Эволюционная теория Чарльза Дарвина и объяснение эволюционных процессов на основе генетики

Министерство  Образования и Науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

«ГОУ  ВПО Магнитогорский Государственный  Технический Университет

Им. Носова»

Кафедра химических технологий неметаллических  материалов и физической химии 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

По концепции  современного естествознания

На тему: Эволюционная теория Чарльза Дарвина  и объяснение эволюционных процессов  на основе генетики 
 
 
 
 

Выполнила: Строева Н.Э.

студентка гр. ФММ-07 
 
 

Проверила: Дюльдина Э.В.

профессор кафедры ХТ и ФХ,

кандидат технических наук 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Магнитогорск

2007

Содержание: 

Введение……………………………………………………………………………………….…3

1.  Историческая справка:

1.1 Античные и средневековые представления

    о сущности и развитии жизни…………………………………………………....4

1.2 Учение К. Линнея…………………………………………………………….…....4

1.3 Учение Ж.Б. Ламарка………………………………………………………….…..5

2.  Эволюционная теория Ч. Дарвина:

2.1 Предпосылки возникновения теории Дарвина……………………....................7

2.2 Эволюционная теория Ч. Дарвина…………………………………………..…...8

3. Объяснение эволюционных законов на основе генетики:

3.1 Законы Менделя………………………………………...……………………......26

3.2 Закон Харди-Вайнберга…………………………………………………….…...27

3.3 Эмбриологические доказательства………………………………………….….29

Заключение……………………………………………………………………………………..30

Библиографический список…………………………………………………………………...31 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Я выбрала тему реферата «Эволюционная  теория Чарльза Дарвина и объяснение эволюционных процессов на основе генетики», так как  считаю, что она очень актуальна в наше время.

      Мир живых организмов обладает рядом  общих черт, которые всегда вызывали у человека чувство удивления  и порождали много вопросов. Первая из таких общих черт – необыкновенная сложность строения организмов. Вторая – явная целесообразность, каждый вид в природе приспособлен к  условиям своего существования. И, наконец, третья, ярко выраженная черта – огромное разнообразие существующих видов.

      Каким образом возникли живые организмы? Под влиянием каких сил сформировались особенности их строения? Каково происхождение разнообразия органического мира и как оно поддерживается? Какое место в нашем мире занимает вид Homo sapiens (Человек разумный) и кто его предки?

      Понятие эволюции было введено в науку  в XVIII веке швейцарским зоологом Шарлем Бонне. Под эволюцией (от лат. evolutio-развертывание) в биологии понимают необратимый процесс исторического изменения живых существ и их сообществ.  Эволюционное учение – наука о причинах, движущих силах, механизмах и общих закономерностях преобразованиях живых существ во времени. Теория эволюции занимает особое место в изучении жизни. Ей принадлежит роль объединяющей теории, которая образует фундамент для всей биологической науки.

     Биология  раскрывает нам строение и функционирование нашего организма, показывает окружающий нас мир во всей его полноте, учит любить и защищать животных и растений, раскрывает тайну взаимосвязи человека и природы.

На мой  взгляд, чтобы лучше понять природу  и помочь ей, следует не только любить ее, но и знать ее происхождение  и процессы эволюции: какой она была миллионы лет назад, как она изменилась и почему. На эти и некоторые другие вопросы поможет ответить мой реферат.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Историческая справка

Античные и средневековые представления о сущности и развитии жизни

      Объяснить происхождение жизни и человека люди пытались с глубокой древности. Многие религии и философские  теории возникли как попытки решения  этих глобальных вопросов.

      Представление об изменяемости окружающего мира возникли многие тысячи лет назад. В Древнем Китае философ Конфуций (ок.551-479 до н.э.) считал, что жизнь возникла из одного источника путем расхождения и ветвления. В эпоху античности древнегреческие философы искали то материальное начало, которое было источником и первоосновой жизни. Диоген (ок.400-ок.325 до н.э.) считал, что все существа подобны одному исходному существу и произошли от него в результате дифференциации. Фалес (ок.625-ок.547 до н.э.) предполагал, что все живые организмы произошли из воды, Анаксагор (лк.500-428 до н.э.) утверждал, что из воздуха, Демокрит (460-370 до н.э.) объяснял происхождение жизни процессов самозарождения из ила.

