Доклад: Эволюция
Эволюция
Теории возникновения жизни
Теории, касающиеся происхождения Земли, да и всей Вселенной, разнообразны и
далеко не достоверны. Согласно теории стационарного состояния, Вселенная
существовала извечно. Согласно другим гипотезам, Вселенная могла возникнуть
из сгустка нейтронов в результате «Большого взрыва», родилась в одной из
черных дыр или же была создана Творцом. Вопреки бытующим представлениям,
наука не в состоянии опровергнуть идею о божественном сотворении первозданной
Вселенной, так же как теологические взгляды не обязательно отвергают
возможность того, что жизнь в процессе своего развития приобрела черты,
объяснимые на основе законов природы.
Среди главных теорий возникновения жизни на Земле следует упомянуть следующие:
1) жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время
(креационизм);
2) жизнь возникла неоднократно из неживого вещества (самопроизвольное
зарождение);
3) жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния);
4) жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия);
5) жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и
физическим законам (биохимическая эволюция)
1. Креационизм
Согласно этой теории, жизнь возникла в результате какого-то
сверхъестественного события в прошлом; ее придерживаются последователи почти
всех наиболее распространенных религиозных учений.
Процесс божественного сотворения мира мыслится как имевший место лишь
единожды и поэтому недоступный для наблюдения; этого достаточно, чтобы
вынести всю концепцию божественного сотворения за рамки научного
исследования. Наука занимается лишь теми явлениями, которые поддаются
наблюдению, а поэтому она никогда не будет в состоянии ни доказать, ни
отвергнуть эту концепцию.
2. Самопроизвольное (спонтанное) зарождение
Эта теория была распространена в древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве
альтернативы креационизму, с которым она существовала. Аристотель
придерживался данной теории, которая заключалась в том, что определенные
«частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих
условиях может создать живой организм. С распространением христианства теория
отошла на задний план.
3. Теория стационарного состояния
Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она
всегда способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды
также существовали всегда.
4. Теория панспермии
Эта теория не предлагает никакого механизма для объяснения первичного
возникновения жизни, а выдвигает идею о ее внеземном происхождении. Поэтому
ее нельзя считать теорией возникновения жизни как такового; она просто
переносит проблему в какое-то другое место во Вселенной. Теория панспермии
утверждает, что жизнь могла возникнуть один или несколько раз в разное время
и в разных частях Галактики или Вселенной.
5. Биохимическая революция
Ее суть подробно давали на лекции!
Теория эволюции
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 предсуществующих более простых организмов
с течением времени».
Представление об эволюции ведет свое начало не от Дарвина с его книгой
«Происхождение видов». Еще задолго до Дарвина попытки человека объяснить
очевидное разнообразие окружающих его живых организмов парадоксальным образом
привлекали его внимание к чертам структурного и функционального сходства
между ними. Выдвигались различные эволюционные гипотезы, чтобы объяснить это
сходство, и такие идеи сами «эволюционировали» по мере развития науки со
времен Дарвина.
Теория эволюции Ламарка
Французский биолог Ламарк в 1809 г. выдвинул гипотезу о механизме эволюции, в
основе которой лежали две предпосылки: упражнение и неупражнение частей
организма и наследование приобретенных признаков. Изменения среды, по его
мнению, могут вести к изменению форм поведения, что вызовет необходимость
использовать некоторые органы или структуры по-новому или более интенсивно
(или, наоборот, перестать ими пользоваться). В случае интенсивного
использования эффективность и (или) величина органа будет возрастать, а при
неиспользовании может наступить дегенерация и атрофия. Эти признаки,
приобретенные индивидуумом в течение его жизни, согласно Ламарку,
наследуются, т.е. передаются потомкам.
С точки зрения ламаркизма, длинная шея и ноги жирафа – результат того, что
многие поколения его некогда коротконогих и короткошеих предков питались
листьями деревьев, за которыми им приходилось тянуться все выше и выше.
