Эволюционная теория изучает
ЭВОЛЮЦИОННАЯ ТЕОРИЯ
в б и о л о г и и) – совокупность представлений о механизмах и закономерностях историч. изменений в органич. природе. Осн. стороны жизни образуют структура, функционирование и генезис. В свою очередь генезис может рассматриваться в двух аспектах – историческом (эволюция) и индивидуальном (онтогенез). Эволюция – процесс очень медленный, поэтому для ранних натуралистов он обнаруживался лишь косвенно, по его результатам – как известная последовательность органич. форм, т.н. «лестница существ». Объяснение этой последовательности первоначально не выходило за пределы идей креационизма, хотя отд. аспекты эволюц. подхода можно обнаружить уже на ранних ступенях развития биологии. Как науч. теория эволюц. учение сложилось лишь в 19 В. с утверждением дарвинизма. Становление и развитие Э. т. неотделимо от развития самой биологии, прежде всего от развития системы ее осн. понятий, а также от накопления и систематизации эмпирич. материала. Длит. время единств.
ементом живой природы считался организм, на к-рый только и распространялись эволюц. представления. Накопление данных об организмах способствовало быстрому развитию систематики, что в свою очередь привело к формированию концепции вида как осн. систематич. единицы. Изучение многообразия видов увенчалось представлением о едином родословном, или филетич., дереве органич. мира. Филетич. картина жизни была одним из первых успехов эволюц. идеи в биологии. Если общие контуры филетич. эволюции организмов вырисовывались все более отчетливо, то механизм и движущие силы ее были совершенно не исследованы. Это вызвало появление спекулятивных концепций эволюции, из к-рых наиболее законченной была теория Ламарка. Согласно Ламарку, эволюция организмов представляет собой двуединый процесс: один тип эволюц. изменений обязан действию внутренних (божественных) сил, другой является результатом прямого приспособления к среде, следствием упражнения и неупражнения органов. Обе эти идеи не имели под собой практически никаких фактов, и теория Ламарка не получила поддержки. Но само по себе понимание эволюции как и з м е н е н и я в и д о в приобрело вполне определ. очертания, прокладывая путь дарвинизму. Создавая свою Э. т., Дарвин опирался на обобщение огромного фактич. материала описат. биологии, геологии, палеонтологии, селекции и с. х-ва и исследовал прежде всего процесс изменчивости. Это позволило ему отказаться от ламаркистской идеи прямого приспособления и охарактеризовать движущую силу эволюции как взаимодействие наследственности, изменчивости и отбора.
к. в процессе отбора основным контролирующим фактором является среда, эволюция организмов описывалась Дарвином как результат взаимодействия организма и среды. Эта т. зр. стала ядром материалистич. понимания эволюции как одноврем. проявления внутренних и внешних сил развития. Она рассматривалась основоположниками марксизма как одно из решающих доказательств в обосновании диалектич. характера развития в живой природе. Дарвин воспринял уже твердо вошедшую в биологию концепцию вида и говорил об эволюции как о п р о и с х о ж д е н и и видов: собственно приспособит, изменениях организмов и дивергенции видов. Однако теория происхождения видов, как она была сформулирована Дарвином, лишь указала гл. факторы эволюции и потому давала лишь общее описание процесса эволюции. Интимные стороны этого процесса, прежде всего проблемы наследственности и изменчивости, оставались нераскрытыми. Поэтому в последующем развитии биологии успехи и неудачи в изучении наследственности непосредственно отражались на Э. т. (напр., открытие Де Фризом макромутаций у нек-рых растений привело к убеждению об отсутствии существ, роли отбора; позднее было установлено, что макромутации представляют крайне редкое явление, что изменчивость строится на основе мелких мутаций). Дальнейшее развитие Э. т. связано прежде всего с успехами генетики, осн. шаги к-рой были сделаны со времени переоткрытия знаменитых законов Менделя о расщеплении признаков при скрещивании.
ализ наследственности и изменчивости в совр. генетике существенно расширил базу Э. т. Следующий шаг в развитии представлений о механизмах эволюции связан с переходом к исследованиям (наряду с организмом) видовых популяций и тех процессов, к-рые происходят в рамках вида. Благодаря внутривидовому скрещиванию мутации, возникающие у одних организмов, распространяются в популяции, перекомбинируются и образуют новые сочетания признаков; отбор закрепляет наиболее удачные в данной среде сочетания, и удельный вес соответствующих генов в общем генном фонде вида возрастает; при изменении условий среды благоприятными могут оказаться др. геномы (сочетания наследств, факторов). Такого рода процессы непосредственно участвуют в эволюц. преобразованиях видов. Т.о., генетика показала, что приспособительные эволюц. изменения формируются из неопредел. изменений только в рамках вида. Соответственно этому возникла идея «видоцентризма», согласно к-рой именно вид – осн. единица органич. мира и единица эволюции. Дальнейшее развитие эволюц. представлений привело к созданию т.н. синтетической Э. т. Наследуя идеи классич. дарвинизма, она продолжает занимать место центральной теоретич. конструкции в классич. биологии. Наряду с гл. руслом эволюц. идей в организменной биологии, в к-ром в качестве ведущего фактора признается взаимодействие организма и среды, существовали и существуют иные направления. Одной из таких концепций является витализм, в наст. время отвергнутый подавляющим большинством биологов.
. концепции, сохраняющие нек-рое распространение, можно разделить на две противоположные группы: такие, согласно к-рым эволюция в осн. чертах совершается на основе внутр. закономерности (автогенез, ортогенез, номогенез и т.п.), и такие, согласно к-рым эволюция целиком или в осн. чертах совершается на основе прямого воздействия среды на организм (экзогенез, т.н. теория «ассимиляции внешних условий» и т.п.). Оба эти подхода ведут к ошибкам: автогенетики обычно вынуждены допускать возможность преадаптации, т.е. приспособит. изменений, происходящих до того, как организм попадет в среду, в к-рой эти изменения ему выгодны; экзогенетики же вынуждены приписывать организму некую изначальную способность изменяться адекватно среде. Особое место занимает группа эволюц. представлений, берущих начало от Ламарка и Спенсера. Здесь эволюция рассматривается как двуединый процесс: ее основой считаются неадаптивные изменения (происходящие независимо от среды); на этот осн. тип изменений накладываются адаптации, обусловленные средой. Считается, что адаптивная изменчивость может иметь своей основой механизм отбора, а неадаптивные изменения, идущие в сторону усложнения, обусловлены неисследованными, но вполне материальными силами, напр. связаны с переходом организма из менее вероятного в более вероятное состояние (увеличение энтропии). Эта т. зр. все чаще выдвигается в последнее время, но идея спонтанных неадаптивных изменений, ведущих к усложнению организации, пока мало обоснована.
нек-рой степени это направление близко финалистич. конструкциям, однако свободно от их осн. крайности – идеи «финала» эволюции. Классич. биология может рассматриваться как биология в основном организменного уровня, исследовавшая среди надорганизменных систем только вид. Совр. биология добавила к числу своих объектов как сообщества организмов, так и др. экологич. системы – биогеоценозы и биосферу в целом. Это привело к утверждению идеи многоуровневого строения живой природы. Тем самым была поставлена проблема происхождения и эволюции не только организмов и видов, ной сообществ. экосистем и биосферы в целом. Т.о., эволюц. подход, в полной мере сохраняя свое значение в биологии, требует для своего развития новых масштабов и понятийных форм эволюц. мышления. Это не означает умаления дарвинизма как теории эволюции организмов и видов. Речь идет о поисках специфич. закономерностей, свойственных каждому из экологич. уровней и не сводимых к процессу отбора. Поиски в этой области оказываются тесно сопряженными с развитием исследования объектов как систем. Лит.: Берг Л. С., Номогенез или эволюция на основе закономерностей, П., 1922; Бауэр Э. С., Теоретич. биология, М.–Л., 1935; Ламарк Ж. Б., Философия зоологии, пер. с франц., т. 1–2, М.–Л., 1935–37; Северцов А. Н., Морфологич. закономерности эволюции, М.–Л., 1939; Шмальгаузен И. И., Пути и закономерности эволюц. процесса, М.–Л., 1939; его же, Проблема приспособления у Дарвина и у антидарвинистов, в кн.: Филос.
