Эволюция органического мира (от кембрия до ныне, зарождение жизни, рост), дарвинизм

ГОУ ВПО Татарский Государственный Гуманитарно-Педагогический Университет

Кафедра физической географии и геоэкологии

Курсовая работа на тему:

«Эволюция органического мира (от кембрия до ныне, зарождение жизни, рост), дарвинизм»

Работу выполнил:

студент гр. 010813

Хузина Зарина

Проверила: Рафикова Ф. З.

Казань 2010

Содержание

1. Введение

2. История развития органического мира в различных периодах

2.1 История развития органического мира в палеозое

2.2 Развитие органического мира в мезозое

2.3 Развитие органического мира в кайнозое

3. Доказательства эволюции органического мира

3.1 Переходные роды и палеонтологические ряды

3.2 Гомологичные и аналогичные органы

3.3 Рудименты и атавизмы

3.4 Сходство зародышевого развития позвоночных

3.5 Биогенетический закон

4. Зарождение жизни на Земле

4.1 Начало жизни

4.2 Условия происхождения жизни

5. Дарвинизм

5.1 Предпосылки

5.2 Исследования Ч. Дарвина

5.3 Основные положения

5.4 Основные результаты эволюции по Дарвину

5.5 Движущие силы эволюции по Ч. Дарвину

5.6 Вклад теории эволюции Дарвина в науку

Заключение

Список использованной литературы

1. Введение

На протяжении тысячелетий людям казалось очевидным, что живая природа была создана такой, какой мы ее знаем сейчас, и всегда оставалась неизменной.

Но уже в глубокой древности высказывались догадки о постепенном изменении, развитии (эволюции) живой природы. Одним из предтеч эволюционных идей можно назвать древнегреческого философа Гераклита (VI -V вв. до н. э.), который сформулировал положение о постоянно происходящих в природе изменениях («все течет, все изменяется»).

Другой древнегреческий мыслитель - Эмпедокл - в V в. до н. э. выдвинул, вероятно, одну из древнейших теорий эволюции. Он считал, что вначале на свет появились разрозненные части различных организмов (головы, туловища, ноги). Они соединились между собой в самых невероятных сочетаниях. Так появились, в частности, кентавры (мифические полулюди - полукони). Позднее будто бы все нежизнеспособные комбинации погибли.

Великий древнегреческий ученый Аристотель выстроил все известные ему организмы в ряд по мере их усложнения. В XVII в. эту идею развил швейцарский натуралист Шарль Бонне, создав учение о «лестнице природы». На первой ступени «лестницы» находились «тонкие материи» - огонь, воздух, вода, земля; на следующих - растения и животные по степени сложности их строения, на одной из верхних ступеней - человек, а еще выше - небесное воинство и Бог. Правда, о возможности перехода «со ступени на ступень» речи, конечно, не шло, и к эволюции эта система имеет еще весьма отдаленное отношение.

Первую последовательную теорию эволюции живых организмов разработал французский ученый Жан Батист Ламарк в книге «Философия зоологии», вышедшей в 1809 г. Ламарк предположил, что в течение жизни каждая особь изменяется, приспосабливается к окружающей среде. Приобретенные ею на протяжении всей жизни новые признаки передаются потомству. Так из поколения в поколение накапливаются изменения. Но рассуждения Ламарка содержали ошибку, которая заключалась в простом факте: приобретенные признаки не наследуются. В конце XIX в. немецкий биолог Август Вейсман поставил известный эксперимент - на протяжении 22 поколений отрезал хвосты подопытным мышам. И все равно новорожденные мышата имели хвосты ничуть не короче, чем их предки.

Английский ученый Чарлз Дарвин в отличие от Ламарка обратил внимание на то, что хотя любое живое существо изменяется в течение жизни, но и рождаются особи одного вида неодинаковыми. Дарвин писал, что опытный фермер различает каждую из овец даже в большом по численности стаде. Например, шерсть их может быть светлее или темнее, гуще или реже и т. п. В обычных условиях среды такие различия несущественны. Но при перемене условий жизни эти мелкие наследственные изменения могут давать преимущества их обладателям. Среди множества бесполезных и вредных изменений могут встречаться и полезные. Рассуждая таким образом, Дарвин пришел к идее естественного отбора. Особи с полезными отличиями лучше выживают и размножаются, передают свои признаки потомству. Поэтому в следующем поколении процент таких особей станет больше, через поколение - еще больше и т. д. Таков механизм эволюции.

2. История развития Земли

2.1 История развития органического мира в палеозое

К началу палеозойской эры жизнь миновала, может быть, самую важную и трудную часть своего пути. Сформировались четыре царства живой природы: прокариоты, или дробянки, грибы, зеленые растения, животные.

Родоначальниками царства зеленых растений были одноклеточные зеленые водоросли, распространенные еще в морях протерозоя. Наряду с плавающими формами среди низ появились и прикрепленные ко дну. Фиксированный образ жизни потребовал расчленения тела на части. Но более перспективным оказалось приобретение многоклеточности, разделение многоклеточного тела на части, выполняющие различные функции.

Решающее значение для дальнейшей эволюции имело возникновение такого важного ароморфоза как половой процесс.

Как и когда произошло разделение живого мира на растения и животные? Един ли их корень? Споры ученых вокруг этого вопроса не затихают и сегодня. Возможно, первые животные произошли от общего ствола всех эукариотов или от одноклеточных зеленых водорослей.

Кембрий - расцвет скелетных беспозвоночных. В этот период происходил очередной период горообразования, перераспределения площади суши и моря.

Климат кембрия был умеренным, материки неизменными. На суше по-прежнему жили лишь бактерии и сине-зеленые. В морях господствовали зеленые и бурые водоросли, прикрепленные ко дну; в толщах вод плавали диатомовые, золотистые, эвгленовые водоросли.