      Аристотель (384-322 до н.э.) заложил основы развития биологии и сформулировал 

теорию  непрерывного и постепенного развития живого из неживой материи. В своей работе «История животных» Аристотель впервые разработал систематику животных:

Животные 
 

      Кровеносные Бескровные

                                 (позвоночные) (беспозвоночные)

Живородящие Яйцеродные           Мягкотелые      Мягкоскорлуповые

четвероногие четвероногие          (моллюски) (раки, крабы)

(млекопитающие) (рептилии)

                                                                                               Насекомые                     Раковинные

      Яйцеродные Яйцеродные безногие,                      (моллюски)

      с перьями живущие в воде

      (птицы) (рыбы) 

      В другой своей работе Аристотель впервые  высказал мысль о том, что природа  – это непрерывный ряд усложняющихся  форм: от неживых тел к растениям, от растений к животным и далее до человека.

      С наступлением Средневековья в Европе распространяется идеалистическое  мировоззрение, основанное на церковных  догматах. Творцом всего живого провозглашается  Высший разум, или Бог. Рассматривая природу с таких позиций, ученые считали, что все живые существа являются материальным воплощением идей Творца, они совершенны, отвечают цели своего существования и неизменны во времени. Такое метафизическое направление в развитии биологии называют креационизмом (от лат. creation – создание, творение). 

Учение К. Линнея

     Большой вклад в создание системы природы  внес выдающийся шведский естествоиспытатель Карл Линней. Ученый считал вид реальной и элементарной единицей живой природы, имеющей не только морфологические, но и физиологические критерии (напр., нескрещиваемость разных видов). В начале своей научной деятельности К. Линней придерживался метафизических взглядов, поэтому он считал, что виды и их количество неизменны. Он описал около 10 тыс. видов растений и более 4 тыс. видов животных. В 1735 году Линней опубликовал свою самую известную работу «Система природы», в которой описал основные принципы систематики – науки о классификации живых организмов. В основу своей систематики он положил принцип иерархичности (соподчиненности) таксонов (от греч. taxis-расположение в порядке), когда несколько мелких таксонов (видов) объединяются в более крупный род, роды объединяются в отряды и т.д. Самой крупной единицей в системе Линнея был класс. С развитием биологии в систему таксонов были добавлены дополнительные категории (семейство, подкласс и т.д.), но принципы систематики, заложенные Линнеем, остались неизменными до нашего времени (Карл Линней является автором первой искусственной систематики!). Так же он ввел бинарную номенклатуру на латинском языке, что сделало  его систему универсальной и понятной во всем мире. Первое слово обозначало род, второе вид (напр., тополь белый – populous alba).

     Карл  Линней построил первую научную систему  живой природы, которая была самой  совершенной для своего времени. Впервые человек был помещен в один отряд с обезьянами. Он разделил всех животных на 6 классов по строению дыхательной и кровеносной систем: черви, насекомые, рыбы, гады, птицы, звери. Основным признаком у цветковых растений Линней выбрал количество тычинок. У него получилось 24 класса: 1 класс – однотычиночные, 2 класс – двутычиночные, … ,24 класс – бестычиночные. Все растения, не имеющие цветков, Линней определил в отдельный класс - тайнобрачные. Наряду с водорослями, споровыми и голосеменными растениями он отнес туда также грибы и лишайники. Систематика была искусственной, т.к. Карл Линней классифицировал по 1-2 произвольно выбранным признакам. Осознавая искусственность своей систематики, он писал: «Искусственная система служит только до тех пор, пока не создана естественная». 

     Эволюционная теория Ж.Б. Ламарка 

     Создателем первой эволюционной теории стал выдающийся французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк. Ученый считал, что наиболее общие категории явлений, такие, как пространство, движение, материя и время, созданы Богом, а все остальные объекты образованны природой. Эволюционную теорию Ламарк изложил в двухтомном труде «Философия зоологии» (1809). Ученый определил два основных направления эволюционного процесса: постоянное усложнение уровня организации живых существ, происходящее во времени (градация, от лат. gradation – постепенное возвышение) и увеличение разнообразия под действием условий среды.

      Таким образом, эволюционную теорию Ламарка можно разделить на две части: учение о градации организмов и учение об изменчивости.

      Учение о градации организмов. Ламарк считал, что первые организмы произошли из неорганической природы путем самозарождения. Их дальнейшее саморазвитие привело к усложнению живых существ, поэтому классификация организмов не может быть произвольной, она должна отображать процесс движения от низших форм к высшим. Всех животных ученый разделил на 14 классов, которые распределил по степени усложнения организации, образовав 6 ступеней – градаций.  

