Проблема эволюции в науке и философии

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Проблема эволюции в науке и философии

2. Основные факторы и движущие силы эволюции по Дарвину

3. Недарвиновские теории развития живой природы

4. Наиболее важные из эволюционных учений

5. Становление и развитие генетики. Молекулярная биология

6. Синтетическая теория эволюции

7. Современные представления об эволюции

8. Стратегия жизни

9. Эволюция живых организмов

10. Эволюция человека и человечества

11. Основные законы и формы эволюции

Литература

1. Проблема эволюции в науке и философии

Основу эволюционного подхода к проблеме возникновения жизни составляет идея развития, которая как методологический принцип познания живой природы начала оформляться в период XVIII-XIX вв. Однако первые попытки носили характер стихийных гениальных догадок. Наука ещё не располагала достаточным естественнонаучным материалом, метафизический взгляд на природу не позволял подойти к исследованию подлинных источников развития.

Проблема развития - важнейшая проблема философии. С её решением на разных этапах связано преодоление кризисных состояний в становлении естествознания, что способствовало выходу науки о природе на новые уровни и открывало новые перспективы перед естествоиспытателями. Как известно, вопросы развития разрабатывались не только материалистами, идеалистическая философия также пыталась решить их со своих позиций. Естественно, что проблема развития является важной и для самой биологии.

Концепция развития не может существовать только в рамках чистой философии. Философские конструкции должны подкрепляться знаниями подлинных явлений, источников и причин их развития. Впервые концепция развития (в особенности органического) была сформулирована древнегреческими философами. А.Ф. Лосев подчеркивает, что именно в философии Аристотеля появляется диалектический результат живого развития жизни. Дальнейшая философская разработка этой идеи во многом зависела от решения целого ряда естественно-научных проблем, которое, в свою очередь, требовало эффективной методологической основы.

Такая диалектическая взаимосвязь методологии и результатов конкретных наук - принципиальное качество научного познания. История становления эволюционного учения подтверждает, какую важную роль в этом процессе играют философские взгляды естествоиспытателей.

Так, в свое время широкое распространение в биологии получила аристотелевская идея градации органического мира, завершением которой явилась натурфилософская концепция «лестницы существ». Её сторонники представляли живую природу в виде восходящей «лестницы», ступеньками которой выступают отдельные формы органического мира, располагающиеся в порядке повышения их сложности.

Эти взгляды получили дальнейшее воплощение в принципе непрерывности Г.В. Лейбница и его учении о всеобщей связи сущего. Г. Лейбниц приходит к выводу о родстве всех живых существ и о их единстве с неорганической природой. Это была идея «вездесущия» жизни.

Воззрения швейцарского философа и естествоиспытателя Ш. Бонне (1720-1793) испытали влияние Г. Лейбница. По мнению Ш. Бонне, органический мир в целом можно сравнить с организмом, в котором все элементы связаны между собой настолько тесно, что невозможно допустить отсутствие какого-либо из них. Хотя «лестница существ» у Ш. Бонне, в которую он включал также и сверхъестественные существа - ангелов и т. п., не согласовалась с искусственной классификацией К. Линнея, она была далека от того, чтобы рассматривать внешнее сходство видов как результат единства их исторического происхождения. Концепция Ш. Бонне в своей основе не содержала идеи развития, так как основывалась на реформистских представлениях, согласно которым эволюция - это развертывание вечно существующих зародышей, исключающее новообразования. Взгляды Ш. Бонне оказали сильное влияние на формирование естественнонаучных представлений французских материалистов.

Так, в произведениях французского энциклопедиста Ж.Б. Робине (1735-1820) «лестница существ» получает в основе своей материалистическое объяснение. Полагая материю одушевленной, Ж. Робине всем телам природы приписывал функции живого. В основе материи лежит, по его мнению, живая молекула, наделённая внутренней активностью. Единство жизни Ж. Робине объяснял с помощью закона непрерывности, якобы действующего в «лестнице существ». Французский материалист Ж.О. Ламеттри (1709-1751) высказал идею о возникновении живых форм из органических зародышей под влиянием внешней среды. Единство растительного и животного царства он рассматривал в сходстве составляющих их элементов. Ж. Ламеттри в какой-то степени подходил к идее эволюции, но делал это с крайне механистических позиций, полагая, что различия между животным, растительным миром и человеком - чисто количественного порядка.

Более развернутый характер эволюционные идеи приобрели в учении Д. Дидро (1713-1784), который прямо ставил вопрос о качественной изменчивости органического мира. Предвосхищая некоторые положения эволюционного учения, Д. Дидро считал, что человек как биологический вид имеет свою историю становления, равно как и другие живые существа.

Важную роль в разработке идеи развития и становления эволюционного учения сыграли труды выдающегося французского естествоиспытателя XVIII в. Ж. Л. Бюффона (1707-1788), автора знаменитой многотомной «естественной истории». Ж. Бюффон резко критиковал классификацию К. Линнея, построенную на идее неизменности видов. Он выступил против абсолютизации разрывов между видами и исходил из представления о постепенности переходов от одного вида к другому. В своей критике искусственной системы К. Линнея Ж. Бюффон впал в крайность. Он вообще стал отрицать возможность какой бы то ни было классификации, полагая, что виды - не реально существующие в природе единицы, а искусственные надуманные категории.

Одним из первых философов, сделавших попытку применить современное ему естествознание для объяснения строения и развития мира, был И. Кант. Неоднократные его ссылки на сочинения Ж. Бюффона, Ш. Бонне позволяют сделать вывод, что И. Кант был знаком с новейшей литературой по вопросам познания жизни. Значительное влияние на него оказали труды Г. Лейбница и Г.Э. Лессинга. Признание эволюции живого и растительного мира явилось для Канта логическим завершением его космогонической гипотезы. Идея развития рассматривалась им как всеобщий принцип, применимый к познанию всех явлений, имеющих место на Земле. Фактический научный материал, которым располагала в то время биология, не мог дать И. Канту убедительных доказательств в правильности его концепции. Тем не менее выводы, к которым он пришел, рассматривая живую природу, способствовали проникновению идеи эволюции в умы биологов. И. Кант предугадал сущность материалистического объяснения природы наследственного материала, совершенно верно подметив независимость его от внешних причин.