В результате увеличения смыва солей из суши, морские животные получили возможность усваивать в больших количествах минеральные соли. А это, в свою очередь, открыло перед ними широкие пути построения жесткого скелета.

Наиболее широкого распространения достигли древнейшие членистоногие - трилобиты, внешне сходные с современными ракообразными - мокрицами. Очень характерен для кембрия своеобразный тип многоклеточных животных - археоциат, который вымер к концу периода. В то время жили также разнообразные губки, кораллы, плеченогие, моллюски. Позднее появились морские ежи.

Ордовик. В морях ордовика были разнообразно представлены зеленые, бурые и красные водоросли, многочисленные трилобиты. В ордовике появились первые головоногие моллюски, родственники современных осьминогов и кальмаров, распространились плеченогие, брюхоногие моллюски. Шел интенсивный процесс образования рифов четырехлучевыми кораллами и табулятами. Широкое распространение получают граптолиты - полухордовые, сочетающие в себе признаки беспозвоночных и позвоночных животных напоминающие современных ланцетников.

В ордовике появились споровые растения - псилофиты, произростающие по берегам пресных водоемов.

Силур. На смену теплым мелководным морям ордовика пришли значительные площади суши, что привело к иссушению климата.

В силурских морях доживали свой век граптолиты, пришли в упадок трилобиты, но исключительного расцвета достигли головоногие моллюски. Кораллы постепенно вытеснили археоциат.

В силуре развились своеобразные членистоногие - гигантские ракоскорпионы, достигающие до 2 м. в длину. К концу палеозоя вся группа ракоскорпионов почти вымерла. Они напоминали современного мечехвоста.

Особенно примечательным событием этого периода было появление и распространение первых представителей позвоночных животных - панцирных “рыб”. Эти “рыбы” лишь по форме напоминали настоящих рыб, но принадлежали к другому классу позвоночных - бесчелюстными или круглоротым. Они не могли долго плавать и большей частью лежали на дне заливов и лагун. Из-за малоподвижного образа жизни они оказались неспособными к дальнейшему развитию. Из современных представителей клуглоротых известны миноги и миксины.

Характерная черта силурийского периода - интенсивное развитие наземных растений.

Одним из первых наземных, вернее земноводных, растений были псилофиты, ведущие свою родословную от зеленых водорослей. В водоемах водоросли адсорбируют воду и растворенные в ней вещества всей поверхностью тела, вот почему у них нет корней, а выросты тела, напоминающие корни, служат лишь органами прикрепления. В связи с необходимостью проведения воды от корней к листьям возникает сосудистая система.

Выход растений на сушу - один из величайших моментов Эволюции. Он был подготовлен предыдущей эволюцией органического и неорганического мира.

Девон. Девон - период рыб. Климат девона был более резко континентальный, происходили обледенения в горных районах Южной Африки. В более теплых районах климат изменился в сторону большего иссушения, появились пустынные и полупустынные области.

В морях девона большого расцвета достигли рыбы. Среди них были хрящевые рыбы, появились рыбы с костным скелетом. По строению плавников костные рыбы делятся на лучеперых и кистеперых. До недавнего времени считалось, что кистеперые вымерли в конце палеозоя. Но в 1938 г. рыболовный траулер доставил в музей Ист-Лондона такую рыбу и она была названа латимерией.

В конце палеозоя наиболее существенным этапом развития жизни было завоевание суши растениями и животными. Этому способствовало сокращение морских бассейнов, поднятием суши.

От псилофитов выделились типичные споровые растения: плауны, хвощи, папоротникообразные. На земной поверхности возникали первые леса.

К началу карбона произошло заметное потепление и увлажнение. На огромных долинах и тропических лесов в условиях непрерывного лета все росло стремительно вверх. Эволюция открыла новый путь - размножение семенами. Поэтому голосеменные растения подхватили эволюционную эстафету, а споровые растения остались боковой ветвью эволюции и отошли на задний план.

Выход позвоночных на сушу произошел еще в позднедевонский период, после завоевателей суши - псилофитов. В это время воздух был уже освоен насекомыми, а по земле стали распространяться потомки кистеперых рыб. Новый способ передвижения позволил им на некоторое время удалить от воды. Это привело к появлению существ с новым образом жизни - земноводных. Наиболее древние их представители - ихтиосхеги - обнаружены в Гренландии в девонских осадочных породах.

Расцвет древних амфибий приурочен к карбону. Именно в этот период широкое развитие получили стегоцефалы. Они обитали лишь в прибрежной части суши и не могли завоевать внутриконтинентальные массивы, расположенные вдали водоемов.

Благодаря этим особенностям строения земноводные сделали первый решительный шаг на сушу, но полными хозяевами суши стали их потомки - пресмыкающиеся. Развитие засушливого климата в пермском периоде привело к вымиранию стегоцифалов и развитию пресмыкающихся, в жизненном цикле которых нет стадий, связанных с водой. В связи с сухопутным образом жизни у пресмыкающихся возникло несколько крупных ароморфозов.

2.2 Развитие органического мира в мезозое

Мезозой справедливо называют эрой пресмыкающихся и голосеменных. К концу мезозоя постепенно, в течении нескольких миллионов лет происходит массовое вымирание динозавров. Господство динозавров в течении целой геологической эры и почти вымирание их в конце эры составляют для палеонтологов большую загадку.

В триасе возникли первые представители теплокровных - мелкие примитивные млекопитающие.

В юре пресмыкающиеся - вторая группа животных, которая делает попытку освоить воздушную среду. Летающие ящерицы были двух типов: рамфоринхи и ширококрылые.

От поразительного разнообразного в прошлом классе пресмыкающихся в наши дни уцелело 6000 видов. Это представители пяти эволюционных ветвей: гаттерии, ящерицы, змеи, черепахи, крокодилы.