Незначительное удлинение шеи и ног, происходившее в каждом поколении,
передавалось следующему поколению, пока эти части тела не достигли своей
нынешней длины. Перепонки между пальцами у водоплавающих птиц и форму тела
камбалы объясняли таким же образом. Перепонки возникли в результате
постоянного раздвигания пальцев и растягивания кожи между ними при плавании в
поисках пищи или для спасения от хищников, а уплощенное тело – из-за лежанья
на боку на мелководье. Хотя теория Ламарка способствовала подготовке почвы
для принятия эволюционной концепции, его взгляды на механизм изменения
никогда не получили широкого признания.
Однако Ламарк был прав, подчеркивая роль условий жизни в возникновении
фенотипических изменений у данной особи. Например, занятия физкультурой
увеличивают объем мышц, но хотя эти приобретенные признаки затрагивают
фенотип, они не являются генетическими и, не оказывая влияние на генотип, не
могут передаваться потомству. Для того, чтобы доказать это, Вейсман на
протяжении многих последовательных поколений отрезал мышам хвосты. По теории
Ламарка вынужденное неупотребление хвостов должно было бы привести к их
укорочению у потомков; однако этого не произошло. Вейсман постулировал, что
признаки, приобретаемые телом и приводящие к изменению фенотипа, не оказывают
прямого воздействия на половые клетки (гаметы), с помощью которых признаки
передаются следующему поколению. Его теория «непрерывности зародышевой
плазмы» была исторически необходима для того, чтобы стало возможным признание
наследования генетических особенностей при половом размножении.
Дарвин, Уоллес и происхождение видов в результате естественного отбора
Чарльз Дарвин родился в 1809 г. Он был сыном состоятельного врача и, подобно
многим великим людям, вначале как ученый ничем особенно не выделялся. В 1832
г. он принял предложение отправиться в качестве натуралиста в путешествие на
военном корабле «Бигль», который уходил на пят лет в море для проведения
топографических съемок у восточного побережья Южной Америки. «Бигль»
возвратился в Фалмут в октябре 1836 г., проделав путь вдоль берегов Чили,
через Галапагосские острова, Таити, Новую Зеландию, Тасманию и Южную Африку.
Большую часть этого времени Дарвин занимался геологическими исследованиями;
однако во время пятинедельного пребывания на Галапагосских островах его
внимание привлекло сходство между флорой и фауной этих островов и материка.
Особенно его заинтересовало распространение черепах и вьюрков. Он собрал
множество данных об изменчивости организмов, которые убедили его в том, что
виды нельзя считать неизменяемыми. После возвращения в Англию Дарвин занялся
изучением практики разведения голубей и других домашних животных. Что привело
его к концепции искусственного отбора, однако он все еще не мог представить
себе, каким образом отбор мог бы действовать в природных условиях. В 1778 г.
священник Томас Мальтус опубликовал свой труд «Трактат о народонаселении», в
котором ярко обрисовал, к чему мог бы привести рост населения, если бы он
ничем не сдерживался. Дарвин перенес его рассуждения на другие организмы и
обратил внимание на то, что несмотря на их высокий репродуктивный потенциал
численность популяций остается относительно постоянной. 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 невыгодны, и у
обладающих ими организмов шансы на успешное размножение понижались бы. Эти
соображения послужили остовом для теории эволюции путем естественного отбора,
сформулированной Дарвином в 1839 г. 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, Альфред Рассел Уоллес, много
путешествовавший по Южной Америке и островам Юго-восточной Азии и тоже
читавший Мальтуса, пришел к тем же выводам о естественном отборе, что и
Дарвин.
В 1858 г. Уоллес изложил свою теорию на 20 страницах и послал их Дарвину. Это
стимулировало и ободрило Дарвина, и в июле 1858 г. Дарвин и Уоллес выступили
с докладом о своих идеях на заседании Линнеевского общества в Лондоне. Спустя
год с небольшим, в ноябре 1859 г. Дарвин опубликовал «Происхождение видов
путем естественного отбора». Все 1250 экземпляров книги были проданы в первый
же 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
предсуществовавших видов возникают новые виды, служит естественный отбор. Эта
гипотеза основана на трех наблюдениях и двух выводах, которые можно
сформулировать следующим образом:
Наблюдение 1. Особи, входящие в состав популяции, обладают большим
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.
