Глава 12. Концепция эволюции в биологии
Понятие эволюции 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 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 теории Дарвина и появившихся после него гипотезах и теориях.
В этой главе мы познакомимся с основными идеями как классической эволюционной теории Дарвина, так и постклассических теорий, в которых были обобщены результаты новых открытий в области наследственности, изменчивости и естественного отбора.
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.
В природе нельзя обнаружить два совершенно одинаковых, тождественных организма. Чем тщательнее и глубжеже 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 (р. 1933 г.), 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.
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 лучшею места обитания, лидерстве в группе и т. п. В связи с этим часто различают внутривидовую и межвидовую борьбу.
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, есть
следствия 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.
Нередко роль Дарвина сводят к доказательству биологической эволюции, но такие доказательства (пусть и не принятые современниками) дал уже Ламарк. Заслуга Дарвина - в обстоятельном теоретическом анализе эволюции. Его теория опиралась на ряд теоретических предпосылок.
Так, Т. Мальтус (1766-1834) опубликовал «Трактат о народонаселении» (1798), в котором описал возможные последствия ничем не сдерживаемого роста населения: если бы такой рост происходил в геометрической прогрессии , а производство продуктов питания - в арифметической, то на каждого человека приходилось бы уменьшающееся количество пищи, и Человечеству грозил бы глобальный голод.
Принцип униформизма английского геолога Ч. Лайеля (1797-1875): медленные незаметные геологические изменения (если они достаточно длительны) приводят к радикальным результатам: горообразованию, поднятию или опусканию морского дна и др. Аналогичные миллионолетние изменения в биологии могут привести к образованию новых видов живых организмов.
Факт из истории науки
Под девизом «Настоящее - ключ к познанию прошлого» Ч. Лайель провозгласил идею униформизма : Земля сформировалась под влиянием постоянных геологических факторов, действующих и в современную эпоху. Для примера он измерил на Сицилии толщину излившейся лавы, дабы показать, что гора Этна могла сформироваться в результате накопления этой застывшей лавы. Он также измерил эрозию, вызванную Ниагарским водопадом, и объявил, что нынешнее местонахождение водопада можно объяснить постепенным разрушением горных пород иод воздействием реки Ниагары. Учение Лайеля легло в основу всех наук о Земле, опровергая господствовавшую в то время теорию катастроф. Ч. Лайель впервые заставил считать возраст Земли не сотнями тысяч, а миллиардами лет.
Изменения животных и растений под влиянием селекции и одомашнивания - несомненные доказательства изменяемости видов.
Рис. 15.1
Первый очерк теории эволюции (1842) не был опубликован, поскольку Дарвин стремился расширить аргументацию в пользу своих выводов. К публикации работы его подтолкнуло известие об эволюционных и идеях английского натуралиста А. Р. Уоллеса (1823-1913). В ноябре 1859 г. Ч. Дарвин опубликовал труд «Происхождение видов путем естественного отбора , или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». В первый же день были проданы все 1250 экземпляров.
Эмпирическую основу теории Дарвина составили несколько наблюдений.
- Особи, входящие в состав популяции, обладают большим репродуктивным потенциалом. Так, многие растения дают десятки и сотни тысяч семян, а рыбы выметывают от нескольких сотен до нескольких миллионов икринок. В частности, виргинская устрица за сезон производит 1 млн яиц, а дождевик - 7 х 10 11 спор.
- Число особей в каждой данной популяции 1 относительно неизменно.
Таким образом, многие особи не доживают до репродуктивного возраста
и не оставляют потомства, поскольку в популяции происходит активная «борьба за существование».
Во всех популяциях существует изменчивость. Вывод из этого наблюдения сводится к тому, что в «борьбе за существование» те особи, которые наилучшим образом приспособлены к условиям жизни, обладают «репродуктивным преимуществом» и оказываются более приспособленными к тому, чтобы выжить и оставить потомство .
Информация к размышлению
Ч. Дарвин разграничивает два вида изменчивости. Определенная изменчивость - способность всех особей одного и того же вида в определенных условиях внешней среды одинаковым образом реагировать па эти условия (в лесу все сосны стройные, в поле сосны вырастают раскидистыми). Вопреки Ламарку, такая изменчивость не наследуется. Неопределенная изменчивость возникаст под влиянием случайных (неопределенных) факторов, она передается по наследству, а незначительные отличия в первом поколении усиливаются в последующих поколениях. В дальнейшем неопределенные изменения стали называть мутациями , а определенные - модификациями.
Теоретическая концепция Дарвина базируется на трех основных принципах.
Первый принцип - изменчивость является неотъемлемым свойством живого.
В природе нельзя обнаружить два совершенно одинаковых, тождественных организма, но в крайне неблагоприятных условиях каждое мельчайшее отличие способно стать именно тем решающим изменением , которое определит, останется ли этот организм в живых или будет уничтожен.
- Второй принцип - борьба за существование : все виды организмов могут размножаться в геометрической прогрессии, но выживают и достигают зрелости лишь в арифметической прогрессии, т.е. небольшая часть потомства (в полном соответствии с обобщениями Мальтуса). В этих условиях и развертывается борьба за существование.
- Третий принцип - принцип естественного отбора : выживают и оставляют потомство наиболее приспособленные к существующим условиям особи данного вида. Благодаря наследственности изменения сохраняются в потомстве и могут привести к образованию нового вида.
Конкретную силу, формирующую устойчивые природные признаки из незначительных различий отдельных особей, Дарвин нашел у селекционеров, которые для дальнейшего разведения отбирают только те орга- пизмЫу которые обладают полезными для человека признаками. Аналогом искусственного отбора, по Дарвину, в природе выступает естественный отбор.
Таким образом, если по Ламарку приспособительная изменчивость передается по наследству непосредственно , то Дарвин отрицал такую непосредственную связь между наследственностью и изменчивостью. В систему взаимосвязи «наследственность - изменчивость» он ввел два опосредствующих звена : понятие «борьба за существование» и естественный отбор как механизм, который позволяет выбраковывать «ненужные» формы и образовывать новые виды. Этот механизм, по Дарвину, - следствие «одного общего закона, обусловливающего прогресс всех органических существ, именно - размножения, изменения, выживания наиболее сильных и гибель наиболее слабых» .
В противовес сторонникам идеи катастрофизма, Дарвин обращает внимание именно на постепенный характер изменений в биологии.
Мнение эксперта
Чарльз Дарвин:
«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» .
Естественный отбор в природе - результат борьбы за существование, под которой Дарвин понимал взаимоотношения организмов данного вида друг с другом (внутривидовая конкуренция), с другими видами организмов (межвидовые отношения), а также с косными (неживыми) факторами внешней среды. Наиболее острой является конкуренция между одинаково устроенными особями данного вида: их жизненные потребности сходны, а каждый вид живых организмов стремится неограниченно размножаться. Именно это приводит к перенаселению и нехватке ресурсов. В итоге больше шансов выжить и оставить потомство получают в первую очередь особи, которые сильно отличаются от остальных представителей данного вида.
Если же в последующих поколениях резко отличающиеся индивиды оказываются одинаково успешно приспособленными к окружающей среде, то вид разделяется на две (или более) форм, которые могут стать новыми видами. Такую эволюцию Дарвин назвал дивергенцией (от лат. divergens - «расходящийся в разные стороны»), В результате конкуренции вымирают те виды, которые хуже приспособлены к данным условиям (их особи не доживают до периода половой зрелости и не могут размножаться).
Дарвиновские принципы - (1) борьба за существование; (2) наследственность и изменчивость; (3) естественный отбор - стали краеугольным основанием научной биологии подобно тому, как законы Ньютона стали краеугольным камнем физической картины мира. Недаром Э. Геккель называл Дарвина «Ньютоном органического мира». Подобно Ньютону в физике, Ч. Дарвин создал первую фундаментальную теорию в биологии - теорию естественного отбора. Символично, что в Вестминстерском аббатстве Ч. Дарвин похоронен рядом с И. Ньютоном.
- Дарвин (1809-1882) во время кругосветного плавания на корабле«Бигль» собрал множество данных, свидетельствующих о том, что видынельзя считать неизменными. Он взял с собой только что вышедший первый том «Основ геологии» Ч. Лайеля, в котором обоснован принцип униформизма. Эта книга оказала большое влияние на Дарвина. Несколько фактов подтолкнуло Дарвина к идее эволюции: сравнениедвух скелетов ленивца из северной части Патагонии: огромного ископаемогои маленького современного; различие вьюрков на Галапагосских островах:почти на каждом острове архипелага - свой вид (рис. 15.1). Другой стимулсвязан с работой селекционеров, которые к первой половине XIX в. создалимного пород домашних животных и сортов сельскохозяйственных растений.
- Термина «популяция» Дарвин нс употреблял, а писал о «группах особей». Термин введен В. Иогансеном в 1903 г.
- Подробнее см.: Грин //., Стаут У., Тейлор Д. Биология. С. 281-283.
- Цит. по: Рузавип Г. И. Концепции современного естествознания. М., 2006. С. 259.
- Цит. по: Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания. М.: 2006. С. 235.
Биологическая дисциплина, изучающая закономерности исторического развития или эволюции органического мира. Она обобщает результаты, полученные частными биологическими науками, и поэтому является теоретической основой биологии.
Термин "эволюция" употребляется в биологии как синоним выражения "историческое развитие". Таким образом, его содержание не совпадает с содержанием аналогичного термина в философии, где под эволюцией подразумевается часть исторического процесса - плавного, постепенного, количественного изменения, приводящего к революции - скачкообразному качественному изменению. В биологии под эволюцией понимают процесс исторического развития органического мира и увеличение разнообразия растений и животных путем новообразования, постепенного приспособления живых систем к беспрерывно меняющимся условиям существования под контролем естественного отбора. Вследствие эволюции в ряде последовательных поколений происходят количественные и качественные изменения формы и функции органов, способа жизни организмов.
Впервые термин "эволюция" (от лат. evolutio - развертывание) был использован в биологии в 1762 г. швейцарским натуралистом Шарлем Бонне (1720-1793).
