Биологический уровень организации материи. Порядок и беспорядок в природе

• рождается, как правило, значительно большее число организмов, чем доживает до размно-жения: многие гибнут на стадии семян, зародышей, птенцов, личинок. Выживают лишь те организмы, которые получили по наследству полезный в данных условиях жизни признак.

Таким образом, Дарвин последовательно решил проблему определения органической эволю-ции в целом, объяснил целесообразность строения живых организмов как результат естественного отбора, а не как их стремление к самосовершенствованию, как говорил Ламарк. Также он показал, что эта целесообразность носит всегда относительный характер, так как любое приспособление оказывается полезным только в конкретных условиях существования. Этим он нанес серьезный удар по идеям телеологизма в естествознании.

Кроме того, Дарвин подчеркивал, что элементарной единицей эволюции является не отдель-ная особь, как у Ламарка, а группа таких особей – вид. Иными словами, под действие естествен-ного отбора могут подпасть как отдельные особи, так и целые группы. Тогда отбор сохраняет признаки и свойства, невыгодные для отдельной особи, но полезные для группы особей или вида в целом. Примером такого приспособления служит жало пчелы – ужалившая пчела оставляет жало в теле врага и погибает, но гибель особи способствует сохранению пчелиной семьи. Такой подход привел к появлению популяционного мышления в биологии, являющегося основой современных представлений об эволюции.

Наряду с несомненными достоинствами в теории Дарвина были и существенные недостатки. Слабое место в теории Дарвина – представления о наследственности, которые подвергались серьезной критике его противниками. Действительно, если эволюция связана со случайным появ-лением изменений и наследственной передачей приобретенных признаков потомству, то каким образом они могут сохраниться и даже усилиться в дальнейшем? Ведь в результате скрещивания особей, обладающих полезными признаками, с другими особями, которые ими не обладают, они передадут эти признаки в ослабленном виде. В конце концов, в течение ряда поколений эти случайно возникшие изменения должны будут ослабнуть, а затем и вовсе исчезнуть. Так, стакан молока растворится в бочке воды почти без следа. Этот вывод был получен с помощью элементар-ных арифметических подсчетов британским инженером и физиком Ф. Дженкиным в 1867 г. Сам Дарвин был вынужден признать эти доводы убедительными, при тогдашних представлениях о наследственности их было невозможно опровергнуть. Вот почему в последние годы жизни он стал все больше подчеркивать воздействие на процесс эволюции направленных изменений, происходя-щих под влиянием определенных факторов внешней среды.

 

 

6.5 Комплекс доказательств теории  эволюции

 

Сведения, подтверждающие дарвиновскую теорию эволюции, были получены из самых разных наук, среди которых важнейшее место занимают палеонтология, биогеография, система-тика, селекция растений и животных, морфология, сравнительная эмбриология и сравнительная биохимия.

Палеонтология – наука, которая занимается изучением ископаемых останков, то есть любых сохранившихся в земной коре следов прежде живших организмов: целых организмов, твердых скелетных структур, окаменелостей, отпечатков.

В XIX веке эти находки были истолкованы с точки зрения теории эволюции. Дело в том, что в самых древних породах встречаются следы очень немногих простых организмов. В молодых породах находят разнообразные организмы, имеющие более сложное строение. Кроме того, достаточно много примеров существования видов лишь на одном из этапов геологической истории Земли, после чего они исчезают. Это понимается как возникновение и вымирание видов с течением времени.

Постепенно ученые стали находить следы все большего количества «недостающих звеньев» в эволюции жизни – либо в виде окаменелостей (например, археоптерикс – переходная форма между рептилией и птицей), либо в виде ныне живущих организмов, близких по своему строению к ископаемым формам (например, латимерия, относящаяся к давно вымершим кистеперым рыбам).

