Эволюция в биологии

Введение.

Понятие эволюции употребляется  в разных смыслах, но большей частью отождествляется с развитием. Впервые данный термин прозвучал в работах эмбриолога Ш.Бонне в 1762 году, то есть в рамках биологии. Однако в ходе накопления научных знаний, термином «эволюция» обогащается широкий круг отраслей знаний. Часто используются термины геологической эволюции, эволюции технических устройстви т.п., и конечно же эволюции живой природы. Во всех этих случаях под эволюцией подразумевался процесс длительных, постепенных, медленных изменений, которые в конечном итоге приводят к изменениям коренным, качественным, завершающимся возникновением новых материальных систем, структур, форм и видов. Именно такой смысл придается понятию эволюции в современной биологической науке, в ее гипотезах и теориях. Однако же, биологическая эволюция имеет существенное отличие от всех прочих. В ее основе находятся уникальные процессы самовоспроизведения макромолекул, имеющие широкие возможности преобразований в ряду поколений (Яблоков, 2006) .

Эволюция в биологии – необратимое, в некоторой степени направленное историческое развитие живой природы. Можно рассматривать эволюцию всей биосферы и отдельных сообществ, состоящих из животных, растений и микроорганизмов, эволюцию отдельных систематических групп и даже частей организмов - органов (например, развитие однопалой конечности лошади), тканей (например, мышечной, нервной), функций (дыхания, пищеварения) и даже отдельных белков (например, гемоглобина). Но в строгом смысле слова эволюционировать могут только организмы, совместно образующие популяции отдельных видов (Тимофеев-Ресовский, 1977) .

Эволюцию раньше часто  противопоставляли революции - быстрым  и значительным по масштабу изменениям. Но теперь стало ясно, что процесс  развития живой природы слагается из изменений как постепенных, так и резких; как быстрых, так и длящихся миллионы лет.

Характерные черты биологической эволюции.

Одной из основных черт биологической  эволюции является преемственность. С момента возникновения жизни новое возникает в живой природе не на пустом месте, не из ничего, а из старого. Нас и первые примитивные микроорганизмы, возникшие около 4 млрд. лет назад, связывает непрерывная цепочка поколений.

Вторая особенность - возникновение  в эволюционном процессе целесообразности. Все организмы, населяющие Землю, приспособлены  к условиям, в которых они существуют. Все структуры их тел таковы, что  они обеспечивают существование  организма и воспроизводство  потомства, чтобы продлить еще на одно звено цепочку поколений  в будущее. Микроорганизмы могут, например, жить в кипящих вулканических  источниках, в растворе серной кислоты  и нефти, есть водоросли и насекомые, встречающиеся на снегу и поверхности  ледников, крот так же хорошо приспособлен к жизни под землей, как стриж  и ласточка - к быстрому полету.

Не менее характерная  черта эволюции - усложнение и совершенствование  структур организмов от одной геологической  эпохи к другой. Первое время на Земле существовали только микроорганизмы, затем появились одноклеточные - простейшие, потом многоклеточные беспозвоночные животные. За "веком рыб" наступил "век земноводных", потом "век  пресмыкающихся", в основном динозавров, и, наконец, "век млекопитающих  и птиц". Последние тысячелетия  главенствующее место в биосфере стал завоевывать человек.

Концепция эволюции в биологии.

Эволюция нам  уже не представляется чем-то удивительным. Но так было далеко не всегда. Хотя еще  древнегреческий мудрец Гераклит сказал: "Все течет", для людей средних  веков, да и более близких к  нашему времени живая природа  казалась чем-то застывшим, неподвижным, раз и навсегда созданным господом богом в дни творения. Одиночки-бунтари подвергались гонениям, да и почти никого не убеждали. Тогда сильным доводом против эволюции казался, например, обнаруженный зоологами факт: кошки, мумии которых находились в египетских гробницах, ничем не отличались от современных. Так, ребенок, одну минуту глядящий на часы, утверждает, что часовая стрелка неподвижна. Ведь те немногие тысячи лет, отделяющие нас от строителей пирамид, в эволюции кошек не более чем одна секунда.

Не убеждали никого и остатки ископаемых животных, уже  не существующих на Земле. В лучшем случае вполне серьезные ученые полагали, что мамонтов библейский Ной не взял в свой ковчег по недостатку места. Поэтому и был распространен  термин "допотопные животные". Можно  было чисто теоретически рассуждать о возможном изменении животных и растений из поколения в поколение. Но каковы механизмы этих изменений? В чем суть движущих сил эволюции? Этого никто не знал.

