План
1. Концепция эволюции в биологии и регулирование процессов в живых системах
2. История естествознания: панорама современного естествознания
Список использованной литературы
1.
1. Концепция эволюции в биологии и регулирование процессов в живых системах
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 изменения живых организмов происходит под направляющим воздействием условий окружающей среды. Именно под воздействием этой среды организмы приобретают благоприятные для жизни свойства, которые затем передаются по наследству.
Сторонники Ламарка в качестве иллюстрации приводят пример, каким образом у жирафов появилась длинная шея и ноги. Предок жирафов, питавшийся листьями с деревьев, полагали они, имел недлинные ноги и короткую шею и поэтому постоянно вынужден был вытягивать ее, чтобы достать листья с верхушек деревьев. Даже незначительные удлинения шеи и ног, передаваясь по наследству, постепенно, в ряде поколений могли привести в конце концов к коренному изменению их анатомического строения. Стало быть, эволюция организмов, с точки зрения ламаркизма, происходит в результате упражнения или не упражнения тех или иных его органов и частей. Те органы, которые систематически упражняются в ходе приспособления к среде, совершенствуются и развиваются. Конечно, в результате систематических упражнений можно добиться заметных успехов, например, в укреплении мускулатуры, но эти способности, как известно, не передаются по наследству.
Между тем, согласно взглядам ламаркистов, изменения, приобретенные родителями в процессе приспособления к среде, должны непосредственно передаваться потомкам и, следовательно, наследоваться ими.
Таким своеобразным путем, под влиянием окружающей среды, медленно и постепенно происходило формирование новых организмов и их видов с иными свойствами и функциями, которые давали им возможность приспособиться к изменившимся условиям существования в среде. Это был самый уязвимый и слабый пункт в концепции эволюции Ламарка. Кроме того, он верил, что способность к самосовершенствованию и развитию заложена в самой природе живого существа - взгляд, который с теми или иными вариациями встречается в последующих неодарвинистских концепциях эволюции.
Эти представления диаметрально противоположны взглядам другого известного французского биолога, Ж. Кювье (1769-1832), который предпринял специальные палеонтологические исследования, чтобы обнаружить промежуточные формы организмов, которые могли свидетельствовать в пользу их эволюционных изменений в природе. Не найдя таких промежуточных форм, Кювье пытался объяснить возникновение новых организмов периодически возникающими катаклизмами, или катастрофами, на земной поверхности, в результате которых происходило уничтожение старых и потом появление новых организмов. Ни о какой эволюции живых организмов в таком случае не могло быть речи.
Возвращаясь к Ламарку, следует отметить, что существенный недостаток его воззрений состоит в том, что, по его мнению, все приобретенные живыми организмами благоприятные признаки и свойства передаются родителями потомкам и, следовательно, оказываются наследственными, а значит, определяют ход всей дальнейшей эволюции. С точки зрения ламаркистов, изменения, связанные с упражнением и совершенствованием органов и функций тела, прямо и непосредственно определяют ход эволюции в природе, т.е. она оказывается строго определенной условиями окружающей среды. Никаких случайных изменений ламаркизм, по сути дела, не признает.
Таким образом, эволюция в природе, согласно Ламарку, строго детерминирована и совершается по жесткой схеме:
окружающая среда=>изменения в организме=>передача их по наследству=>новый вид.
Хотя дарвиновская концепция эволюции также признает существование такой групповой изменчивости, которую организмы приобретают под действием определенного фактора внешней среды, но она считает, что только случайные индивидуальные изменения, оказавшиеся полезными, будут использованы природой в процессе естественного отбора. Организмы с полезными признаками выживают в борьбе за существование и оставляют потомство. Именно таким путем они могут передавать новые, полезные признаки 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.
Первый принцип постулирует, что изменчивость является неотъемлемым свойством живого.
Важнейшим из них является мутационный процесс, что следует из признания того неоспоримого теперь факта, что основную массу эволюционного материала составляют различные формы мутаций, т.е. изменения наследственных свойств организмов, возникающие естественным путем или вызванные искусственными средствами.
Мутации являются теми наследственными изменениями, которые либо отдельно, либо совместно определяют изменения свойств, признаков, особенностей или норм реакции организмов. В своей совокупности они представляют то, что Дарвин называл индивидуальной или неопределенной изменчивостью. Факторы, которые вызывают мутации, называют мутагенами. К ним относятся космические, рентгеновские, радиоактивные лучи и вредные химические вещества, а также вирусы. Они вызывают изменения и перестройку генетического материала.