облемы совр. биологии, М.–Л., 1966; Сукачев В. Н., Идея развития в фитоценологии, «Сов. ботаника», 1942, No 1–3; Симпсон Дж. Г., Темпы и формы эволюции, пер. с англ., М., 1948; Дарвин Ч., Происхождение видов, пер. с англ., М., 1952; Ливанов ?. ?., Пути эволюции животного мира, М., 1955; Завадский К. М., Учение о виде, Л., 1961; Сuеnоt L., Invention et finalit? en biologie, P., 1941; Vandel ?., L´homme et l´?volution, P., 1949; Huxley J., Evolution in action, N. Y., 1953; Веrtalanffy L. von, Problems of life, N. Y., [1961]; Lerner I. M., The genetic basis of selection, N. Y.–L., 1961; Grant V., The origin of adaptations, N. Y.–L., 1963; Stebbins G. L., Variation and evolution in plants, N. Y.–L., 1963; Dobzhansky Th., Genetics and the origin of species, 3 ?d., N. Y.–L.–[a. o., 1964]; Mayr E., Animal species and evolution, Camb. (Mass.), 1965. К. Хайлов. Севастополь.
Источник: Философская Энциклопедия. В 5-х т.
Источник: terme.ru
Теория эволюции занимает особое место в изучении истории жизни. Она стала той объединяющей теорией, которая служит фундаментом для всей биологии. Эволюция подразумевает всеобщее постепенное развитие, упорядоченное и последовательное. Применительно к живым организмам эволюцию можно определить как "развитие сложных организмов из предшествующих более простых организмов с течением времени". Представление об эволюции ведет свое начало не от Дарвина с его книгой "Происхождение видов".
е задолго до Дарвина попытки человека объяснить очевидное разнообразие окружающих его живых организмов парадоксальным образом привлекали его внимание к чертам структурного функционального сходства между ними. Выдвигались различные эволюционные гипотезы, чтобы объяснить это сходство и такие идеи сами "эволюционировали" по мере развития науки со времен Дарвина. История развития эволюционной теории показывает, что концепция непрерывности или постепенного развития более сложных видов из предшествующих более простых форм возникла у ряда философов и естествоиспытателей еще до формального провозглашения в начале XIX в. эволюционных гипотез. Французский биолог Ламарк в 1809 ᴦ. выдвинул гипотезу о механизме эволюции, в базе которой лежали две предпосылки: упражнение и не упражнение частей организма и наследование приобретенных признаков. Изменения среды, по его мнению, могут вести к изменению форм поведения, что вызовет крайне важно сть использовать некоторые органы или структуры по-новому или более интенсивно (или. наоборот, перестать им пользоваться). В случае интенсивного использования эффективность и (или) величина органа будет возрастать, а при не использовании может наступить дегенерация и атрофия. Эти признаки, приобретенные индивидуумом в течении его жизни, согласно Ламарку наследуются, ᴛ.ᴇ. передаются потомкам. Взгляды Ламарка на механизм изменения ни когда не получили никакого признания. При этом Ламарк был прав, подчеркивая роль условий жизни в возникновении фенотипических изменений у данной особи. Его идея непрерывности "зародышевой плазмы" была исторически необходима, для того чтобы стало возможным признание наследования генетических особенностей при половом размножении.
Чарльз Дарвин в 1831 году отправился на корабле "Бигль" в кругосветное путешествие в качестве натуралиста. В результате многочисленных исследований во время путешествия, сопоставляя огромное количество сведений он начал понимать, что в условиях интенсивной конкуренции между членами популяции любые изменения, благоприятные для выживания в данных условиях, повышали бы способность особи размножаться и оставлять плодовитое потомство, а неблагоприятные изменения, очевидно, невыгодны, и у обладающих ими организмов шансы на успешное размножение понижались бы. Эти соображения послужили остовом для теории эволюции путем естественного отбора, сформулированный Дарвином в 1839 ᴦ. В сущности, наибольший вклад Дарвина в науку заключается не в том. что он доказал существование эволюции, а в том, что он объяснил, как она может происходить. Тем временем другой естествоиспытатель Уоллес пришел к тем же выводам о естественном отборе.
В 1858 ᴦ. Уоллес изложил свою теорию на 20 страницах и послалих Дарвину. Это стимулировало и ободрило Дарвина и в июле 1858 ᴦ. Дарвин и Уоллес выступили с докладами о своих идеяхна заседании Линнеевского общества в Лондоне.
В 1859 1. Дарвин опубликовал "Происхождение видов путем естественного отбора". Все 1850 экземпляров книг был проданы в первый день и, говорят, что по своему воздействию на человеческое мышление она уступала только Библии.
Естественный отбор. Согласно Дарвину и Уоллесу, механизмом, с помощью которого из предшествующих видов возникают новые виды, служит естественный отбор.
Наблюдение 1. Особи, входящие в состав популяции, обладают репродуктивным потенциалом;
Наблюдение 2. Число особей в каждой данной популяции примерно постоянно;
Вывод 1. Многим особям не удается выжить и оставить потомство. В популяции происходит борьба за Существование-Наблюдение 3, Во всех популяциях существует изменчивость;
Вывод 2. В "борьбе за существование" те особи, признаки которых наилучшим образом приспособлены к условиям жизни, обладают "репродуктивным преимуществом’ и производят больше потомков, чем менее приспособленные особи. Вывод 2 содержит гипотезу о естественном отборе, которой может служить механизмом эволюции.
Современные представления об эволюции. Теория эволюции, предложенная Дарвиным и Уоллесом была расширена и разработана в свете современных данных генетики, палеонтологии, молекулярной биологии, экологии и этиологии и получила название неодарвинизма. Неодарвинизм можно определить как теорию органической эволюции путем естественного отбора признаков, детерминированных генетически. Термин "эволюция" может означать как сам процесс, так и его результат, естественно разные аспекты неодарвинизма опираются на доказательства разного типа. Для того чтобы признать сформулированную выше неодарвинистскую эволюционную теорию, крайне важно :
1) установить факт изменения форм жизни во времени (эволюция в прошлом);
2) выявить механизм, производящий эволюционные изменения (естественный отбор генов);
3) продемонстрировать эволюцию, происходящую в настоящее время (эволюция в действии).
Свидетельствами эволюции, происходящей в прошлом, служат ископаемые остатки организмов и стратиграфия. Данные о механизме эволюции получают путем экспериментальных исследований и наблюдений, касающихся естественного отбора наследуемых признаков (к примеру, отбора по окраске раковин у Сераса) и механизма этих процессов в наше время даст изучение популяций современных организмов, к примеру, исследования видообразования у серебристой чайки, а также результаты искусственного отбора и генной инженерии, такие как создание новых сортов пшеницы или получение моноклональных антител. Не существует пока твердо установленных законов эволюции: у нас есть лишь хорошо подкрепленные фактическими данными гипотезы, которые в совокупности составляют достаточно обоснованную теорию. Преждевременное принятие современных концепций как неких догматических истин на достигнутом сейчас уровне, равно как и любом уровне научного исследования, может подавить интеллектуальный рост и поиски истины. Некритическое принятие ряда представлений эволюционной теории служит тому примером. Некоторые из событий, приводимых в качестве доказательства эволюционной теории, бывают воспроизведены в лаборатории, однако это не значит, что они действительно имели место в прошлом, они просто свидетельствуют о возможности таких событий. В современных научных дискуссиях об эволюции обсуждается не самый факт ее существования, а то, что она происходит путем естественного отбора случайно возникающих мутаций. Все научные объяснения, гипотезы и теории относительно истории жизни носят предварительный характер и до тех пор пока человек в своих поисках истины сохраняет объективность будут оставаться такими. Поскольку проблема эволюции занимает центральноеместо в изучении биологии, крайне важно указать ее место в общей системе наших знаний о природе.
Фраза Дарвина из книги "Происхождения видов": "Есть некое величие в представлении о том, что жизнь с ее различными проявлениями Творец первоначально вдохнул всего лишь в несколько форм или даже в одну, и в то время, как наша планета продолжает вращаться подчиняясь раз и навсегда установленному закону тяготения, из такого простого начала развивалось и развивается бесконечное число прекраснейших и удивительных форм".