Птицы появились в юрском периоде. Они представляют собой боковую ветвь пресмыкающихся, приспособившихся к полету. Особенно большое сходство с пресмыкающимися имела юрская первоптица - археоптерикс.

Меловой период назван так в связи с обилием мела в морских отложениях того времени. Он образовался из остатков раковинок простейших животных - фораминифер. В начале мелового периода произошел следующий крупный сдвиг в эволюций растений - появились цветковые (покрытосеменные). Эти ароморфные изменения обеспечили цветковым растениям биологический прогресс, в следующую, кайнозойскую эру. Они широко заселили Землю и характеризуются большим многообразием. Некоторые их формы сохранились и поныне: тополя, ивы, дубы, эвкалипты, пальмы.

2.3 Развитие органического мира в кайнозое

Кайнозой - эра новой жизни - время расцвета цветковых растений, насекомых, птиц, млекопитающих.

Во времена существования динозавров была известна группа млекопитающих - небольших по размеру, с шерстяным покровом животных, возникших от тераспид или звереподобных. Живорождение, теплокровность, более развитый мозг и связанная с ним большая активность обеспечили, таким образом, прогресс млекопитающих, их выход на передний план эволюции.

В третичном периоде млекопитающие заняли господствующее положение, приспособившись к различным условиям на суше, в воздухе, воде, и как бы заменили мезозойских пресмыкающихся. В палеоцене и эоцене от насекомоядных произошли первые хищники, от них в олигоцене ответвились современные группы хищных. Они начали завоевывать моря. А так же от древних палеоценовых хищных произошли и первые копытные.

Из-за засушливости некоторых районов появились злаковые растения.

Уже в первой половине третичного периода успели возникнуть все современные отряды млекопитающих, а к середине периода широко распространялись общие предковые формы человекообразных обезьян и людей.

В течении четвертичного периода вымирали мастодоны, мамонты, саблезубые тигры, гигантские ленивцы, большерогие торфяные олени.

В Старом Свете человек расселился как минимум 500 тыс. лет назад. Перед оледенением охотники заселились до Огненной Земли. По мере таяния ледников происходило вторичное заселение человеком освободившихся из-под ледников территорий.

Около 10000 лет назад в умеренно теплых областях Земли началось одомашнивание животных и введение растений в культуру. Наступила “неолитическая революция”, связанная с переходом человека от собирательства и охоты к земледелию и скотоводству.

3. Доказательства эволюции органического мира

3.1 Переходные формы и палеонтологические ряды

Палеонтологами были обнаружены формы организмов, сочетающие признаки более древних и более молодых групп. Такие ископаемые переходные формы служат доказательством эволюции, поскольку свидетельствуют об исторической связи разных групп организмов. Примером подобной формы является ископаемая первоптица юрского периода -- археоптерикс -- связующее звено между рептилиями и птицами. Археоптерикс -- форма с длинным, как у рептилий, хвостом, несросшимися позвонками, развитыми зубами (признаки рептилий); тело покрыто перьями, передние конечности в виде крыльев; частично пневматичные кости (признаки птиц).

Другими примерами переходных форм являются кистеперые рыбы, связывающие рыб с вышедшими на сушу земноводными; семенные папоротники -- переходная форма между папоротниковидными и голосеменными.

Еще одним доказательством эволюции являются палеонтологические ряды. Палеонтологами были найдены остатки ранее живших видов, которые связаны между собой родством, т. е. свидетельствовали о происхождении одного вида от другого. Русский ученый В. О. Ковалевский, исследуя историю развития лошади, показал, что современные однопалые животные происходят от мелких пятипалых всеядных предков, живших 60--70 млн. лет назад в лесах. Изменение климата Земли, повлекшее за собой сокращение площадей лесов и увеличение площадей степей, привело к тому, что предки современных лошадей начали расселяться по степям. Необходимость защиты от хищников и передвижения на большие расстояния в поисках пищи привела к преобразованию конечностей -- уменьшению числа пальцев от пяти до одного. Параллельно изменению конечностей происходило преобразование всего организма; увеличение размеров тела, изменение формы черепа, усложнение строения зубов и др.

Ряды ископаемых форм, связанные друг с другом в процессе эволюции и отражающие ход филогенеза (греч. phylon -- род, племя, и genesis -- происхождение, возникновение), т. е. исторического развития, называются палеонтологическими, или филогенетическими, рядами. В настоящее время палеонтологические ряды обнаружены в эволюции морских ежей, слонов, китов, носорогов, некоторых родов моллюсков и других животных.

3.2 Гомологичные и аналогичные органы

Важное значение в доказательстве эволюции имело выяснение родственных отношений между ныне живущими группами организмов. Сходство в строении организмов разных таксонов, как свидетельство происхождения их от общего предка, являлось в то же время косвенным доказательством эволюции. Сравнительно-анатомические исследования показали, что конечности некоторых позвоночных, например ласты кита, лапы крота, крокодила, крылья птицы, летучей мыши, руки человека, несмотря на выполнение разных функций, имеют сходные черты строения и общее происхождение. Некоторые кости в скелете конечностей могут отсутствовать, другие -- срастаться, могут изменяться относительные размеры костей, однако во всех случаях эти органы развиваются сходным образом из одинаковых эмбриональных зачатков. Органы, которые имеют сходное строение и общее происхождение, называются гомологичными. Примерами гомологии у растений являются перистосложный лист гороха с усиками и прилистниками, кувшинчики насекомоядного растения непентеса, стеблевые чешуи хвоща, колючки барбариса, почечные чешуи.

Наличие у организмов разных групп гомологичных органов позволяет установить степень родства между ними, проследить их эволюцию.