Во времена И. Канта господствовала идея неизменности и постоянства видов. Несомненно, знакомый с имеющимися точками зрения на эту проблему, И. Кант не мог без должного обоснования говорить о возникновении новых видов. В то же время он не мог отрицать и тех изменений в органическом мире, которые нельзя было не заметить, изучая историю природы. Следствием этого явилась постановка И. Кантом вопроса о видоизменении и создании новых видов. Он выступает против идеи о неизменности видов, против неизменности человека. Не принимая механистического толкования встречающихся в живой природе многочисленных фактов самого разнообразного сочетания признаков, он считал, что случай или всеобщие механические законы не в состоянии породить такие сочетания.

Возможность доказательства общности происхождения «великого множества» видов живых организмов, населяющих Землю, И. Кант видел в создании естественной истории как самостоятельной науки. Высказываясь в защиту исторического подхода, И. Кант горячо выступал против идеи множеств локальных актов творения.

В этот же период немецкий естествоиспытатель К.Ф. Вольф (1734-1794) опубликовал свою диссертацию «История зарождения», в которой опроверг учение о преформации и научно обосновал теорию эпигенеза.

Смелую попытку распространить идеи развития на человеческую историю предпринял ученик И. Канта И.Г. Гердер. В его теории органических сил идея развития приобретает всеобщий характер. Из области поэзии, языка, мышления И. Гердер переносит её на всю природу. В труде «О переселении душ» он излагает взгляды на развитие животного мира, которые затем в его основном труде «Идеи к философии истории человечества» выражаются в форме всеобщего закона природы.

Большой вклад в развитие эволюционных представлений внесли Эр. Дарвин, К.Ф. Кильмейер, и в особенности французский натуралист Ж.Б. Ламарк (1744-1829).

В 1809 г. Ж. Ламарк опубликовал «Философию зоологии», которая содержала его основные возражения против метафизической идеи вечности и неизменности видов. Впервые в истории науки в этом труде была последовательно изложена идея о постепенном развитии всех организмов из простейших форм жизни, сделана первая попытка объяснить это развитие действием естественных сил, влияющих на организацию растений и животных. Согласно Ж. Ламарку, развитие органического мира осуществляется путём естественной «градации», как постепенный переход от простейших форм биологической организации к усложняющимся и совершенствующимся. Движущей силой такого развития выступает «постоянное стремление природы» к усложнению строения организмов. Это первый принцип эволюции. Здесь не учитывается влияние условий существования. Наоборот, в постоянной, неизменной среде градация должна обнаруживаться в чистом виде. Но в реальной природе не существует таких условий. Поэтому организмы под действием самых разнообразных факторов вынуждены изменять свои привычки, это влечёт за собой изменение строения, нарушающее правильность «градации». Это - второй принцип исторического развития организмов. В дальнейшем в аргументах ламаркистов он занял главное место.

Идеей эволюции Ж. Ламарк нанес ощутимый удар телеологии (учение о наличии в природе, обществе объективных, внечеловече- ских целей). Некоторые противоречия, присущие ламаркизму, послужили впоследствии поводом для дискредитации со стороны антиэволюционистов самой идеи эволюции. Они также явились одной из причин того, что многие материалистически мыслящие естествоиспытатели не приняли идей Ж. Ламарка.

Особенно ожесточенные нападки на теорию Ж. Ламарка были предприняты французским биологом Ж. Кювье (1769-1832), игравшим исключительную роль в науке первой половины XIX века. Исследования Ж. Кювье способствовали внедрению сравнительного метода в анатомию и палеонтологию. Широкое распространение получили сформулированные им принципы приспособленности организма к условиям среды и взаимозависимости отдельных частей и органов внутри организма. В его работах креационизм приобрёл свою наиболее завершенную форму. Защищая идею неизменности видов, внутри которых возможны лишь отдельные изменения в рамках индивидуальных развитий, Ж. Кювье отстаивает телеологические принципы, сущность которых сводится к следующему: всякое «организованное существо» образует целое, представляющее единую замкнутую систему, взаимодействие и соответствие частей которой подчинено одной конечной цели.

Против воззрений Ж. Кювье резко выступил Э.Ж. Сент-Илер. Выражая несогласие с положением о четырех типах животных, выдвинутым Ж. Кювье, Э. Сент-Илер развил идею о единстве плана строения животных. Эта идея не удержалась в науке. Но её обоснование привело к концепции трансформации живых форм, то есть укрепило идею развития органической природы. Вместе с тем, хотя Э. Сент-Илер отбросил телеологические положения, содержащиеся в концепции эволюции Ж. Ламарка, он придал ей более механистический характер.

Разработка эволюционной идеи была продолжена И.В. Гёте, русским учёным И.Е. Дядьковским (1784-1841) и особенно К.Ф. Рулье (1814-1858), которые подчеркивали определяющую роль внешних условий в существовании живых организмов. Наряду с развитием эволюционного учения в этом направлении шёл процесс разработки идей, придававших первостепенное, а иногда и решающее значение внутренним факторам. Существенную роль здесь сыграл К. Бэр. Ему принадлежит заслуга установления связи между онтогенезом и филогенезом, подтверждавшей идею исторического единства органических форм.