Основоположником эволюционного учения был английский ученый Чарльз Дарвин (1809-1882) [показать] , утвердивший в биологии идею развития органического мира.
Чарльз Дарвин
Герой этого рассказа, юный англичанин по имени Чарльз, жил в позапрошлом веке. Однако то, что случилось с ним, заставляет призадуматься кое о чем и сегодня.
Житель небольшого английского городка, ученик местной гимназии, Чарльз в своем классе оказался, пожалуй, самой удобной мишенью для насмешек со стороны учителей и товарищей. Скажем сразу: лень была его главным, но не единственным недостатком. Сколько школьные наставники ни вглядывались в его голубые, вечно полусонные глаза – в них не было ни единого проблеска любопытства и интереса к какому-либо предмету. Даже родной английский ему было лень учить. Всем своим видом он словно вопрошал: говорю, пишу на английском – чего еще надо?
Следует отметить, что в этой гимназии от учеников кроме знаний по обычным дисциплинам требовалось также, чтобы они все как один писали стихи. Чарльз и по этой части оказался среди самых безнадежных: к простейшим словам не мог (или не хотел?) подобрать рифму. "Чарльз!" - то и дело окликали его учителя, видя, что маленький увалень в очередной раз норовит вздремнуть за партой…
Самое удивительное, что он был из весьма приличной, известной в Англии семьи. Его отец сэр Роберт (рост под два метра и вес около двухсот килограммов) считался одним из лучших врачей округа. А дед Чарльза по отцовской линии был еще более заметной фигурой – ученый-ботаник с мировым именем. Что интересно, свои научные воззрения он, случалось, излагал (не в пример внуку!) в стихотворной форме…
Разумеется, в гимназии этого городка учились далеко не одни гении. Но сверстники Чарльза хотя бы старались, зубрили, выдавали чужие стихи за свои, а по окончании гимназии поступали в университеты и делали успешную карьеру. А герой нашего рассказа даже не старался стать лучше, все ему было, как сказали бы сегодня, - до лампочки.
Впрочем, нет, чем-то и он увлекался. Например, Чарльз любил ловить жуков, бабочек и составлять коллекции. Но более всего – и это в то время, когда его одноклассники, стремясь стать истинными джентльменами, играли в гольф, ездили верхом на лошадях, учились ухаживать за девочками, - Чарльз любил сидеть с примитивной удочкой на берегу местного пруда. Пусть ничего не ловилось и даже не клевало, он часами, сидел, глядел на воду и – ничего не делал! А когда он подрос и получил право на ношение охотничьего оружия, его только и видели дома: юнец в полном одиночестве шастал среди болот и вересковых пустошей, самозабвенно паля по всему, что летало и бегало. И уже затемно возвращался домой, увешанный битой дичью…
С грустью и отчаянием глядел на сына достопочтенный сэр Роберт. В отпрыске не проглядывало ни единого положительного задатка! А вот сам Чарльз, как он сам потом признался, в отличие от отца ничуть не горевал по этому по воду. Ну не дано, так не дано – что поделаешь? Малый продолжал преспокойно удить рыбу, ходить на охоту…
Ничуть не сомневаясь, что без него непутевый Чарльз не найдет дорогу в жизни, тучный и подавлявший своей тучностью сына сэр Роберт отправил его в учебное заведение, готовившее врачей. Увы, к медицине, как и к сочинению стихов, юнец не проявил ни малейшего интереса. Пришлось сэру Роберту забрать его домой.
Далее, на беду ли, на счастье ли Чарльза, друг семьи обнаружит на голове увальня так называемую "шишку благочестия", которая в те времена считалась наивернейшим признаком, что ее обладателю суждено стать примерным священнослужителем. (Шишка была столь большой, что, по словам самого Чарльза, ее могло хватить на дюжину священников!) Обрадованный сэр Роберт отправил сына в университет, где будущим преподобным отцам давали хорошее образование. Но Чарльз и здесь не утруждает себя учебой. На первом месте у него по-прежнему охота, рыбалка и ловля насекомых. Бывает, что лентяй стреляет по воронам, даже не вставая с постели! Затем у него появляется еще одно увлечение, на этот раз не совсем безобидное: Чарльз захаживает в пивнушку и задерживается там допоздна. Словом, и на "шишку благочестия" не осталось никаких надежд…
Наверное, все могло для Чарльза кончиться плохо, не обрати на него внимания два чудаковатых преподавателя университета. Из собеседований с ним они оба пришли к выводу, что этот неповоротливый, но миролюбивый и честный малый блестяще знает повадки рыб, птиц, насекомых. Кроме того, каким-то непостижимым образом они обнаружили в нем склонность к научному анализу. Вот они-то и посоветовали Чарльзу отправиться в кругосветное путешествие на парусном судне в качестве лаборанта и коллекционера редких видов растений и животных. Чарльз от нечего делать согласится. Но против были два человека: сэр Роберт и капитан судна. Отец решил, что Чарльз, плавая по морям, окончательно обленится, а капитану показалось, что студент-недоучка будет лишним ртом на корабле.
И все же Чарльза включили в состав экспедиции. Судно называлось "Бигль". Плавая на "Бигле" в течение пяти лет, Чарльз вместе с другими членами экспедиции высаживается время от времени на берега американского континента, изучает флору и фауну заморских стран, блуждает в бескрайних пампасах, восходит на высочайшие горы, подолгу живет на Галапагосских островах, известных тем, что здесь обитают нигде больше не встречающиеся птицы и черепахи.
Но Чарльз и здесь выглядит белой вороной! Другие члены экспедиции, люди куда более опытные, чем он, пустились в это путешествие, чтобы собрать научный материал, а затем, вернувшись в Англию, обобщить его и, защитив диссертацию, обзавестись научной степенью. При этом многие из них так спешили, что, изучая флору и фауну, искали обязательно что-то редкое, сенсационное. А медлительный Чарльз? Он мог у обыкновенного лопуха просидеть весь день напролет, изучая его со всех сторон, или разглядывать крохотного жучка с таким неподдельным интересом, словно тот прилетел с другой планеты. Так вот: взошел Чарльз на парусное судно "Бигль" обыкновенным лаборантом, с большими сомнениями в пользе путешествия, а вернулся в Англию… профессиональным биологом, блестящим ученым по имени Чарльз Дарвин!
Изучив собранный в далеких краях уникальный научный материал, после возвращения в Англию он написал фундаментальный труд по происхождению и эволюции всего живого на земле, труд, который произвел переворот в биологической науке. Сам того не желая, внук затмил славу своего знаменитого деда.
Правда, прирожденная медлительность еще не раз сыграет с ним злую шутку. Так, ученый, привыкший не раз и не два проверять и перепроверять одни и те же факты, ставить одни и те же опыты, он на многие годы затянет публикацию главного труда своей жизни – книги "Происхождение видов". А в это время один молодой биолог, работавший в лесах Юго-Восточной Азии, независимо от Дарвина придет к таким же выводам, что и герой нашего рассказа. Лишь по настоянию друзей Дарвин выступит в печати и докажет свой приоритет. И первым, кто это признает, будет тот самый молодой коллега – он благоговел перед именем Дарвина и нисколько не сомневался в его честности.
Но и после случившегося герой нашего рассказа останется равнодушным к суете и славе. Если на создание первого труда у него уйдет восемь лет, то на создание следующего – уже тридцать. Работал он в самом деле медленно, зато наверняка. Один из биографов Дарвина так написал об особенностях его ума и таланта: "В таком мозгу мысль созревает до того медленно, что поначалу чудится, будто ее почти и нет, а потом становится ясно, что она там была всегда…"
По материалам: www.peoples.ru
Эта идея выдвигалась многими философами и натуралиста и ранее, но только Дарвин, собрав огромный фактический материал, смог дать неопровержимые доказательства эволюционного процесса и установить факторы, под влиянием которых происходит эволюционное развитие видов.
Теория эволюции органического мира, разработанная Дарвином, получила название "дарвинизм". Значение ее было столь велико, что резко отграничило историю развития эволюционного учения, важные этапы которого совпадали со сдвигами в социально-экономической структуре общества, на
- додарвиновский период , включивший в себя
- Эпоху практических донаучных знаний (или умозрительный период) - от каменного века до XVI ст. Для этого времени характерно главным образом описание наблюдаемых биологических явлений, на основе которых еще не устанавливались закономерности их развития. Вместо них давались умозрительные и нередко религиозно-идеалистические трактовки.
- Эпоху возникновения и оформления основных биологических наук (описательный период) - с XVI до середины XIX в. Это период аналитического развития биологии, когда появилась профессия натуралиста, ученые начали применять эксперимент и пытались давать биологическое обоснование практики медицины, растениеводства, животноводства. В это время формируется научная система знаний о живой природе, быстро развиваются ботаника, зоология, систематика, морфология, физиология, эмбриология и другие биологические науки.
- дарвиновский период или каузальный период (эпоху синтеза научных биологических знаний ) с середины XIX до середины XX в. Первым крупнейшим синтезом научных знаний была теория Ч. Дарвина, давшая причинное объяснение исторического развития органического мира.
- и последарвиновский период (или реконструктивный период), в котором в связи с бурным развитием генетики и использованием ее достижений для объяснения механизмов эволюции в 20-30-х годах 20 в. сформировалось новое направление в эволюционном учении, получившее название синтетической теории эволюции (эпоху современного дарвинизма ).
Для додарвиновского периода в истории биологии характерным было господство метафизических представлений о неизменности и изначальной целесообразности природы. Метафизики рассматривали явления и тела природы как раз и навсегда данные, неизменные, изолированные и не связанные между собой. Они считали, что виды растений и животных являются продуктом творческого акта и что с самого начала организмы уже имели в готовом виде все характерные для них приспособления. Метафизическое мышление является антидиалектическим, а метафизические представления о природе смыкаются с креационизмом и теологией [показать] .
Теология , или богословие (греч. teos - бог, logos - слово) - совокупность религиозных доктрин и учений о сущности и действии Бога.