Палеонтологам удалось открыть некоторые закономерности эволюции. В частности, с ростом сложности организма продолжительность существования вида сокращается, а темпы эволюции возрастают. Так, виды птиц в среднем существуют 2 млн лет, млекопитающие – 800 тыс. лет, предки человека – около 200 тыс. лет. Также удалось выяснить, что продолжительность жизни вида зависит от размера его представителей.

 

 

6.6 Синтетическая теория эволюции (СТЭ)

 

Рассматривая основные факторы эволюции, нетрудно убедиться, что первоначальная теория эволюции Дарвина в дальнейшем подверглась значительным уточнениям, дополнениям и исправлениям. Особую роль в становлении новых представлений о развитии сыграла генетика, которая легла в основу неодарвинизма.

Неодарвинизм – теория органической эволюции путем естественного отбора признаков, определяемых генетически. Другое общепринятое название неодарвинизма – синтетическая, или общая, теория эволюции.

Становление синтетической теории эволюции началось с созданной С.С. Четвериковым популяционной генетики. Из работ этого ученого стало ясно, что отбору подвергаются не отдельные признаки или особи, а генотип всей популяции. Отбор генотипов популяции, ведущий к закреплению и распространению полезных изменений, идет через фенотипические признаки отдельных особей. Затем к созданию новой теории подключились около 50 ученых из восьми стран. Их коллективными усилиями и была создана синтетическая теория эволюции.

Она значительно отличается от классического дарвинизма:

• в ней элементарной единицей эволюции считается популяция, а не вид, как у Дарвина, или отдельная особь, как у Ламарка;

• в качестве элементарного проявления эволюции рассматривается устойчивое изменение генотипа популяции;

• она более аргументированно и обоснованно истолковывает факторы и движущие силы эво-люции, выделяя среди них основные и не основные факторы. Во времена Дарвина основными факторами эволюции считались изменчивость, наследственность и борьба за существование. Сейчас основные факторы понимаются по-новому, также к ним относят мутационные процессы, популяционные волны численности и изоляцию.

Структурно СТЭ состоит из двух частей – теорий микро- и макроэволюции. Теория микро-эволюции изучает необратимые преобразования генетико-экологической структуры популяции, которые могут привести к образованию нового вида.

Теория макроэволюции изучает происхождение надвидовых таксонов (семейств, отрядов, классов и т.д.), основные направления и закономерности развития жизни на Земле в целом, включая возникновение жизни и происхождение человека как биологического вида. 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 задним числом. Но макро- и микроэволюция в конечном итоге происходит под воздействием изменений в окружающей среде.

Основные положения СТЭ. Сегодня биологами накоплено достаточно материалов, которые можно систематизировать в виде основных положений СТЭ.

1. Главным движущим фактором эволюции признается естественный отбор как следствие конкурентных отношений, борьбы за существование, особенно острой внутри вида или попу-ляции.

2. Эволюция протекает постепенно, через отбор мелких случайных  мутаций. При этом новые формы могут образовываться через крупные наследственные изменения – сальтации. Но жизне-способность любых новых форм определяется только естественным отбором.

3. Исходным материалом для эволюции  являются мутации разных типов. Сами эволюционные изменения  случайны и не направленны, хотя общий ход эволюции задается исходной структурой популяции и изменениями условий окружающей среды.

4. Макроэволюция, ведущая к образованию надвидовых таксонов, осуществляется через про-цессы микроэволюции и каких-либо особых механизмов возникновения новых форм жизни не имеет.

Элементарная структура эволюции должна быть способной изменяться с течением времени и реально существовать в природных условиях. Этим признакам удовлетворяет популяция.

Популяция – совокупность особей одного вида, занимающих определенную территорию внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолиро-ванных от других подобных групп.

Еще одно требование к популяциям, выступающим в качестве единиц эволюции, – способ-ность трансформироваться в элементарный эволюционный материал. Для этого у всех особей, составляющих популяцию, должны происходить наследственные изменения, затрагивающие биологически важные свойства особей. Часть таких изменений должна участвовать в образовании таксонов низшего ранга. Скрещивающиеся таксоны должны различаться наборами и комбина-циями элементарных единиц наследственной изменчивости.