В природе часто наблюдаются случаи сходства по внешнему виду и выполняемым функциям органов, которые имеют разное происхождение. Например, крыло птицы и крыло бабочки выполняют сходную функцию, но их происхождение и строение совершенно различные. Сходство вызвано образом жизни, приспособлением к полету, возникшим независимо у бабочек и птиц, а не происхождением этих форм. Органы, имеющие внешнее сходство и выполняющие одинаковые функции, но имеющие разное происхождение, называются аналогичными. К аналогичным органам относятся, например, колючки у барбариса (видоизмененные листья), белой акации (видоизмененные прилистники), боярышника (видоизмененный побег). Аналогичные органы свидетельствуют о сходных направлениях приспособлений организмов, вызываемых в процессе эволюции действием естественного отбора.

3.3 Рудименты и атавизмы

Одним из доказательств эволюции является наличие у некоторых организмов рудиментарных или атавистических органов. Рудименты (лат. rudimentum -- зачаток, первооснова) -- это органы, которые закладываются в ходе эмбрионального развития, но в дальнейшем перестают развиваться и остаются у взрослых форм в недоразвитом состоянии. Иными словами, рудименты -- это органы, утратившие свое первоначальное значение в ходе эволюции. Наличие рудиментов, как и гомологичных органов, свидетельствует об общности происхождения живых форм. Задние конечности у кита, скрытые внутри тела, доказывают наземное происхождение его предков. Полностью рудиментированы конечности у змей. У муравьедов руди-ментированы зубы, у двукрылых насекомых -- задняя пара крыльев, превращенных в жужжальца. Рудиментарные органы известны у человека: мышцы, двигающие ушную раковину, третье веко и др. (всего около 90).

Атавизмы (лат. atavus --- предок) -- появление у отдельных организмов данного вида признаков, которые существовали у отдаленных предков, но были утрачены в ходе эволюции. Среди тысяч однопалых животных встречаются особи, у которых развиваются трехпалые конечности. Известны случаи появления атавистических признаков у человека: развитие дополнительных пар млечных желез, волосяного покрова на всем теле, хвоста. Возникновение атавизмов указывает на историческую взаимосвязь между вымершими и ныне существующими формами.

3.4 Сходство зародышевого развития позвоночных

В пользу эволюции органического мира говорят данные эмбриологии. Эмбриологами было обнаружено и изучено сходство начальных стадий эмбрионального развития животных. Все многоклеточные -животные развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки. В процессе индивидуального развития они проходят стадии дробления, бластулы, гаструлы, образования трехслойного зародыша, формирования органов из зародышевых листков. Сходство зародышевого развития животных свидетельствует о единстве их происхождения.

С особой отчетливостью выступает сходство эмбриональных стадий в пределах отдельных типов или классов. Например, у всех позвоночных обнаруживается закладка жаберных дуг, сходство в форме тела, наличие хвоста, зачатков конечностей. Во многом аналогична на этих стадиях внутренняя организация зародышей. У всех представителей этого подтипа сначала закладывается хорда, кровеносная система с одним кругом кровообращения (как у рыб), одинаковое строение почек т. д. По мере развития сходство между зародышами уменьшается и начинают все более четко проявляться черты организации тех классов, к которым животные принадлежат. У наземных животных зарастают жаберные карманы; у зародышей человека особенно развивается головной отдел, включающий мозг, формируются пятипалые конечности и др.

По ходу эмбрионального развития последовательно идет расхождение признаков зародышей, приобретающих черты, характеризующие класс, отряд, род и, наконец, вид, к которому они принадлежат. Эта закономерность в развитии зародышей указывает на их родство, происхождение от одного ствола, который в ходе эволюции распался на множество ветвей.

3.5 Биогенетический закон

На основе зародышевого сходства в развитии позвоночных и многих других эмбриологических и анатомических фактов немецкие ученые Ф. Мюллер и Э. Геккель во второй половине XIX в. установили закон соотношения онтогенеза и филогенеза, который получил название биогенетического закона. Согласно этому закону, каждая особь в индивидуальном развитии (онтогенезе) повторяет историю развития своего вида (филогенез), или онтогенез есть краткое повторение филогенеза.

Например, у всех без исключения позвоночных животных в онтогенезе закладывается хорда -- признак их отдаленных предков. У головастиков бесхвостых земноводных развивается хвост. В ходе онтогенеза воспроизводятся, безусловно, не все этапы эволюции, которая совершалась на протяжении тысяч и миллионов лет. Повторение стадий исторического развития вида в зародыше происходит в сжатой форме, с выпадением ряда этапов. Кроме того, эмбрионы имеют сходство не со взрослыми формами предков, а только с их зародышами. Вместе с тем биогенетический закон, выражающий глубокую связь между онтогенезом и филогенезом, имел большое значение для выяснения родственных связей между организмами и для доказательства эволюции органического мира.

4. Зарождение жизни на Земле

4.1 Начало жизни

Жизнь находится в самой тесной, совершенно неразрывной связи с организованностью нашей планеты, в частности биосферой. В биосфере жизнь исполняет совершенно определенные геологические функции, которые не будут существовать, если жизнь на планете исчезнет. Также следует признать, что жизнь являлась неизменной, такой же как теперь, являлась частью организованности биосферы за все нам известное течение геологического времени, т. е. в продолжении 310⁹ - 210 ⁹ лет. В древнейшем археозое она составляла такую же часть в общем единого строения биосферы, какую и теперь составляет.

И наконец, нельзя сомневаться, что жизнь может существовать на нашей планете и на ней существует только благодаря непрерывному и, по-видимому, неизменному в течение геологического времени притоку космической энергии, главным образом лучистой энергии Солнца. Если жизнь поддерживается и другими источниками энергии (например, атомной благодаря радиоактивным распадам химических элементов), то все же представляется научно установленным, что главным источником жизни является энергия Солнца.

