Эволюция в биологии

Важнейшим из них является мутационный процесс, который исходит  из признания того неоспоримого теперь факта, что основную массу эволюционного  материала составляют различные  формы мутаций, т. е. изменений наследственных свойств организмов, возникающих  естественным путем или вызванных  искусственными средствами.

Мутации являются теми наследственными  изменениями, которые либо отдельно, либо совместно определяют изменения  свойств, признаков, особенностей или норм реакции организмов. В своей совокупности они представляют то, что Ч. Дарвин называл индивидуальной или неопределенной изменчивостью. Поскольку мутации возникают случайно, постольку их результат действительно является неопределенным. Однако случайное изменение становится необходимым, когда оно оказывается полезным для организма, помогает ему выжить в борьбе за существование. Закрепляясь и повторяясь в ряде поколений, такие случайные изменения вызывают перестройку в структуре живых организмов и их популяций и таким образом приводят к возникновению новых видов.

Хотя мутации — главные  поставщики эволюционного материала, но они относятся к изменениям случайным, подчиняющимся вероятностным, или статистическим, законам. Поэтому  они не могут служить направляющей силой эволюционного процесса. Правда, некоторые ученые рассматривают  мутационный процесс в качестве определяющей силы эволюции, забывая  при этом, что в таком случае приходится признать изначальную полезность и пригодность всех возникающих  случайных изменений, что противоречит наблюдениям в живой природе  и практике селекции. В действительности, кроме отбора — естественного  или искусственного — не существует никакого другого средства регулирования  наследственной изменчивости. Только случайные изменения, оказавшиеся  полезными в определенных условиях окружающей среды, отбираются в естественной природе или искусственно человеком  для дальнейшей эволюции.

Вторым основным фактором эволюции служат популяционные волны, которые часто называют "волнами  жизни". Они определяют количественные флуктуации, или отклонения, от среднего значения численности организмов в  популяции, а также области ее расположения (ареала).

Установлено, что малочисленные  и многочисленные популяции не являются благоприятными для эволюции и возникновения  новых форм живых организмов. В  больших популяциях новым наследственным изменениям гораздо труднее проявиться, а в малочисленных такие изменения  подвержены воздействию случайных процессов. Поэтому наиболее подходящими для эволюции и возникновения новых видов оказываются популяции средних размеров, в которых постоянно происходит изменение численности особей.

В качестве третьего основного  фактора эволюции признается обособленность группы организмов.

На эту особенность  указывал еще Ч. Дарвин, который считал, что для образования нового вида определенная группа организмов старого  вида должна обособиться, но он не мог  объяснить необходимость этого  требования с точки зрения наследственности. В настоящее время установлено, что обособление и изоляция определенной группы организмов необходимы для того, чтобы она не могла скрещиваться с другими видами и тем самым  передавать им и получать от них  генетическую информацию. Изоляция различных  групп организмов в природе, а  также в практике селекции осуществляется самыми разными способами, но цель их одна — исключить обмен генетической информацией с другими видами. Для этого может служить географическая граница (непреодолимая водная среда, болота, высокие горы и т. п.), экологические  условия (предпочтения в выборе экологической  ниши или места обитания), разные периоды спаривания, особенности  поведения разных групп и видов  организмов и многое другое.

К указанным основным факторам эволюции часто добавляют частоту  смены поколений в популяциях, темпы и характер мутационных  процессов и некоторые другие. Следует подчеркнуть, что все  перечисленные основные и неосновные факторы выступают не изолированно, а во взаимосвязи и взаимодействии друг с другом.

Самое же главное заключается  в том, что хотя все факторы  эволюции, и являются необходимыми ее предпосылками, сами по себе ни в  отдельности ни в совокупности они  не могут объяснить механизм эволюционного  процесса и его движущую силу. Такая  сила заключается в действии естественного  отбора, который является результатом  взаимодействия популяций и окружающей их среды. Популяции составляют элементарные объекты для отбора, а среда ограничивает возможности такого отбора, поскольку потенциально возможность размножения является чрезвычайно высокой, характеризуемой геометрической прогрессией, а пищевые, территориальные, географические, климатические и экологические возможности среды весьма ограничены. Именно борьба таких противоположных тенденций, как, с одной стороны, стремление к сохранению жизни и размножению, а с другой — воздействие внешней среды, направленной на ограничение размножения, — составляют внутренне противоречивое содержание процесса эволюции.