Современные представления об эволюции
Теория эволюции, предложенная Дарвином и Уоллесом, была расширена и
разработана в свете современных данных генетики, палеонтологии, молекулярной
биологии, экологии и этологии и получила название неодарвинизма. Неодарвинизм
можно определить как теорию органической эволюции путем естественного отбора
признаков, детерминированных генетически.
Термин «эволюция» может означать как сам этот процесс, так и его результат;
соответственно разные аспекты неодарвинизма опираются на доказательства
разного типа. Для того, чтобы признать сформулированную выше неодарвинистскую
эволюционную теорию, необходимо:
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, происходившей в прошлом, служат ископаемые остатки
организмов и стратиграфия. Данные о механизме эволюции получают путем
экспериментальных исследований и наблюдений, касающихся естественного отбора
наследуемых признаков и механизма наследования, демонстрируемого классической
генетикой. Наконец, сведения о действии этих процессов в наше время дает
изучение популяций современных организмов, например исследование
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; 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 на 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 доказательств эволюционной теории, могут быть
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 возникших мутаций.
Доказательства эволюции
Доказательства единства происхождения органического мира
Все организмы, будь то вирусы, бактерии, растения, животные или грибы, имеют
удивительно близкий элементарный химический состав. У всех у них особо важную
роль в жизненных явлениях играют белки и нуклеиновые кислоты, которые
построены по единому принципу и из сходных компонентов. Особенно важно
подчеркнуть, что высокая степень сходства обнаруживается не только в строении
биологических молекул, но и в способе их функционирования. Принципы
генетического кодирования, биосинтеза белков и нуклеиновых кислот едины для
всего живого. У подавляющего большинства организмов в качестве молекул-
аккумуляторов энергии используется АТФ, одинаковы также механизмы расщепления
сахаров и основной энергетический цикл клетки.
Большинство организмов имеют клеточное строение. Ее строение и
функционирование также очень сходно. Деление клеток – митоз, а в половых
клетках – мейоз, осуществляется принципиально одинаково у всех эукариот.
Крайне маловероятно, чтобы такое удивительное сходство в строении и
функционировании живых организмов было следствием случайного совпадения. Оно
результат общности их происхождения.
Эмбриологические доказательства эволюции
В пользу эволюционного происхождения органического мира говорят данные
эмбриологии. Отечественные и зарубежные ученые обнаружили и глубоко изучили
сходство начальных стадий эмбрионального развития животных. Все
многоклеточные животные проходят в ходе индивидуального развития стадии
бластулы и гаструлы. С особой отчетливостью выступает сходство эмбриональных
стадий в пределах отдельных типов или классов. Например, у всех наземных
позвоночных, так же как и у рыб, обнаруживается закладка жаберных дуг, хотя
эти образования не имеют функционального значения у взрослых организмов.
Морфологические доказательства эволюции
Особую ценность для доказательства единства происхождения органического мира
представляют формы, сочетающие в себе признаки нескольких крупных
систематических единиц. Существование таких промежуточных форм указывает на
то, что в прежние геологические эпохи жили организмы, являющиеся
родоначальниками нескольких систематических групп. Примером этого может
служить одноклеточный организм эвглена зеленая. Она одновременно имеет
признаки, типичные для растений и для простейших животных.
Еще Ламарк ввел в зоологию деление животных на позвоночных и беспозвоночных.
Долгое время между ними не обнаруживали связующих звеньев, пока исследования
отечественного ученого А. О. Ковалевского не установили связь между этими
группами животных. Ковалевский доказал, что типичное на первый взгляд
беспозвоночное – сидячая асцидия – развивается из свободноплавающей личинки.
Она имеет хорду и очень сходна с ланцетником, представителем, как тогда
считали, позвоночных. На основании таких исследований всю группу животных, к
которым принадлежали и асцидии, присоединили к позвоночным и дали этому типу
наименование хордовых.
