории эволюции органического мира. Теория естественного подбора.

    реферат [30,5 K], добавлен 06.04.2017

  • Вехи биографии автора теории эволюции Чарльза Дарвина. История написания и издания "Происхождения видов". Основные положения эволюционного учения. Предпосылки и движущие силы эволюции. Мнения ученых о теории Ч. Дарвина. Анализ положений антидарвинизма.

    реферат [59,1 K], добавлен 07.12.2014

  • Происхождение жизни и человека: противоречия эволюционной гипотезы Дарвина с научными исследованиями. Данные палеонтологии: отсутствие переходных форм в ископаемых отложениях. Проблема возникновения новых сходных качеств в параллельных ветвях эволюции.

    реферат [23,5 K], добавлен 29.10.2013

  • Возникновение теории эволюции и ее значение. Представление о градации живых существ и теория изменчивости видов. Законы эволюции Ж.Б. Ламарка. Концепция искусственного отбора. Значение теории эволюции Ч. Дарвина. Результаты действия естественного отбора.

    контрольная работа [34,9 K], добавлен 13.11.2009

  • Возникновение идеи эволюции живой природы в Новое время. Сущность эволюционных теорий Ламарка и Дарвина, его тезис о естественном отборе наряду с принципами борьбы за существование, наследственности и изменчивости. Теории возникновения и эволюции жизни.

    реферат [35,6 K], добавлен 05.03.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.