Натуралистов додарвиновского периода при углубленном изучении строения и жизненных функций животных и растений поражало удивительное совершенство организмов. Эта мысль хорошо выражена словами французского натуралиста Ж. Кювье: "Каждое организованное существо составляет самостоятельную целостную систему, все части которой взаимно соответствуют одна другой и служат для выполнения определенной цели". Если органы пищеварения приспособлены для переваривания мяса, то другие органы животного - его зубы, челюсти, конечности - устроены так, чтобы животное могло преследовать добычу, захватить ее, разорвать на куски и разжевывать мясо. Этой же цели должны соответствовать инстинкты и нравы животного. Организм представлялся как единая, разумно устроенная система. Поражало их также и удивительное соответствие свойств организма с условиями их жизни. Каждое животное и растение имеет множество приспособлений, обеспечивающих питание и сохранение жизни в определенных условиях среды, будто они разумно созданы именно для этих условий.
Подобное целесообразное строение биологи додарвиновского периода считали изначальным свойством организмов и усматривали в нем доказательство мудрости создателя вселенной. По этому поводу в XVIII веке выходили многочисленные сочинения под заголовками такого типа: "Теология раковинных моллюсков" или "Теология рыб". Авторы этих сочинений ставили своей целью доказать на примерах целесообразного строения животных мудрость творца вселенной. Это было "высшим обобщением", к которому пришла метафизическая мысль в биологии.
"Высшая обобщающая мысль, до которой поднялось естествознание рассматриваемого периода, - писал Ф. Энгельс, - это - мысль о целесообразности установленных в природе порядков, плоская вольфовская телеология, согласно которой кошки были созданы для того, чтобы пожирать мышей, мыши, чтобы быть пожираемыми кошками, а вся природа, чтобы доказывать мудрость творца".
Идеалистическое учение об изначальной целесообразности получило название телеологии (греч. teleos - стремящийся к цели). Материалистическое объяснение целесообразности впервые дал много позже Дарвин.
Лестница тел природы . Другое обобщение, к которому пришло метафизическое естествознание XVIII века, - это лестница тел природы. Изучая животных, растения и тела неорганической природы, ученые располагали их по сложности строения в один ступенчатый ряд. Отправным пунктом лестницы был человек. Остальные тела природы располагали по степени их сходства с человеком в нисходящий ряд - животные, растения, тела неорганической природы. Автор одной из самых популярных "лестниц существ" швейцарский ученый Ш. Бонне (1720-1793) утверждал, что между самой низкой и самой высокой ступенью телесного и духовного совершенства находится бесчисленное множество промежуточных ступеней. На низших ступенях лестницы, по Ш. Бонне, находятся тонкие материи, огонь, воздух, вода, затем металлы и минералы. От них он видел переход через "каменистые водоросли" к миру растений, а через "чувствительные растения" и полипы - к миру животных. Животные располагались по ступеням возрастающей сложности от беспозвоночных к позвоночным, от рыб к птицам и четвероногим и, наконец, через обезьян - к человеку.
Казалось бы, лестница тел природы могла натолкнуть ученых на мысль о развитии природы от простого к сложному, от низшего к высшему. Однако метафизическое мировоззрение исключало представление о развитии. В лестнице существ метафизики видели лишь установленный творцом порядок застывших неизменных тел природы. Интересно отметить, что Ш.Бонне не заканчивает свою лестницу человеком; на ступенях лестницы, расположенных выше, он помещает различные "ангельские чины" и завершает ее богом.
Однако и в период господства метафизики и креационизма в биологии отдельные естествоиспытатели фиксировали внимание на фактах изменчивости, превращения форм растений и животных. Зарождалось и развивалось течение, известное под названием трансформизма. Трансформизм - учение об изменяемости видов растений и животных, подрывавший устои метафизики и креационизма, считают предшественником эволюционного учения.
Развитие естествознания в XIX в., селекционной практики, расширение и углубление исследований в различных областях биологии, интенсивное накопление новых научных фактов создавали благоприятные условия для важных эволюционных обобщений - нового метода исследования, который применил Ч.Дарвин в обосновании проблем эволюции.
Он дал обоснование реальности развивающегося вида как категории, которая зарождается, развивается и исчезает, обосновал единство прерывности и непрерывности в возникновении вида, диалектически решил проблему случайности и необходимости в эволюции, показал, как неопределенные случайные изменения под действием естественного отбора в чреде поколений превращаются в адаптичные признаки вида. Дарвин вскрыл материальные причины и показал пути формирования относительной целесообразности, чем впервые нанес смертельный удар телеологии. Он разработал фундаментальные научные проблемы биологии, утвердил исторический метод в изучении природы и предложил первую материалистическую теорию эволюции органического мира, справедливо получившую название дарвинизм.
Дарвинизм - материалистическое учение об общих закономерностях исторического развития органического мира, о движущих силах, причинах и путях этого развития, а также об использовании естественных закономерностей для управления жизнью растений и животных, их полезной продуктивностью, формообразованием в интересах человека.
Дарвин Чарлз Роберт (1809-1882) - английский естествоиспытатель, основоположник научной биологии, создатель первого материалистического учения об историческом развитии органического мира путем естественного отбора. Учился в Эдинбургском и Кембриджском университетах, как натуралист совершил кругосветное путешествие (1831-1836), во время которого собрал богатейший научный материал, легший в основу его главного труда - "Происхождение видов" (1859). При жизни автора вышло 7 изданий этой книги. Анализу закономерностей эволюции посвящены монографии "Изменение домашних животных и культурных растений" (1868), "Происхождение человека и половой отбор" (1871) и другие труды, составляющие 12 томов. Избран членом Российской АН (1867), почетным членом Московского, Казанского и других обществ испытателей природы. В Москве функционирует Государственный дарвиновский музей, в Вологодской области - Дарвиновский заповедник на Рыбинском водохранилице. К. А. Тимирязев подчеркивал, что эволюционное учение впервые почувствовало под собой "твердое основание на почве дарвинизма". Учение Ч. Дарвина о развитии живой природы положило начало новому научному этапу в истории биологии. |
Дарвинизм оказал плодотворное влияние на развитие биологической науки, в процессе которого была подтверждена дарвиновская теория эволюции.
Сразу же после появления дарвинизма разгорелась острая идеологическая борьба в биологии. Идеалисты разных толков, прежде всего креационисты и представители других религиозно-философских направлений, резко выступили против материалистических основ учения Ч. Дарвина. Однако дарвинизм показал действенность положений диалектико-материалистической философии о постоянном развитии природы как результате борьбы противоположностей, непрерывном движении и всеобщей связи явлений в природе.
Атеистическое значение дарвинизма было настолько велико, а сила и убедительность его положений столь значительны, что даже глава католической церкви папа Пий XII в энциклике 1950 г. разрешил производить исследования о происхождении человеческого тела из уже существующей живой материии, но одновременно отметил, что католическая вера обязывает придерживаться мнения, что душа создана непосредственно богом.
Основоположники марксизма-ленинизма сразу же обратили внимание на работы Дарвина и высоко оценили его теорию. К. Маркс отмечал, что Дарвин впервые нанес смертельный удар телеологии и дал рациональное объяснение относительности приспособлений в живой природе. К. Маркс указывал, что книга Дарвина "Происхождение видов" является хорошей естественно-исторической основой диалектико-материалистической философии.
В своих классических произведениях "Диалектика природы", "Анти-Дюринг", "Л. Фейербах" и др. Ф. Энгельс подчеркивал, что именно Дарвин нанес сокрушительный удар метафизическим взглядам на природу и научно обосновал ее эволюционное развитие. Уже через три недели после первой публикации книги "Происхождение видов" Ф.Энгельс писал К.Марксу об успешной разработке Дарвином доказательств исторического развития природы. Энгельс относил дарвиновскую теорию к одному из трех крупнейших обобщений естествознания XIX в.
В. И. Ленин в работе "Что такое "друзья народа" и как они воюют против социал-демократов?" (1895), подтверждая мысль Ф. Энгельса, сравнивает заслуги К. Маркса с заслугами Ч. Дарвина и подчеркивает, что Дарвин впервые поставил биологию на вполне научную основу.
Более чем столетняя история свидетельствует, что дарвинизм успешно выдержал испытание временем и показал свои несомненные научные преимущества перед многочисленными попытками дать обоснование ведущих законов развития природы. Эволюционное учение Дарвина оказало огромное революционизирующее влияние на науку. Оно утвердило идею развития, исторический метод в исследовании явлений живой природы, что привело к коренной перестройке всех отраслей биологической науки.
В дальнейшем, на основе синтеза дарвинизма, генетики, экологии и других биологических наук, с учетом диалектической связи между генетико-экологическими закономерностями и законами исторического развития жизни, начиная с 20-30-х годов прошлого столетия оформилась синтетическая теория эволюции, которую можно рассматривать как дарвинизм современности.
В нашу эпоху дарвинизм все также является важнейшим научным обобщением современной биологии. Общая теория эволюции, устанавливая закономерности и раскрывая процесс исторического развития органического мира, определяет родственные связи между современными формами животных и растений и их предками, показывает пути исторических преобразований. Она исследует эволюционные изменения в современную эпоху (микроэволюцию), дает теоретическое обоснование более совершенных генетико-селекционных методов искусственного отбора и позволяет разрабатывать научные основы создания новых пород и сортов, введение в культуру новых групп микроорганизмов, растений и животных; создавать более продуктивные агроценозы; интенсифицировать лесное, рыбное и охотничье хозяйства; разрабатывать биологические методы борьбы с вредителями; познавать закономерности эволюции биогеоценозов, прогнозировать результаты вмешательства человека в экосистемы, предупреждать возможные нарушения равновесия биосферы, охранять и рационально использовать растительный и животный мир.
Эволюционное учение - это наука о причинах, движущих силах, механизмах и общих закономерностях исторического развития живого мира. Эволюцией в биологии называют непрерывное направленное развитие живого мира, сопровождающееся изменением строения и уровней организации разных групп организмов, позволяющее им более эффективно приспосабливаться и существовать в самых различных условиях обитания.
Эволюционное учение является теоретической базой биологии, так как оно объясняет основные особенности, закономерности и пути развития органического мира, позволяет понять причину единства и огромного многообразия органического мира, выяснять исторические связи между разными формами жизни и предвидеть их развитие в будущем. Эволюционное учение обобщает данные многих биологических наук, позволяет понять механизмы и направления изменчивости живой материи и использовать эти знания в практике селекционных работ.