Механизм видообразования. Дарвин в своих исследованиях пришел к выводу о существовании у растений и животных наследственной изменчивости как при искусственном разведении, так и в природных популяциях. Он понимал, что наследственные изменения должны играть важную роль в эволюции, но не мог предложить механизм, который объяснял бы их возникновение при сохранении дискретности признаков. Лишь после того, как были вторично открыты работы Менделя о наследственности и оценено их значение для эволюционной теории, появилась возможность разрешить из этих проблем. Современное объяснение изменчивости живых организмов — это результат синтеза эволюционной теории, основанной на работах Дарвина и Уолесса и теории наследственности, на законах Менделя. Сущность изменчивости, наследственности и эволюции можно теперь объяснить с помощью данных, полученных в одной из областей биологии, известной под названием популяционной генетики. Популяция — это группа организмов, принадлежащих к одному и тому же виду и занимающих обычно четко ограниченную географическую область. Дарвина интересовало каким образом естественный отбор, действуя на уровне отдельного организма, вызывает эволюционное изменение. После вторичного открытия работ Менделя, доказавших корпускулярную природу наследственности, большое внимание при изучении изменчивости, наследственности и эволюционных изменений стали уделять генотипу. Бэтсон, который в 1905 ᴦ. ввел теории "генетика", видел задачу этой науки в "освещении явлений наследственности и изменчивости". Основу современной эволюционной теории, которую называют неодарвинизмом или синтетической теорией эволюции, составляет изучение популяционной генетики.Гены, действуя независимо или совместно с факторами среды, определяют фенотипические признаки организмов и обуславливают изменчивость в популяциях. Фенотипы, приспособленные к условиям данной среды или "экологическим рамкам", сохраняются отбором, тогда как неадаптированные фенотипы подавляются и в конце элиминируются. Естественный отбор, влияя на выживание отдельных особей с данным фенотипом, тем самым определяет судьбу их генотипа.. однако лишь общая генетическая реакция всей популяции определяет выживание данного вида, а также образование новых видов. Только те организмы, которые прежде чем погибнуть, успешно произвели потомство, вносят вклад в будущее своего вида. Для истории данного вида судьба отдельного организма не имеет существенного значения.
Генофонд слагается из всего разнообразия генов и аллелей, имеющихся в популяции, размножающейся половым путем; в каждой данной популяции состав генофонда из поколения в поколение может постоянно изменяться. Новые сочетания генов образуют уникальные генотипы, которые в своем физическом выражении, т. е. в форме фенотипов, подвергаются давлению факторов среды, производящим непрерывный отбор и определяющим, какие гены будут переданы следующему поколению. Популяция, генофонд которой непрерывно изменяется из поколения в поколение претерпевает эволюционное изменение. Статичный генофонд отражает отсутствие генетической изменчивости среди особей данного вида и отсутствие эволюционного изменения. Любой физический признак, к примеру, окраска шерсти у мышей, определяется одним или несколькими генами. Каждый ген может существовать в нескольких различных формах, которые называют аллелями. Число организмов в данной популяции, несущих определенный аллель, определяет частоту данного аллеля (или частота гена). У человека частота доминантного аллеля определяет нормальную пигментацию кожи, волос и глаз, равна 99%. Рецессивный аллель, детерминирующий отсутствие пигментации — так называемый альбинизм — встречается с частотой 1%.
Синтетическая теория эволюции, её основные положения:
– элементарная эволюционная структура – популяция
– элементарный наследственный материал – генофонд популяции
– элементарное явление эволюции – изменение генофонда популяции
– элементарные эволюционные факторы: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естественный отбор; их эволюционное значение
– единственный направляющий фактор эволюции — естественный отбор
Иммунная система. М. Вернет — один из создателей современной теории иммунитета — определяет его как "способность распознавать вторжение чужеродного материала и мобилизовать клетки и образуемые ими вещества на более быстрое и эффективное удаление этого материала".
Антитело — молекула, синтезируемая организмом животного в ответ на присутствие чужеродного вещества, к которому эта молекула обладает высоким сродством. Все антитела — белки, называемые иммуноглобулинами. Молекула иммуноглобулина состоит из двух тяжелых цепей (Н-цепей) с молекулярной массой 50000-60000 и двух легких цепей (L- цепей) с молекулярной массой 23000. В функциональном отношении молекула антитела подразделяется на константные и вариабельные участки, причем последние действуют подобно ключу, которой подходит к определенному замку. Каждый организм способен производить тысячи видов антител различной специфичности, которые могут распознавать всевозможные виды чужеродных веществ.
Чужеродное вещество, вызывающее образование антител, принято называть антителом или иммуногеном. Обычно антиген представляет собой белковую или полисахаридную молекулу, находящуюся на поверхности микроорганизма или в свободном виде. У млекопитающих сформированы две системы иммунитета – клеточный и гуморальный иммунитет. Такое разделение функций иммунной системы связано с существованием двух типов лимфоцитов — Т-клеток и В-клеток. Клетки обоих типов образуются в костном мозге из клеток-предшественников. В формировании иммунологической компетентности Т-клеток решающую роль играет тимус (вилочковая) железа. Что касается В-клеток, то полагают, что аналогичное влияние на их развитие оказывают плацента или костный мозг и печень плода, клетки каждого из этих двух типов обладают колоссальной способностью "узнавать" какой-либо из миллионов существующих антигенов. Реакция антиген-антитело направлена на то, чтобы связать антиген, инактивировать его и предотвратить таким образом его вредное воздействие на организм,
Клеточный иммунитет, при взаимодействии с антигеном Т-лимфоциты, несущие на мембране рецепторы, способные распознавать данный антиген, начинают размножаться и образуют клон таких же Т-клеток. Клетки этого клона вступают в борьбу с несущими антиген микроорганизмами win вызывают отторжение чужеродной ткани. Гуморальный иммунитет. В-лимфоциты распознают антиген таким же образом, как и В-клетки, но реагируют по-иному. Размножаясь при стимуляции, они образуют клон плазменных клеток, которые синтезируют антитела и выделяют их в кровь или тканевую жидкость. Здесь антитела связываются с антигенами на поверхности бактерии и ускоряют их захват фагоцитами или присоединяются к бактериальным токсинам и нейтрализуют их.
Клетки и организмы: биотическая индивидуальность.
Гомеостаз — организм можно определить как физико-химическую систему существования в окружающей среде в стационарном состоянии. Именно эта способность живых систем сохранять стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся среды и обуславливает их выживание. Для обеспечения стационарного состояния у всех организмов — от морфологически самых простых до наиболее сложных — выработались разнообразные анатомические и поведенческие приспособления, служащие одной цели — сохранению постоянства внутренней среды. Впервые мысль о том, что постоянство внутренней среды обеспечивают определенные условия для жизни и размножения организмов, была высказана в 1857 ᴦ. французским физиологом Клодом Бернаром. На протяжении всей его научной деятельности К. Бернара поражала способность организмов регулировать и поддерживать в достаточно узких границах такие физиологические параметры, как температура тела или содержание в нем воды. Эго представление о саморегуляции как базе физиологической стабильности он резюмировал в виде ставшего классическим утверждения: "Постоянство внутренней среды является обязательным условием свободной жизни". К. Бернар постоянно подчеркивал различие между внешней средой, в которой живут организмы и внутренней средой, в которой находятся их отдельные клетки (у млекопитающих это тканевая, или интерстицианальная, жидкость). Он понимал как важно, чтобы внутренняя Среда оставалась неизменной. Так, к примеру, млекопитающие способны поддерживать температуру тела, несмотря на колебания окружающей температуры. В случае если становится чересчур холодно, животное может переместится в более теплое или более защищенное место, а если это невозможно, вступают в действие механизмы саморегуляции, которые повторяют температуру тела и препятствуют теплоотдаче. Адаптивное значение этого состоит по сути в том, что организм как целое функционирует более эффективно, т. к. клетки, из которых он состоит, находятся в оптимальных условиях. Системы саморегуляции действуют не только на уровне организма, но и на уровне клеток. Организм является суммой составляющих его клеток, и оптимальное функционирование организма как целого зависит от оптимального функционирования образующих его частей. В 1932 ᴦ. американский физиолог Уолтер Кеннон ввел термин гомеостаза (homo oios — тот же. stasis — стояние) для определения механизмов, поддерживающих "постоянство внутренней среды", Функция гомеостатических механизмов состоит в том, что они поддерживают стабильность клеточного окружения и тем самым обеспечивают независимость организма от внешней среды — в той мере, в какой чти механизмы эффективны. Независимость от условий окружающей среды является показателем жизненного успеха, и на этом основании млекопитающих следует рассматривать как преуспевающий класс: они способны поддерживать относительно постоянный уровень активности, несмотря на колебания внешних условий. Для того чтобы обеспечить более или менее стабильную активность организма, необходима регуляция на всех уровнях — от молекулярного до популяционного. Это требует использования различных биохимических, физиологических и поведенческих механизмов, наиболее соответствующих уровню сложности и образу жизни данного вида, и во всех этих отношениях млекопитающие, очевидно, лучше вооружены, чем простейшие.
Как показывают исследования, существующие у живых организмов способы регуляции имеют много общих черт с регулирующими устройствами в неживых системах, таких как машины, И в том и в другом случае стабильность достигается благодаря определенной форме управления. Винер в 1948 ᴦ. дал науке об управлении название кибернетика (cybernor — рулевой). Кибернетика занимается в частности, общими закономерностями регулирования в живых и неживых системах. Физиологи, изучающие растения и животных, часто используют точные математические модели теории управления для объяснения механизмов действия биологических регуляторных систем; в связи с этим прежде чем перейти к изучению способов саморегуляции таких параметров, как температура тела, газообмен) концентрации различных веществ в крови и баланс электролитов, следует получить хотя бы общее представление о некоторых положениях теории управления.