Не только жизнь - в ее современном масштабе и, по существу, в современной структуре - существовала с археозоя, т. е. с начала нам известной геологической летописи, но она имела основой одно и то же - с колебаниями в ту и в другую сторону - количество земного вещества одного и того же химического элементарного состава.

Эти положения, как будто отвечающие всем нам известным научным фактам и научно им равноценным эмпирическим обобщениям, должны быть приняты во внимание при размышлении о начале жизни на Земле.

Проблема о начале жизни связана с проблемой создания самой жизненной среды, в пределах которой идет эволюционный процесс, т. е. эта проблема логически выходит за пределы среды.

Жизненная среда - монолит жизни, живая природа - явным образом не представляет случайное, незакономерное явление. Она явным образом имеет определенную структуру, представляет форму организованности, неизменно существующую в геологическом времени и неизменно связанную с организованностью, биосферы.

Все живые организмы тесно связаны между собой в своем существовании и этим путем представляют единое целое, непрерывно существующее как единое целое в течение всего геологического времени, двух-трех миллиардов лет по крайней мере.

Аналогично современному отражалась жизнь в течение всего геологического времени. Для кембрия (меньше миллиарда лет назад) мы имеем уже ясное представление о сложности монолита жизни. Мы можем утверждать, что в это время должна была существовать наземная растительная жизнь, остатки которой не существуют, так как без нее не мог жить тот сложный мир гетеротрофных существ, который открывается в древнейших фаунах, пока изученных. Никаких сомнений в этом не может быть и для альгонкской эры. Дальше нет точных палеонтологических знаний, но изучение отражения жизни в земной среде - тех глубокого измененных осадочных и органогенных породах, которые доступны непосредственному исследованию, - показывает, что строение монолита жизни было в основных биогеохимических чертах неизменным.

Можно сделать следующие утверждения:

Жизненная среда не может быть сведена к морфологически единому организму, когда-то населявшему планету, живая среда не может быть морфологически однородна, и единая основа живых организмов, протоплазма, не охватывает всех геохимических функций жизни на нашей планете.

Уже в связи с этим живая среда не могла произойти из единого одноклеточного организма принесенного из космической среды, или из таких же разнородных неделимых. Нельзя, однако, отрицать, что проникновение в жизненную среду биосферы космических жизненных элементов весьма вероятно, ибо вещество биосферы, несомненно, постоянно принимает в себя космические тела. Но начала земной жизни оно не объясняет.

Неизбежно допустить, что, может быть, и менее сложная в основных чертах, чем теперешняя, но все же очень сложная жизненная среда сразу создалась на нашей планете как нечто целое в догеологический ее период. Создался целый монолит жизни (жизненная среда), а не отдельный вид живых организмов, к какому нас ложно приводит экстраполяция, исходящая из существования эволюционного процесса.

Последний вывод, наверное, затрудняет возможность допущения когда-то происшедшего на нашей планете абиогенеза (возникновение живого из неживого) или, вернее, археогенеза организмов в масштабе, необходимом для создания на ней жизни.

4.2 Условия происхождения жизни

Проблема первого появления жизни на нашей планете сейчас наукой не ставиться. Это область философской или религиозной мысли, и ученые, которые ее касаются, обычно выходят за пределы научной работы. Они касаются этих вопросов, но их исследуют не как ученые, а как философы.

Рассматривая проблему появления жизни на Земле как проблему появления биосферы, мы не только приближаемся к реальности - мы получаем новую прочную базу для научной работы, опирающуюся на огромный эмпирический материал геологии и геохимии.

Геология позволяет сейчас научно ставить вопрос о начале биосферы, а геохимия научно точно определяет условия, каким должна удовлетворять жизнь для того, чтобы могла создаться биосфера.

Необходимо иметь в виду, что говоря о появлении жизни на Земле с образованием биосферы, должно считать незыблемым принцип Реди - то великое эмпирическое обобщение, которое было установлено в XVII в. и которое неизменно подтверждается научным опытом и наблюдением. Его выражают: «Все живое происходит от живого». Принцип Реди безусловно верен, но это не философский принцип, а научное обобщение. В связи с этим его можно выразить так: «Все живое происходит из живого в биосфере, комплекс физико-химических явлений в которой точно ограничен и определен». Абиогенеза, согласно принципу Реди, нет и не было в биосфере в пределах геологического времени, т. е. в пределах времени, когда жизнь входила в организованность этой геосферы.

Как уже ранее говорилось в научной литературе высказывались разные представления о начале жизни на Земле. Вот два из них. Оба не связаны с геологическим строением Земли и с ее историей. Согласно одному, жизнь проникла на нашу планету извне, из космического пространства, может быть, проникает в нее постоянно и непрерывно и сейчас. Согласно другому взгляду, жизнь образовалась на Земле из мертвой (косной) материи каким-то неизвестным путем в один из геологических древних периодов ее бытия или, может быть, незаметно для нас непрерывно и постоянно на ней этим путем, путем «самопроизвольного зарождения», абиогенеза, образуется, но нами этот процесс не замечается. Эти взгляды, высказанные в такой неопределенной форме, противоречат нашему точному знанию.

Исходя из сведения проблемы о начале жизни к проблеме о начале биосферы, попытаемся установить условия появления биосферы и проявления в ней жизни, обязательные для всякого представления о ее начале на нашей планете.

Здесь мы должны считаться с успехами геологии, определяющими возраст биосферы, и сданными геохимии, исключающими некоторые из ходячих представлений об эволюции форм жизни в пределах биосферы.

Следующие данные геологии должны быть учтены как эмпирически установленные.

Поле жизни, т. е. температура и давление, связанный с этим климат и химический характер среды, существует непрерывно, в общем неизменно со времени архейской эры. В течение более чем полутора миллиардов лет поле жизни было аналогично современному.

