Эволюция живой природы

Содержание

Введение

Понятие "эволюция" употребляется в  разных смыслах, но большей частью отождествляется  с развитием. В ходе изложения  нам уже приходилось говорить о глобальной эволюции Вселенной, геологической  эволюции и эволюции живой природы. Во всех этих случаях под эволюцией  подразумевается процесс длительных, постоянных, медленных изменений, которые  в конечном итоге приводят к изменениям коренным, качественным, завершающимся  возникновением новых более сложных  материальных систем, структур, форм и  видов. Под эволюцией живого мира понимают процесс развития природы  со времени возникновения жизни  до настоящего времени. В ходе эволюции менялись и возникали новые виды, появлялись все более сложные  формы живых организмов, причем живое  приспосабливалось к изменениям окружающей среды. После возникновения  одноклеточных ступень эволюции заключалась в образовании и прогрессивном развитии многоклеточного организма. Одной из важных предпосылок возникновения высокоразвитых форм жизни стало образование колоний клеток путем скопления клеток с ядрами (эукариотов) и распределения функций между ними. Возникновение примерно 0,6 млрд лет назад многоклеточных эукариотов привело к взрывоподобному увеличению числа высокоразвитых форм жизни.

В течение  сравнительно короткого геологического периода появились многие виды беспозвоночных и макроскопические водоросли. Для  того чтобы произошел этот эволюционный скачок, понадобились три шага: 1) развитие полового размножения; 2) открытие принципа гетеротрофии; 3) образование колоний клеток с распределением функций.

Всех  многоклеточных разделяют на три  царства: грибы (Fungi), растения (Melaphyta) и животные (Metazoa). Относительно эволюции грибов известно очень мало, так как палеонтологическая летопись их остается скудной. Два других царства намного богаче представлены ископаемыми остатками, дающими возможность довольно подробно восстановить ход их истории.

Существенным  условием дальнейшей эволюции растений было образование почвенного субстрата  на поверхности суши в результате взаимодействия бактерий и цианей с минеральными веществами и под влиянием климатических факторов. В конце силурийского периода почвообразовательные процессы подготовили возможность выхода растений на сушу (440 млн лет назад). Среди растений, первыми освоивших сушу, были псилофиты.

Самые ранние следы животных обнаруживаются в  конце докембрия (700 млн лет назад). Предполагается, что первые животные произошли либо от общего ствола всех эукариот, либо от одной из групп древнейших водорослей.

Можно выделить четыре основных этапа эволюции: 1) биохимическая  эволюция, начавшаяся примерно 3 млрд лет назад и закончившаяся к кембрию; 2) морфофизиологический прогресс, осуществляемый на протяжении 500 млн лет до настоящего времени; 3) эволюция психики, начавшаяся около 250 млн лет назад с момента появления насекомых; 4) эволюция сознания, связанная с возникновением и развитием человеческого общества на протяжении последних 500 тыс. лет.

1. Доказательства эволюции живого

Основными доказательствами эволюции живой природы  являются следующие.

1. 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 всегда по единому принципу и из сходных компонентов. 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.

2. Эмбриологические доказательства эволюции.

Отечественные и зарубежные ученые обнаружили и  глубоко изучили сходства 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 и у рыб, обнаруживается закладка жаберных дуг, хотя эти образования  не имеют функционального значения у взрослых организмов. Подобное сходство эмбриональных стадий объясняется  единством происхождения всех живых  организмов.

3. Морфологические доказательства эволюции:

а) 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. Она одновременно имеет признаки, типичные для растений и для простейших животных;

б) строение передних конечностей некоторых позвоночных, несмотря на выполнение этими органами совершенно разных функций, в принципиальных чертах строения сходны. Гомологичными называются такие органы, которые развиваются из одинаковых 
эмбриональных зачатков сходным образом;

в) некоторые органы или их части не функционируют у 
взрослых животных и являются для них лишними — это так 
называемые рудиментарные органы, или рудименты. Наличие 
рудиментов, так же как и гомологичных органов, — тоже свидетельство общности происхождения.

4. Палеонтологические доказательства эволюции.

Палеонтология указывает на причины эволюционных преобразований. В этом отношении  интересна эволюция лошадей. Изменение  климата на Земле повлекло за собой  изменение конечностей лошади. 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.

5. Биогеографические доказательства эволюции.