Накопленный длительным развитием биологической науки фактический и теоретический материал требовал своего объяснения в рамках общей концепции, диалектически отражающей противоречивые процессы развития в живой природе. Такое объяснение было дано Ч. Дарвином, который вскрыл и объяснил источники и движущие силы этой эволюции. В основе теории эволюции им были положены следующие материальные факторы: наследственность, изменчивость и естественный отбор. Его учение о естественном отборе стало ключевым в решении многих проблем эволюции органического мира. В 1859 г. был выпущен главный труд всей жизни Ч. Дарвина «Происхождение видов путём естественного отбора, или Сохранение благо- приятствуемых пород в борьбе за жизнь». Первое издание книги в количестве 1250 экземпляров было распродано за один день. С тех пор вышли тысячи экземпляров труда Ч. Дарвина.

2. Основные факторы и движущие силы эволюции по Дарвину

Ч. Дарвин, перенося идеи Мальтуса на живые организмы, пришёл к выводу, что в природе любой вид животных и растений стремится к размножению в геометрической прогрессии. В то же время число взрослых особей каждого вида остается относительно стабильным. Это означает, что в природе постоянно идёт борьба за существование, в результате которой накапливаются признаки, полезные для организма и вида в целом, образуются новые виды и разновидности. Остальные организмы в неблагоприятных условиях среды гибнут.

По Дарвину борьба за существование бывает:

межвидовой, где успех одного - это неуспех другого;

внутривидовой, наиболее острой, поскольку у особей одного вида одинаковые потребности;

борьбой с неблагоприятными условиями внешней среды.

В борьбе за существование выживают наиболее конкурентоспособные особи. В природе происходят процессы избирательного уничтожения одних особей и преимущественного размножения других - естественный отбор, или выживание наиболее приспособленных организмов.

Искусственный отбор является причиной породо- и сортообразования.

В природе нет совершенно одинаковых организмов. Всё многообразие живого является результатом превращения организмов под влиянием внешней среды, то есть процесса изменчивости.

Поскольку жизненные ресурсы всегда ограниченные, самая ожесточенная борьба за существование происходит между наиболее сходными особями. Между различающимися в пределах одного вида особями конкуренция слабая, поскольку меньше сходных потребностей. Несхожие особи имеют преимущество в выживании и оставлении потомства, поэтому их различия становятся все более выраженными, а промежуточные сходные между собой особи вымирают.

Из одного вида образуется несколько новых видов, в результате явления расхождения признаков, которое Ч. Дарвин назвал дивергенцией.

Нарастающая дивергенция ранее сходных форм способствует постепенному увеличению многообразия живого путём превращения внутривидовых форм в самостоятельные виды.

Ч. Дарвин различал два вида изменчивости:

1. Индивидуальную, неопределённую изменчивость, которой подвержены группы организмов под воздействием определённого фактора внешней среды. Позднее в биологии неопределённую изменчивость стали называть мутацией.

2. Групповую, или определённую изменчивость, которой подвержены группы организмов под воздействием определённого фактора внешней среды. Позднее её назвали модификацией.

Всё многообразие живой природы есть результат взаимодействия трёх взаимосвязанных факторов: естественного отбора, наследственности и изменчивости.

Основные эволюционные принципы:

в любом данном виде живых организмов наблюдается изменчивость особей, которые его составляют;

одни изменения являются результатом приспособления к окружающей среде, другие унаследованы от родительских особей;

рождается обычно значительно большее количество особей, чем доживает до размножения, поскольку многие гибнут на начальной стадии жизни. Выживают лишь те организмы, которые получили в наследство полезный в данных условиях признак.

Целесообразность строения живых организмов, как результат естественного отбора, носит относительный характер, так как любые приспособления оказываются полезными только в конкретных условиях существования.

Слабое место в дарвинизме - представления о наследственности.

Альфред Рассел Уоллес (тоже читал Мальтуса), много путешествовал, пришёл к тем же выводам, что и Дарвин. В 1858 г. он на 20 страницах послал Дарвину свои мысли, и его это ободрило, и они в июне 1859 г. выступили с докладами о своих идеях на заседании Лин- неевского общества в Лондоне. В ноябре 1859 г. Ч. Дарвин опубликовал «Происхождение видов путём естественного отбора», по своему влиянию она уступала только Библии.

Теория эволюции, сформулированная Ч. Дарвином, обросла множеством неверных представлений. Поэтому:

Ч. Дарвин не пытался объяснить возникновение жизни на Земле; его интересовало, каким образом из существующих видов могут возникать новые виды;

естественный отбор - это не просто негативная, разрушающая сила; он может быть механизмом, с помощью которого в популяцию вносятся позитивные новшества. В процессе популяризации идеи «борьбы за существование» распространились неудачные выражения, такие как «выживание наиболее приспособленных» и «устранение неприспособленных», введённые Г. Спенсером (философ);

упрощённая, слишком прямолинейная трактовка прессой концепции «о происхождении человека от обезьяны» болезненно задевала чувства верующих и мирских слоёв общества.

явное противоречие между описанием в Книге Бытия сотворения Вселенной за шесть дней и концепцией постепенного формирования всё новых видов.

3. Недарвиновские теории развития живой природы

Дарвинизм изначально критиковали за то, что из него выпадал ряд вопросов:

причины сохранения в историческом развитии системного развития организмов;

о механизмах включения в эволюционный процесс онтогенетических перестроек;

о неравномерности темпов эволюции;

о крупномасштабных событиях в эпохе биотических кризисов.

Антидарвиновское учение:

неоламаркизм, основывался на признании адекватной изменчивости, возникающий под непосредственным или косвенным влиянием факторов среды и обеспечивающий прямое приспособление организма к ним, а также на идее наследования приобретённых таким образом признаков и на отрицании сознательной роли естественного отбора.

Это направление состояло из:

механоламаркизма,

психоламаркизма,

ортоламаркизма.

К 30-м гг. XX в. это направление угасло. (Т.Д. Лысенко считал, что наследственность - свойство всего организма).

Первые генетики противопоставляли себя дарвинизму, поэтому возник кризис. Устойчивость генов толковалась как неизменность - развивался антиэволюционизм. Мутационная изменчивость отождествлялась с эволюционными преобразованиями, чем исключался естественный отбор в качестве главной причины эволюции.