Эволюционное учение возникло не сразу. Оно сложилось как результат длительной борьбы двух принципиально противоположных систем взглядов на жизнь и ее происхождение - идей Божественного сотворения мира и представлений о самозарождении и саморазвитии жизни. На основе этих воззрений в науке сложились два направления - креационизм, развивающий идеи сотворения мира Богом или Высшим разумом, второе - эволюционизм, допускающий возможность самозарождения и саморазвития органического мира. Существовали также представления о вечности жизни в природе.
Уже в древности эти идеи активно обсуждались, и в их развитие внесли большой вклад такие выдающиеся мыслители своего
Додарвиновский период развития эволюционных идей в биологии времени, как Фалес Милетский, Анаксимандр, Анаксимен, Гераклит, Эмпедокл, Демокрит, Платон, Аристотель и многие другие.
В Средние века господствовали в основном идеи креационизма и неизменности мира.
Наиболее крупными учеными додарвиновского периода развития биологии были К. Линней и Ж. Б. Ламарк.
Карл Линней (1707-1778) - выдающийся шведский ученый. Именно он сделал попытку обобщить имевшиеся в то время данные о многообразии органического мира и создать его научную классификацию, изложив свои взгляды по этим вопросам в «Системе природы» (1735). Он является создателем систематики и номенклатуры - наук о принципах классификации и правилах их наименования. Основной таксономической категорией у растений и животных К. Линней считал вид, определяя его как множество сходных особей, воспроизводящих себе подобных. Виды он объединял в роды. В своей системе он выделял пять таксономических категорий разного уровня: класс, отряд, род, вид, разновидность. Для названия видов К. Линней использовал бинарную номенклатуру, то есть двойное наименование - с указанием названий рода и вида (например, мухомор красный, олень благородный и т. п., где первое слово - название рода, а второе - вида). Описания видов и их названия он сделал на латинском языке, принятом тогда в науке. Это намного облегчило взаимное понимание между учеными разных стран, так как в разных языках один и тот же вид может называться совершенно по-разному. Поэтому до сих пор научные названия растений, грибов или любых других организмов принято писать на латинском языке, понятном специалистам разных стран. Всего К. Линней составил описания около десяти тысяч видов растений и животных, объединив их в 30 классов (24 класса растений и 6 классов животных). Однако система К. Линнея была искусственной, основанной на сходстве только внешних признаков. Так, к классу червей он относил кишечнополостных, губок, иглокожих и даже круглоротых, которые сейчас относятся к совершенно разным типам животных. Растения он разделял на классы по наличию или отсутствию цветка, форме цветка и по числу тычинок и пестиков в нем. Но вместе с тем он совершенно правильно отнес человека к отряду приматов. Это было революционным шагом для того времени. Не случайно труд К. Линнея долгое время был запрещен Ватиканом. К. Линней считал виды неизменными, существующими в том состоянии, как их создал Бог. Но он отмечал, что разновидности могут со временем изменяться. Большой заслугой К. Линнея является то, что его систематика фактически отражала результаты эволюции - многообразие организмов от простых форм к более сложным, а таксономические категории впервые определили иерархию и соподчиненность разных групп организмов - от видов до классов.
Очень крупной фигурой в биологии является Жан-Батист Ламарк (1744-1829) - французский ученый, создавший первое целостное эволюционное учение, основы которого он изложил в своем труде «Философия зоологии» (1809). В нем он впервые доказал, что всем видам присуща изменчивость. Основными причинами изменчивости Ж. Б. Ламарк считал влияние внешней среды и стремление живых организмов к совершенству, заложенное в них Богом. Таким образом, по Ламарку, процесс эволюции как бы намечен самим Творцом. Главным механизмом изменчивости видов Ламарк считал упражнение или неупражнение органов. Под влиянием меняющихся условий среды обитания животным приходится менять свои привычки и способы добывания пищи. Например, у жирафа, которому приходится тянуться вверх за листьями деревьев, со временем вытянулась шея (упражнение органа), а у крота, обитающего под землей, произошла потеря зрения (неупражнение органа). Ламарк дал более подробную по сравнению с Линнеем классификацию животных, распределив их по 14 классам. Он отделил позвоночных животных от беспозвоночных. Выделенные им 14 классов животных были разделены по степени усложнения строения на 6 градаций (ступеней усложнения). Так, к 1-ой градации он отнес и полипов, ко 2-ой - лучистых животных и червей, к 3-й - насекомых и паукообразных, к 4-ой - ракообразных, кольчатых червей, усоногих и моллюсков, к 5-ой - рыб и рептилий и к 6-ой - птиц, млекопитающих и человека. Он совершенно справедливо отмечал происхождение высших форм животных от низших и считал, что человек произошел от обезьян. Заслугой Ламарка является также введение в науку терминов «биология» и «биосфера», которые получили впоследствии широкое распространение.
К середине XIX века наука созрела для создания эволюционного учения в биологии. Причин этому было много. Назовем только некоторые из них.
1. Завершение эпохи Великих географических открытий (XV-ХVIII вв.) показало человечеству все многообразие мира.
Ранее, во времена древнего мира, античности, раннего и среднего Средневековья, люди жили в своих городах и селениях, и круг их путешествий ограничивался лишь небольшим набором сопредельных регионов. Это создавало иллюзию об однообразии и стабильности окружающего мира (см. статью: ). Эпоха кругосветных путешествий обнаружила полную несостоятельность этих представлений. Появились многочисленные описания новых земель, их природы и населяющих их племен, растений и животных, которые разрушали привычные воззрения об однородности и неизменности мира.
2. Активная колонизация вновь открытых земель европейцами потребовала составления подробных описаний природы, климата и ресурсов этих районов, что существенно расширяло знания людей о природе . В этой работе принимали участие уже не одиночки-путешественники, а большие массы людей, что способствовало быстрому распространению новых знаний среди широких слоев населения стран Европы.
3. Развитие капитализма в странах Западной Европы ускорило прогресс в технике и научных изысканиях, необходимых для развития промышленности.
4. Интенсивное развитие науки, в свою очередь, ускорило процесс создания эволюционного учения. В это время активно развиваются многие науки о природе, свидетельствующие о ее целостности и определенном развитии: геология, показавшая единство строения минералов и горных пород в разных регионах Земли; палеонтология, накопившая большое количество окаменелостей, давно вымерших растений и животных, что свидетельствовало о древности жизни и смены одних ее форм другими. Кроме того, были обнаружены ископаемые организмы, составляющие явно переходные звенья между ныне существующими и вымершими формами. Эти факты требовали своего объяснения. Успехи сравнительной анатомии выявили общность строения многих групп растений и животных и показывали существование переходных форм между отдельными группами организмов. Цитология выявила общий характер клеточного строения растений и животных. Эмбриология нашла сходство развития зародышей у разных групп животных. Значительные успехи были достигнуты в области селекции растений и животных, свидетельствующие о возможности искусственного изменения их форм и продуктивности.
Все это вместе взятое и подготовило базу и условия разработки эволюционного учения.
Создание эволюционной теории Ч. Дарвина и А. Уоллеса
Основы современной теории эволюции были созданы выдающимся английским ученым-энциклопедистом Чарлзом Дарвином (1809-1882). Независимо от него в это же время работал и пришел к очень близким выводам соотечественник Ч. Дарвина - зоолог Альфред Уоллес (1823-1913).
Научные интересы Ч. Дарвина как натуралиста были чрезвычайно разнообразны: он занимался ботаникой, зоологией, геологией, палеонтологией, теологией, интересовался вопросами селекции и т. п. Большую роль в жизни Ч. Дарвина и формировании его научных идей сыграло кругосветное путешествие в составе экспедиции на корабле «Бигл» в 1831-1836 гг. Там он смог досконально изучить специфику фауны Галапагосских островов, Южной Америки и ряда других районов мира. Уже в этот период у Ч. Дарвина начинают формироваться основные эволюционные идеи и он приближается к открытию принципа дивергенции - расхождения признаков у потомков общего предка как механизма формо- и видообразования. Большую роль в формировании эволюционистских идей Ч. Дарвина сыграло его участие в палеонтологических раскопках в Уругвае, где он познакомился с некоторыми вымершими формами гигантских ленивцев, броненосцев и ряда беспозвоночных. Вернувшись из экспедиции, Ч. Дарвин пишет ряд монографий и выступает с докладами, принесшими ему признание научной общественности и широкую известность.
Анализируя темпы размножения и реальную численность популяций в природе, Ч. Дарвин задался вопросом о причинах вымирания одних форм и выживания других. Для решения этой проблемы он привлекает идеи Томаса Мальтуса (1766-1834) о борьбе за существование в человеческом обществе, изложенные последним в труде «Опыт в законе народонаселения».
Так у Ч. Дарвина родились собственные идеи о роли борьбы за существование в процессах выживания видов в природе и значении естественного отбора как важнейшего фактора, определяющего направление эволюции. Основными механизмами борьбы за существование Ч. Дарвин считал внутри- и межвидовую конкуренцию, а избирательная гибель рассматривалась им как основа естественного отбора. Эти процессы могут ускоряться при пространственной изоляции популяций. Ч. Дарвин совершенно правильно отмечал, что эволюционируют не отдельные особи, а виды и внутривидовые популяции, то есть эволюционный процесс происходит на надорганизменном уровне.
Особую роль в эволюции Ч. Дарвин отводил наследственной изменчивости организмов в популяциях и половому воспроизводству организмов как одному из главных факторов естественного отбора.
Процесс видообразования Ч. Дарвин считал постепенным, он проводил определенные параллели меду естественным и искусственным отбором, приводящим к формированию подвидов, видов и пород или сортов животных и растений. Он подчеркивал также важное значение других наук (палеонтологии, биогеографии, эмбриологии) в доказательствах эволюции. Эти труды были оценены высшей наградой Королевского научного общества. Квинтэссенцией этих сочинений стал труд «Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятствуемых рас (форм, пород) в борьбе за жизнь», изданный Ч. Дарвином в 1859 г. и не потерявший своего значения и в наше время.