Огромная часть архейской эры, может быть вся, была уже охвачена жизнью, в основных чертах аналогичной современной, с ней генетически связанной. Биосфера существовала все это время неизменно. На это указывают не только остатки жизни, но и неизменность в течении всего этого времени процесса выветривания, характер и парагенезис тех минералов, которые образуют биосферу и которые теснейшим образом в своем образовании связаны с жизнью.

Жизнь и все живые организмы являются неразрывной закономерной частью биосферы. Сама биосфера не является случайным образованием - она отвечает определенной форме организованности. Это устойчивая динамическая система, равновесие, установившееся в основных чертах своих с самого своего начала, т. е. с начала или с середины архейской эры, с археозоя, неизменно действующее в течение 1,5 млрд. лет.

В биосфере можно отличить два типа составляющего ее вещества: с одной стороны, косное вещество, а с другой живое. Косное вещество, состоящее в конце концов из минералов, остается в своих морфологических проявлениях, т. е. по своему химическому составу и физическому состоянию, неизменным. Одни и те же минералы строили его в альгонской эре и раньше, строят и теперь. Нет новых минералов, появившихся в земной коре в течение геологического времени, если не считать ими созданий человеческой техники.

Иное явление представляет другая составная часть биосферы - живое вещество, вечно, в целом и отдельных своих формах меняющееся в эволюционном процессе. Это живое вещество является носителем свободной энергии в геохимических процессах биосферы, ее активной составной частью. Его неизменные формы, как некоторые виды (однородные живые вещества) радиолярий, неизменные с альгонкской эры, или Lingula - с кембрийской, являются исключением. Они существуют в неизменном строении около миллиарда лет. Все остальные за это время коренным образом изменились, эволюционировали. Живой мир биосферы палеозоя и живой мир биосферы нашего времени резко различны, мир косной материи один и тот же.

Как уже говорилось, жизнь для нас научно известна только как закономерная часть биосферы: жизнь вне биосферы не существует - есть нереальная абстракция.

Говоря о появлении на нашей планете жизни, мы в действительности говорим только об образовании на ней биосферы.

С самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, так как без жизни не могла бы создаться кора выветривания (неразрывная часть механизма биосферы), а связанные с этим проявлением жизни ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть одной какой-нибудь видовой формой жизни. Они на всем протяжении геологической истории и посейчас в окружающей нас природе неизменно распределены между разными формами жизни.

При рассмотрении биогеохимических функций можно сделать следующий утверждения:

Все без исключения геохимические функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами

Невозможен организм, который мог бы один исполнять все эти геохимические функции

В ходе геологического времени происходила смена разных организмов, замещавших друг друга в исполнении данной функции без изменения самой функции.

Вывод о необходимости одновременной чрезвычайно разнообразной геохимической функции в биосфере представителей жизни является основным условием, определяющим характер ее появления.

В настоящее время считается, что жизнь образовалась на Земле в результате закономерного процесса эволюции углеродистых соединений. При этом углеродистые соединения в межзвездной среде возникли еще до формирования нашей планеты и, следовательно, заносились на планету всегда. На ранней стадии существования Земли на ней протекали различные химические процессы, способствовавшие формированию более сложных соединений, - химическая эволюция, положившая начало биологической эволюции.

Начало серии работ по абиогенному (не биологическому) синтезу было положено американским ученым С. Миллером (1953), пропускавшим электрический разряд через смесь газов. Советские ученые А. Г. Пасынский и Т. Е. Павловская (1956) показали возможность образования аминокислот при ультрафиолетовом облучении газовой смеси формальдегида и солей аммония. Испанский ученый Х. Оро (196О) осуществил синтез компонентов нуклеиновых кислот. В 197О г. американский ученый С. Поннамперума синтезировал аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ) - основную форму накопления энергии в живых организмах, а также аминокислоты, полипептиды и белково-подобные вещества. Этим было доказано, что абиогенное происхождение жизни во Вселенной могло произойти в результате воздействия тепловой энергии, ионизирующего излучения, электрических разрядов.

Недостатком таких попыток следует считать создание статических, химически завершенных биоэлементов (фактически - элементов трупов). Между тем жизнь - это непрерывный процесс, что требует и соответствующей методологии.

В свете современных данных, химические различия между живым веществом и его абиогенными аналогами стерлись. В одинаковых по химическому составу биогенных и абиогенных веществах количество право- и левовращающих молекул всегда неодинаково, всегда резко преобладает одна их группа, чаще левовращающая.

Ученые, занимавшиеся проблемой происхождения жизни на Земле (А. И. Опарин, Дж. Бернал, М. Руттен, Дж. Холдейн, Р. С. Юнг и др.), не допускали заноса каких-либо элементов жизни на Землю с других планет или из Космоса. Все признавали абиогенез на самой Земле. По общему мнению абиогенез происходил в условиях, отличных от ныне существующих на Земле, а именно при первичной бескислородной атмосфере.

В настоящее время вопрос о появлении жизни на Земле сводится к выяснению времени и биогеохимических условий той древней эпохи, когда создалась благоприятная обстановка для превращения абиогенных органических соединений в биогенные, а также к выяснению причины возникновения столь характерной для органического мира хиральности молекулярного состава и, в частности, появления резко диссимметричной молекулы ДНК в веществе биогенного происхождения.

5. Дарвинизм

5.1 Предпосылки

К середине XIX в. был сделан ряд важнейших обобщений и открытий, которые противоречили креационистским взглядам и способствовали укреплению и дальнейшему развитию эволюции, составив научные предпосылки создания эволюционной теории Ч. Дарвина.

В 1830 г. английский естествоиспытатель Ч. Лайель (1797-1875) обосновал идею об изменяемости поверхности Земли под влиянием различных естественных причин и законов: климата, воды, вулканических сил, органических факторов. Лайель высказал мысль, что органический мир постепенно изменяется, что было подтверждено результатами палеонтологических исследований французского зоолога Ж. Кювье (1769-1832).