Л.С. Берг (1922) создал теорию номогенеза. Эволюция есть запрограммированный процесс реализации внутренних неотъемлемых от живого закономерностей. Организму присуща внутренняя сила неизвестной природы, действующая целенаправленно, независимо от внешней среды, в сторону усложнения организации.

В 1970-80-е гг. японские генетики М. Кимура, Т. Отта создали теорию нейтральных мутаций. Изменения в функциях белоксинтези- рующего аппарата являются результатом случайных, нейтральных по своим эволюционным последствиям мутаций. Это нейтралистская концепция.

Есть ещё теория пунктуализма, утверждающая, что процесс эволюции идёт путём редких и быстрых скачков, а 99 % времени своего существования вид пребывает в стабильном состоянии (стазисе).

4. Наиболее важные из эволюционных учений

Теория прерывистого равновесия (Н. Элдредис, С. Гулд). В процессе видообразования выделяются фазы продолжительного застоя, чередующиеся с быстрыми скачкообразными периодами формообразования. Сама по себе идея неравномерности темпов эволюции не нова, ещё Дарвин её высказал.

Теория ортогенеза - изменение организмов в заданном направлении, вынуждаемое некой внутренней силой.

Теория наследования приобретенных признаков - процесс, в котором изменения, возникающие у отдельных организмов, становятся наследуемыми и ведут к постоянным изменениям у их потомков.

Теория сальтационизма - внезапное возникновение новых видов в результате крупных мутаций. Концепция имеет антидарвиновскую направленность (А. Зюсс - 1860-70 гг. и Келликер). Весь план будущего развития жизни возник ещё в момент её появления, а все эволюционные события происходят в результате скачкообразных изменений сальтаций эмбриогенеза.

Таковой выступает теория самоорганизации (синергетика), т. е. универсальный эволюционизм.

В основе теории самоорганизации, или универсального эволюционизма, лежит дарвиновская триада: изменчивость, наследственность, отбор. Вскрывается конкретное содержание изменчивости, наследственности, отбора, т. е. их общее свойство, особое место здесь принадлежит механизмам бифуркационного типа, которые качественно (катастрофически) меняют характер эволюционного процесса. Происходит непрерывное усложнение организационных форм материального мира и рост их разнообразия.

Центральная проблема - редукционизм, т. е. сведение законов к более простым или установление связей между ними. Законы, определяющие принципы отбора, действующие в живом веществе и обществе, не противоречат законам неживого мира, законам физики и химии. Ничто живое не может их переступить. Но что они определяют - это не совсем так. Законы, управляющие эволюцией живого вещества и общественным поведением, могут быть не выводимы из «простейших» законов физики.

5. Становление и развитие генетики. Молекулярная биология

Биология первой половины XX в. основывалась на тех достижениях, которые были сделаны в этой науке во второй половине XIX в.: создание Ч. Дарвином эволюционного учения, основополагающие работы К. Бернара в области физиологии, важнейшие исследования Л. Пастера, Ф. Коха, И. Мечникова в области микробиологии и иммунологии, работы И.М. Сеченова, И.П. Павлова в области высшей нервной деятельности и, наконец, блестящие работы Г. Менделя, не получившие известности до начала XX в.

XX в. явился продолжением не менее интенсивного прогресса в биологии. В 1900 г. голландским учёным-биологом Х. де Фризом (1848-1935), немецким учёным-ботаником К.Э. Кокренсом (18641933) и австрийским учёным Э. Чермок-Зейзенеггом (1871-1962) независимо друг от друга и почти одновременно вторично были открыты и стали всеобщим достоянием законы наследственности, установленные Г. Менделем.

Развитие генетики после этого происходило быстро. Был принят принцип дискретности в явлениях наследственности, открытый ещё Г. Менделем; опыты по изучению закономерностей наследования потомками свойств и признаков родителей были значительно расширены. Было принято понятие «ген», введённое датским ученым Вильгельмом Иогансоном (1857-1927) в 1909 г., и означающее единицу наследственного материала, ответственного за передачу по наследству определённого признака.

Утвердилось понятие хромосомы, как структурного ряда клетки, содержащего ДНК - высокомолекулярное соединение, носитель наследственных признаков.

Развитию генетики способствовали в большей мере исследования американского биолога Томаса Ханта Моргана (1866-1945). Он сформулировал хромосомную теорию наследственности. Большинство растительных и животных организмов являются диплоидными, т. е. их клетки (за исключением половых) имеют наборы парных хромосом, однотипных хромосом от женского и мужского организмов. Хромосомная теория наследственности сделала более понятными явления расщепления в наследовании признаков.

Важным событием в развитии генетики стало открытие мутаций - внезапно возникающих изменений в наследственной системе организмов, которые могут привести к устойчивому изменению свойств гибридов, передаваемых и далее по наследству. Своим возникновение мутации обязаны либо случайным в развитии организма событиям (естественные или спонтанные мутации), либо искусственно вызываемым воздействиям (индуцированные). Все виды живых организмов (растительных и животных) способны мутировать, т. е. давать мутации. Это явление - внезапное возникновение новых, передающихся по наследству свойств - известно в биологии давно. Однако систематическое изучение мутаций было начато голландским ученым Хуго де Фризом, установившим и сам термин «мутации».

Было обнаружено, что индуцированные мутации могут возникать в результате радиоактивного облучения организмов, а также могут быть вызваны воздействием некоторых химических веществ. Микробиолог Георгий Адамович Надсон (1867-1940) обнаружил в 1925 г. влияние радиоизлучения на наследственную изменчивость у грибов. Американский учёный Берман Джозеф Меллер (1890-1967), работавший в 1933-37 гг. в СССР, установил в 1927 г. в опытах с дрозофилами сильное мутагенное действие рентгеновских лучей. В дальнейшем было понято, что не только рентгеновское, но и любое ионизированное облучение вызывает мутации.