Очень похожие взгляды на эволюцию живого мира и ее механизмы представил и А. Уоллес. Даже многие термины в трудах обоих ученых совпали.
А. Уоллес обратился к Ч. Дарвину, как известному эволюционисту, с просьбой просмотреть и прокомментировать его труд. Доклады обоих ученых на эту тему были опубликованы в одном томе Трудов Линнеевского общества, и сам А. Уоллес, и научная общественность единодушно признали приоретет Ч. Дарвина в этих вопросах. Само эволюционное учение долгое время носило имя его основателя - дарвинизм.
Важнейшей заслугой Ч. Дарвина и А. Уоллеса стало то, что они определили главный фактор эволюции - естественный отбор - и тем самым обнаружили причины протекания эволюции живого мира.
Вид как этап эволюционного процесса
Основной эволюционной единицей является вид. Именно вид, по мнению Ч. Дарвина, является центральным звеном эволюционного процесса. Само представление о виде было сформулировано еще в античные времена Аристотелем, который рассматривал вид как совокупность сходных особей. Примерно этих же представлений о виде придерживался и К. Линней, рассматривая его как самостоятельную, дискретную и неизменную биологическую и систематическую структуру. В настоящее время вид рассматривается как реально существующая в природе группа особей. Остальные систематические категории являются в известной мере производными вида, выделяемыми учеными на основании тех или иных признаков (роды, семейства и т. п.).
В современной биологии видом называют совокупность популяций особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических признаков, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих определенную территорию - ареал. Вид - это основная структурная и таксономическая единица в системе живой природы и качественный этап эволюции организмов.
Критерии вида
Каждый вид характеризуется многими признаками, которые носят название критериев вида.
1. Морфологические критерии включают сходство внешнего и внутреннего (анатомического) строения организмов. Морфологические признаки очень изменчивы. Например, деревья, растущие в густом лесу и на открытых пространствах, выглядят по-разному. Иногда в пределах одного вида могут быть особи сильно различающиеся по морфологии. Такое явление носит название полиморфизма. Это может быть связано с наличием разных стадий развития растений и животных, чередованием полового и бесполого поколений и т. п. Так, личиночные и взрослые стадии многих насекомых совершенно не похожи друг на друга. Различаются морфологически стадии медуз и полипов у кишечнополостных, гаметофит и спорофит у папоротникообразных и т. п.
Если особи различаются двумя морфологическими типами, то их называют диморфными (например, половой диморфизм).
Вместе с тем бывают случаи высокого морфологического сходства разных видов. Такие виды носят название видов-двойников.
Не зная всего этого, каждый определенный морфологический тип можно принять за самостоятельный вид или, напротив, разные, но морфологически похожие виды можно неверно отнести к одному виду. Таким образом, морфологический критерий не может быть единственным при определении вида.
2. Генетический критерий вида подразумевает существование вида как целостной генетической системы, составляющей генофонд вида (совокупность генотипов всех особей, относящихся к этому виду).
Каждому виду свойствен определенный набор числа хромосом (у человека, например, диплоидный набор хромосом 2п равен 46), определенная форма, структура, размеры и характер окраски хромосом. У разных видов число хромосом неодинаково, и по этому критерию можно легко различать очень близкие по морфологии виды (виды-двойники). Так были разделены очень похожие друг на друга виды полевок обыкновенных, имеющие 46 и 54 хромосомы, крыс черных (с диплоидными наборами хромосом 38 и 42). Разное число хромосом у разных видов позволяет особям свободно скрещиваться с представителями своего вида, образуя жизнеспособное и плодовитое потомство, но, как правило, оно обеспечивает частичную или полную генетическую изоляцию при скрещиваниях с особями других видов - вызывая гибель гамет, зигот, эмбрионов или же приводя к образованию нежизнеспособного или бесплодного потомства (вспомните, например, мула - бесплодного гибрида осла и лошади, лошака - бесплодного гибрида коня и ослицы).
В настоящее время генетические критерии вида дополнены молекулярными анализами ДНК и РНК (картирование генов, определение последовательности расположения нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот и т. п.). Это позволяет не только разделять близкие виды, но и определять степень родственной близости или отдаленности разных видов, облегчает проведение филогенетического анализа определенных групп видов, позволяющего выявить родственные связи между разными видами и группами организмов и последовательность их образования.
Однако, несмотря на большие возможности генетических анализов, они также не могут быть абсолютными критериями при определении видов. Например, одинаковые по числу наборы хромосом могут быть у представителей совершенно разных групп растений, грибов или животных. В природе также известны случаи межвидовых скрещиваний с получением жизнеспособных и плодовитых потомков (например, у некоторых видов канареек, зябликов, ив, тополей и др.).
3. Физиологический критерий включает единство всех процессов жизнедеятельности у всех особей одного вида. Это одинаковые способы питания, обмена веществ, размножения и т.п. Это сходство биологических ритмов особей одного вида (периоды активности и отдыха, зимние или летние спячки). Данные признаки также являются важной характеристикой вида, но не единственной.
4. К биохимическим критериям вида можно отнести, например, сходство строения белков, химического состава клеток и тканей, совокупности всех химических процессов, происходящих у всех представителей вида и т.п. К этой же категории признаков можно отнести способность некоторых видов организмов образовывать биологически активные соединения (такие, как антибиотики, токсины, алкалоиды и др.) и любые другие органические вещества (органические кислоты, аминокислоты, спирты, пигменты, углеводы, углеводороды и др.), что широко используется человеком в различных биологических технологиях. Это тоже очень важные признаки вида, дополняющие другие его характеристики.
5. Экологический критерий вида включает характеристику его экологической ниши. Это очень важная характеристика вида, отражающая его место и роль в биоценозах и в биогеохимических круговоротах веществ в природе. Она включает характеристику мест обитания вида, многообразие его биотических связей (место и роль в цепях питания, наличие симбионтов или врагов и т. п.), зависимость от природных факторов (температуры, влажности, освещения, кислотности и солевого состава среды и пр.), периоды и ритмы активности, участие в превращениях определенных или веществ (окисление или восстановление , серы, азота, разложение белков, целлюлозы, лигнина или иных органических соединений и т. п.). То есть экологическая ниша - это полная характеристика того, где вид встречается в природе, когда он активен, в чем и каким образом проявляется его жизнедеятельность. Но и данный критерий не всегда достаточен для определения вида.
6. Географический критерий включает характеристику и величину ареала, занимаемого видом на планете. На этой территории вид встречается и проходит полный цикл развития. Ареал называется первичным, если образование вида произошло именно на этой территории, и вторичным, если территории были заняты видом вследствие случайных миграций, природных катастроф, перемещения человеком и т. п. Ареал может быть сплошным, если вид встречается на всем его пространстве в подходящих местообитаниях. Если ареал распадается на ряд разобщенных и удаленных территорий, между которыми уже невозможны миграции или обмен спорами и семенами, то он называется прерывистым. Выделяют также реликтовые ареалы, занимаемые древними, случайно выжившими видами.
Виды, которые занимают обширные пространства земли и встречаются в разных эколого-географических зонах, называются космополитами, а занимающие лишь небольшие (локальные) территории и не встречающиеся в других местах, получили название эндемиков.
Для видов с обширными ареалами характерна определенная географическая изменчивость, получившая название клинальной изменчивости. У последних видов возможно также существование географических форм и рас и определенных экотипов, приспособленных к конкретным местообитаниям в пределах ареала.
Как уже отмечалось выше, ни один из названных критериев не является достаточным для характеристики видов и последний можно характеризовать только по комплексу признаков.
Популяции
Вид состоит из популяций. Популяцией называется совокупность особей одного вида, обладающих общим генофондом, заселяющих определенную территорию (часть ареала вида) и размножающуюся путем свободного скрещивания. Популяции, в свою очередь, состоят из более мелких групп особей - семей, демов, парцелл и т. п., связанных друг с другом единством занимаемой территории и возможностью свободного скрещивания.
Связь родителей с потомством обеспечивает непрерывность популяции во времени (наличие нескольких поколений особей в популяции), а свободное половое размножение поддерживает генетическое единство популяции в пространстве.
Популяции являются структурной единицей вида и элементарной единицей эволюции.
Популяции - это динамичные группы, они могут объединяться друг с другом, распадаться на дочерние популяции, мигрировать, менять свою численность в зависимости от условий существования, приспосабливаться к определенным условиям жизни, погибать в неблагоприятных условиях.
В пределах ареала вида популяции распределены очень неравномерно. Их будет больше и они будут более многочисленны в благоприятных условиях существования. Напротив, в неблагоприятных условиях и на границах ареала они будут редки и малочисленны. Иногда популяции имеют островной или локальный характер распределения, например, березовые колки на Урале и в Сибири или пойменные рощи и леса в степной зоне.
Число особей, приходящихся на определенную единицу площади или объем среды, носит название плотности популяции. Плотность популяций очень сильно меняется в разные сезоны и годы. Наиболее резко она меняется у мелких организмов (например, у комаров, водорослей, вызывающих цветение водоемов, и т. п.). У крупных организмов численность и плотность популяций более стабильны (например, у древесных растений).
Каждая популяция характеризуется определенной структурой, которая зависит от соотношения в ней особей разного пола (половая структура), возраста (возрастная структура), размеров, разных генотипов (генетическая структура) и т. п. Возрастная структура популяций может быть очень сложной. Наиболее четко это можно наблюдать у древесных растений, где отдельные особи могут существовать многие десятки и даже сотни лет, принимая активное участие в процессах перекрестного опыления. Таким образом, складываются популяции, состоящие из множества родственных друг другу поколений. В других популяциях возрастная структура может быть очень простой, например, у однолетних растений, которые представляют собой одновозрастные группы.
Популяции постоянно изменяются во времени и в пространстве, и именно эти изменения и представляют собой элементарные эволюционные процессы. Вот почему популяции называют элементарной эволюционирующей структурой.