Поскольку мутации возникают случайно, постольку их результат действительно является неопределенным. Однако случайное изменение становится необходимым, когда оно оказывается полезным для организма, помогает ему выжить в борьбе за существование. Закрепляясь и повторяясь в ряде поколений, такие случайные изменения вызывают перестройку в структуре живых организмов и их популяций и таким образом приводят к возникновению новых видов. Хотя мутации - главные поставщики эволюционного материала, но они относятся к изменениям случайным, подчиняющимся вероятностным, или статистическим, законам. Поэтому они не могут служить направляющей силой эволюционного процесса. Тем не менее некоторые ученые рассматривают мутационный процесс в качестве определяющей силы эволюции, но забывают, что в таком случае приходится признать изначальную полезность и пригодность всех возникающих случайных изменений, что противоречит наблюдениям в живой природе и практике селекции. В действительности, кроме отбора - естественного или искусственного, - не существует никакого другого средства регулирования наследственной изменчивости. Только случайные изменения, оказавшиеся полезными в определенных условиях окружающей среды, отбираются в естественной природе или искусственно человеком для дальнейшей эволюции.
Вторым основным фактором эволюции (принципом Дарвина) служат популяционные волны, которые часто называют "волнами жизни". Они определяют количественные отклонения, от среднего значения численности организмов в популяции, а также области ее расположения, то есть, с одной стороны, все виды организмов имеют тенденцию к размножению в геометрической прогрессии, а с другой - выживают и достигают зрелости лишь в арифметической прогрессии, т.е. небольшая часть потомства.
Установлено, что малочисленные и многочисленные популяции не являются благоприятными для эволюции и возникновения новых форм живых организмов. В больших популяциях новым наследственным изменениям гораздо труднее проявиться, а в малочисленных такие изменения подвержены воздействию случайных процессов. Поэтому наиболее подходящими для эволюции и возникновения новых видов оказываются популяции средних размеров, в которых постоянно происходит изменение численности особей.
В качестве третьего основного фактора эволюции признается обособленность группы организмов.
На эту особенность эволюции указывал Дарвин, который считал, что для образования нового вида определенная группа организмов старого вида должна обособиться, но он не мог объяснить необходимость этого требования с точки зрения наследственности. В настоящее время установлено, что обособление и изоляция определенной группы организмов необходимы для того, чтобы она не могла скрещиваться с другими видами и тем самым передавать им и получать от них генетическую информацию. Изоляция различных групп организмов в природе, а также в практике селекции осуществляется самыми разными способами, но цель их одна - исключить обмен генетической информацией с другими видами. Для изоляции может служить географические, экологические условия, разные периоды спаривания и т.д., особенности поведения разных групп и видов организмов и многое другое.
К указанным основным факторам эволюции часто добавляют частоту смены поколений в популяциях, темпы и характер мутационных процессов и некоторые другие. Следует подчеркнуть, что все перечисленные основные и не основные факторы выступают не изолированно, а во взаимосвязи и взаимодействии.
Самое же главное заключается в том, что хотя все факторы эволюции и являются необходимыми ее предпосылками, но сами по себе ни в отдельности, ни в совокупности не могут объяснить механизм эволюционного процесса и его основную движущую силу. Такая сила заключается в действии естественного отбора, который является результатом взаимодействия популяций и окружающей их среды. Популяции составляют элементарные объекты для отбора, а среда ограничивает возможности такого отбора, поскольку потенциально возможность размножения является чрезвычайно высокой, характеризуемой геометрической прогрессией, а пищевые, территориальные, географические, климатические и экологические возможности среды весьма ограниченны. Именно борьба таких противоположных тенденций, как стремление к сохранению жизни и размножению, с одной стороны, и воздействие внешней среды, направленной на ограничение размножения, - с другой, составляют внутренне противоречивое содержание процесса эволюции.
Внутренние противоречия на разных уровнях организации живых систем составляют источник их развития и определяют характер "борьбы за существование". На уровне популяций эти противоречия выступают в форме объединения и борьбы особей внутри популяции, на уровне вида - в форме единства популяций, составляющих вид, и в то же время конкуренции между ними, которая может привести к формированию сначала разновидностей, а потом и нового вида. Результатом этого сложного процесса является устранение от размножения отдельных организмов, популяций, видов и других уровней организации живых систем.