Достижения генетики (и биологии в целом) оказались столь значительными, что было бы удивительно, если бы они никак не повлияли на дарвиновскую теорию эволюции. Развитие биологии и входящей в неё составной частью генетики, во-первых, ещё более укрепило дарвиновскую теорию эволюции живой природы и, во-вторых, дало более глубокое толкование понятиям изменчивости и наследственности, а следовательно, всему процессу эволюции живого мира.

Наиболее поразительные достижения биологии уже в первой половине XX в. были связаны с изучением процессов, происходящих на молекулярном уровне. У. Астбери ввёл в науку термин «молекулярная биология» и провёл основополагающие исследования белков и ДНК. Хотя в 40-е гг. XX в. почти повсеместно господствовало мнение, что гены представляют собой особый тип белковых молекул, в 1944 г. О. Эвери, К. Маклеод, М. Маккарти установили, что генетические функции в клетке выполняет не белок, а ДНК. Дальнейшие исследования показали, что ген является определённой частью ДНК и носителем только определенных наследуемых свойств, в то время как ДНК - носитель всей наследственной информации организма. Установление генетической роли нуклеиновых кислот имело решающее значение для дальнейшего развития молекулярной биологии, причём было показано, что эта роль принадлежит не только ДНК, но и РНК.

Расшифровку молекулы ДНК произвели в 1953 г. Ф. Крик (Англия) и Д. Уотсон (США). Им удалось построить модель молекулы ДНК, напоминающую двойную спираль.

Несмотря на молодость молекулярной биологии, успехи, достигнутые ей в этой области, ошеломляющие. За сравнительно короткий срок были установлены природа гена и основные принципы его организации, воспроизведения и функционирования. Выявлены и исследованы механизмы и главные пути образования белка в клетке. Была определена первичная структура многих транспортных РНК. Установлены основные принципы организации разных субклеточных частиц многих вирусов и разгаданы пути их биогенеза в клетке. Все эти успехи выдвинули биологию в ряды лидеров естествознания XX в.

эволюция дарвин генетика молекулярный

6. Синтетическая теория эволюции

Современный эволюционизм значительно отличается от дарвинизма в его начальном виде.

К положениям Дарвина: изменчивость, наследственность, естественный отбор сейчас добавлены мутационные процессы, популяци- онные волны численности, изоляция. Да и дарвиновские факторы понимаются по-новому.

Элементарной структурой, с которой начинается эволюция, ныне принято считать популяцию, а не отдельную особь или вид. В качестве элементарного проявления процесса эволюции в современной теории рассматривается устойчивое изменение генотипа популяции.

Синтетическая теория эволюции - это синтез дарвиновской концепции естественного отбора с генетикой и экологией.

Название «генетика» предложил английский ученый У. Бетсон (1906).

Генетика изучает два фундаментальных свойства живых систем - наследственность и изменчивость, или способность организмов передавать свои признаки из поколения в поколение, а также приобретать новые качества. Наследственность создает непрерывную преемственность признаков и особенностей развития в потомстве. Изменчивость обеспечивает материал для естественного отбора, создавая множество комбинаций существовавших прежде и новых признаков живых организмов. Признаки и свойства организма, которые передаются по наследству, фиксируются в генах.

Ген - участок молекулы ДНК (или хромосомы), определяющий возможность развития одного элементарного признака или синтез одной белковой молекулы.

Датским генетиком В. Иогансеном введён ряд терминов и определений:

совокупность всех признаков организма называется фенотипом (греч. phaino - являю, typos - тип);

совокупность всех генов одного организма называется генотипом (греч. genos - рождение, typos - тип); аллель (греч. allelan - взаимно) - одно из возможных структурных состояний гена.

Основу формальной генетики составляют законы наследственности, установленные австрийцем Г. Менделем при проведении серии опытов по скрещиванию различных сортов гороха. Он выявил количественные отношения наследственности признаков.

Первый закон Менделя:

скрещивание двух организмов называется гибридизацией, потомство от скрещивания двух особей с различной наследственностью называется гибридным, а отдельная особь - гибридом. При скрещивании двух организмов, относящихся к разным чистым линиям, т. е. гомозиготных (в их генотипах есть два одинаковых аллельных гена, т. е. абсолютно идентичных по последовательности нуклеотидов), и отличающихся друг от друга одной парой альтернативных признаков, всё первое поколение гибридов (F1) окажется единообразным, и будет нести признак одного из родителей. Выбор этого признака зависит от того, какой из генов является доминантным, а какой - рецессивным.

Второй закон Менделя:

при скрещивании двух потомков первого поколения между собой, во втором поколении наблюдается расщепление в определённом числовом отношении.

Третий закон Менделя:

если скрещиваются две гомозиготные особи, отличающиеся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях. Этот закон действует не во всех случаях.

Г. Морган выявил закономерности наследования признаков, гены которых находятся в одной хромосоме, - они наследуются совместно. Это называется сцеплением генов (или законом Моргана), который заметил, что у любого организма признаков много, а число хромосом невелико. Следовательно, в каждой хромосоме должно находиться много генов. Он открыл закономерность наследования таких генов.

Раскрытие генетических закономерностей на молекулярном уровне началось в 30-е гг. XX в. с открытия роли ДНК в передаче наследственной информации.

Основная функция генов состоит в кодировании синтеза белков. Так зародилась молекулярная генетика.

С генетическими закономерностями наследственности тесно связаны генетические механизмы изменчивости, являющиеся основой для естественного отбора и эволюции организмов.

Изменчивость отражает взаимосвязь организма с внешней средой, и её понимают как способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства. Различают наследственную, или модифи- кационную, изменчивость, и передающуюся по наследству, или генетическую изменчивость. Изменчивость даёт возможность приспособиться к условиям среды, в которых находится отдельный организм.

Крупным достижением современной генетики стало открытие способности генов к изменению и перестройке т. е. мутация (лат. mutation - изменение).