Механизмы и закономерности изменчивости популяций в природе и их генетическую основу подробно изучали крупнейшие российские генетики и эволюционисты А. С. Серебровский (1892-1948) и С. С. Четвериков (1880-1959). Их трудами и работами их последователей созданы основы популяционной генетики.
Основные типы эволюционного процесса
Дивергенция
Дивергенцией Ч. Дарвин называл расхождение признаков в процессе эволюции, приводящее к появлению новых форм или таксонов организмов, происходящих от общего предка. Дивергенция приводит также к преобразованию одних органов тела в другие в связи с выполнением новых функций. Например, после выхода позвоночных животных на сушу их передние конечности претерпели значительные изменения в зависимости от освоения тех или иных типов местообитаний и образа жизни (бегательные у ящериц, волков, кошек, оленей или других, роющие у кротов, крылья у птиц, крылообразные у летучих мышей, хватательные у обезьян, рука у человека, ласты при вторичном освоении водной среды ихтиозаврами, моржами или китообразными и т. д.). Такие органы, имеющие общее происхождение, но выполняющие разные функции, получили название гомологичных. Гомологичными органами являются листья растений, усики гороха, колючки кактусов, шипы барбариса и др.
Конвергенция
Конвергенцией называется независимое возникновение сходных признаков у организмов, имеющих различное происхождение (не родственных друг другу), или у органов, имеющих различное происхождение, но выполняющих сходные функции. Чаще всего конвергенция возникает при заселении сходных типов местообитаний. Например, конвергентное сходство отмечается у крыльев бабочек и рукокрылых, роющих конечностей кротов и медведок, жабр рыб и ракообразных, толчковых ног зайцеобразных и саранчовых и т. п. Но иногда конвергентное сходство возникает под влиянием сходства выполняемых функций, например, удивительная похожесть строения глаз млекопитающих и головоногих моллюсков. Но в любом случае эти органы формируются из разных частей эмбрионов этих животных.
Параллелизм
Параллелизм - это тип эволюции, при котором конвергентное сходство возникает на основе гомологичных органов. Гомологичные органы или морфологические формы, имевшие когда-то общее происхождение, но потом изменившиеся и переставшие быть похожими друг на друга, в новых условиях снова приобретают черты большого сходства. Это вторичное сходство бывших родственных форм. Например, рыбообразная обтекаемая форма вторично возникает при переходе животных от наземного образа жизни к водному. Вспомните похожесть строения акул (первичноводные животные) и ихтиозавров и китообразных (вторично-водные). У кошачьих саблезубость возникала в разное время у разных видов. Причина параллелизма - одинаковое направление естественного отбора и определенная генетическая близость между такими группами организмов.
Филетическая эволюция
Филетическая эволюция, или филогенез, - это такой тип эволюционного процесса, при котором происходит постепенное преобразование одних таксонов в другие без образования боковых ветвей. При этом образуется непрерывный ряд популяций (таксонов), в котором каждый таксон является потомком предыдущего и предком последующего, не имея сестринских таксонов. Этот тип был описан американским исследователем Дж. Симпсоном в 1944 г.
Изучая закономерности эволюции растений, выдающийся российский (советский) генетик Н. И. Вавилов открыл интересные явления, названные им законом гомологических рядов. Этот закон непосредственно вытекает из анализа соотношений и взаимосвязей между разными типами эволюционного процесса и показывает большое сходство эволюционных изменений у родственных групп организмов. Причиной этого является сходство мутаций гомологичных генов в генофондах родственных видов. Поэтому, зная спектр изменчивости одного вида (или рода), можно с большой вероятностью предсказать многообразие форм другого вида (или рода). При этом целые семейства растений могут характеризоваться определенным циклом изменчивости, обнаруживаемой у всех его родов и видов. Так, зная формы изменчивости ячменя, Н. И. Вавилов очень точно предсказал и впоследствии обнаружил сходные формы у пшеницы.
Правила эволюции
Подводя итог изложению процессов микро- и макроэволюции, можно привести несколько общих правил, которым эти процессы подчиняются.
1. Непрерывность и неограниченность эволюции - эволюция возникла с момента образования жизни и будет непрерывно продолжаться, пока существует жизнь.
3. Правило происхождения специализированных групп от неспециализированных. Только неспециализированные, широко приспособленные группы могут дать толчок эволюции и вызвать образование специализированных групп.
4. Правило прогрессирующей специализации групп. Если группа организмов стала на путь специализации, то последняя только углубляется и обратного возврата не происходит (правило Депере).
5. Правило необратимости эволюции. Все эволюционные процессы необратимы, и все новые эволюционные процессы происходят на новой генетической основе (правило Долло). Например, после выхода на сушу ряд животных вернулся к водному образу жизни, сохранив свои эволюционные приобретения. В частности, и ихтиозавры, и китообразные являются вторичноводными животными, но они не превратились в рыб, а остались пресмыкающимися или млекопитающими, сохранив все особенности своих классов.
6. Правило адаптивной радиации. Эволюционное развитие происходит в разных направлениях, способствуя заселению разных сред обитания.
Филогения и систематика как отражение эволюционных процессов
Изучение микро- и макроэволюционных процессов позволяет установить филогенетические (то есть родственные) связи между разными группами живых организмов и определить время появления этих форм.
Филогенезом называют процесс исторического развития группы или конкретного вида. Филогенезом можно также назвать длительный непрерывный ряд множества онтогенезов, отражающий основные эволюционные перестройки. Изучение филогенеза позволяет установить родственные связи между разными таксонами и выяснить механизмы и время эволюционной перестройки определенных групп живых организмов.
Выделяют следующие основные формы филогенеза:
1) монофилия - происхождение разных видов от одного общего предка;
2) парафилия - одновременное образование видов путем синхронной дивергенции предковой формы на два или большее число новых видов;
3) полифилия - происхождение группы видов организмов от разных предков путем гибридизации и/или конвергенции.
Механизмы и способы филогенетических изменений
1. Усиление (интенсификация) функций тела или его органа, например увеличение объема мозга или легких, приведшие к интенсификации их активности.
2. Уменьшение числа функций. Примером может быть преобразование пятипалой конечности у парно- и непарнокопытных животных.
3. Расширение числа функций. Например, у кактусов стебель помимо основных своих функций выполняет функцию запасания .
4. Смена функций. Например, преобразование ходильных конечностей в ласты у вторичноводных млекопитающих (моржей и др.).
5. Замена одного органа другим (субституция). Например, у позвоночных животных хорда заменяется на костный позвоночник.
6. Полимеризация органов и структур (то есть повышение числа однородных структур). Например, эволюция одноклеточных организмов в колониальные и далее в многоклеточные формы.
7. Олигомеризация органов и структур. Это противоположный полимеризации процесс. Например, образование прочного таза путем сращивания нескольких костей.
Систематика как отражение эволюционных процессов
Систематика - наука о положении организмов в общей системе живого мира. Существует множество систем органического мира. Среди них выделяют искусственные системы, учитывающие лишь чисто внешнее сходство между организмами (примером может быть система К. Линнея), и естественные, или филогенетические системы.
Знание систематики необходимо не только с точки зрения определения вида организма (хотя уже это очень важно), но и для понимания его места (а часто и роли) в живом мире, для представления о его происхождении и родственных связях с другими организмами.
Современная систематика основана на тщательном изучении филогенетических связей между разными группами организмов и, по сути дела, во многом отражает основные этапы развития органического мира от простых форм к сложным. Именно так изложен в школьных учебниках материал по систематике растений и животных.
Составной частью систематики является таксономия - наука о принципах классификации живых существ.
Основной таксономической единицей является вид, образующийся в процессе микроэволюции. Родственные виды объединяют в роды, а близкие роды - в семейства. Семейства, имеющие какие-то общие признаки, группируют в порядки (в ботанике) или в отряды (в зоологии). Порядки и отряды объединяют в классы по принципу сходства ряда крупных признаков - одна или две семядоли у цветковых растений, особенности строения и развития у животных (рептилии, птицы, млекопитающие и т. п.).
Сходство некоторых принципиальных признаков позволяет объединять классы в типы (у животных) или отделы (у растений). Пример - цветковые растения (имеют цветок и защищенные плодом семена), хордовые животные (наличие хорды), членистоногие (членистые конечности) и т.п. Причем типы, классы, а часто и порядки могут объединять не только родственные, но и конвергентно сходные формы.
Типы или отделы объединяют в царства по принципу сходства строения и выполняемых функций больших групп организмов. Например, фотосинтезирующие организмы, выделяющие при фотосинтезе кислород, относят к растениям. Царства, как правило, имеют полифилетическое происхождение.
Царства можно объединять в надцарства и империи. В настоящее время выделяют следующие формы жизни.
Неклеточные формы жизни - вирусы.
Клеточные формы жизни:
1) надцарство (или империя) Прокариоты (включает царства Архебактерий и Истинных бактерий); 2) надцарство (или империя) Эукариоты (царства , Животных, Растений и Грибов). Простейших часто объединяют с животными.
Таким образом, крупные систематические категории (царства, типы (отделы), классы, отряды (порядки) являются по сути дела отражением главнейших направлений эволюционного процесса.
А. РУБЦОВ, канд. биол. наук.
В 2009 году весь мир отмечает 200-летие основоположника теории эволюции Чарльза Дарвина и 150-летие выхода в свет его труда «О происхождении видов». Естественно-научные музеи мира взяли на себя непростой труд по популяризации учения английского учёного, к которому по сей день отношение в обществе неоднозначно. Именно нехватка информации, понятной и доступной широкой публике, - одна из причин нелёгкой судьбы теории эволюции, ставшей основой современной биологии. В июле 2008 года на нашем портале состоялось интернет-интервью, в котором заведующий научно-исследовательским отделом эволюции Государственного Дарвиновского музея кандидат биологических наук Александр Сергеевич Рубцов ответил на вопросы посетителей сайта, касающиеся теории эволюции. Журнальный вариант этого интервью мы предлагаем вниманию читателей.
Наука и жизнь // Иллюстрации
По современным критериям обыкновенная и белошапочная овсянки должны считаться одним видом: они не отличаются по митохондриальной ДНК, а в зоне их совместного обитания часто можно встретить гибридов.