Гистология у всех многоклеточных организмов имеются системы клеток, сходных по строению и функциям, иначе говоря ткани. Наука, изучающая ткани, гистология. Ткань можно определить как группу физически объединенных клеток и связанных с ними многоклеточных веществ, специализированную для выполнения определенной функции или нескольких функций. Эта специализация, повышающая эффективность работы всего организма в целом, вместе с тем означает, что совместная деятельность различных тканей должна быть координированной и интегрированной, потому что только таким образом может сохранить свою жизнеспособность. Различные ткани часто объединяются в более крупные функциональные единицы, именуемые органами. Внутренние органы характерны для животных; у растении их практически нет, в случае если только не считать таковыми проводящие пучки, в организме животного органы входят в состав еще более крупных функциональных единиц, которые называют системами, в качестве примера таких систем можно назвать пищеварительную (поджелудочная железа, печень, желудок, двенадцатиперстная кишка и т. д.) или сердечно сосудистую систему (сердце и кровеносные сосуды). Все клетки данной ткани могут принадлежать к одному и тому же типу; из таких одинаковых клеток построены у растений паренхима, колленхима и кора, а у животных — плоский эпителий. В качестве тканей, содержащих клетки разных типов, можно назвать у растений ксилему и флоэму, а у животных рыхлую (ареолярную) соединительную ткань. Обычно клетки одной и той же ткани имеют и общее происхождение. Изучение структуры и функций тканей основывается главным образом на световой микроскопии с использованием различных приемов фиксации материала, его окрашивания и приготовления срезов. При установлении связи между структурой и функцией ткани важно помнить о трехмерности клеточных компонентов и об их связях друг с другом. Информация такого рода собирается "по кусочкам" путем изучения тонких срезов ткани, большей частью поперечных и продольных. Ни те. ни другие в отдельности не способны дать все необходимые сведения, но в сочетании они часто позволяют получить интересующую нас картину. Некоторые клетки, к примеру трахеи и трахеиды. Ксилемы удастся наблюдать в целом виде, предварительно подвергнув растительные ткани мацерации; при этом мягкие ткани разрушаются и остаются более прочные пропитанные лигнином гистологические элементы ксилемы: трахеи, трахеиды и древесинные волокна, Ткани растений можно разделить на две группы исходя из того, входят ли в их состав клетки только одного или нескольких типов. Ткани животных подразделяются на четыре группы: эпителиальная. соединительная, мышечная и нервная.
Фотосинтез — все живое на Земле зависит от фотосинтеза — либо непосредственно, либо, как в случае животных, косвенно. Фотосинтез делает энергию и углерод доступными для живых организмов и обеспечивает выделение кислорода в атмосферу, что крайне важно для всех аэробных форм жизни. А человечество зависит от фотосинтеза еще и потому, что оно использует ископаемое энергетическое топливо, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ образовалось за многие миллионы лет. По одной из последних оценок, годовая фиксация углерода (самого углерода, а не С02) в процессе фотосинтеза составляет 75-10^ кᴦ. Из общего количества солнечной радиации, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ перехватывает наша планета͵ часть поглощается, отражается и рассеивается в атмосфере, и до поверхности Земли доходит лишь около половины. Из этой половины только 25% -лучей имеют длину волны, подходящую для фотосинтеза, и хотя оценки неоднозначны, кажется вероятным, что всего лишь около 0,4% таких лучей используется растениями для чистого прироста биомассы (это примерно 1% той энергии, которая доходит до растений). Именно эта ничтожная доля всей доступной энергии практически и поддерживает жизнь на Земле. Одно из потенциально возможных применений фотосинтеза — это использование его как альтернативного источника энергии вместо истощающихся природных запасов нефти и газа. сейчас делаются попытки смоделировать те первые этапы фотосинтетического процесса у растений, когда за счёт энергии света (солнечного излучения) вода расщепляется на водород и кислород. В случае если бы это удалось, водород можно было бы сжигать как топливо, а продуктам сгорания была бы вода. Такая система могла бы существенно дополнить или даже всецело заменить ядерную и другие формы энергии. Исследование фотосинтеза иметь большое значение и для сельского хозяйства, потому что, судя по приведенным выше цифрам имеются очень большие возможности повысить эффективность сельскохозяйственных культур.
Круговорот веществ в биосфере (азота͵ серы, фосфора и кислорода) связан со сложными пищевыми взаимоотношениями между живыми организмами. Такие связи относятся к области экологии. Ни один круговорот не обходится без бактерий, в связи с этим жизнедеятельность бактерий — непременное условие существования жизни на Земле. Различные способы питания основаны на автотрофном, гетеротрофном, фотосинтетическом или хемосинтетическом способах получения органического вещества. Для продуктивного использования природных материалов человечество должно понимать к какому последствию может привести необдуманное вмешательство в круговорот веществ в биосфере.
Хемосинтез — это когда бактерии используют в качестве источника углерода СО2, но энергию получают не от Солнца, а с помощью химических реакции.
Непрерывность энергии. После создания клеточной теории (Шлейден, Шванн) Рудольф Визров расширил эту теорию провозгласив в 1855 ᴦ. "каждая клетка из клетки". Признание непрерывности живого побудило ученых второй половины XIX века заняться исследованием строения клетки и механизмов клеточного деления. Совершенствование гистологических методов и создание микроскопов с более высокой размещающей способностью позволило выявить строение ядра и в особенности заключенных в нем хромосом как структур, обеспечивающих преемственность между последовательными поколениями клеток. В 1879 ᴦ. Бовери и Флемминг описали происходящие в ядре события, в результате которых образуются две идентичные клетки, а в 1887 ᴦ. Вейсман высказал мысль о том. что при образовании гамет происходит деление иного типа. "Эти два типа деления называют соответственно митозом и мейозом, Происходящие при этом процессы почти идентичны однако они приводят к совершенно разным результатам.
Митоз — такое деление клеточного ядра, при котором образуется два дочерних ядра с наборами хромосом, идентичными наборам родительской клетки. Вслед за ядерным делением обычно сразу же происходит деление цитоплазмы на две равные части, восстановление клеточной (плазматической) мембраны и клеточной стенки (у растений) или одной только клеточной (плазматической) мембраны (у животных) и разделение возникших таким образом двух дочерних клеток. Весь данный процесс и называют клеточным делением. Миотическое деление клеток приводит к увеличению их числа, обеспечивая процессы роста͵ регенерации и замещения клеток у всех высших животных и растений. У одноклеточных организмов митоз служит механизмом бесполого размножения, ведущего к увеличению их численности,
Мейоз — это процесс деления клеточного ядра с образованием четырех дочерних ядер, каждое из которых содержит вдвое меньше хромосом, чем исходное ядро. Его называют также редукционным делением (лат. уменьшение). Число хромосом в клетке уменьшается с диплоидного (2n) до гаплоидного (n). Значение мейоза состоит в том, что он обеспечивает сохранение в ряду поколений постоянного числа хромосом у видов с половым размножением. Мейоз происходит только при образовании гамет у животных и при образовании спор у тех растений, которым свойственно чередование поколений. В результате получаются гаплоидные ядра, слияние которых при оплодотворении ведет к восстановлению диплоидного числа хромосом. Хромосомы играют главную роль в процессе клеточного деления, т.к. они обеспечивают передачу наследственной информация от одного поколения другому и участвуют в регуляции клеточного метаболизма.
Изменчивость и генетика — по праву может считаться одной из самых важных областей биологии. На протяжении тысячелетий человек пользовался генетическими методами для улучшения домашних животных и возделываемых растений, не имея представления о механизмах, лежащих в базе этих методов. судя по разнообразным археологическим данным уже 6000 лет назад люди понимали, что некоторые физические признаки могут передаваться от одного поколения другому. Отбирая определенные организмы из природных популяций и скрещивая их между собой, человек создавал улучшенные сорта растений и природы животных, обладавшие нужными ему свойствами. При этом лишь в начале XX века ученые стали осознавать в полной мере важность законов наследственности и ее механизмов. Хотя успехи микроскопии позволили установить, что наследственные признаки передаются из поколения в поколение через сперматозоиды и яйцеклетки, оставалось неясным, каким образом мельчайшие частицы протоплазмы могут нести в себе "задатки" того огромного множества признаков, из которых слагается каждый отдельный организм. Первый научный шаг вперед в изучении наследственности был сделан австрийским монахом Грегором Менделем, который в 1866 ᴦ. опубликовал статью, заложившую основы современной генетики. Мендель показал, что наследственные задатки не смешиваются” а передаются от родителей потомкам в виде дискретных (обособленных) единил. Эти единицы, представленные у особей парами, остаются дискретными и передаются последующим поколениям в мужских и женских гаметах, каждая их которых содержит по одной единице из каждой пары. В 1909 ᴦ. датский ботаник Иогансен назвал эти единицы генами, а в 1912 ᴦ. американский генетик Морган показал, что они находятся в хромосомах, С тех пор генетика достигла больших успехов в объяснении природы наследственности и на уровне организма, и на уровне гена. Основные положения учения Менделя:
1) каждый признак данного организма контролируется парой аллелей,
2) если организм содержит два различных аллеля для данного признака, то один из них (доминантный) может проявляться, полностью подавляя проявление другого (рецессивного)?