Мутация возникает вследствие изменения структуры хромосом или генов и является единственным источником генетического внутривидового разнообразия. Причиной мутации служат мутагены - всевозможные химические и физические воздействия. Постоянный мутационный процесс ведёт к возникновению различных вариантов генов, составляющих резерв наследственной изменчивости. Мутации оказываются вредными, поскольку вносят нарушения в тонко сбалансированную систему биохимических превращений.

Большая часть мутаций оказывается рецессивной и у потомства не проявляется, а обладатели вредных доминантных мутаций, сразу проявляющихся в гетеро- и гомозиготных организмах, обычно погибают на самых ранних этапах жизни, поскольку оказываются нежизнеспособными.

Однако в новой обстановке при некоторых изменениях условий внешней среды определенные ранее как вредные рецессивные мутации, составляющие резерв наследственной изменчивости, могут оказаться полезными. Носители таких мутаций получают преимущество в процессе естественного отбора.

Мутации являются главным поставщиком эволюционного материала. Тем не менее они относятся к случайным изменениям и подчиняются вероятностным или статистическим законам. Поэтому они не могут служить определяющим фактором эволюционного процесса. Кроме естественного или искусственного отбора не существует другого средства регулирования наследственной изменчивости. Только случайные изменения, оказавшиеся полезными в определённых условиях окружающей среды, отбираются в природе или искусственно человеком для дальнейшей эволюции.

Соединение дарвинизма с генетикой началось в 20-е гг. XX в., и стала появляться синтетическая теория эволюции с созданной в 1926 г. С. С. Четвериковым популяционной генетикой. Отбору подвергаются не отдельные признаки и отдельные особи, а генотип всей популяции. Отбор генотипов популяции, ведущий к закреплению полезных изменений, осуществляется через фенотипические признаки отдельных особей. Позднее к созданию новой теории подключились около 50 учёных из 8 стран, и их коллективными усилиями была создана синтетическая теория эволюции (СТЭ).

Структурно СТЭ состоит из теории микро- и макроэволюции. Оба термина были введены в 1927 г. Ю.А. Филипченко для разграничения масштабов двух типов эволюционных преобразований.

Теория микроэволюции изучает необратимые преобразования ге- нетико-экологической структуры популяции, которые могут привести к формированию нового вида. Поскольку реально вид существует в форме популяции, именно популяция и является элементарной единицей эволюции.

Теория макроэволюции изучает основные направления и закономерности развития жизни на Земле в целом, включая возникновение жизни и происхождение человека как биологического вида на протяжении длительного исторического периода.

Макро- и микроэволюции происходят под воздействием изменений в окружающей среде.

Синтетическая теория эволюции включает такие основные положения:

естественный отбор, как следствие конкурентных отношений борьбы за существование, является главным движущим фактором эволюции. Факторами видообразования являются также мутационные процессы, дрейфы генов и различные формы изоляции;

новые формы могут образовываться через крупные наследственные изменения (сальтации), а их жизненность определяется отбором. Сама же эволюция протекает постепенно, через отбор мелких случайных мутаций;

исходным материалом для эволюции являются мутации различного типа, а сами эволюционные изменения случайны и ненаправле- ны. Сложившаяся исходная организация популяции и последовательное изменение условий среды ограничивают и направляют наследственные изменения в сторону неограниченного прогресса;

макроэволюция осуществляется через процессы микроэволюции и не имеет каких-либо особых механизмов возникновения новых форм жизни. Существенный вклад в первоначальное истолкование положения об элементарных явлениях и факторах эволюции в 1938 г. внес Н. В. Тимофеев-Ресовский. По его мнению:

популяция есть элементарная эволюционная структура;

элементарные эволюционные факторы - это мутационный процесс, «волны жизни», изоляция, естественный отбор;

изменение генотипического состава популяции есть элементарное эволюционное явление;

генофонд популяции составляет элементарный эволюционный материал (термин «генофонд», «совокупность генов популяции», ввел А.С. Серебровский. 1938 г.).

Синтетическая теория эволюции определяет популяцию как совокупность особей данного вида, занимающих территорию внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций. Наследственные изменения популяций в результате спонтанных мутаций, представляющих собой гетерогенную смесь различных генотипов, считаются элементарным эволюционным явлением. Изменения эти тем отчетливее, чем более интенсивно и длительно воздействие вызывающих их факторов. Результатом является изменение генофонда популяции.

Мутация сама по себе не способна направлять эволюционный процесс. Для этого необходим другой фактор - популяционные волны, или «волны жизни», т. е. количественные колебания в численности популяции под воздействием различных причин (сезонной периодики, климатических, природно-катастрафических и пр.).

Изоляция является третьим элементарным эволюционным фактором. Она закрепляет возникшие случайно или под действием отбора особенности в наборах и численности генотипов в разных частях популяции. Изоляция может привести к возникновению независимых генофондов двух популяций.

Четвёртый элементарный эволюционный фактор - естественный отбор.

Есть 3 формы естественного отбора:

Движущий отбор - возникают новые генотипы с селективными свойствами.

Стабилизирующий отбор - охраняет устойчивый фенотип.

Диспрутивный отбор - внутри популяции возникают различающиеся формы.

7. Современные представления об эволюции

Теория эволюции, предложенная Дарвином и Уоллесом, была расширена и разработана в свете современных данных генетики, палеонтологии, молекулярной биологии, экологии, этологии и получила название - неодарвинизма. Это теория органической эволюции путём естественного отбора признаков, детерминированных генетически.

А это значит, что нужно признавать:

факт изменения форм жизни во времени (эволюция в прошлом);

выявить механизм, производящий эволюционные изменения (естественный отбор генов);

продемонстрировать эволюцию, происходящую в настоящее время («эволюция в действии»).

Доказательства эволюции:

ископаемые остатки организмов (палеонтология),

механизм наследования,

результаты искусственного отбора,

результаты генной инженерии,

создание новых сортов, моноклональных тел.