Французский натуралист Ж. Б. Ламарк в 1809 г. впервые изложил  обстоятельно первую целостную эволюционную концепцию в труде "Философия  зоологии". Однако он объяснил природу  эволюции и ее движущие силы неудовлетворительно  даже для того времени, и успеха его  концепция (ламаркизм) не имела. Правда, в том или ином виде представления  ламаркизма об эволюции то и дело всплывают, хотя настоящие ученые не принимают  их всерьез.

Со времени Ламарка  биология накопила огромное количество новых фактов, которые подтверждают существование эволюционного процесса. В 1859 г. английский натуралист Ч. Дарвин сформулировал первую научную теорию эволюции. Учение об эволюции продолжало развиваться. Разгадка законов наследственности и изменчивости и сочетание их с дарвинизмом дали современную  теорию эволюции (Филиппченко, 1977).

 Чарльз Дарвин  — основоположник теории эволюции.

Идеи о постепенном  и непрерывном изменении всех видов растений и животных высказывались  задолго до Ч. Дарвина многими  учеными. Наиболее интересными представляются взгляды Ж.Б. Ламарка, который считал, что эволюция живых организмов происходит под направляющим влиянием условий  окружающей среды. Именно под воздействием этой среды организмы приобретают  благоприятные для жизни свойства, которые затем передаются по наследству. Таким образом, по мнению Ж. Б. Ламарка, все приобретенные живыми организмами благоприятные признаки и свойства оказываются наследственными и поэтому определяют ход дальнейшей эволюции.

Хотя дарвиновская концепция  эволюции и признает существование  такой групповой изменчивости, которую  организмы приобретают под действием  определенного фактора внешней  среды, но считает, что только случайные  индивидуальные изменения, оказавшиеся  полезными, могут передаваться по наследству и тем самым влиять на процесс  дальнейшей эволюции.

Опираясь на огромный фактический  материал и практику селекционной работы по выведению новых сортов растений и пород животных, Ч. Дарвин сформулировал  основные принципы своей эволюционной теории.

Первый принцип постулирует, что изменчивость является неотъемлемым свойством живого.

В природе нельзя обнаружить два совершенно одинаковых, тождественных  организма. Чем тщательнее и глубже мы изучаем природу, тем больше убеждаемся во всеобщем, универсальном характере  принципа изменчивости. При поверхностном  взгляде может, например, показаться, что все деревья в сосновом бору одинаковые, но более, внимательное изучение может выявить некоторые  различия между ними. Одна сосна  дает более крупные семена, другая — в состоянии лучше переносить засуху, третья — обладает повышенным содержанием хлорофилла в иголках  и т. д. При обычных условиях эти различия не оказывают заметного влияния на развитие деревьев. Но в крайне неблагоприятных условиях, указывает Алексей Владимирович Яблоков ,каждое такое мельчайшее отличие способно стать именно тем решающим изменением, которое и определит, останется ли этот организм в живых или будет уничтожен.

Ч. Дарвин различает два  типа изменчивости. К первому, который  называется "индивидуальной" или "неопределенной" изменчивостью, он относит ту, которая передается по наследству. Второй тип он характеризует  как "определенную" или "групповую" изменчивость, поскольку ей подвержены те группы организмов, которые оказываются  под воздействием определенного  фактора внешней среды. В дальнейшем "неопределенные" изменения обычно стали называть мутациями, а "определенные"—  модификациями.

Второй принцип теории Дарвина заключается в раскрытии  внутреннего противоречия в развитии живой природы. Оно состоит в  том, что, с одной стороны, все  виды организмов имеют тенденцию  к размножению в геометрической прогрессии, а с другой — выживает и достигает зрелости лишь небольшая  часть потомства.

Достаточно отметить, что  многие растения дают десятки и сотни  тысяч семян, а рыбы выметывают от нескольких сот до миллионов икринок. В этих условиях как раз и развертывается борьба за выживание, которую чаще всего  называют борьбой за существование. Однако, как подчеркивает Ч. Дарвин, "борьба за существование" представляет собой метафорическое выражение, с  помощью которого характеризуются  различные отношения между организмами, начиная от сотрудничества внутри вида против неблагоприятных условий  окружающей среды и кончая конкуренцией между организмами в добывании  пищи, занятии лучшего места обитания, лидерстве в группе и т. п. В  связи с этим часто различают  внутривидовую и межвидовую борьбу.

Третий принцип обычно называют принципом естественного  отбора, который играет фундаментальную роль в теории эволюции не только Дарвина, но и всех теорий, появившихся позднее.