Внутренние противоречия на разных уровнях организации живых  систем составляют источник их развития и определяют характер "борьбы за существование". На уровне популяций  эти противоречия выступают в  форме единства и борьбы особей внутри популяции, на уровне вида — единства популяций, составляющих вид, и в  то же время конкуренции между  ними, которая может привести к  формированию сначала разновидностей, а потом и нового вида. Результатом  этого сложного процесса является устранение от размножения отдельных организмов, популяций, видов и других уровней  организации живых систем. Нередко  естественный отбор характеризуют  как процесс выживания наиболее приспособленных организмов. Впервые  такую формулировку употребил известный  английский философ Герберт Спенсер (1820—1903), у которого ее заимствовал  сам Ч. Дарвин. Впоследствии она получила широкое распространение среди  биологов.

Если вдуматься, то такую  характеристику нельзя считать корректной, поскольку выражение "приспособленность" допускает различные степени, словесно определяемые с помощью терминов "большая или меньшая приспособленность". Действительно, как можно оценить, какой вид является более приспособленным  к условиям существования, например, слон или тигр? Кроме того, даже при  меньшей степени приспособления допускается размножения. В отличие  от этого элиминация, или устранение от размножения, имеет однозначный смысл и точно определяет результат естественного отбора. Ведь о результатах естественного отбора можно судить только ретроспективно, т. е. задним числом. Вот почему английский биолог Джулиан Хаксли (1887—1975) рекомендует употреблять термин "уничтожение неприспособленных" вместо термина "выживание приспособленных". Однако естественный отбор имеет не только негативный, но и творческий характер. В самом деле, путем такого отбора не только устраняются старые формы жизни, но создаются новые, более совершенные формы.

Современная теория эволюции раскрывает также конкретные типы механизмов естественного отбора:

• при стабилизирующем  отборе устраняются все заметные отклонения от некоторой средней  нормы, вследствие чего не происходит возникновения новых видов. Такой  отбор играет незначительную роль в  эволюции, поскольку сохраняет уже  устоявшиеся формы живых организмов, в том числе и таких древних, как, например, кистеперые рыбы.

• ведущей (движущей) формой отбора является такая, которая подхватывет  мельчайшие изменения, способствующие прогрессивным преобразованиям  живых систем и возникновению  новых, более совершенных видов;

• при дезруптивном отборе, который обычно происходит при резком изменении условий существования  организмов, многочисленная группа особей среднего типа попадает в неблагоприятные  условия и погибает;

• более сложный характер имеет балансировочный отбор, когда  речь идет о существовании и смене  адаптивных, или приспособительных, форм.

• при отборе с повышенной изменчивостью преимущество в отборе получают те популяции, которые отличаются наибольшим разнообразием по тем  или иным признакам.

Следует, однако, отметить, что  перечисленные типы отбора очень  редко встречаются в "чистом" виде. Как правило, в живой природе  наблюдаются сложные, комплексные типы отбора, и необходимы особые усилия, чтобы выделить из них более простые типы.

Синтетическая теория эволюции.

Обсуждая основные факторы  эволюции, мы убедились, что первоначальная теория Дарвина в дальнейшем подверглась  значительным уточнениям, дополнениям  и исправлениям, которые привели  в конце концов к возникновению  новой синтетической теории эволюции.

Эта теория действительно  представляет собой синтез основных эволюционных идей Дарвина и прежде всего идеи естественного отбора с новыми результатами биологических  исследований в области наследственности и изменчивости.

Важным новым результатом  синтетической теории было ясное  установление тех исходных объектов, которые служат предметом исследования эволюционной теории. Ч. Дарвин в своей  теории говорит об эволюции в рамках вида, о чем свидетельствует уже  заголовок его книги "Происхождение  видов". В синтетической теории элементарной единицей эволюции служит популяция, поскольку именно в ее рамках происходят наследственные изменения  генофонда.

Другое существенное отличие  синтетической эволюции от дарвиновской состоит в четком разграничении  областей исследования микроэволюции  и макроэволюции. Эти термины  впервые были введены в 1927 г. отечественным  генетиком Юрием Александровичем Филипченко (1882—1930) для характеристики разных масштабов эволюции. Дальнейшее уточнение они получили в работах известного российского генетика Николая Владимировича Тимофеева-Ресовского (1900—1981), который определяет, что микроэволюция — совокупность эволюционных изменений, происходящих в генофондах популяций за сравнительно небольшой период времени и приводящих к образованию новых видов. В отличие от этого макроэволюция связана с эволюционными преобразованиями за длительный исторический период времени, которые приводят к возникновению надвидовых форм организации живого.