Но удачные лабораторные опыты еще не говорят о том, что так было, но могло быть.

1. Палеонтология.

Ископаемые останки дают подтверждение прогрессивному возрастанию сложности организмов и отвергают идею неизменности видов. В самых древних породах встречаются простые организмы немногих видов, а в молодых породах более разнообразные и их больше. Некоторые виды появляются и исчезают (вымирают).

Географические области и климат изменялись. Но есть в палеонтологической летописи и разрывы.

Некоторые виды могли появиться и развиться довольно быстро.

2. Географическое распространение.

Все организмы в большей или меньшей степени приспособлены к своей среде. Если абиотические и биотические факторы, имеющиеся в определённом местообитании, могут обеспечить существование какого-то вида в одной географической области, то логично было бы ожидать, что этот вид будет обнаружен в аналогичном местообитании и в другой сходной географической области. Однако на самом деле это не так. Распространение растений и животных на земном шаре носит прерывистый характер. Это нередко обусловлено экологическими факторами, однако, данные об успешной колонизации новых местообитаний растениями и животными, интродуцированными в них человеком, позволяют думать, что в этом участвуют наряду с экологической адаптацией и какие-то иные факторы. Рациональное объяснение прерывистого распространения организмов исходит из того факта, что некоторые виды возникают в какой-то данной области, а затем расселяются из неё. Степень расселения зависит от того, насколько успешно может обосноваться данный организм в новых местах, от эффективности механизма его расселения и от наличия или отсутствия естественных преград, таких как океаны, горные хребты и пустыни. Наиболее приспособлены для распространения через сушу и моря, по- видимому, споры и семена, переносимые ветром и летающими насекомыми.

Теорию дрейфа континентов, основанную на тектонике лито- сферных плит (Снайдер 1858), в конце XIX в. развили Тейлор (США), Вегенер (Германия). В карбоне Лавразия и Гондвана были единым материком - Пангеей (греч. «вся Земля»), который «плавал» в более плотном расплавленном внутреннем веществе Земли. Континенты раздвинулись под действием глубинных конвективных течений, направленных вверх и в стороны и тянущих за собой плиты, на которых плавают континенты. Эта гипотеза позволяет объяснить непрерывное перемещение массивов суши и современное распространение животных и растений.

Выводы:

виды возникали в определённой области;

расселялись за её пределы;

большинство расселялось, если массивы были близко друг от друга;

отсутствие в какой-либо области более высокоорганизованных форм указывает, что она отделилась от родины этих форм до возникновения последних.

8. Стратегия жизни

Многочисленные находки учёных в виде окаменелостей, отпечатков в мягких породах и других объективных свидетельств указывают на то, что жизнь на Земле существует не менее 3,5 млрд. лет. На протяжении более чем 3 млрд. лет область её распространения ограничивалась исключительно водной средой. К моменту выхода на сушу жизнь уже была представлена разнообразными формами: прокариотами, низшими и высшими растениями, простейшими и многоклеточными эукариотами, включая ранних представителей позвоночных животных. За 6/7 всего времени существования жизни на Земле произошли эволюционные преобразования, предопределяющие лицо современного органического мира и, следовательно, появление человека. Знакомство с важнейшими из них помогает понять стратегию жизни.

Организмы, которые появились первыми, современная наука называет прокариотами. Это одноклеточные существа, отличающиеся простотой строения и функциями. К ним относятся бактерии и сине- зелёные водоросли (цианобактерии). О простоте их организации свидетельствует имевшийся у них небольшой объём наследственной информации. Эти организмы господствовали на Земле более 2 млрд. лет. С их эволюцией связано появление механизма фотосинтеза и организмов эукариотического типа.

Фотосинтез открыл доступ к практически неисчерпаемой кладовой солнечной энергии, которая с помощью этого механизма запасается в органических веществах и затем используется в процессах жизнедеятельности. Широкое распространение фотосинтезирующих ав- тотрофных организмов, прежде всего зелёных растений, привело к накоплению и образованию в атмосфере Земли кислорода. Это создало предпосылки для возникновения в эволюции механизма дыхания, который отличается от бескислородных (анаэробных) механизмов энергообеспечения жизненных процессов гораздо большей эффективностью (примерно в 18 раз).

Эукариоты появились среди обитателей планеты около 1,5 млрд. лет назад. Отличаясь от прокариот более сложной организацией, они используют в своей жизнедеятельности большой объём наследственной информации. ДНК в клетке млекопитающего в 1000 раз превосходит ДНК бактерии.

Первоначально эукариоты имели одноклеточное строение. Доисторические одноклеточные эукариоты послужили основой для возникновения в процессе эволюции организмов, имеющих многоклеточное строение тела. Они появились на Земле около 600 млн. лет назад и дали широкое разнообразие живых существ, расселившихся в трёх основных средах: водной, воздушной, наземной.

Многоклеточность возникла в эволюции в период, когда атмосфера планеты, обогатившись кислородом, приобрела устойчивый окислительный характер.

Около 500 млн. лет назад среди многоклеточных появляются хордовые животные, общий план строения которых радикальным образом отличается от плана строения существ, населявших планету до их появления. В процессе эволюции именно в этой группе возникают позвоночные животные. Среди них примерно 200-250 млн. лет назад появляются млекопитающие, характерной чертой которых становится особый тип заботы о потомстве - вскармливание народившегося детёныша молоком. Эта черта соответствует новому типу отношений между родителями и потомством, способствующему укреплению связи между поколениями, созданию условий для выполнения родителями воспитательной функции, передачи ими опыта.

Именно через группу млекопитающих животных, в частности через отряд приматов, прошла линия эволюции, ведущая к человеку (примерно 1,8 млн. лет назад).

И в наши дни органический мир представлен наряду с эукарио- тами микроорганизмами и сине-зелеными водорослями, относящимися к прокариотам. На фоне разнообразия многоклеточных эукариотических организмов имеется значительное число видов одноклеточных эукариот.