Арабская говорушка - самый обычный обитатель аридных субтропиков Ближнего Востока. Семейная группировка говорушек помимо размножающейся пары может включать до 15 «помощников».
Дом в Доуне, где Чарльз Дарвин жил в течение 40 лет (с 1842 по 1882 год).
«Меховые этикетки» в зале «Зоогеография» Государственного Дарвиновского музея.
Каково современное состояние теории эволюции, каковы её проблемные точки?
Если в двух словах, то эволюционная теория составляет теоретический базис всей современной биологии. Как справедливо заметил один из основателей современной синтетической теории эволюции Феодосий Григорьевич Добржанский, «ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции». Возьмите хотя бы школьный учебник - там вся сравнительная анатомия описывается с позиций, что земноводные произошли от рыб, рептилии - от земноводных и т.д. Собственно, до дарвиновской теории биология как самостоятельная наука не существовала: чтобы изучать биологию, надо было получать либо медицинское, либо богословское образование.
Как и в любой науке, в теории эволюции гораздо больше вопросов, чем ответов. Синтетическая теория эволюции, объединяющая достижения генетики и классического дарвинизма, была создана 80 лет назад. Для всех биологов-эволюционистов сейчас очевидно, что она устарела, и многие факты не находят своего объяснения. Все говорят о необходимости нового синтеза, который бы объединил достижения палеонтологии, эмбриологии, зоопсихологии и других отраслей биологии, не учитываемые современной эволюционной теорией в полной мере. Но даже если третий синтез произойдёт (первым синтезом историки биологии называют дарвиновскую теорию), то, очевидно, он не решит всех проблем и поставит новые вопросы - такова специфика науки. Чтобы не быть голословным, обозначу несколько проблем, актуальных для современной эволюционной теории. Сразу хочу сказать, что это просто иллюстрация, а не критический обзор.
Один из проблемных вопросов: как образуются новые виды? Хотя Дарвин и назвал свой труд «Происхождение видов», он, как скрупулёзно последовательный учёный, честно признался, что вопрос, как из одного предкового вида образуются два новых, далёк от своего окончательного решения. Эти слова актуальны и поныне. Очевидно, что основным свойством вида, позволяющим ему существовать в качестве целостной автономной единицы в экосистеме, является его нескрещиваемость с другими видами, или, выражаясь научным языком, репродуктивная изоляция. Она обеспечивается системой изолирующих механизмов, куда входят: различия между местообитаниями близкородственных видов, брачной окраски и несходство брачных ритуалов, нежизнеспособность и бесплодность межвидовых гибридов. Становление изолирующих механизмов и является основным этапом процесса видообразования. На начальных стадиях видообразования ареал предкового вида в силу каких-либо внешних причин разделяется на несколько популяций, отделённых одна от другой географическими преградами на протяжении многих тысячелетий. В изолированных популяциях накапливаются морфологические и поведенческие различия, которые впоследствии могут выступать в качестве изолирующих механизмов. Через некоторое время изолированные популяции могут вступить во вторичный географический контакт. Если в зоне контакта возникнет гибридизация, то гибриды должны быть менее жизнеспособны, чем родительские формы, из-за накопившихся между ними (родительскими формами) генетических различий. Естественный отбор будет способствовать выработке изолирующих механизмов и снижению уровня гибридизации. Через некоторое время гибридизация прекратится, и процесс видообразования завершится. Так предсказывает теория. На практике же гибриды оказываются вполне жизнеспособными и плодовитыми, а гибридные популяции - процветающими на протяжении длительного времени. И это между такими формами, которые по уровню генетических различий, определяемому с помощью современных методов ДНК-диагностики, безусловно, являются самостоятельными видами. Как показали молекулярно-генетические исследования, гибридизация может приводить к вторичному генетическому сходству гибридизирующих видов даже за пределами зоны контакта, практически не затрагивая их внешний облик - фенотип. И как тут быть с теорией? И с критериями вида?
Дарвин писал свою основную книгу «Происхождение видов путём естественного отбора» как краткое изложение более общего труда, который так и не был им написан. И естественный отбор он считал основным, но, возможно, не единственным фактором эволюции. Может быть, стоит вернуться к этому замечанию Дарвина и подумать, какие ещё возможны факторы эволюции помимо отбора. В качестве такового можно назвать кооперацию. Действительно, все живые организмы стремятся к обществу себе подобных, хотя бы временно - во время размножения и выведения потомства. Нередко кооперация приводит к устойчивым социальным группировкам с иерархической структурой. В ходе эволюции интеграция социальной группировки способна зайти так далеко, что её члены уже не смогут существовать отдельно от группы, а весь социум придётся рассматривать как единый сверхорганизм. Как ни парадоксально звучит, но без кооперации жизнь на Земле не развилась бы дальше бактерий. Для любого специалиста, имеющего высшее биологическое образование, очевидно, что наши тела не что иное, как высокоинтегрированные колонии одноклеточных организмов. Но правомерен вопрос: кооперация - самостоятельный эволюционный фактор или одно из многих проявлений отбора? Ответ на него не очевиден. Например, у воробьиных птиц часто можно видеть такое явление: годовалые птицы, не имеющие возможности занять собственный гнездовой участок, нередко помогают своим родителям выкармливать очередное потомство. Такое поведение действительно могло закрепиться с помощью естественного отбора: выкармливая младших братьев и сестёр, птицы увеличивают шанс выживания собственных генов. Однако в пустынных районах, где пригодных для гнездования мест очень мало, помощников у гнездящейся пары из года в год становится всё больше, и они рискуют всю свою жизнь провести в качестве подсобных рабочих. Не желая мириться с подобным положением вещей, птицы начинают выяснять отношения у гнезда, что обычно приводит к гибели кладки или птенцов. Налицо отбор против кооперации, но почему-то социальные группировки «помощников» всё равно сохраняются. Вероятно, кооперация - самостоятельный эволюционный фактор, действующий наравне с естественным отбором. Дарвин объяснил, как возникает и работает естественный отбор. Но откуда берётся кооперация - вопрос открытый.
Вообще, нерешённые проблемы эволюционной теории - тема неисчерпаемая. Это вопросы направленности эволюции, соотношения между геном и признаком и т.д.
Как изменились взгляды учёных со времени Чарльза Дарвина?
Если кратко, то представления об отборе дополнились данными генетики: гены являются дискретными единицами наследственности и могут комбинироваться друг с другом в различных сочетаниях из поколения в поколение; наследственная изменчивость, дающая материал для отбора, формируется в результате мутаций; помимо направленных факторов эволюции (естественный отбор), есть ещё и стохастические (дрейф генов); изменились представления о характере действия отбора - он приводит к изменению соотношения частот генов в популяции из поколения в поколение. В корне изменились представления о виде и видообразовании. В методологическом плане натуралистический подход дополнился экспериментальным, теория стала более формализованной, появился довольно сложный математический аппарат.
Теория эволюции - единственное логичное объяснение развития жизни?
Эволюция - это и есть развитие жизни. Признание того, что эволюция происходит - единственное логичное объяснение наблюдаемых закономерностей современного биологического разнообразия, подтверждаемое также и палеонтологической летописью, и данными эмбриологии. Теория эволюции - это объяснение механизмов эволюции, теорий эволюции может быть много. На данный момент теория естественного отбора (вернее, синтетическая теория эволюции как «правопреемница» дарвиновской) является единственной теорией, отвечающей критериям научности - верифицируемости и фальсифицируемости: на основе этой теории можно строить гипотезы, которые проверяются эмпирически, и есть вероятность их экспериментального опровержения.
Создан ли в процессе искусственного отбора хоть один новый вид?
Нет, не создан, потому что не было такой задачи. Основной критерий вида - его нескрещиваемость с близкими видами в природе. При выведении домашних пород никто такую задачу не ставил: чистота пород поддерживается искусственно. А вот с лабораторными дрозофилами такие эксперименты ставили: вели искусственный отбор на нескрещиваемость между разными линиями. И добились успеха. Представим, что кто-то вдруг решится на такой эксперимент: выпустит на какой-нибудь необитаемый остров, где нет наземных хищников (если такие острова ещё остались), две сильно различающиеся по размерам породы собак, скажем, бульдогов и такс. Если обе породы на острове выживут, то думаю, спустя некоторое время они дадут начало двум разным видам. Вообще, процесс видообразования довольно длительный. Как показали молекулярно-генетические исследования, чтобы две изолированные популяции у мелких воробьиных птиц достигли видового уровня различий, обычно требуется от одного до шести миллионов лет.
Насколько справедливы аргументы противников теории? Проблемы принятия или непринятия теории лежат только в поверхностном её понимании?
Мне представляется, что всех противников теории естественного отбора можно разбить на три лагеря.
1. Неприятие теории вследствие якобы её противоречия принципам общечеловеческой морали и/или церковным догматам.
Эти аргументы не изменились за 150 лет, прошедших с момента опубликования теории Дарвина. Приводить в ответ научные доказательства эволюции бессмысленно: поскольку аргументы противников теории ненаучны, то и ответ должен быть таким же. И он у меня есть: помнится, в XVII веке Галилей доказал, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Что с ним сделали? Заставили отречься от своих убеждений, потому что они противоречили Священному Писанию. Ну и кто же оказался прав в итоге?
2. Научная критика антидарвинистов.
Довольно большое число учёных выступало и продолжает выступать с последовательной критикой теории естественного отбора. Я не могу сейчас в полном объёме осветить данный вопрос, поэтому рекомендую книгу Н. Н. Воронцова «Развитие эволюционных идей в биологии», где этому уделяется особое внимание. Такая критика вполне конструктивна и полезна. Проблема лишь в том, что, как правило, эти учёные предлагают свои альтернативные теории, которые в методологическом плане оказываются гораздо более слабыми, чем синтетическая теория эволюции, либо вообще не отвечают критериям научности, о которых я говорил выше.
3. Научная критика дарвинистов.
Теория естественного отбора настолько логически проста и понятна и подтверждается таким огромным количеством фактов, что просто не может быть ошибочной. Большинство биологов понимают это. Другое дело, что жизнь - очень сложное явление, и современная эволюционная теория даёт лишь сильно упрощённую картину. Это и создаёт почву для дальнейшего развития теории через конструктивную критику.