В свою очередь, элементарным эволюционным явлением считаются наследственные измене-ния популяций, происходящие в результате спонтанных мутаций. Изменения эти тем отчетливее, чем более интенсивно и продолжительно воздействие факторов, их вызывающих. В результате происходит изменение генофонда, или генотипического состава популяций.

Требованиям элементарного эволюционного материала удовлетворяют различного рода мутации. К их числу относят генные, хромосомные и геномные мутации. Чтобы мутации служили материалом для эволюции, необходимы достаточная частота возникновения мутаций, четкость в проявлении биологически значимых мутантных признаков, а также генетические различия между природными таксонами.

Элементарные эволюционные факторы. Не менее важны и так называемые элементарные эволюционные факторы, воздействующие на количественные соотношения генов конкретной по-пуляции. Такого рода факторы должны удовлетворять следующим требованиям:

• быть поставщиком элементарного эволюционного материала, необходимого для изменения генотипического состава популяции;

• делить исходную популяцию на две или несколько, создавая внутри популяционные барьеры;

• вызывать адаптивные изменения.

Первый фактор, удовлетворяющий перечисленным требованиям, это мутационный процесс, одновременно являющийся и поставщиком элементарного эволюционного материала. Но мутация сама по себе неспособна оказывать направляющего воздействия на эволюционный процесс. Для этого нужен второй фактор – популяционные волны, или «волны жизни», – количественные коле-бания в численности популяций под воздействием различных причин, к которым относятся сезон-ная периодика, климатические, природно-катастрофические и другие причины.

Эволюционная роль «волн жизни» проявляется в изменении частоты генов в популяциях, приводящем к снижению наследственной изменчивости. Этот процесс имеет место при резком снижении численности популяции. Американским генетиком С. Райтом он был назван дрейфом генов, а русским генетиком Н.П. Дубининым – генетико-автоматическим процессом. В этом про-цессе увеличивается число близкородственных скрещиваний, что приводит к уменьшению разно-образия генотипов, содержащихся в популяции. Это в свою очередь может привести к изменению направленности и интенсивности действия отбора.

Третий элементарный фактор эволюции – это изоляция. Нарушая свободное скрещивание, изоляция закрепляет возникшие как случайно, так и под действием отбора различия в наборах и численности генотипов в изолированных частях популяции. Различают два типа изоляции:

• территориально-механическую, или пространственно-географическую;

• биологическую, или репродуктивную.

Смысл изоляции первого типа ясен из названия. Биологическая изоляция имеет пять форм:

• этологическая изоляция – различия в поведении особей;

• экологическая изоляция – различия в предпочтении разных мест обитания;

• сезонная изоляция – различия в сроках размножения;

• морфологическая изоляция – различия в размерах, структуре тела и его органов;

• генетическая изоляция – различия наследственного аппарата, приводящие к несовместимости половых клеток.

Общим итогом изоляции является возникновение независимости генофондов двух популяций, которые в итоге могут трансформироваться в самостоятельные виды.

Четвертый элементарный эволюционный фактор – естественный отбор. Его генетическая сущность – дифференцированное неслучайное сохранение в популяции определенных генотипов и их избирательное участие в передаче генов следующим поколениям. Естественный отбор воздействует не на отдельный фенотипический признак и не на отдельный ген. Он работает только на уровне фенотипа, то есть целостной живой системы – организма, сформированного в результате взаимо-действия окружающей среды с генотипом, имеющим определенную норму реакции.

 

 

6.7 Формы естественного отбора

 

В настоящее время известны три формы естественного отбора.

1. Движущий отбор – в этом случае в результате новых мутаций или рекомбинаций уже имеющихся генотипов или изменения условий среды в популяции возникают новые генотипы с селективными свойствами. Тогда может возникнуть новый вектор отбора. Под контролем такого отбора генофонд популяции изменяется как единое целое, то есть отсутствует дивергенция дочерних форм.