3) при мейозе каждая пара аллелей разделяется (расщепляется) и каждая гамета получает по одному из каждой пары аллелей (принцип расщепления);
4) при образовании мужских и женских гамет в каждую из них может попасть любой аллель из одной пары вместе с любым другим из другой пары (принцип независимого распределения);
5) каждый аллель передастся из поколения в поколение как дискретная не изменяющаяся единица;
6) каждый организм наследует по одному аллелю (для каждого признака) от каждой из родительских особей.
Координация и регуляция у животных. Характерная черта всего живого раздражимость или чувствительность. Всем организмам нужно определить степень внутренней координации и регуляции. Надлежащая взаимосвязь между стимулом и реакцией необходима для поддержания стационарного состояния и выживания. Животные в отличие от растений имеют две различные, но взаимосвязанные, системы координации — нервную и эндокринную. Нервная система действует очень быстро, ее эффекты четко локализированы, а в базе ее деятельности лежит электрическая и химическая передачи. Эндокринная система действует более медленно, ее эффекты носят диффузный характер, а в базе ее действия лежит химическая передача сигнала через систему кровообращения. Как полагают у большинства многоклеточных животных обе системы развивались параллельно.
Нервная система состоит из высокодифференцированных клеток, функция которых состоит по сути в том, чтобы воспринимать сенсорную информацию, кодировать ее в форме электрических импульсов и передавать (нередко на значительные расстояния) другим дифференцированным клеткам, способным отвечать надлежащим образом. У многоклеточных животных вся информация воспринимается видоизмененными нервными клетками, носящими название рецепторов. Воспринимаемая рецепторами информация передается в конце концов эффекторным клеткам и вызывает в них реакцию, определенным образом связанную со стимулом. Связь между рецепторами и эффекторами осуществляют проводящие клетки нервной системы — нейроны. Οʜᴎ являются основными структурными и функциональными элементами нервной системы, и их разветвленные отростки пронизывают весь организм, образуя сложную систему связей. Сложность строения отдельных нейронов и всей нервной системы зависит от филогенетического положения животного и сильно варьирует от примитивной нервной сети кишечнополостных до сложнейшей центральной нервной системы млекопитающих. В случае если в первом случае нервная система выполняет чисто связующую роль, то во втором она обеспечивает также хранение информации) ее извлечение в нужный момент, переработку и интеграцию.
Центральная нервная система (ЦНС) развивается из впячивающейся внутрь складки этодермы ( ), лежащей непосредственно над эмбриональной хордой. При смыкании краев этой складки образуется полая спинная нервная трубка, проходящая по всей дичине тела. В процессе дальнейшего развития нервная трубка дифференцируется, формируя расширенный передави конец — головноймозг, идлинный цилиндрический спинной мозг На всем своем протяжении ЦНС покрыта тремя мозговыми оболочками и заключена в защитную костную капсулу, состоящую из черепа и позвоночника. Снаружи мозг покрыт прочной твердой мозговой оболочкой (dura mater), которая сращена с надкостницей черепа и позвоночника. Непосредственно к ткани мозга прилегает мягкая мозговая оболочка (pia mater). Между твердой и мягкой оболочками находится паутинная оболочка (ага chnoidea), образующая сеть из перекладин соединительной ткани, благодаря которым между мягкой и паутинной оболочками образуется подпаутинное пространство, заполненное спинномозговой (цереброспинальной) жидкостью. Большая часть спинномозговой жидкости содержится в центральном канале спинного мозга, а в головном мозге она заполняет четыре расширенных участка — мозговых желудочка. Спинномозговая жидкость омывает мозг снаружи и изнутри, и с ней соприкасаются кровеносные сосуды, обеспечивающие снабжение нервных тканей питательными веществами и кислородом, удаление продуктов обмена. В крыше мозга находятся передние и задние сосудистые сплетения, клетки которых выделяют спинномозговую жидкость и осуществляют связь между жидкостью, находящейся внутри мозга и снаружи. Объем спинномозговой жидкое та составляет около 100 мл помимо питательной и выделительной функций она выполняет также опорную функцию и защищает нервные клетки от механических ударов о твердую поверхность. Ресничные клетки, выстилающие полость желудочков и центрального канала, поддерживают непрерывную циркуляцию спинномозговой жидкости. В функции ЦНС входят координация, интеграция и регуляция почти всех видов нервной активности. При этом ЦНС работает в тесном контакте с периферической нервной системой Высшие формы нервной деятельности, свойственные высокоорганизованным животным — память и интеллектуальные функции — связаны, возможно, с увеличенными размерами определенных участков головного мозга.
Эффекторы (эндокринная система) — это дифференцированная структура (клетка, ткань, орган или система органов), осуществляющая специфическую реакцию в ответ на стимулы, поступающие из нервной системы. Наиболее распространенными и важными являются те эффекторы, которые участвуют в движении и секреции. Организмы, отвечающие на внешние стимулы двигательной активностью могут исходя из их строения и образа жизни использовать амебоидальное движение или локомоцию с помощью ресничек, жгутиков или мышц. У многоклеточных организмов в реакции на внешние стимулы могут участвовать все виды движения. Это должна быть. к примеру, амебоидальное движение лейкоцитов, проходящих через стенки капилляров к месту инфекции в тканях; усиленное движение ресничек трахеи при инфекции в легких; активация жгутиков у сперматозоидов под влиянием влагалища; рефлекторное сокращение пищевода при поступлении в него пищевого комка. Ответом на другие стимулы, как внешние так и внутренние, является секреция экзокринных или эндокринных желез. В качестве примера реакции со стороны экзокринных желез может служить слезоотделение при попадании в глаз частичек пыли, выделение поджелудочного сока при попадании кислой пищи в двенадцатиперстную кишку или усиленное образование синови
Источник: referatwork.ru
История теории эволюции
Идея о том, что черты передаются от родителей к потомству, существует со времен древнегреческих философов. В середине 1700-х годов Кэрол Линней придумал свою систему таксономического наименования, которая группировалась по видам и подразумевала, что существует эволюционная связь между видами внутри одной группы.
В конце 1700-х годов появились первые теории, которые со временем менялись. Ученые, такие как Граф де Буффон и дедушка Чарльза Дарвина, Эразм Дарвин, предложили идею того, что виды менялись со временем, но ни один человек не мог объяснить, как и почему это происходило. Они также держали свои размышления в секрете, так как их теории были спорными относительно общепринятых религиозных взглядов той эпохи.
Жан Батист Ламарк, ученик графа де Буффона, был первым, кто публично заявил о изменении видов с течением времени. Однако, часть его теория была неверна. Ламарк предложил, что приобретенные черты передаются по наследству. Жорж Кювье смог доказать ошибочность этого утверждение. Он также имел доказательства существования видов, которые эволюционировали и вымерли.
Кювье верил в катастрофизм и считал, что эти изменения и исчезновения в природе происходили внезапно и бурно. Джеймс Хаттон и Чарльз Лайел противопоставляли аргументам Жоржа Кювье идею униформитаризма. Эта теория гласит, что изменения в природе происходят медленно и накапливаются с течением времени.
Дарвин и естественный отбор
Иногда называемый «выживание наиболее приспособленных», «естественный отбор» особенно известен по книге Чарльза Дарвина «Происхождении видов» .
В книге Дарвин предложил, что виды с особенностями, наиболее подходящими для своей среды, живут достаточно долго, чтобы воспроизводить и передавать эти «удачные» черты своим потомкам. Со временем сохраняются только «наиболее приспособленные» черты вида. В конце концов, через определенный период, эти небольшие адаптации могут создавать новые виды.
В то время Чарльз Дарвин не был единственным человеком, который придумал эту идею. Альфред Рассел Уоллес также имел доказательства и пришел к похожим выводам, что и Дарвин. Они даже сотрудничали и представили совместные выводы. Вооруженные свидетельствами со всего мира благодаря многочисленным путешествиям, идеи Дарвина и Уоллеса получили положительные отзывы в научном сообществе. Партнерство закончилось, когда Дарвин опубликовал свою книгу.