Связь между разными классами животных также хорошо иллюстрирует общность их
происхождения. Яйцекладущие (например, ехидна и утконос) по ряду особенностей
своей организации промежуточны между рептилиями и млекопитающими.
Палеонтологические доказательства эволюции
Развитие, например, хордовых осуществлялось поэтапно. Вначале возникли низшие
хордовые, затем последовательно во времени возникают рыбы, амфибии, рептилии.
Рептилии, в свою очередь, дают начало млекопитающим и птицам. На заре своего
эволюционного развития млекопитающие были представлены небольшим числом
видов, в то время процветали рептилии. Позднее резко увеличивается число
видов млекопитающих и птиц и исчезает большинство видов рептилий. Таким
образом, палеонтологические данные указывают на смену форм животных и
растений во времени.
В отдельных случаях палеонтология указывает на причины эволюционных
преобразований. В этом отношении интересна эволюция лошадей. Современные
лошади произошли от мелких всеядных предков, живших 60-70 млн. лет назад в
лесах и имевших пятипалую конечность. Изменение климата на Земле, повлекшее
за собой сокращение площадей лесов и увеличение размеров степей, привело к
тому, что предки современных лошадей начали осваивать новую среду обитания –
степи. Необходимость защиты от хищников и передвижение на большие расстояния
в поисках хороших пастбищ привела к преобразованию конечностей – уменьшению
числа фаланг вплоть до одной. Параллельно изменению конечностей происходило
преобразование всего организма: увеличение размеров тела, изменение формы
черепа и усложнение строения зубов, возникновение свойственного травоядным
млекопитающим пищеварительного тракта и многое другое.
В результате изменения внешних условий под влиянием естественного отбора
произошло постепенное превращение мелких пятипалых всеядных животных в
крупных травоядных. Богатейший палеонтологический материал – одно из наиболее
убедительных доказательств эволюционного процесса.
Биогеографические доказательства эволюции
Ярким свидетельством происходивших и происходящих эволюционных изменений
является распространение животных и растений по поверхности планеты. Еще в
эпоху великих географических открытий путешественников и натуралистов
поражало разнообразие животных в дальних странах, особенности их
распространения. Однако лишь А Уоллесу удалось привести все сведения в
систему и выделить шесть биогеографических областей: Палеоарктическую,
Неоарктическую, Индо-Малайскую, Эфиопскую, Неотропическую и Австралийскую.
Сравнение животного и растительного мира разных зон дает богатейший научный
материал для доказательства эволюционного процесса. Фауна и флора
Палеоарктической (Евроазиатской) и Неарктической (Североамериканской)
областей, например, имеют много общего. Это объясняется тем, что в прошлом
между названными областями существовал сухопутный мост – Берингов перешеек.
Неоарктическая и Неотропическая области, напротив, имеют мало общих черт,
хотя в настоящее время соединены Панамским перешейком, это объясняется
изолированностью Южной Америки в течение нескольких десятков миллионов лет.
После возникновения Панамского моста лишь немногим южноамериканским видам
удалось проникнуть на север (дикобраз, броненосец, опоссум).
Североамериканские виды преуспели в освоении южноамериканской области
несколько больше. Ламы, олени, лисы, выдры, медведи проникли в Южную Америку,
но не оказали существенного влияния на ее уникальный видовой состав.
Интересен и своеобразен животный мир Австралийской области. Известно, что
Австралия обособилась от Южной Азии еще до возникновения высших
млекопитающих.
Таким образом, распределение видов животных и растений по поверхности планеты
и их группировка в биогеографические зоны отражает процесс исторического
развития Земли и эволюции живого.
Островные фауна и флора
Для понимания эволюционного процесса интерес представляет фауна и флора
островов. Состав их фауны и флоры полностью зависит от истории происхождения
островов. Острова могут быть материкового происхождения, т. е. представлять
собой результат обособления части материка, или океанического происхождения
(вулканические и коралловые).