В первой половине ХIX века развивается идея о единстве всей природы. Шведский химик И. Берцелиус (1779-1848) доказал, что все животные и растения состоят из тех же элементов, которые встречаются в неживой природе, а немецкий химик Ф. Велер (1800-1882) впервые в 1824 г. в лаборатории химическим путем синтезировал щавелевую кислоту, в 1828 г. - мочевину, показав таким образом, что образование органических веществ осуществляется без участия некой «жизненной силы».

В ХVIII-XIX веках в результате колонизации огромных территорий и исследования их европейцы значительно расширили свои представления о многообразии органического мира, о закономерностях его распределения по континентам земного шара. Интенсивно развивается систематика: все многообразие органического мира потребовало своей классификации и приведения в определенную систему, что имело важное значение для развития идеи о родственности живых существ, а затем и о единстве их происхождения

Впервые термин «эволюция» (от лат. evolutio - развертывание) был использован в одной из эмбриологических работ швейцарским натуралистом Шарлем Боннэ в 1762 г. В настоящее время под эволюцией понимают происходящий во времени необратимый процесс изменения какой-либо системы, благодаря чему возникает что-то новое, разнородное, стоящее на более высокой ступени развития.

Особый смысл приобретает понятие эволюции в естествознании, где исследуется преимущественно биологическая эволюция. Биологическая эволюция - это необратимое и в известной степени направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, образованием и вымиранием видов, преобразованиями биогеоценозов и биосферы в целом. Иными словами, под биологической эволюцией следует понимать процесс приспособительного исторического развития живых форм на всех уровнях организации живого.

Теория эволюции была разработана Ч. Дарвином (1809-1882) и изложена им в книге «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (1859).

5.2 Исследования Ч. Дарвина

С 1837 по 1839 годы Дарвин создал серию записных книжек, в которых набросал в кратком и отрывочном виде мысли об эволюции на основе своих исследований в зоологии. В 1842 и 1844 гг. он в два приема изложил в кратком виде набросок и очерк по происхождению видов. В этих работах уже присутствуют многие идеи, которые позднее были им опубликованы в 1859г.

В 1854-1855 гг. Дарвин вплотную приступает к работе над эволюционным сочинением, собирает материалы по изменчивости, наследственности и эволюции диких видов животных и растений, а также данные по методам селекции домашних животных и культурных растений, сопоставляя результаты действия искусственного и естественного отбора. Он начал писать труд, объем которого он оценивал в 3-4 тома. К лету 1858 года он написал десять глав этого сочинения. Этот труд так и не был завершен и впервые был опубликован в Великобритании в 1975 году. Остановка в работе была вызвана получением рукописи А. Уоллеса, в которой независимо от Дарвина были изложены основы теории естественного отбора и его роли в эволюции на материале собственных исследований Уоллеса флоры и фауны Малайского архипелага. Дарвин начал писать краткое извлечение и с не свойственной ему поспешностью завершил работу за 8 месяцев. 24 ноября 1859 г. было издано «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь».

Историческая заслуга Дарвина состоит в том, что он совместно с Уоллесом вскрыл движущий фактор эволюции - естественный отбор и тем самым выявил причины протекания биологической эволюции.

Во всем мире бушевали страсти, шла борьба за Дарвина, за дарвинизм, с одной стороны, против дарвинизма - с другой. Гудели аудитории, волновались ученые и публицисты, одни клеймили Дарвина, другие им восхищались.

Дарвин написал еще три книги по вопросам эволюции. В 1868 г. выходит большой труд Дарвина по теории искусственного отбора «Изменение домашних животных и культурных растений». В этой книге, не без влияния критики, Дарвин задался вопросом о том, каким образом могут фиксироваться благоприятные уклонения в потомстве, и выдвинул «временную гипотезу пангенезиса». Гипотеза предполагала передачу с помощью гипотетических частиц - «геммул» - благоприобретенных свойств от органов тела к половым клеткам и была данью ламаркизму. Дарвин и его современники не знали, что в 1865 году австро-чешский естествоиспытатель аббат Грегор Мендель открыл законы наследственности. Гипотеза пангенезиса уже широко не нуждалась в создании.

В 1871 г., когда дарвинизм был уже принят в качестве естественнонаучной концепции, выходит книга Дарвина «Происхождение человека и половой отбор», в которой показано не только несомненное сходство, но и родство человека и приматов. Дарвин утверждал, что предок человека может быть найден по современной классификации, среди форм, которые могут быть даже ниже, чем человекообразные обезьяны. Человек и обезьяны подвергаются сходным психологическим и физиологическим процессам в ухаживании, воспроизведении, рождаемости и заботе о потомстве. Русский перевод этой книги появился в том же году. В следующем году выходит книга Дарвина « Выражение эмоций у человека и животных», в которой на основе изучения лицевых мышц и средств выражения эмоций у человека и животных еще на одном примере доказывается их родство.

5.3 Основные положения

Эволюционная теория Дарвина представляет собой целостное учение об историческом развитии органического мира. Она охватывает широкий круг проблем, важнейшими из которых являются доказательства эволюции, выявление движущих сил эволюции, определение путей и закономерностей эволюционного процесса и др.

Сущность эволюционного учения заключается в следующих основных положениях:

1. Все виды живых существ, населяющих Землю, никогда не были кем-то созданы.

2. Возникнув естественным путем, органические формы медленно и постепенно преобразовывались и совершенствовались в соответствии с окружающими условиями.

3. В основе преобразования видов в природе лежат такие свойства организмов, как изменчивость и наследственность, а также постоянно происходящий в природе естественный отбор. Естественный отбор осуществляется через сложное взаимодействие организмов друг с другом и с факторами неживой природы; эти взаимоотношения Дарвин назвал борьбой за существование.

4. Результатом эволюции является приспособленность организмов к условиям их обитания и многообразие видов в природе.