VI (14. Млекопитающие, 13. Птицы, 12. Рептилии, 11. Рыбы) 
 

V (10. Моллюски, 9. Усоногие) 
 

IV (8. Кольчецы, 7. Ракообразные) 
 

III (6. Паукообразные, 5. Насекомые) 
 

II (4. Черви, 3. Лучистые) 
 
 

I (2. Полипы, 1. Инфузории)

      Для того, чтобы объяснить механизм усложнения живых существ, Ламарк предположил существование у всех живых организмов стремление к совершенствованию, изначально заложенного в них Богом (принцип самосовершенствования). Одновременное наличие в природе и простых, и сложных существ Ламарк объяснял постоянно продолжающимся процессом самозарождения  жизни.

      Учение  об изменчивости. Совершенствуясь, организмы вынуждены приспосабливаться к условиям внешней среды. Для того, чтобы объяснить, как возникает разнообразие на каждой ступени «лестницы существ», Ламарк сформулировал два закона.

  Закон упражнения и неупражнения органов: постоянное употребление органа ведет к его усиленному развитию, а неупотребление – к ослаблению и исчезновению. Например, необходимость доставать листья на деревьях ведет к тому, что жираф, стараясь дотянуться до них, постоянно вытягивает шею, в результате чего она становится длинной. Примером исчезновения органов в результате неупражнения является редукция глаз у крота.

      Закон наследования благоприобретенных признаков: под действием постоянных упражнений и неупражнений органы изменяются, и возникшие изменения наследуются. По мнению Ламарка, вытянувшаяся в течение жизни шея жирафа будет передана следующему поколению, которое родится уже с более вытянутой шеей. Открытие в XX веке материальной основы наследственности – ДНК окончательно опровергло возможность наследования благоприобретенных признаков.

      Значение  теории Ламарка. Учение Ламарка стало первой целостной эволюционной теорией. Ученый определил предпосылки эволюции (изменчивость и наследственность) и указал направление эволюции (усложнение организации). Однако, правильно оценив развитие природы от простого к сложному, Ламарк не смог вскрыть причины эволюции. Созданная теория не могла объяснить многие существующие явления, такие, как наследование неблагоприятных признаков (например, рудиментарные органы), появление мимикрии или покровительственной окраски.

      Эволюционные  идеи Ламарка не нашли поддержки  у современников и подверглись  критике со стороны многих ученых. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Эволюционная теория Чарльза Дарвина и объяснение эволюционных процессов на основе генетики 

I.    Предпосылки возникновения учения Чарльза Дарвина

Естественнонаучные предпосылки. К середине XIX в. В естествознании было сделано много новых открытий. Иммануил Кант создал теорию о происхождении космических тел естественным путем, а не в результате божественного творения. Французский ученый Пьер Симон Лаплас в работе «Изложение системы мира» математически обосновал теорию И. Канта. В 1824 году химики впервые синтезировали органические вещества, доказав, что их образование происходит без участия «высших сил». Йенс Берцелиус показал единство элементного состава живой и неживой природы. В 1839 году Т. Шванн и М. Шлейден создали клеточную теорию, которая постулировала, что все живые организмы состоят из клеток, общие черты которых одинаковы у всех растений и животных. Это было весомым доказательством единства происхождения живого мира.

      К. М. Бэр показал, что развитие всех организмов начинается с яйцеклетки. При этом у всех позвоночных наблюдаются общие черты эмбрионального развития: на ранних этапах обнаруживается удивительное сходство в строении зародышей, принадлежащих к разным классам.

      Возникла  палеонтология (от греч. palaios – древний, ontos – сущее, logos –слово, учение) – наука о вымерших растениях и животных, сохранившихся в виде ископаемых остатков, отпечатков и следов их жизнедеятельности; о смене их в процессе развития жизни на Земле.

      Исследуя строение позвоночных животных, Ж.Кювье установил, что все органы животного являются частями одной целостной системы. Строение каждого органа отвечает принципу строения всего организма, и изменение одной части тела должно вызвать изменение одной части тела должно вызвать изменение других частей.  Соответствие строения органов друг другу Кювье назвал принципом корреляции.

     Занимаясь систематикой, Ж.Кювье изучал типы строения животных. Сравнивая анатомическое строение различных живых организмов, он обнаружил их глубокое сходство при внешнем разнообразии. Такое сходство указывает на их возможное родство и общее происхождение.