Одна очень важная часть теории эволюции посредством естественного отбора — это понимание того, что виды не могут развиваться. Они могут только адаптироваться к окружающей среде. Адаптации складываются с течением времени и, в конечном итоге, приводят к эволюции вида. Это также может привести к появлению новых видов, а иногда и вымиранию более старых.
Доказательства эволюции
Существует множество доказательств, подтверждающих теорию эволюции. Дарвин полагался на подобные анатомии видов, чтобы связать их воедино. У него также были некоторые ископаемые доказательства, которые с течением времени демонстрировали небольшие изменения в строении тела вида, часто приводящие к рудиментарным структурам. Конечно, летопись окаменелостей неполна и имеет «недостающие звенья». С сегодняшними технологиями существует множество других доказательств эволюции. Они включает сходство эмбрионов разных видов, те же последовательности ДНК, что и у всех видов, и понимание того, как мутации ДНК работают в микроэволюции. Еще больше ископаемых доказательств было найдено со времен Дарвина, хотя в летописи окаменелостей все еще много пробелов.
Споры о теории эволюции
Сегодня теория эволюции часто изображается в СМИ как спорный вопрос. Развитие приматов и идея о том, что люди эволюционировали от обезьян, были основной дискуссий между научными и религиозными общинами. Политики и суды решали, нужно ли школам преподавать эволюцию, или же они должны обучать альтернативным точкам зрения, таким как интеллектуальный дизайн и креационизм.
Дело Штата Теннесси против Джона Скоупса, также известное как Обезьяний процесс стало знаменитой судебной битвой за преподавание эволюции в школах. В 1925 году учитель по имени Джон Скоупс был арестован за незаконное обучение эволюции в научном классе Теннесси. Это была первое крупное судебное дело за эволюцию, и оно привлекло внимание к ранее запретной теме.
Теория эволюции в биологии
Теория эволюции часто рассматривается как главная всеобъемлющая тема, которая объединяет все темы биологии. Сюда входят генетика, биология популяций, анатомия и физиология, а также эмбриология. В то время как эта теория сама эволюционировала и расширялась с течением времени, принципы, изложенные Дарвином в 1800-х годах, все еще сохраняются в наши дни.
Источник: natworld.info
ЭВОЛЮЦИОННАЯ ТЕОРИЯ
в б и о л о г и и) – совокупность представлений о механизмах и закономерностях историч. изменений в органич. природе. Осн. стороны жизни образуют структура, функционирование и генезис. В свою очередь генезис может рассматриваться в двух аспектах – историческом (эволюция) и индивидуальном (онтогенез). Эволюция – процесс очень медленный, поэтому для ранних натуралистов он обнаруживался лишь косвенно, по его результатам – как известная последовательность органич. форм, т.н. «лестница существ». Объяснение этой последовательности первоначально не выходило за пределы идей креационизма, хотя отд. аспекты эволюц. подхода можно обнаружить уже на ранних ступенях развития биологии. Как науч. теория эволюц. учение сложилось лишь в 19 В. с утверждением дарвинизма. Становление и развитие Э. т. неотделимо от развития самой биологии, прежде всего от развития системы ее осн. понятий, а также от накопления и систематизации эмпирич. материала. Длит. время единств. элементом живой природы считался организм, на к-рый только и распространялись эволюц. представления. Накопление данных об организмах способствовало быстрому развитию систематики, что в свою очередь привело к формированию концепции вида как осн. систематич. единицы. Изучение многообразия видов увенчалось представлением о едином родословном, или филетич., дереве органич. мира. Филетич. картина жизни была одним из первых успехов эволюц. идеи в биологии. Если общие контуры филетич. эволюции организмов вырисовывались все более отчетливо, то механизм и движущие силы ее были совершенно не исследованы. Это вызвало появление спекулятивных концепций эволюции, из к-рых наиболее законченной была теория Ламарка. Согласно Ламарку, эволюция организмов представляет собой двуединый процесс: один тип эволюц. изменений обязан действию внутренних (божественных) сил, другой является результатом прямого приспособления к среде, следствием упражнения и неупражнения органов. Обе эти идеи не имели под собой практически никаких фактов, и теория Ламарка не получила поддержки. Но само по себе понимание эволюции как и з м е н е н и я в и д о в приобрело вполне определ. очертания, прокладывая путь дарвинизму. Создавая свою Э. т., Дарвин опирался на обобщение огромного фактич. материала описат. биологии, геологии, палеонтологии, селекции и с. х-ва и исследовал прежде всего процесс изменчивости. Это позволило ему отказаться от ламаркистской идеи прямого приспособления и охарактеризовать движущую силу эволюции как взаимодействие наследственности, изменчивости и отбора. Т. к. в процессе отбора основным контролирующим фактором является среда, эволюция организмов описывалась Дарвином как результат взаимодействия организма и среды. Эта т. зр. стала ядром материалистич. понимания эволюции как одноврем. проявления внутренних и внешних сил развития. Она рассматривалась основоположниками марксизма как одно из решающих доказательств в обосновании диалектич. характера развития в живой природе. Дарвин воспринял уже твердо вошедшую в биологию концепцию вида и говорил об эволюции как о п р о и с х о ж д е н и и видов: собственно приспособит, изменениях организмов и дивергенции видов. Однако теория происхождения видов, как она была сформулирована Дарвином, лишь указала гл. факторы эволюции и потому давала лишь общее описание процесса эволюции. Интимные стороны этого процесса, прежде всего проблемы наследственности и изменчивости, оставались нераскрытыми. Поэтому в последующем развитии биологии успехи и неудачи в изучении наследственности непосредственно отражались на Э. т. (напр., открытие Де Фризом макромутаций у нек-рых растений привело к убеждению об отсутствии существ, роли отбора; позднее было установлено, что макромутации представляют крайне редкое явление, что изменчивость строится на основе мелких мутаций). Дальнейшее развитие Э. т. связано прежде всего с успехами генетики, осн. шаги к-рой были сделаны со времени переоткрытия знаменитых законов Менделя о расщеплении признаков при скрещивании. Анализ наследственности и изменчивости в совр. генетике существенно расширил базу Э. т. Следующий шаг в развитии представлений о механизмах эволюции связан с переходом к исследованиям (наряду с организмом) видовых популяций и тех процессов, к-рые происходят в рамках вида. Благодаря внутривидовому скрещиванию мутации, возникающие у одних организмов, распространяются в популяции, перекомбинируются и образуют новые сочетания признаков; отбор закрепляет наиболее удачные в данной среде сочетания, и удельный вес соответствующих генов в общем генном фонде вида возрастает; при изменении условий среды благоприятными могут оказаться др. геномы (сочетания наследств, факторов). Такого рода процессы непосредственно участвуют в эволюц. преобразованиях видов. Т.о., генетика показала, что приспособительные эволюц. изменения формируются из неопредел. изменений только в рамках вида. Соответственно этому возникла идея «видоцентризма», согласно к-рой именно вид – осн. единица органич. мира и единица эволюции. Дальнейшее развитие эволюц. представлений привело к созданию т.н. синтетической Э. т. Наследуя идеи классич. дарвинизма, она продолжает занимать место центральной теоретич. конструкции в классич. биологии. Наряду с гл. руслом эволюц. идей в организменной биологии, в к-ром в качестве ведущего фактора признается взаимодействие организма и среды, существовали и существуют иные направления. Одной из таких концепций является витализм, в наст. время отвергнутый подавляющим большинством биологов. Др. концепции, сохраняющие нек-рое распространение, можно разделить на две противоположные группы: такие, согласно к-рым эволюция в осн. чертах совершается на основе внутр. закономерности (автогенез, ортогенез, номогенез и т.п.), и такие, согласно к-рым эволюция целиком или в осн. чертах совершается на основе прямого воздействия среды на организм (экзогенез, т.н. теория «ассимиляции внешних условий» и т.п.). Оба эти подхода ведут к ошибкам: автогенетики обычно вынуждены допускать возможность преадаптации, т.е. приспособит. изменений, происходящих до того, как организм попадет в среду, в к-рой эти изменения ему выгодны; экзогенетики же вынуждены приписывать организму некую изначальную способность изменяться адекватно среде. Особое место занимает группа эволюц. представлений, берущих начало от Ламарка и Спенсера. Здесь эволюция рассматривается как двуединый процесс: ее основой считаются неадаптивные изменения (происходящие независимо от среды); на этот осн. тип изменений накладываются адаптации, обусловленные средой. Считается, что адаптивная изменчивость может иметь своей основой механизм отбора, а неадаптивные изменения, идущие в сторону усложнения, обусловлены неисследованными, но вполне материальными силами, напр. связаны с переходом организма из менее вероятного в более вероятное состояние (увеличение энтропии). Эта т. зр. все чаще выдвигается в последнее время, но идея спонтанных неадаптивных изменений, ведущих к усложнению организации, пока мало обоснована. До нек-рой степени это направление близко финалистич. конструкциям, однако свободно от их осн. крайности – идеи «финала» эволюции. Классич. биология может рассматриваться как биология в основном организменного уровня, исследовавшая среди надорганизменных систем только вид. Совр. биология добавила к числу своих объектов как сообщества организмов, так и др. экологич. системы – биогеоценозы и биосферу в целом. Это привело к утверждению идеи многоуровневого строения живой природы. Тем самым была поставлена проблема происхождения и эволюции не только организмов и видов, ной сообществ. экосистем и биосферы в целом. Т.