Ярким свидетельством происшедших и происходящих эволюционных изменений является распространение  животных и растений по поверхности  нашей планеты. Сравнение животного  и растительного мира разных зон  дает богатейший научный материал для доказательства эволюционного процесса. Фауна и флора палеоарктической и неоарктической областей имеют много общего. Это объясняется тем, что в прошлом между названными областями существовал сухопутный мост — Берингов перешеек. Другие области имеют мало общих черт.

6. Островные  фауна и флора.

Для понимания  эволюционного процесса интерес  представляют флора и фауна островов, которые полностью зависит от истории происхождения островов. Огромное количество разнообразных  биографических фактов указывает на то, что особенности распределения  живых существ на планете тесно  связаны с преобразованием земной коры и с эволюционными изменениями  видов.

2. Пути и причины эволюции  живого

Вопрос  о путях и причинах разнообразия форм живой природы в различной  формулировке вставал с глубокой древности-античности (Эмпедокл, Лукреций Кар). Для возникновения мыслей о том, что происходит постепенное превращение одной структуры в другую, одной формы в следующую, более совершенную, достаточно было наблюдения за стадиями развития зародыша, жизнью диких животных, а также осмысления успехов в примитивной селекционной деятельности.

Карл  Линней описал более 8 тысяч растений, ввел терминологию и строго иерархический  порядок описания видов. Система  К. Линнея — первая научная классификация  живой природы, созданная в XVIII в. За единицу классификации был  принят вид — совокупность особей, сходных по строению и дающих похожее  на них потомство. Биогенетический  закон, сформулированный в 1864 г. немецкими  зоологами Ф. Мюллером и Э. Геккелем, гласит: каждая особь в своем индивидуальном развитии (онтогенезе) повторяет историю  развития своего вида (филогенез), т. е. онтогенез есть краткое повторение филогенеза.

Закон необратимости  эволюции сформулирован в 1893 г. бельгийским  ученым Л. Долло на основе изучения большого палеонтологического материала. Согласно этому закону организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков: эволюция необратима.

Однако  в качестве самостоятельно поставленного  с вопросом об эволюции живого выступил только Ж. Б. Ламарк, который впервые  и ввел в науку термин "биология". Учение Ж. Б. Ламарка — первое эволюционное учение, созданное в начале XIX в, которое заключалось в том, что все организмы в процессе исторического развития претерпевают прогрессивное усложнение — градации. При этом он установил связь между изменением организмов и окружающей средой. Он отверг идею постоянства видов, противопоставив ей представление об изменяемости видов. Его учение утверждало существование эволюции как исторического развития от простого к сложному. Впервые был поставлен вопрос о факторах эволюции. Ламарк совершенно правильно считал, что условия среды оказывают важное влияние на ход эволюционного процесса. Однако Ламарк допустил серьезные ошибки, прежде всего в понимании факторов эволюционного процесса, выводя их из якобы присущего всему живому стремления к совершенству. Эволюционное учение Ламарка не было достаточно доказательным и не получило широкого признания среди его современников. Часто эволюцию представляют как прогрессивное и регрессивное. Под биологическим прогрессом следует понимать возрастание приспособленности организмов в окружающей среде, ведущее к увеличению численности и более широкому распространению вида. Эволюционные изменения, происходящие в некоторых видах, семействах, отрядах, не всегда могут быть признаны прогрессивными. В таких случаях говорят о биологическом регрессе. Пути достижения биологического прогресса следующие:

Ароморфоз (морфологический прогресс) — возникновение в ходе эволюции признаков, которые существенно повышают уровень организации живых организмов. Ароморфоз дает большие преимущества в борьбе за существование, открывает возможности освоения новой, прежде недоступной среды обитания. Формирование ароморфоза — длительный процесс, происходящий на основе наследственной изменчивости и естественного отбора. Морфо-физиологический прогресс — магистральный путь эволюции органического мира.

Идиоадаптация — это приспособление живого мира к окружающей среде, открывающее перед организмами возможность прогрессивного развития без принципиальной перестройки их биологической организации.

Общая дегенерация — резкое упрощение организации, связанное с исчезновением целых систем, органов и функций. Очень часто дегенерация наблюдается при переходе видов к паразитическому образу существования. Несмотря на то что общая дегенерация приводит к значительному упрощению организации, виды, идущие по этому пути, могут увеличивать свою численность и ареал, т. е. двигаться по пути биологического прогресса.