5.4 Основные результаты эволюции по Дарвину

Главным результатом эволюции является совершенствование приспособленности организмов к условиям обитания, что влечет за собой совершенствование их организации. В результате действия естественного отбора сохраняются особи с полезными для их процветания признаками. Дарвин приводит множество доказательств повышения приспособленности организмов, обусловленной естественным отбором. Это, например, широкое распространение среди животных покровной окраски (под цвет местности, в которой обитают животные, или под цвет отдельных предметов. Многие животные, имеющие специальные защитные приспособления от поедания их другими животными, имеют, кроме того, предупреждающую окраску (например, ядовитые или несъедобные животные). У некоторых животных распространена угрожающая окраска в виде ярких отпугивающих пятен. Многие животные, не имеющие специальных средств защиты, по форме тела и окраске подражают защищенным (мимикрия). У многих из животных имеются иглы, колючки, хитиновый покров, панцирь, раковина, чешуя и т. п. Все эти приспособления могли появиться лишь в результате естественного отбора, обеспечивая существование вида в определенных условиях. Среди растений широко распространены самые разнообразные приспособления к перекрестному опылению, распространению плодов и семян. У животных большую роль в качестве приспособлений играют различного рода инстинкты (инстинкт заботы о потомстве, инстинкты, связанные с добыванием пищи, и т. д.).

Вместе с тем Дарвин отмечает, что приспособленность организмов к среде обитания (их целесообразность), наряду с совершенством, носит относительный характер. При резком изменении условий полезные признаки могут оказаться бесполезными или даже вредными. Например, у водных растений, поглощающих воду и растворенные в ней вещества, всей поверхностью тела, слабо развита корневая система, но хорошо развиты поверхность побега и воздухоносная ткань - аэренхима, образованная системой межклетников, пронизывающих все тело растения. Это увеличивает поверхность соприкосновения с окружающей средой, обеспечивая лучший газообмен, и позволяет растениям полнее использовать свет и поглощать углекислый газ. Но при пересыхании водоема такие растения очень быстро погибнут. Все их приспособительные признаки, обеспечивающие их процветание в водной среде, оказываются бесполезными вне ее. Другой важный результат эволюции - нарастание многообразия видов естественных групп, т. е. систематическая дифференцировка видов. Общее нарастание многообразия органических форм весьма усложняет те взаимоотношения, которые возникают между организмами в природе. Поэтому в ходе исторического развития наибольшее преимущество получают, как правило, наиболее высокоорганизованные формы. Тем самым осуществляется поступательное развитие органического мира на Земле от низших к высшим. Вместе с тем, констатируя факт прогрессивной эволюции, Дарвин не отрицает морфофизиологического регресса (т. е. эволюции форм, приспособления которых к условиям среды идут через упрощение организации), а также такого направления эволюции, которое не приводит ни к усложнению, ни к упрощению организации живых форм. Сочетание различных направлений эволюции приводит к одновременному существованию форм, различающихся по уровню организации.

5.5 Движущие силы эволюции по Ч. Дарвину

В эволюционной теории Дарвина предпосылкой эволюции является наследственная изменчивость, а движущими силами эволюции - борьба за существование и естественный отбор. При создании эволюционной теории Ч.Дарвин многократно обращается к результатам селекционной практики. Он пытается выяснить происхождение пород домашних животных и сортов растений, вскрыть причины многообразия пород и сортов и выявить методы, с помощью которых они были получены. Дарвин исходил из того, что культурные растения и домашние животные по ряду признаков сходны с определенными дикими видами, а это невозможно объяснить с позиции теории творения. Отсюда вытекала гипотеза, согласно которой культурные формы произошли от диких видов. С другой стороны, введенные в культуру растения и прирученные животные не остались неизменными: человек не только выбрал из дикой флоры и фауны интересующие его виды, но и существенно изменил их в нужном направлении, создав при этом из немногих диких видов большое количество сортов растений и пород животных. Дарвин показал, что основой многообразия сортов и пород является изменчивость - процесс возникновения отличий у потомков по сравнению с предками, которые обусловливают многообразие особей в пределах сорта, породы. Дарвин считает, что причинами изменчивости являются воздействие на организмы факторов внешней среды (прямое и косвенное, через «воспроизводительную систему»), а также природа самих организмов (так как каждый из них специфически реагирует на воздействие внешней среды). Определив для себя отношение к вопросу о причинах изменчивости, Дарвин анализирует формы изменчивости и выделяет среди них три: определенную, неопределенную и коррелятивную.

Определенная, или групповая, изменчивость - это изменчивость, которая возникает под влиянием какого-либо фактора среды, действующего одинаково на все особи сорта или породы и изменяющегося в определенном направлении. Примерами такой изменчивости могут служить увеличение массы тела у всех особей животных при хорошем кормлении изменение волосяного покрова под влиянием климата и т.д. Определенная изменчивость является массовой, охватывает все поколение и выражается у каждой особи сходным образом. Она ненаследственна, т.е. у потомков измененной группы при помещении их в другие условия среды приобретенные родителями признаки не наследуются.

Неопределенная, или индивидуальная, изменчивость проявляется специфично у каждой особи, т. е, единична, индивидуальна по своему характеру. При неопределенной изменчивости появляются разнообразные отличия у особей одного и того же сорта, породы, которыми в сходных условиях одна особь отличается от других. Данная форма изменчивости неопределенна, т.е. признак в одних и тех же условиях может изменяться в разных направлениях. Например, у одного сорта растений появляются экземпляры с разной окраской цветков, разной интенсивностью окраски лепестков и т.п. Причина такого явления Дарвину была неизвестна. Неопределенная, или индивидуальная, изменчивость имеет наследственный характер, т.е. устойчиво передается потомству. В этом заключается ее важное значение для эволюции.