      Английский  геолог Чарлз Лайель опроверг теорию катастроф Ж.Кювье и доказал, что  поверхность Земли изменяется постепенно под действием самых обычных  природных факторов: ветра, дождя, прибоя, извержения вулканов и др.

      Факты и открытия в самых разных областях естествознания противоречили теории о божественном происхождении и неизменности существования природы. Но не только в научной среде зрели предпосылки для возникновения новой эволюционной теории.

 Социально-экономические предпосылки. Развитие капитализма и резкий рост городского населения в развитых странах требовал быстрого развития сельского хозяйства. В самой передовой стране того времени — Англии успешно развивались промышленное животноводство и растениеводство. За короткий срок были созданы новые породы овец, свиней, выведены высокоурожайные сорта культурных растений; разработаны методы селекции, которые позволяли максимально быстро «менять в нужном направлении породы животных и сорта растений, результаты этой работы противоречили догматам церкви о неизменности видов.

 Расширение  торговли, налаживание связей с другими  странами, освоение новых территорий позволили собрать огромные коллекции, которые являлись дополнительным материалом для переосмысления законов развития природы.

 Еще в конце XVIII в. известный экономист Адам Смит создал учение, согласно которому устранение неприспособленных особей происходит в процессе свободной конкуренции.

 Огромное  влияние на развитие эволюционных идей в обществе ока-1ал труд экономиста Томаса Мальтуса «Опыт о законе народонаселения». Впервые введя выражение «борьба за существование», Мальтус объяснял, что человеку, как и всем другим организмам, свойственно стремление к безграничному размножению. Однако нехватка ресурсов ограничивает рост численности человечества, приводя к нищете, голоду и болезням.

  К середине XIX в. взгляды креационистов уже резко противоречили всему ходу развития науки и практики. Многие ученые поддерживали пропагандировали идеи эволюционного развития. Находили своих сторонников идеи эволюции и в России.

  В XVIII в. развивал материалистические идеи о единстве и развитии мира философ-демократ Александр Николаевич Радищев. Изучая домашних и диких животных, Афанасий Каверзнев объяснял многообразие животного мира существованием изменчивости.

 Александр Иванович Герцен высказывал предположение, что психическая деятельность людей  не является божественным знаком, а  представляет собой логический итог постепенного развития нервной деятельности у животных.

 Труды российского естествоиспытателя Карла Францевича Рулье заложили основы эволюционной палеонтологии. Ученый выдвинул положение о том, что изменения животных обусловлены двумя причинами: особенностями самого организма (наследственностью) и влиянием внешних факторов.

     Назревала насущная необходимость создания эволюционной теории, которая бы ответила на все накопившиеся в обществе вопросы и объяснила, какие механизмы лежат в основе развития природы от простого к сложному; почему появляются одни и вымирают другие виды; чем вызвана целесообразность возникающих приспособлений. 

       II Эволюционная теория Ч. Дарвина

     Ниже  написанный текст  является синтетической  теорией Дарвина, так как ортодоксально  рассматривать дарвинизм  XIX века, который частично не соответствует знаниям XXI века. Во всей литературе, в основном, приводится именно синтетическая теория Дарвина с поправками на время и полученные в дальнейшем знания. 

     Основной  труд Ч. Дарвина, в котором была изложена теория эволюции, называется «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь»; он был опубликован в 1859 г. В первый же день был раскуплен весь тираж, огромный по тем временам — 1250 экземпляров. Появлению этой работы предшествовали почти 30 лет научных поисков и размышлений.

     Участие в экспедиции. В 1831 г. Дарвину предложили совершить пятилетнее кругосветное плавание на военном корабле «Бигль» в качестве натуралиста. Молодой исследователь получил возможность изучать природу самых отдаленных уголков земного шара.

     В Южной Америке Дарвин нашел ископаемые останки гигантских ленивцев и броненосцев. Современные виды этих животных, обитающие в тех же местах, были очень похожи на вымерших, что навело Дарвина на мысль о возможном родстве этих организмов.

     На  Галапагосских вулканических островах Дарвин обнаружил разнообразные виды вьюрков, которые отличались по размеру и строению клюва, но были очень похожи на материковый вид. Дарвин предположил, что когда-то птицы попали на острова с материка и видоизменились, приспособившись к разным источникам питания (твердые семена, фрукты, насекомые).