С его помощью удалось  удовлетворительно объяснить, почему из громадного потомства живых организмов выживают и достигают зрелости лишь небольшое количество особей. Дарвин выдвинул гипотезу весьма общего характера, согласно которой в природе существует особый механизм отбора, который приводит к избирательному уничтожению организмов, оказавшихся неприспособленными к  существующим или изменившимся условиям окружающей среды. Эти результаты, указывает  Дарвин, естьследствия одного общего закона, обусловливающего прогресс всех органических существ, именно — размножения, изменения, выживания наиболее сильных  и гибель наиболее слабых.

Разрабатывая учение о  естественном отборе, он обращает внимание на такие его характерные особенности, как постепенность и медленность  процесса изменений и способность  суммировать эти изменения в  крупные, решающие, которые в конечном итоге приводят к формированию новых  видов. Ч. Дарвин писал:Выражаясь метафорически, можно сказать, что естественный отбор ежедневно и ежечасно расследует по всему свету мельчайшие изменения, отбрасывая дурные, сохраняя и слагая хорошие, работая неслышно и невидимо, где бы и когда бы ни представился к тому случай, над усовершенствованием  каждого органического существа в связи с условиями его  жизни, органическими и неорганическими.

Самым слабым местом в учении Ч. Дарвина были представления о  наследственности, которые подверглись  серьезной критике его противниками. Действительно, если эволюция связана  со случайным появлением полезных изменений  и наследственной передачей приобретенных  признаков потомству, то каким образом  они могут сохраняться и даже усиливаться в дальнейшем? Ведь в  результате скрещивания особей с  полезными признаками с другими  особями, которые ими не обладают, они передадут эти признаки потомству в ослабленном виде. В конце концов в течение ряда поколений случайно возникшие полезные изменения должны постепенно ослабнуть, а затем и вовсе исчезнуть. Сам Ч. Дарвин вынужден был признать эти доводы весьма убедительными, при тогдашних представлениях о наследственности их невозможно было опровергнуть. Вот почему в последние годы жизни он стал все больше подчеркивать воздействие на процесс эволюции направленных изменений, происходящих под влиянием определенных факторов внешней среды. Нетрудно понять, что такое изменение взглядов означает, по сути дела, переход на позиции Ж.Б. Ламарка, согласно которой эволюция происходит под управляющим воздействием внешней среды, которая заставляет организмы изменяться в определенном направлении. В связи с этим исчезает необходимость в устранении неприспособленных особей, а тем самым и основного принципа дарвиновской теории эволюции — естественного отбора. Между тем реальные факты свидетельствовали, что такой отбор происходит повсеместно, но сам принцип отбора был обоснован недостаточно убедительно прежде всего относительно передачи наследственных признаков. В дальнейшем были выявлены и некоторые другие недостатки теории Дарвина, касающиеся основных причин и факторов органической эволюции. Эта теория нуждалась в дальнейшей разработке и обосновании с учетом последующих достижений всех биологических дисциплин.

Изменения, привнесенные в эволюционную теорию после Дарвина.

Современная теория органической эволюции отличается от дарвиновской по ряду важнейших пунктов:

• она ясно выделяет элементарную структуру, с которой начинается эволюция. В настоящее время такой  структурой считается популяция, а  не отдельная особь или вид, который  включает в свой состав несколько  популяций;

• в качестве элементарного  явления или процесса эволюции современная  теория рассматривает устойчивое изменение  генотипа популяции;

• она шире и глубже истолковывает  факторы и движущие силы эволюции, выделяя среди них факторы  основные и неосновные. Ч. Дарвин и  последующие теоретики к основным факторам эволюции относили изменчивость, наследственность и борьбу за существование. В настоящее время к ним  добавляют множество других дополнительных, неосновных факторов, которые тем  не менее оказывают влияние на эволюционный процесс. Сами основные факторы  теперь понимаются по-новому и соответственно этому к ведущим факторам относят  сейчас мутационные процессы, популяционные  волны численности и изоляцию. Прежде чем перейти к их характеристике, заметим, что трудности, с которыми встретился Ч. Дарвин при объяснении наследственной передачи полезных признаков  потомству, легко преодолеваются уже  с помощью тех законов наследственности, которые установил австрийский  ученый Грегор Мендель (1822—1884). Действительно, один из его законов утверждает, что отдельные наследственные признаки родителей при скрещивании не сливаются, а передаются потомству  в первоначальном виде. Поэтому никакого "растворения" наследственного  вещества, о котором говорили критики  Ч. Дарвина, на самом деле не происходит. Дальнейшее развитие эти идеи получили при истолковании процессов изменения  и наследственности в современной  теории эволюции.