Материковые острова характеризуются флорой и фауной, близкой по составу к
материковой. Однако чем древнее остров и чем более значительна водная
преграда, тем больше обнаруживается отличий. Британские острова отделились от
Европы совсем недавно и имеют фауну, идентичную европейской. На давно
обособившихся островах процесс расхождения видов заходит гораздо дальше. На
Мадагаскаре, например, нет типичных для Африки крупных копытных: быков,
антилоп, носорогов, зебр. Нет и крупных хищников (львов, леопардов, гиен),
высших обезьян (павианов, мартышек). Однако много низших приматов – лемуров,
которые нигде больше не встречаются.
Совершенно иная картина обнаруживается при рассмотрении фаун океанических
островов. Их видовой состав очень беден. На большинстве таких островов
отсутствуют наземные млекопитающие и амфибии, неспособные преодолеть
значительные водные препятствия. Вся фауна океанических островов – результат
случайного занесения на них некоторых видов, обычно птиц, рептилий,
насекомых. Представители таких видов, попавшие на океанические острова,
получают широкие возможности для размножения. Например, на Галапагосских
островах из 108 видов птиц 82 эндемичны (т. Е. нигде больше не встречаются),
и все 8 видов рептилий характерны только для этих островов. На Гавайских
островах обнаружено большое разнообразие улиток, из которых 300 эндемичных
видов принадлежат одному роду.
Огромное количество разнообразных биогеографических факторов указывают на то,
что особенности распределения живых существ на планете тесно связаны с
преобразованием земной коры и с эволюционными изменениями видов.
Вид. Критерий вида. Популяция
В центре представлений Ч. Дарвина об эволюции органического мира стоит
понятие вид. Вид объединяет организмы, сходные по морфологическим признакам.
Это позволяет отличить одну группу организмов от другой. Такое понимание вида
помогло классифицировать огромное разнообразие описанных форм организмов и
сыграло положительную роль в развитии биологии. Накопление к концу 17 в.
Сведений о многообразии форм животных и растений привело к представлению о
видах как о вполне реальных группах особей. Основополагающая работа о видах
была проведена К. Линнеем, который заложил основы систематики
Популяционная структура вида
Каждый вид характеризуется определенным ареалом – территорией обитания.
Внутри ареала могут быть самые разнообразные преграды, которые препятствуют
свободному скрещиванию между группами особей одного и того же вида. Это
однако не означает, что они абсолютно изолированы и не обмениваются генами.
Просто скрещивание между представителями этих групп осуществляется
значительно реже. Такие относительно изолированные группы особей одного вида
принято называть популяциями. Популяция – наименьшее подразделение вида,
изменяющееся во времени. Вот почему популяция представляет собой элементарную
единицу эволюции.
Критерии вида
Критерий вида – совокупность признаков, отличающих данный вид от другого.
Морфологический критерий вида. Под этим критерием вида понимают совокупность
внешних признаков организма. С его помощью легко различить виды, которые не
являются близкими родственниками.
Генетический критерий (набор хромосом, свойственный конкретному виду). Виды
обычно отличаются по числу хромосом или по особенностям их строения, поэтому
этот критерий достаточно надежен.
Эколого-географический критерий вида определяет ареал его обитания. Каждый
вид занимает определенную географическую зону.
Каждый критерий в отдельности не может быть основанием для определения вида;
только в совокупности они позволяют точно выяснить видовую принадлежность
живого организма.
На основании сказанного можно дать следующее определение вида. Вид –
совокупность географически и экологически сходных популяций, способных в
природных условиях скрещиваться между собой, обладающих общими
морфофизиологическими признаками, биологически изолированных от популяций
других видов.
Список литературы:
1. Н. Грин Биология. 3 том. – М.: Мир, 1993. – 373с.
2. Беляев Д. К. Общая биология. Учебник. – М.: Просвещение, 2001. – 286с.
3. А. Артемов Эволюция. // Энциклопедия (зоология). – М.: Аванта+, 1994. С. 6-8
|