Исторически рассматривались различные пути и причины, лежащие в основе эволюции живого. К основным из них можно отнести следующие: 1) тренировка органов, как считал Ламарк; 2) борьба за существование и выживание наиболее приспособленных (естественный отбор по Дарвину); 3) способность к взаимопомощи; 4) влияние природных катастроф: кометы, изменение температуры и др.

3. Эволюционная теория Дарвина

Начало  формирования теории эволюции, совершающейся  посредством естественного отбора, относится к творчеству Ч. Дарвина. Вот уже более 100 лет эта теория находится в эпицентре борьбы разных типов идеологий и мировоззрений, исторический путь ее не был прост. Теория эволюции сформулирована Дарвином в 1859 г. Наибольший вклад Дарвина  в науку заключается не в том, что он доказал существование  эволюции, а в том, что он объяснил, как она может происходить. В 1859 г. Ч. Дарвин опубликовал труд "Происхождение  видов путем естественного отбора". Здесь он предположил, что при  интенсивной конкуренции внутри популяции любые изменения, благоприятные  для выживания в данных условиях, повышают способность особей размножаться и оставлять потомство. В отличие  от революций в физических науках (Коперник, Ньютон, Эйнштейн, Гейзенберг), дарвиновская революция подняла  вопросы, касающиеся этики человека и его глубочайших убеждений. Новая парадигма Дарвина в  своей сути представляет новое мировоззрение.

В теории эволюции Дарвина несколько научных  компонентов. Во-первых, это представление  об эволюции как реальности, что  означает определение жизни как  динамической структуры естественного  мира, а не статической системы. Виды не только изменяются во времени, но и  связаны друг с другом происхождением от общих предков. Считается, что  с течением времени в результате постепенных малых изменений  возникают новые формы, совершенно отличные от родительского вида. Положение  о том, что виды произошли путем  естественного отбора, Дарвин вывел, основываясь на пяти основных наблюдениях (фактах) и сделал три вывода:

1. Все виды обладают биологическим потенциалом к увеличению количества особей до больших популяций.
2. Однако популяции в природе демонстрируют относительное постоянство количества особей во времени.
3. Ресурсы, необходимые для существования видов, ограничены, поэтому количество особей в популяциях примерно постоянно во времени.

Вывод 1. Между представителями одного вида существует борьба за ресурсы, необходимые  для выживания и размножения. Только небольшая часть особей выживает и дает потомство.

4. Не существует двух особей одного вида, которые бы обладали одними свойствами. Представители одного вида демонстрируют большую изменчивость.
5. В основном изменчивость обусловлена генетически, поэтому наследуется.

Вывод 2. Конкуренция между представителями  одного вида зависит от уникальных наследственных свойств особей, обеспечивающих преимущества в борьбе за ресурсы  для выживания и размножения. Такая неодинаковая способность  к выживанию и есть естественный отбор.

Вывод 3. Накопление наиболее благоприятных  свойств в результате естественного  отбора приводит к постоянному изменению  видов. Так происходит эволюция.

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;

- второй принцип раскрывает внутренние противоречия в развитии живой природы и утверждает, 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;

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

4. Современная теория органической  эволюции

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

- в настоящее время элементарной структурой, с которой начинается эволюция, 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.

В современной  теории процессы изменения и наследственности опираются на следующие три основных фактора:

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

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

- в качестве третьего основного фактора эволюции признается обособленность группы организмов. Обособление и изоляция определенной группы организмов необходимы для того, чтобы она не могла скрещиваться с другими видами и тем самым передавать им и получать от них генетическую информацию.

5. Синтетическая теория эволюции

Генетика  привела к новым представлениям об эволюции, получившим название неодарвинизма, который можно определить как  теорию органической эволюции путем  естественного отбора признаков, детерминированных  генетически. Другое общепринятое название — синтетическая, или общая, теория эволюции. Механизм эволюции стал рассматриваться  как состоящий из двух частей: случайные  мутации на генетическом уровне и  наследование наиболее удачных с  точки зрения приспособления к окружающей среде мутаций, так как их носители выживают и оставляют потомство (мутация — появление нового признака — борьба за существование —  естественный отбор).

Синтетическая теория эволюции представляет собой  синтез основных эволюционных идей Дарвина  и прежде всего идеи естественного  отбора с новыми результатами биологических  исследований в области наследственности и изменчивости. Если в теории Дарвина  эволюция происходит в рамках вида, то в синтетической теории элементарной единицей эволюции служит популяция, поскольку  именно в ее рамках происходят наследственные изменения генофонда. Другое существенное отличие синтетической эволюции от дарвиновской состоит в четком разграничении областей исследования микроэволюции и макроэволюции.