о., эволюц. подход, в полной мере сохраняя свое значение в биологии, требует для своего развития новых масштабов и понятийных форм эволюц. мышления. Это не означает умаления дарвинизма как теории эволюции организмов и видов. Речь идет о поисках специфич. закономерностей, свойственных каждому из экологич. уровней и не сводимых к процессу отбора. Поиски в этой области оказываются тесно сопряженными с развитием исследования объектов как систем. Лит.: Берг Л. С., Номогенез или эволюция на основе закономерностей, П., 1922; Бауэр Э. С., Теоретич. биология, М.–Л., 1935; Ламарк Ж. Б., Философия зоологии, пер. с франц., т. 1–2, М.–Л., 1935–37; Северцов А. Н., Морфологич. закономерности эволюции, М.–Л., 1939; Шмальгаузен И. И., Пути и закономерности эволюц. процесса, М.–Л., 1939; его же, Проблема приспособления у Дарвина и у антидарвинистов, в кн.: Филос. проблемы совр. биологии, М.–Л., 1966; Сукачев В. Н., Идея развития в фитоценологии, «Сов. ботаника», 1942, No 1–3; Симпсон Дж. Г., Темпы и формы эволюции, пер. с англ., М., 1948; Дарвин Ч., Происхождение видов, пер. с англ., М., 1952; Ливанов ?. ?., Пути эволюции животного мира, М., 1955; Завадский К. М., Учение о виде, Л., 1961; Сuеnоt L., Invention et finalit? en biologie, P., 1941; Vandel ?., L´homme et l´?volution, P., 1949; Huxley J., Evolution in action, N. Y., 1953; Веrtalanffy L. von, Problems of life, N. Y., [1961]; Lerner I. M., The genetic basis of selection, N. Y.–L., 1961; Grant V., The origin of adaptations, N. Y.–L., 1963; Stebbins G. L., Variation and evolution in plants, N. Y.–L., 1963; Dobzhansky Th., Genetics and the origin of species, 3 ?d., N. Y.–L.–[a. o., 1964]; Mayr E., Animal species and evolution, Camb. (Mass.), 1965. К. Хайлов. Севастополь.
Источник: Философская Энциклопедия. В 5-х т.
Источник: terme.ru
Прежде чем приступить к обсуждению эволюции, едва ли не самого важного понятия в науках о жизни, мне хотелось бы напомнить вам одну мысль, высказанную во Введении. Слово «теория» в научном понимании не обязательно подразумевает отсутствие уверенности в рассматриваемых представлениях. Вопреки обычаям и исторически сложившемуся значению этого слова, многие теории (включая теорию относительности) на самом деле относятся к наиболее широко признанным составляющим научного мировоззрения.
В настоящее время реальность эволюции уже не подвергает сомнению никто из серьезных ученых, хотя существует несколько конкурирующих теорий, каждая из которых предлагает свой вариант развития событий. В этом отношении эволюция аналогична гравитации. Существует несколько теорий гравитации — закон всемирного тяготения Ньютона, общая теория относительности и, в один прекрасный день, возможно, появится универсальная теория. Однако существует факт тяготения — если вы уроните любой предмет, он упадет. Подобно этому существует факт эволюции, несмотря на то, что споры ученых по частным вопросам теории продолжаются.
Если обсуждать историю жизни на Земле, то следует рассмотреть две стадии, на каждой из которых события были обусловлены двумя разными принципами. На первой стадии процессы химической эволюции на древнейшей Земле привели к образованию первой живой клетки из неорганических материалов. На второй стадии потомки этой живой клетки развивались в разных направлениях, порождая многообразие жизни на планете, которое мы наблюдаем сегодня. На этой стадии развитие определял принцип естественного отбора.
Химическая эволюция
Человеческая мысль лишь сравнительно недавно обогатилась представлением о том, что мы можем понять процесс организации неживых материалов, в результате которого образуются простые живые системы. Важной вехой на пути к этому представлению был поставленный в 1953 году эксперимент Миллера—Юри, впервые показавший возможность возникновения основных биологических молекул в результате самых обычных химических реакций. С тех пор ученые предложили много других путей, по которым могла идти химическая эволюция. Некоторые из этих идей перечислены ниже, но важно помнить, что до сих пор нет единого мнения о том, какой из этих путей может быть верным. Одно мы знаем точно: что один из этих процессов или другой процесс, до которого еще никто не додумался, привел к возникновению первой живой клетки на планете (если только жизнь не возникла в другом месте — представление о панспермии обсуждается в главе Кислоты и основания).
Первичный бульон. В результате процессов, воспроизведенных в эксперименте Миллера—Юри, в атмосфере образовались молекулы, упавшие с дождем в океан. Здесь (или, возможно, в водоеме, образованном приливом) неизвестный пока процесс привел к организации этих молекул, породивших первую клетку.
Первичное нефтяное пятно. Процессы Миллера—Юри могут давать начало липидам, молекулы которых спонтанно образуют маленькие сферы (вы часто видите такие каплевидные образования на поверхности супа). В каждой сфере собрано случайное число молекул. Один из миллионов пузырьков на поверхности океана мог содержать правильный набор молекул с точки зрения энергии и материалов, и мог поделиться пополам. Такой могла бы быть первая клетка.
Мир РНК. Одна из проблем эволюционной теории связана развитием системы кодирования, основанной на использовании молекул РНК (см. также Центральная догма молекулярной биологии). Проблема в том, что белки закодированы на ДНК, но для того чтобы прочесть записанный ДНК код, нужна активность белков. Недавно ученые открыли, что РНК, которая в настоящее время участвует в преобразовании записанного на ДНК кода в белки, может также выполнять одну из функций белков в живых системах. Похоже, что образование молекул РНК было важнейшим событием в развитии жизни на земле.
Океанический путь. В условиях огромного давления, господствующего на дне океана, химические соединения и химические процессы могут быть совсем не такими, как на поверхности. Ученые изучают химизм этой среды, который, возможно, мог способствовать развитию жизни. Если ответ на этот вопрос будет положительным, то жизнь могла зародиться на дне океана и позднее мигрировать на сушу.
Автокаталитические комплексы. Эта концепция ведет начало от теории сложных саморегулирующихся систем. Согласно этому предположению, что химизм жизни не развивался ступенчато, а возник на стадии первичного бульона.
Глиняный мир. Первой моделью жизни могли быть не химические реакции, а статические электрические заряды на поверхности глины, покрывающей океанское дно. По этой схеме сборка сложных молекул жизни происходила не в результате случайных комбинаций, а благодаря электронам на поверхности глины, удерживающим небольшие молекулы вместе во время их сборки в более крупные молекулы.
Как вы видите, в идеях о способах развития жизни из неорганических материалов недостатка нет. Однако до конца 1990-х годов происхождение жизни не являлось приоритетной областью науки, никто особенно не стремился разобраться с этими теориями. В 1997 году НАСА включила исследования происхождения жизни в список своих основных задач. Я надеюсь, что уже вскоре ученые смогут создать в своих лабораториях простые организмы, похожие на те, которые могли существовать на нашей планете 4 миллиарда лет назад.
Естественный отбор
После появления на планете первого способного к воспроизведению живого организма жизнь «переключила скорость», и дальнейшие изменения направлял естественный отбор. Большинство людей, используя термин «эволюция», подразумевают именно естественный отбор. Представление о естественном отборе ввел английский натуралист Чарльз Дарвин, опубликовавший в 1859 году свой монументальный труд О происхождении видов путем естественного отбора или сохранении благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь. Идея естественного отбора, к которой независимо от Дарвина пришел Алфред Рассел Уоллес (Alfred Russel Wallace, 1823–1913), основана на двух положениях: 1) представители любого вида в чем-то различаются между собой, и 2) всегда существует конкуренция за ресурсы. Первый из этих постулатов очевиден для каждого, кто наблюдал за любой популяцией (включая популяцию людей). Некоторые представители крупнее, другие быстрее бегают, окраска третьих позволяет им оставаться незаметными на фоне среды обитания. Второй постулат отражает прискорбный факт из жизни мира природы — рождается значительно больше организмов, чем выживает, и таким образом, происходит постоянная конкуренция за ресурсы.