Среди организмов разного плана строения, сосуществующих в определённый исторический период времени, некоторые формы, имевшие некогда широкое распространение, представлены относительно небольшим количеством особей и занимают ограниченную территорию. Фактически они лишь поддерживают своё пребывание во времени, избегая, благодаря наличию у них определённых приспособлений, вымирания в ряду поколений. Другие, напротив, увеличивают свою численность, осваивают новые территории и экологические ниши. В таких группах возникают разнообразные варианты организмов, отличающихся в той или иной мере от предковой формы и друг от друга деталями строения, физиологии, поведения, экологии.

Эволюцию можно характеризовать следующими чертами: - возникнув в виде простейших одноклеточных форм, жизнь в своем развитии закономерно порождала существа со всё более сложным типом организации тела, совершенными функциями, повышенной степенью независимости от прямых влияний со стороны окружающей среды на выживаемость;

любые варианты живых форм, возникавшие на планете, сохраняются столь долго, сколь долго существуют геохимические, климатические, биогеографические условия, удовлетворяющие в достаточной мере их жизненным запросам;

в своем развитии отдельные группы организмов проходят стадии подъёма и нередко спада. Стадия, достигнутая группой на данный исторический момент, определяется по тому месту, которое ей принадлежит на этот момент в органическом мире в зависимости от численности и распространения.

Развитию событий или явлений во времени соответствует понятие прогресса. С учётом описанных выше общих черт в процессе исторического развития жизни наблюдаются три формы прогресса, качественно отличающиеся друг от друга. Эти формы по-разному характеризуют положение соответствующей группы организмов, достигнутое в итоге предшествующих этапов эволюции, экологические и эволюционные перспективы.

Биологическим прогрессом называют состояние, когда численность особей в группе от поколения к поколению растёт, расширяется ареал их расселения, нарастает количество подчинённых групп более низкого ранга - таксонов. Биологический прогресс соответствует понятию процветания. Из ныне существующих групп к процветающим относят насекомых, млекопитающих. Период процветания у пресмыкающихся завершился около 60-70 млн. лет назад.

Морфофизиологический прогресс означает состояние, приобретаемое группой в процессе эволюции, которое даёт возможность части её представителей выжить и расселиться в среде обитания с более разнообразными и сложными условиями. Такое становится возможным благодаря появлению существенных изменений в строении, физиологии и поведении организмов, расширяющих их приспособительные возможности за рамки обычных для предковой группы.

Из трёх главных сред обитания наземная представляется наиболее сложной. Соответственно выход животных на сушу в группе позвоночных был связан с рядом радикальных преобразований конечностей, дыхательной и сердечно-сосудистой систем, процесса размножения.

Появление среди земных обитателей человека соответствует качественно новому состоянию жизни. Переход к этому состоянию, хотя и был подготовлен ходом эволюционного процесса, означает смену законов, которым следует развитие человечества, с биологических на социальные. Вследствие названной смены выживание и неуклонный рост численности людей, их расселение по территории планеты, проникновение в глубины океана, недра Земли, воздушное и даже космическое пространство определяются результатами труда и интеллектуальной деятельности, накоплением и приумножением в ряду поколений опыта преобразующих воздействий на природную среду. Эти воздействия превращают природу в очеловеченную среду жизни людей.

Ряд последовательных крупных эволюционных изменений, таких как эукариотический тип организации клеток, многоклеточность, возникновение хордовых, позвоночных и, наконец, млекопитающих животных, что обусловило в итоге появление человека, составляет в историческом развитии жизни линию неограниченного прогресса. Обращение к трём формам прогресса, названным выше, помогает раскрыть главные стратегические принципы эволюции жизни, от которых зависят её сохранение во времени и распространение по разным средам обитания:

эволюция по своим результатам на любом из этапов носит приспособительный характер;

в процессе исторического развития закономерно повышается уровень организации живых форм, что соответствует прогрессивному характеру эволюции.

Чем выше уровень морфофизиологической организации, тем большее количество энергии требуется для её поддержания. В силу этого ещё один стратегический принцип эволюции заключается в освоении новых источников и эффективных механизмов энергообеспечения жизненных процессов.

Для образования высокоорганизованных форм в сравнении с низкоорганизованными в целом необходим большой объём наследственной информации. Закономерное увеличение объёма используемой в жизнедеятельности генетической информации также является стратегическим принципом развития жизни.

9. Эволюция живых организмов

Свой «отсчёт» эволюция живых организмов ведёт с эпохи самопроизвольного зарождения жизни, отстоящей от нас приблизительно на 3 млрд. лет. Первые прототипы растений и животных были микроскопическими и одноклеточными существами, представлявшими однородную живую массу. Затем, по мнению В.И. Вернадского, наступил период, когда рост живой массы повлёк за собой её «растекание» по земной поверхности. Процессы растекания живой массы сопровождались, по-видимому, двумя главными тенденциями:

живая масса воздействовала на геохимические процессы, вовлекая в биологический круговорот сушу, воду и воздух;

взаимодействие живых организмов способствовало усложнению, размножению и разнообразию. По мере интенсификации жизни одноклеточные образования трансформируются в многоклеточные организмы. Их тела состоят из отдельных клеток или групп клеток различной формы и назначения. Многоклеточные колонии живых существ эволюционируют, прогрессируя, размножаясь и достигая невероятного разнообразия земной флоры и фауны. Разнообразные виды многоклеточных организмов сменяют друг друга при переходе от одной эволюционной эпохи к другой. Тенденции видообразования (появления новых видов живых организмов) становятся заметными особенно тогда, когда живые организмы переходят из водной среды на сушу, распространяются в воздушной среде. Развитие биологических видов от беспозвоночных к позвоночным, от земноводных к пресмыкающимся, от рептилий к многообразию видов зверей и птиц и далее, вплоть до приматов включая человекообразных и человека, такова схема эволюции эпох.