Изменения, которые изучаются  в рамках микроэволюции, доступны непосредственному  наблюдению, тогда как макроэволюция  происходит на протяжении длительного  исторического периода времени  и поэтому ее процесс может  быть реконструирован лишь задним числом. В этих целях могут быть использованы методы сравнительно-морфологического, эмбриологического и палеонтологического  исследования, позволяющие с определенной степенью правдоподобия восстановить возможную картину происходивших  процессов эволюции. При этом следует  учитывать, что макроэволюция, как  и микроэволюция, происходит в конечном итоге под воздействием изменений  в окружающей среде.

Несмотря на трудности, с  которыми сталкиваются исследователи  при изучении макроэволюции, к настоящему времени накоплен немалый обобщающий материал, формулируемый обычно в  виде определенных закономерностей  или правил макроэволюции крупных  групп организмов. Не претендуя на полноту, перечислим некоторые из них.

• Любая новая крупная  группа организмов, выше уровня вида, как  правило, возникает потому, что приобретает  в ходе эволюции качественно новые  особенности в своей структуре  и организации, которые дают ей коренное преимущество в борьбе за существование. Наибольший интерес в этом смысле привлекает идея отечественного биолога  Алексея Николаевича Северцова (1866—1936) об ароморфозе, согласно которой каждое крупное изменение в строении и функции организма можно  рассматривать как новый фактор эволюции, во многом меняющий ее дальнейшее направление и вызывающий новые  формы отбора. Он подчеркивал, например, что именно появление разумного  поведения у высших животных явилось  существенным усовершенствованием  движущих сил эволюции.

• Чем значительнее оказываются  произошедшие изменения (ароморфоз) в  группах организмов (таксонов) высшего  порядка, тем настоятельнее адаптации к частным условиям среды таксонов низшего порядка.

• Каждая группа организмов характеризуется определенным средним  темпом эволюции. Чем быстрее совершается  процесс приспособления группы к  частным, конкретным условиям среды, тем  скорее она достигает расцвета и  соответственно гибели.

• Уничтожение целых групп  живых организмов в ходе эволюции обусловлено естественным отбором  других групп, более приспособленных  к изменившимся условиям окружающей среды. Исчезнувшие в процессе эволюции отдельные организмы, виды и группы впоследствии никогда не восстанавливаются  в прежней форме.

• Эволюция не всегда идет от простого к сложному. Некоторые группы организмов, как, например, бактерии, сохранились  с древнейших эпох только благодаря  упрощению своей организации.

Решение многих проблем развития органического мира предполагает не противопоставление, а макроэволюционного подхода микроэволюционным. Особенно важен такой подход при рассмотрении мировоззренческих вопросов эволюции.Это  правило не абсолютно. Есть случаи, когда структура организмов не менялась в сторону усложнения миллионы, если не миллиарды, лет, как у бактерий, или же упрощалась, как у паразитов. И, тем не менее, явление усложнения существует и нуждается в объяснении, потому что оно на первый взгляд нарушает один из законов физики - второе начало термодинамики. Согласно ему  все самостоятельно совершающиеся  в природе процессы идут в сторону  разрушения структур, снижения уровня сложности, увеличения доли беспорядка (энтропии) во всех системах. А эволюция идет наоборот - ведь человек устроен  сложнее бактерии. Законы физики при  этом, однако, не нарушаются, в эволюции происходит лишь местное усложнение системы, которое достигается ценой  лишней затраты энергии на развитие организма. И больше всех живых организмов энергию расходует как раз  человек.

Литература.

Северцов А.В. Главные  направления эволюционного процесса. 3е изд. М. Издат-во Московского университета. 1967. 206 с.

Тимофеев-Ресовский Н.В.Краткий  очерк теории эволюции. Н.В. Тимофеев-Ресовский, Н.Н. Воронцов, А.В. Яблоков. М.: Наука. 1977. 303 с.

Филипченко Ю.А. Эволюционная идея в биологии. Исторический обзор  эволюционных учений 19 века.3е изд.М.: Наука. 1977. 227 с.

Яблоков А.В. Эволюционное учение: Учеб. для биол. спец, вузов / А.В. Яблоков, A.Г. Юсуфов, 6e изд., испр, М.: Высш. шк., 2006. 310 с,: ил.