Как сегодня обстоит дело с эволюцией человека разумного? Что думает современная наука о выпавших звеньях «родственников»?
Прежде чем говорить о переходных звеньях между человеком и обезьянами, скажу несколько общих фраз о переходных формах вообще. Процесс эволюции - плавный и непрерывный, и выделять разные стадии, например временнЫе промежутки существования отдельных видов, можно лишь условно. Выделяя «переходные звенья», мы стараемся отобразить непрерывность процесса эволюции с помощью дискретного языка описания. И «переходное звено» - это не среднее арифметическое между двумя сравниваемыми видами, оно может и должно иметь какие-то свои специфические черты, отсутствующие у других видов (ведь оно - «звено» - должно где-то жить и чем-то питаться). Чтобы пояснить сказанное, приведу пример. Допустим, вы не проходили в школе физику и ничего не знаете о волновой теории света. Легко ли вам будет поверить, что зелёный цвет - переходное звено между красным и фиолетовым? В животном мире на самом деле всё состоит из переходных звеньев. Амфибии - переходное звено между рыбами и рептилиями. Динозавры - переходное звено между рептилиями и птицами. Человекообразные обезьяны - переходное звено между мартышкой и человеком. И с переходными звеньями между шимпанзе и современным человеком тоже всё в порядке: эволюционный ряд человека, пожалуй, наиболее полный из ныне изученных. Не имея возможности подробно останавливаться на этом вопросе, отсылаю читателей на сайт http://macroevolution.narod.ru , где подробно изложены современные представления о происхождении человека.
Почему человек и обезьяна выжили, а промежуточные формы - нет? А вы можете себе представить параллельно существующие и мало взаимодействующие две высокоразвитые цивилизации двух разных видов людей? Я - нет. Ещё труднее представить их мирное сосуществование, если одна из цивилизаций находилась бы на более высокой ступени развития, чем другая. В каменном веке люди охотились на крупных животных - мамонтов, оленей. Чем бы они питались сейчас: совершали бы регулярные набеги на стада коров и овец? Нетрудно себе представить их дальнейшую судьбу. Два вида, занимающие одну и ту же экологическую нишу, не могут сосуществовать в пределах одной территории - известное экологическое правило. Так что об отсутствии других видов людей на Земле можно только пожалеть, но удивляться тут нечему. Справедливости ради надо сказать, что такая картина сложилась относительно недавно - 30 тысяч лет назад, когда конкуренция за пищу между племенами охотников возросла. До этого на протяжении более 4 миллионов лет разные виды предков современного человека уживались вместе. Например, в Европе племена неандертальцев и кроманьонцев жили бок о бок на протяжении 30 тысяч лет. Это почти в четыре раза больше, чем возраст современной цивилизации: первые государства появились примерно 7-8 тысяч лет назад.
Каким будет человек будущего в результате эволюции?
Естественный отбор приспосабливает случайные изменения генотипа под случайные изменения окружающей среды. Помимо направленных факторов эволюции (естественный отбор) есть ещё и стохастические (дрейф генов). Так что объяснить, как происходила эволюция в прошлом, можно, а вот строить прогнозы - увы. Могу только предсказать, что если не произойдёт глобальных катаклизмов и человечеству удастся избежать экологического кризиса, связанного с перенаселением, то рост и продолжительность жизни людей несколько увеличатся.
Существуют ли оценочные модели эволюции в результате глобальной катастрофы (столкновения с астероидом или ядерной войны)?
Наверное, существуют, я не знаю. Могу только дать свою оценку. За историю существования жизни на Земле было много столкновений с астероидами, но они не приводили к массовым вымираниям в масштабах всей планеты. Тем не менее массовых вымираний было несколько, но все они происходили постепенно (на протяжении нескольких десятков или сотен тысяч лет) в результате экологических кризисов. Почему возникают экологические кризисы, однозначного ответа не существует. Возможно, это связано со «старением» экосистем: эволюцией видов по пути специализации и появлением пустот в экологических нишах, которые нечем заполнить. Последний экологический кризис, характеризующийся самым быстрым за всю историю существования Земли массовым вымиранием видов, начался 10 тысяч лет назад и связан с появлением человеческой цивилизации.
Все виды можно условно разделить на r- и K-стратегов (термины берутся из названий переменных в уравнении роста численности популяции); r-стратеги характеризуются высокими показателями плодовитости, слабо выраженной заботой о потомстве, высокой смертностью особей (бактерии, мышевидные грызуны), у K-стратегов всё наоборот (крупные млекопитающие, человек). В случае экологической катастрофы K-стратеги с большей вероятностью погибнут, а r-стратеги - выживут.
Отражают ли музеи в своих экспозициях последние достижения теории эволюции? Кто ходит в музей Дарвина?
С января по октябрь 2008 года музей посетили 301 тысяча 157 человек - получается примерно 1000 человек в день. Поскольку экспозиция музея иллюстрирует и дополняет школьную программу по биологии, значительная часть посетителей - школьники всех возрастов в составе экскурсионных групп. Но музей не может удовлетворить все запросы по экскурсионному обслуживанию, потому что в противном случае экскурсоводы мешали бы друг другу. В год мы проводим 1500 экскурсий, что составляет примерно 15% от общей посещаемости. Как показывают результаты опросов, основные посетители музея - более 80% - родители с детьми. Свою работу с посетителями музей строит как раз с учётом того, что основные посетители музея - семейные группы. Разработаны обучающие пособия для всех возрастов и по всем тематическим разделам экспозиции. С их помощью посетители могут самостоятельно и достаточно глубоко ознакомиться с материалами экспозиции. Ежегодно в музее проводятся экологические праздники: день воды, день земли, день птиц и т.д. Детям и их родителям предлагаются экологические игры, викторины и мастер-классы, победителей ждут призы, причём проигравших не бывает. Каждый год мы придумываем что-нибудь новое. Сотрудники музея стараются всё сделать для того, чтобы, оказавшись в нашем музее, посетители захотели вернуться сюда ещё и ещё.
Может быть, это звучит несколько нескромно, но сегодня среди музеев мира Дарвиновский музей наиболее полно отражает достижения теории эволюции. Есть музеи, заметно превосходящие наш по экспозиционным площадям, оснащённости техническими средствами и посещаемости - например, музеи естественной истории в Лондоне, Нью-Йорке, Чикаго, - но они рассказывают о том, как происходила эволюция. Экспозиции, посвящённые именно движущим силам эволюционного процесса, там если и есть, то очень скромные. Мы стараемся показывать в нашей экспозиции современный уровень знаний по эволюционной тематике, приводя не только «классические» примеры из учебников, но и сведения из научно-популярных и научных статей, демонстрируем результаты собственных научных исследований сотрудников, консультируемся со специалистами. В частности, музей поддерживает тесные научные связи с кафедрой биологической эволюции МГУ и Институтом проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова. Если показывать современный уровень науки, проблемные и нерешённые вопросы, то у посетителей может сложиться мнение, что в теории эволюции вообще всё зыбко и непонятно. Поэтому мы стараемся показывать уже «устоявшиеся» бесспорные факты, пусть и не столь «современные» - 20-30-летней давности. Как часто меняются экспозиции в музеях мира, сказать не могу - это зависит от политики конкретного музея. Наша экспозиция относительно молодая, ей чуть более 10 лет, но за этот срок мы её уже практически полностью обновили.
На мой взгляд, наш музей несколько отстаёт от западных в средствах музейного показа. В европейских музеях посетителям постоянно предлагают что-нибудь потрогать, подвигать, послушать и все интерактивные средства органически вплетены в общую логическую канву экспозиции. Наш музей пока более «академичен»: основное средство подачи материала - экспонаты и сопроводительные тексты к ним. Но и здесь мы не стоим на месте: в постоянной экспозиции периодически появляются новые интерактивные экспонаты - аудиоблоки, «живые этикетки», «меховые стенды» и пр. (приходите, сами увидите). Готовится к вводу в эксплуатацию интерактивный комплекс «Пройди путём эволюции», есть планы переделать по принципу интерактивной экспозиции зал «Этапы познания живой природы».
А знают ли в Великобритании, кто такой Чарльз Дарвин? Или он, как Диккенс, там в забвении?
Дарвина в Великобритании знают все, хотя бы потому, что его портрет изображён на десятифунтовой купюре. И почитают как великого учёного: его могила находится в Вестминстерском аббатстве рядом с могилой Ньютона. Другое дело, что, как и во всём мире, отношение к его научным трудам у широкой общественности неоднозначно.
В Великобритании есть музей Дарвина. Он находится в пригороде Лондона, г. Дауне, доме, где Дарвин жил со своей семьёй. Там есть небольшая экспозиция по теории эволюции, но в целом это дом-музей учёного. В Музее естественной истории в Лондоне недавно открылся новый Дарвиновский центр - пристройка к основному зданию музея. По сути это фондохранилище, где хранятся научные коллекции музея. Там, в частности, есть сборы самого Дарвина, которые он делал во время путешествия на «Бигле», и это всё, что связывает центр с учёным. Как объясняют сотрудники музея, они назвали хранилище научных коллекций музея именем Дарвина, чтобы подчеркнуть его вклад в формирование биологии в качестве современной научной дисциплины. Дарвиновский центр доступен для посетителей, в нём они могут ознакомиться с назначением и спецификой научных коллекций, с условиями их хранения и работой научных сотрудников.
Интересно, почему больше всего судебных процессов против преподавания теории Дарвина в школе происходит в США - англоязычной стране, вечном союзнике Великобритании?
Судебные процессы против преподавания теории Дарвина происходили не только в США, а, например, ещё в Сербии, Италии, а теперь и в России. Но только в США судебные слушания против Дарвина добивались успеха. Связано это, скорее всего, с политическим устройством Штатов. В любой другой стране запрет на преподавание пришлось бы вводить повсеместно, что невозможно, поскольку без эволюционной теории биология перестанет существовать как наука. А в США процедура принятия судебных решений упрощена: не нравятся законы одного штата - переезжай в другой. Многие там так и живут.