Микроэволюция - совокупность эволюционных изменений, происходящих в генофондах популяций за сравнительно небольшой период времени и приводящих к образованию новых видов. В отличие от этого макроэволюция связана с эволюционными преобразованиями за длительный исторический период времени, которые приводят к возникновению надвидовых форм организации живого. Изменения, которые изучаются в рамках микроэволюции, доступны непосредственному наблюдателю, тогда как макроэволюция происходит на протяжении длительного исторического периода времени. Макроэволюция, как и микроэволюция, происходит в конечном итоге под воздействием изменений в окружающей среде.

Согласно  эволюционной теории Дарвина целесообразность есть неизбежный результат естественного  отбора, в ходе которого устраняются  организмы, не приспособленные к  условиям своего существования, и получают право на жизнь и потомство  организмы, обладающие определенными  преимуществами перед ними. Чтобы  правильно объяснить целесообразность, необходимо иметь в виду, что любая  ее форма зависит от внешней среды, определяется ее условиями и состоянием. Целесообразность носит относительный  характер, так как ее мерой служит внешняясреда; то, что целесообразно в одних условиях, оказывается нецелесообразным и даже вредным в других.

Эволюционная  теория подтверждает существование  прогресса в живой природе. В  настоящее время не существует пока общепризнанных критериев прогресса, хотя в последние годы его связывают  со степенью упорядоченности и сложностью организации биологических систем и их адаптаций к условиям окружающей среды.

6. Другие концепции эволюции живого

Критика дарвинизма велась со дня его возникновения. Дело в том, что общий ход эволюции в чем-то непредсказуем, хотя непредсказуемость  неабсолютная. Недостаточное осознание  этого факта подчас ориентирует  мысль на поиски радикальных решений. Одним не нравилось, что изменения, по Дарвину, могут идти во всех возможных  направлениях, случайным образом, беспорядочно. Другие выдвигали новые теории эволюции.

Наиболее  широко распространен и популярен  катастрофизм, тяга к сальтационистским объяснениям эволюционного процесса. Главными чертами таких трактовок является отрицание естественного отбора и утверждение о том, что наиболее существенное эволюционное изменение есть результат случайных изменений. Адаптации видов возникают сальтационно, т. е. скачкообразно (от итал. salto — прыжок). Новые уровни организмов возникают не в результате конкуренции их предков со старыми, а в условиях экологического вакуума, созданного массовым вымиранием. По уровню приспособленности новые группы организмов ничуть не совершеннее старых. Катастрофам — представление о том, что смена этапов органического мира на Земле обусловлена катастрофами, уничтожающими животный и растительный мир. Одни авторы связывают катастрофы с геологическими процессами — оживление вулканизма, приводящего к глобальному похолоданию и выбросу в атмосферу большого объема токсических веществ; геомагнитными процессами биосферы, сопряженными с повышением ионизирующей радиации; с процессами горообразования и изменения климата. Другие авторы — сторонники космических причин массовых вымираний — чаще всего говорят о повышении радиации в результате вспышки сверхновых звезд и колебаний солнечной активности, или о бомбардировке Земли кометами и гигантскими астероидами, что ведет к изменению положения Солнечной системы относительно плоскости Галактики, или о прохождении крупного небесного тела через Солнечную систему.

Русский ученый П. Н. Кропоткин в концепции  номогенеза придерживался точки  зрения, в соответствии с которой  взаимопомощь является более важным фактором эволюции, чем борьба. Наблюдая перемещения больших масс животных в Восточной Сибири, спасающихся  от стихийных бедствий, он выделил  взаимопомощь и кооперацию в животном мире как факторы эволюции.

В концепции  коэволюции биологическая эволюция рассматривается как результат взаимодействия организмов. Случайно образовавшиеся более сложные формы увеличивают разнообразие и, стало быть, устойчивость экосистем. Удивительная согласованность всех видов жизни есть следствие коэволюции.

На основе учения о биосфере, экологии и концепции  коэволюции возникла гипотеза Геи (в греч. мифологии — богиня Земли). Суть гипотезы Геи следующая: Земля является саморегулирующейся системой, созданной биотой и окружающей средой, способной сохранять химический состав атмосферы и тем самым поддерживать благоприятное для жизни постоянство климата.

