Тема 3.2. Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем. Генетика и эволюция Развитие эволюционных идей в биологии

Издавна люди пытались найти объяснение многообразию и причудливости мира. На протяжении тысячелетий господствовало элементарное объяснение, которое состояло в том, что будто бы все виды организмов были созданы однажды в их нынешних формах и больше никогда не изменялись. Так сказано в Библии, таких же взглядов придерживался Аристотель. Служители христианской церкви до сих пор верят, что все многообразие организмов, населяющих Землю, явилось результатом акта божественного творения мира за шесть дней, а любое другое объяснение они воспринимают как оскорбление своей религиозной веры.

Именно под влиянием религиозной идеи о неизменности всего живого биологическая парадигма долгое время, вплоть до XVIIIв., сводилась лишь к описанию многочисленных видов животных и растений, причем это описание ограничивалось характеристикой только внешних, бросающихся в глаза признаков. Такова была и наиболее совершенная для своего времени, но оставшаяся в рамках старой парадигмы и потому во многом искусственная, классификация, предложенная знаменитым шведским естествоиспытателемК. Линнеем.

Однако человек устроен так, что он осваивает мир, не полагаясь только на религиозную веру. Он пытается понять его также и с помощью разума, опираясь на знания, полученные путем размышлений, логических доказательств.

Используя рациональные методы, ряд ученых, например, Ж. Л. Бюффонво Франции,Э. Дарвин(дед Ч. Дарвина) в Англии,И. В. Гетев Германии,М. В. Ломоносовв России пришли к выводу, что организмы, населяющие Землю, не неизменны, а претерпевают эволюцию. Этот вывод позволили им сделать обнаруженные в разных местах Земли ископаемые остатки странных животных и растений, совершенно непохожие на современных. Находки поражали воображение людей. Им пытались дать то или иное объяснение. Некоторые высказывали даже такое предположение, что ископаемые – это не остатки вымерших организмов, а некие предметы, которые Господь поместил в горные породы, чтобы людям интереснее было жить на свете.

Однако некоторые ученые сделали из этих открытий другие выводы: они выступали как создатели первых концепций об эволюции всего живого на Земле. Тем самым осуществилось предвидение К. Линнея, который, критически относясь к собственной концепции, считал, что «искусственная система служит лишь до той поры, пока не найдена естественная».И действительно, такая пора скоро настала: парадигмаискусственной систематизации сменилась принципамиестественной классификации, основанной на теории эволюции и исходившей не только из внешнего сходства форм, но и из общности происхождения, родства.

Интенсивное проникновение эволюционной парадигмы в биологию началось в конце XVIIIв. благодаря работам выдающегося французского биологаЖ. Б. 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 могут вести, по его мнению, к изменению форм поведения, что вызовет необходимость использовать некоторые органы или структуры по-новому или более интенсивно (или перестать ими пользоваться). В случае интенсивного использования эффективность и/или величина органа будет возрастать, а при неиспользовании может наступить его дегенерация и атрофия. Эти признаки, приобретенные индивидуумом в течение всей жизни, согласно Ламарку, наследуются, то есть передаются потомкам.

С точки зрения ламаркизма, длина шеи 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, происходящее в каждом поколении, передавалось следующему поколению, пока эти части тела не достигли своей нынешней длины. Перепонки между пальцами водоплавающих птиц и форму тела камбалы объясняли таким же образом. Перепонки возникли в результате постоянного раздвигания пальцев и растяжения кожи между ними при плавании в поисках пищи или для спасения от хищников, а уплощенное тело – из-за лежания на боку на мелководье. Хотя теория Ламарка подготовила почву для принятия эволюционной концепции, его взгляды на механизм изменения так и не получили широкого признания.

Однако Ламарк был прав, подчеркивая роль условий жизни в возникновении фенотипных изменений у данной особи. Например, занятия физкультурой увеличивают объем мышц, но, хотя эти приобретенные признаки затрагивают фенотип, они не являются генетическими и, не оказывая влияния на генотип, не могут передаваться потомству.

Теория Ламарка была исторической предпосылкой для признания впоследствии наследования генетических особенностей при половом размножении.

Проблемы, поставленные Ламарком, были успешно решены Ч. Дарвином. В своей знаменитой работе «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859), он, обобщив отдельные эволюционные идеи, создал стройную, развернутую теорию эволюции.

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. Этот компонент эволюционной теории обеспечивает логическую программу для систематики, исследований по сравнительной анатомии, эмбриологии, биогеографии и т. д. Эволюция рассматривается как постоянный процесс изменения видов – результат влияния естественного отбора на незначительные унаследованные отличия. Хотя существующие виды и обладают различными свойствами, считается, что эти свойства просто отражают исторический процесс дивергенции (расхождения), который уничтожил промежуточные формы или связующие виды. 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. Естественный отбор постоянно распространяет по всему свету мельчайшие изменения, отбрасывая неприспособленные, сохраняя и слагая устойчивые, работая неслышно и невидимо над усовершенствованием каждого органического существа в связи с условиями его жизни, органическими и неорганическими.

Теория Дарвина нуждалась в дальнейшей разработке и обосновании с учетом последующих достижений всех биологических дисциплин.

На сегодняшний день существует множество доказательств эволюционного процесса:палеонтологические, сравнительно-анатомические, эмбриологические, географические, биохимические, генетические.