     В Австралии ученого поразила удивительная древняя фауна: сумчатые и яйцекладущие млекопитающие, которые давно вымерли в других местах земного шара.

     Путешествие сыграло определяющую роль в формировании научных взглядов Дарвина. Войдя на корабль сторонником неизменности живой природы, пять лет спустя при возвращении домой Дарвин был убежден, что виды способны изменяться и давать начало другим видам.

      Учение Дарвина об искусственном отборе. Данные, собранные Дарвином в экспедиции и накопленные в научных изысканиях его современниками, указывали на существование изменяемости живого мира. Однако механизмы этих изменений оставались неизвестными.

     Вернувшись  в Англию, Дарвин продолжил свои научные исследования. Он обратил внимание на существование двух противоположных явлений: наследственности и изменчивости. В те времена было еще неизвестно, какова природа этих двух свойств живых организмов, но Дарвин абсолютно верно понял, что именно наследственность и изменчивость лежат в основе эволюционных преобразований. Дарвин различал определенную и неопределенную изменчивость.

Определенная, или групповая, изменчивость возникает под влиянием факторов внешней среды и у всех особей проявляется одинаково. Например, при улучшении качества кормов коровы больше производят молока, а при внесении на поля удобрений урожай сельскохозяйственных культур становится гораздо выше. Однако эти изменения не передаются следующему поколению, и для того чтобы получить высокий урожай на следующий год, поля снова надо удобрять. В настоящее время эту форму изменчивости обычно называют ненаследственной, или фенотипической.

     Гораздо больше Дарвина заинтересовала другая форма изменчивости — неопределенная, или индивидуальная. Неопределенная изменчивость — это появление у отдельной особи нового проявления признака, которого не было у предковых форм. Дарвин считал, что именно неопределенная изменчивость обеспечивает возникновение новых видов, потому что она передается по наследству. В современной биологии известно, что основной причиной наследственной изменчивости являются мутации.

     Именно  эту форму изменчивости использовали английские селекционеры при создании новых пород животных. К тому времени в Англии было выведено более 150 пород голубей, множество пород собак, кур, крупного рогатого скота и т. д. Сторонники неизменности видов утверждали, что каждая порода имеет своего дикого предка. Дарвин доказал, что это не так. Все породы кур происходят от дикой банкивской курицы, породы крупного рогатого скота от диких туров, а все удивительное разнообразие голубей — от дикого скалистого голубя.

     Разводя домашних животных и культурные растения, английские фермеры искали среди  потомства тех особей, у которых  нужный признак был выражен наиболее ярко. Отобранные экземпляры скрещивали между собой и из организмов следующего поколения вновь отбирали те формы, у которых нужный человеку признак был выражен лучше всего. От одной исходной формы одновременно можно было получить множество разных сортов или пород, если вести отбор по разным признакам. Следовательно, при выведении новых сортов и пород человек использовал искусственный отбор.

     Искусственным     отбором называют процесс создания новых пород животных и сортов растений путем систематического сохранения и размножения особей с определенными, ценными для человека признаками и свойствами в ряду поколений.

     Искусственный отбор осуществлялся человеком  во все времена, но в древности  он был бессознательным. Наши далекие предки оставляли лучших животных или сохраняли для посева лучшие семена, исходя из практического опыта, не ставя перед собой определенной цели. Если же селекционер ставит перед собой конкретную задачу и ведет отбор по одному (двум) признакам, такой отбор называют методическим.

     Учение  Дарвина о естественном отборе. В искусственных условиях фактором, отбирающим тот или иной организм, является человек. Дарвин считал, что если бы ему удалось обнаружить в природе аналогично действующий фактор, проблема происхождения видов была бы решена.

     Под впечатлением от прочитанной работы Т. Мальтуса о стремлении организмов к безграничному размножению  Дарвин проанализировал закономерности размножения различных организмов. За 750 лет потомство одной пары слонов, самых медленно размножающихся животных, может составить 19 млн особей. Устрица откладывает 1 млн яиц за сезон, а известный всем гриб-дождевик производит 700 млрд спор, и тем не менее земной шар не покрывается устрицами и грибами. Несмотря на то, что особи стремятся к размножению в геометрической прогрессии, количество взрослых особей каждого вида остается приблизительно постоянным. Иными словами, большая часть потомков гибнет в борьбе за существование, не достигнув половой зрелости.