Распространение животных и растений на земном шаре носит прерывистый характер. Тот  факт, что встречаются сходные  особи в удаленных частях суши, может быть объяснен тем, что когда-то распределение суши на Земле было иным. В 1912 г. А. Вегенер выдвинул гипотезу дрейфа континентов, которая благосклонно была принята биологами, поскольку объясняла странное распространение животных. Причинами дрейфа он считал конвекционные течения в верхней мантии Земли, что весьма правдоподобно. Такая гипотеза позволяет объяснить непрерывные перемещения массивов суши и современное распространение некоторых редких животных. Дрейф континентов и периодические оледенения влияли на эволюционный процесс, меняя условия жизни. Гипотеза суперконтинентального дрейфа открывает новый путь к пониманию не только геологической и климатической истории Земли, но и эволюции жизни на Земле. Это началось (по гипотезе) 200 млн лет назад. По сути, любая из биологических эволюционных теорий в явной или неявной форме затрагивает проблему того, что первично в эволюции. Важно при рассмотрении темы увидеть эволюционную теорию не как однозначный путь развития, предсказуемый и познанный наукой, а как спектр в различной степени обоснованных концепций.

Многие  биологи считают, что двигателем вариаций на видовом или популяционном  уровне являются изменения в геноме. С развитием молекулярной биологии на этот счет появилось немалое число  экстравагантных гипотез. При таком  подходе эволюция экосистемы и биосферы — следствие микроэволюционных  процессов. Есть и другая, сравнительно малочисленная группа исследователей, которые, считая себя последователями  В. И. Вернадского, соглашаются с  тем, что первопричиной эволюции являются экосистемные (биосферные) макропроцессы, влияющие на локальные условия среды. При этом создаются условия для отбора среди множества форм организмов, появляющихся в результате геномных коллизий. Отсюда вытекает, что экосистемы и биосфера управляют эволюционным процессом, порождая наиболее подходящие для себя популяции организмов.

Предметом острой моды в современной науке  является концепция глобального  эволюционизма. Глобальный эволюционизм есть попытка естественно-научными и математическими средствами описать развитие Вселенной как целостной многоуровневой системы, создать формализованные модели ряда ключевых моментов эволюции (бифуркаций и катастроф, эволюционного компромисса как способа разрешения системных противоречий). Основными тезисами глобального эволюционизма являются:

Наша  Вселенная в силу связи всех ее составляющих есть некая единая система.

Заключение

Под эволюцией, т. е. развитием, понимается процесс  длительных, постепенных, медленных  изменений, которые в конечном итоге  приводят к изменениям коренным, качественным, завершающимся возникновением новых  материальных систем, структур, форм и  видов.

 Изменчивость  является неотъемлемым свойством  живого. С одной стороны, все  виды организмов имеют тенденцию  к размножению в геометрической  прогрессии, а с другой — выживает  и достигает зрелости лишь  небольшая часть потомства. Естественный  отбор постоянно распространяет  по всему свету мельчайшие  изменения, отбрасывая неприспособленные,  сохраняя устойчивые, работая неслышно  и невидимо, где бы и когда  бы ни представился тому случай, над усовершенствованием каждого  живого существа в связи с  условиями его жизни, органическими  и неорганическими.

Новые виды могут возникать только в пределах одной популяции, поскольку вид  — это группа скрещивающихся между  собой организмов, которые не могут  скрещиваться с представителями  других таких групп. Изменение генных частот в каждой популяции составляет молекулярную основу эволюции, происходящей на основе естественного отбора.

 Естественный  отбор не является единственным  фактором эволюции, хотя он очень  важен. Основную массу эволюционного  материала составляют различные  формы мутаций, т. е. изменение  наследственных свойств организмов, возникающих естественным путем  или вызванных искусственными  средствами. Мутации вносят новые  гены в генофонд данной популяции,  но сами мутации достаточно  редки. Мутации как бы поставляют  сырье, на которое действует  естественный отбор.

Одним из основных факторов эволюции являются популяционные волны, которые часто называют "волнами жизни". Они определяют количественные флуктуации, или отклонения, от среднего значения численности организмов в популяции, а также области ее расположения (ареала). Другим основным фактором эволюции признается обособленность группы организмов, чтобы под влиянием локальных условий и давлений отбора эволюционировать своим путем.