Нередко естественный отбор характеризуют как процесс выживания наиболее приспособленных организмов. Впервые такую формулировку употребил известный английский философ Г. Спенсер (1820-1903), от которого ее заимствовал сам Ч. Дарвин. Впоследствии она получила широкое распространение среди биологов. Если вдуматься, то такую характеристику нельзя считать корректной, поскольку выражение "приспособленность" допускает различные степени, или градации, словесно определяемые с помощью терминов "большая" или "меньшая приспособленность". Действительно, как можно оценить, какой вид является более приспособленным к условиям существования, например слон или тигр? Кроме того, даже при меньшей степени приспособления допускается возможность размножения. В отличие от этого элиминация, или устранение от размножения, имеет однозначный смысл и точно определяет результат естественного отбора. Ведь о результатах естественного отбора можно судить только ретроспективно, т.е. задним числом. Вот почему известный английский биолог Дж. Хаксли (1887-1975) рекомендует употреблять термин "уничтожение неприспособленных" вместо термина "выживание приспособленных". Однако естественный отбор имеет не только негативный, но и творческий характер. В самом деле, путем такого отбора не только устраняются старые виды и формы жизни, но создаются новые, более совершенные формы.
Современная теория эволюции раскрывает также конкретные типы механизмов естественного отбора:
стабилизирующий отбор устраняет все заметные отклонения от некоторой средней нормы, вследствие чего не происходит возникновения новых видов, такой отбор играет незначительную роль в эволюции, поскольку сохраняет уже устоявшиеся формы живых организмов, в том числе и такие древние, как, например, кистеперые рыбы;
ведущая (движущая) форма отбора подхватывает мельчайшие изменения, способствующие прогрессивным преобразованиям живых систем и возникновению новых, более совершенных видов;
дезруптивный отбор обычно происходит при резком изменении условий существования организмов, многочисленная группа особей среднего типа попадает в неблагоприятные условия и погибает;
сбалансированный отбор связан с существованием и сменой адаптивных, или приспособительных, форм; при отборе с повышенной изменчивостью преимущество получают те популяции, которые отличаются наибольшим разнообразием по тем или иным признакам.
Следует, однако, отметить, что перечисленные типы отбора очень редко встречаются в "чистом" виде. Как правило, в живой природе наблюдаются сложные, комплексные типы отбора, и требуются особые усилия, чтобы выделить из них более простые типы.
Обсуждая основные факторы эволюции, мы убедились, что первоначальная теория Дарвина подверглась в дальнейшем значительны уточнениям, дополнениям и исправлениям, которые привели к возникновению новой, синтетической теории эволюции. Синтетической она называется потому, что объединяет в своем составе все положительное, что содержалось в первоначальной теории эволюции Дарвина, но в то же время дополняет и развивает ее дальше, отказываясь от некоторых, неподтвердившихся ее положений.
Синтетическая теория эволюции отличается от дарвиновской теории по ряду важнейших пунктов:
* она ясно выделяет элементарную структуру, с которой начинается эволюция; в настоящее время такой структурой считается популяция, а не отдельная особь или вид, который включает в свой состав несколько популяций;
* в качестве элементарного явления или процесса эволюции современная теория рассматривает устойчивое изменение генотипа популяции;
* она шире и глубже истолковывает факторы и движущие силы эволюции, выделяя среди них факторы основные и неосновные.
Кроме этого существенное отличие синтетической теории эволюции от дарвиновской состоит в четком разграничении областей исследования микроэволюции и макроэволюции. Эти термины впервые были введены в 1927 г. отечественным генетиком Ю.А. Филипченко (1882-1930) для характеристики разных масштабов эволюции. Теория микроэволюции исследует изменения генетической структуры популяций, которые могут привести к образованию нового вида. В отличие от этого макроэволюция изучает возникновение надвидовых форм организации живых систем на протяжении длительного периода развития. Дальнейшее уточнение эти определения получили в работах известного российского генетика Н.В. Тимофеева-Ресовского (1900-1981), который определяет микроэволюцию как совокупность эволюционных изменений, происходящих в генофондах популяций за сравнительно небольшой период времени и приводящих к образованию новых видов. В отличие от этого макроэволюция охватывает эволюционные преобразования за длительный исторический период времени, которые приводят к возникновению надвидовых форм организации живого.