Вместе эти постулаты приводят к интересному выводу. Если некоторые особи обладают особенностью, позволяющей им успешней конкурировать в условиях определенной среды — например, развитая мускулатура хищников позволяет им успешнее охотиться — то для них увеличиваются шансы дожить до взрослого состояния и оставить потомство. И их потомство, вероятно, унаследует эту особенность. Пользуясь современной терминологией, мы скажем, что особи с высокой вероятностью передадут потомству гены, отвечающие за быстрый бег. С другой стороны, для плохих бегунов вероятность выжить и оставить потомство ниже, поэтому их гены могут и не перейти к следующему поколению. Поэтому в поколении «детей» особей с «быстрыми» генами будет больше, чем в поколении «родителей», а в поколении «внуков» — еще больше. Таким образом признак, повышающий вероятность выживания, в конце концов распространится по всей популяции.
Этот процесс Дарвин и Уоллес назвали естественным отбором. Дарвин находил в нем сходство с искусственным отбором. Люди используют искусственный отбор для того чтобы выводить растения и животных, обладающих желаемыми признаками, отбирая для этого половозрелые особи и допуская только их до скрещивания. Если люди могут делать это, рассуждал Дарвин, то почему не может природа? Для возникновения разнообразия видов, которое мы наблюдаем на планете сегодня, более чем достаточно улучшенной выживаемости особей с адаптивными признаками в последовательных поколениях и на протяжении длительного периода времени.
Дарвин, сторонник доктрины униформизма, понимал, что образование новых видов должно происходить постепенно — различия между двумя популяциями должны усиливаться все больше и больше, до тех пор, пока скрещивание между ними не окажется невозможным. Позднее ученые обратили внимание на то, что эта закономерность не всегда соблюдается. Вместо этого вид в течение длительного времени остается неизменным, затем внезапно меняется — этот процесс называется перемежающимся равновесием. Действительно, изучая ископаемых, мы видим оба варианта видообразования, что не кажется странным с высоты современных представлений о генетике. Теперь нам понятна основа первого их двух перечисленных постулатов: на ДНК различных особей записаны различные версии одного и того же гена. Изменение ДНК может иметь совершенно разные последствия: от полного отсутствия эффекта (если изменение затрагивает участок ДНК, не используемый организмом) до громадного эффекта (если изменится ген, кодирующий ключевой белок). После того как ген изменится, что может сказаться постепенно или немедленно, действие естественного отбора будет направлено либо на то, чтобы распространить этот ген во всей популяции (если изменение полезное), либо на то, чтобы уничтожить его (если изменение вредное). Другими словами, скорость изменения зависит от генов, но когда такое изменение уже произошло, именно естественный отбор определяет направление изменений в популяции.
Как любая научная теория, теория эволюция должна была получить подтверждение в жизни. Имеются три крупных класса наблюдений, подтверждающих эту теорию.
Ископаемые свидетельства
После гибели растения или животного останки обычно рассредоточиваются в окружающей среде. Но иногда некоторые из них могут погрузиться в почву, например, в ил при наводнении, и оказаться недоступными для разложения. Со временем, по мере того как ил будет превращаться в горную породу (см. Цикл преобразования горной породы) медленные химические процессы приведут к замещению кальция в скелете или других твердых частях тела минеральными веществами, содержащимися в окружающей породе. (В редких случаях условия оказываются такими, что могут сохраниться и более мягкие структуры, например, кожа или перья). В конце концов этот процесс завершится образованием идеального отпечатка оригинальной части тела в камне — окаменелости. Все обнаруженные окаменелости вместе называют ископаемыми свидетельствами.
Возраст ископаемых составляет приблизительно 3,5 миллиарда лет — столько лет отпечаткам, найденным в бывших отложениях тины на древних австралийских скалах. Они рассказывают увлекательную историю о постепенном усложнении и расширении многообразия, которое привело к огромному разнообразию жизненных форм, населяющих сегодня Землю. Большую часть прошлого жизнь была относительно простой, представленной одноклеточными организмами. Приблизительно 800 миллионов лет назад начали появляться многоклеточные жизненные формы. Поскольку их тело было мягким (вспомните медузу), от них почти не осталось отпечатков, и лишь несколько десятилетий назад ученые убедились в том, что они жили в ту эпоху, на основании оставленных в осадочных отложениях отпечатков. Приблизительно 550 миллионов лет назад появились твердые покровы и скелеты, и именно с этого момента появляются настоящие ископаемые. Рыбы — первые позвоночные животные, появились около 300 миллионов лет назад, динозавры начали вымирать приблизительно 65 миллионов лет назад (см. Массовые вымирания), и 4 миллиона лет назад в Африке появились ископаемые люди. Обо всех этих событиях можно прочитать в Летописи ископаемых.
Биохимические свидетельства
У всех живых организмов на нашей планете одинаковый генетический код — мы все не более чем набор различной информации, записанной универсальным языком ДНК. Тогда можно ожидать, что если жизнь развивалась по описанному выше сценарию, то у современных живых организмов степень совпадения последовательностей ДНК должна быть различной, в зависимости от того, насколько давно жил их общий предок. Например, у человека и шимпанзе одинаковых последовательностей ДНК должно быть больше, чем у человека и рыбы, поскольку общий предок человека и шимпанзе жил 8 миллионов лет назад, а общий предок человека и рыбы — сотни миллионов лет назад. Действительно, анализируя ДНК живых организмов, мы находим подтверждения этого предположения: чем дальше друг от друга на эволюционном дереве находятся два организма, тем меньше сходства обнаруживается в их ДНК. И это вполне понятно, поскольку чем больше прошло времени, тем больше накопилось у них различий.
Использование анализа ДНК для того, чтобы открыть наши глаза на наше эволюционное прошлое, иногда называют молекулярными часами. Это убедительнейшее доказательство теории эволюции. ДНК человека ближе к ДНК шимпанзе, чем к ДНК рыбы. Могло бы оказаться совсем наоборот, но не случилось. На языке философии науки, этот факт показывает, что теория эволюция опровергаема — можно представить себе исход, который указывал бы на ложность этой теории. Таким образом, эволюция не является так называемым креационистским учением, как бы основанным на библейской Книге бытия, поскольку нет таких наблюдений или экспериментов, которые могли бы осязаемо убедить креационистов в том, что их учение ложно.
Несовершенство замысла
Хотя несовершенство замысла как таковое не является доводом в пользу эволюции, оно совершенно согласуется с картиной жизни, предложенной Дарвином, и противоречит представлению о том, что живые существа были созданы, уже имея особое предназначение в жизни. Дело в том, что для того чтобы передать гены следующему поколению, организму нужно быть не совершенным, а всего лишь настолько хорошим, чтобы успешно противостоять врагам. Следовательно, каждая ступень на эволюционной лестнице должна быть пристроена к предыдущей, и характеристики, которые могли быть благоприятствующими на одной из стадии, будут «заморожены» и сохранятся даже после того, как появятся более подходящие варианты.
Инженеры называют эту особенность QWERTY-эффектом (QWERTY — последовательность букв верхнем ряду почти всех современных клавиатур). Когда проектировали первые клавиатуры, основная цель заключалась в том, чтобы снизить скорость печати и не допустить зажимания клавиш механических пишущих машинок. Такая конструкция клавиатуры сохранилась до сих пор, несмотря на возможность использования производительных клавиатур.
Подобно этому особенности строения «закрепляются» на ранних стадиях эволюции и сохраняются в прежнем виде, несмотря на то, что любой современный студент-технарь справился бы с этой задачей лучше. Вот несколько примеров.
Глаз человека устроен так, что падающий свет превращается в нервные импульсы перед сетчаткой, хотя по такой схеме в глаз попадает не весь падающий свет.
Зеленый цвет листьев растений означает, что они отражают часть падающего на них света. Любому инженеру известно, что приемник солнечной энергии должен быть черного цвета.
В глубоких подземных пещерах обитают змеи, у которых глазницы находятся под кожей. Это имеет смысл, если предки этих змей жили на поверхности и нуждались в глазах, но лишено смысла для животных, созданных для подземной жизни.
В туловище китов есть маленькие кости задних конечностей. Сегодня эти кости абсолютно бесполезны, но их происхождение понятно, если предки китов когда-то жили на суше.
Неизвестно, какую функцию выполняет аппендикс у человека, хотя у некоторых травоядных животных аппендикс участвует в переваривании травы.
Эти свидетельства дополняют друг друга и настолько грандиозны, что не только давно убедили серьезных ученых в справедливости эволюционной теории Дарвина, но и являются стержнем любых разъяснений, касающихся функционирования живых систем на нашей планете.
Источник: elementy.ru
