Синтетическая теория эволюции

Основные факторы и движущие силы эволюции. Современная теория органической эволюции, которую называют синтетической (СТЭ), отличается от дарвиновской теории рядом важнейших положений:

· она выделяет элементарную структуру, с которой начинается эволюция. В настоящее время такой структурой считается популяция или вид, который включает в свой состав несколько популяций;

· в качестве элементарного явления или процесса эволюции рассматривается устойчивое изменение генотипа популяции;

· выделяются основные и неосновные факторы и движущие силы эволюции.

Ч. Дарвин и его последователи к основным факторам эволюции относили: а) изменчивость, б) наследственность и в) естественный отбор, связанный с борьбой за существование. Ныне к ведущим факторам эволюции относят 1) мутационные процессы, 2) популяционные волны численности особей и 3) их изоляцию.

Трудности, с которыми встретился Дарвин при объяснении наследственной передачи полезных признаков потомству, легко преодолеваются уже с помощью тех эмпирических законов наследственности, которые установил австрийский ученый Грегор Мендель (1822 - 1884). Один из открытых им законов утверждает, что отдельные наследственные признаки родителей при скрещивании не сливаются, а передаются потомству в первоначальном виде. Поэтому никакого «растворения» наследственного вещества, о котором говорили критики Ч. Дарвина, на самом деле не происходит.

Первым важнейшим фактором эволюции является мутационный процесс. Мутации являются теми наследственными изменениями, которые определяют изменения свойств, признаков, или норм реакции организмов. Факторы, которые вызывают мутации, называют мутагенами. Известно, например, что мутации могут вызываться некоторыми общими условиями, в которых находится организм: его питанием, температурным режимом и т.д. Вместе с тем они зависят и от некоторых экстремальных факторов, таких, как действие отравляющих веществ, радиоактивных элементов, в результате которых количество мутаций увеличивается в сотни раз, причем возрастает оно пропорционально дозе воздействия.

Учитывая это, селекционеры часто используют различные химические мутагены для обеспечения направленных полезных мутаций. Однако в последнее время в связи с загрязнением окружающей среды, повышением фонда радиации возрастает число стихийных вредных мутаций, в том числе и у человека. Ежегодно в мире рождается около около 2% детей – с наследственными болезнями, вызванными мутациями. Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) зарегистрировано свыше 1000 серьезных аномалий человека в виде различных уродств, нарушений жизненно важных процессов под влиянием мутагенов. Одним из наиболее опасных видов мутагенов являются вирусы (от лат. virus — яд). У человека вирусы вызывают множество заболеваний, включая грипп и СПИД.

Поскольку мутации возникают случайно, постольку их результат действительно является неопределенным(вспомним, что и Дарвин выделял неопределенную изменчивость). 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 некоторые ученые рассматривают мутационный процесс в качестве определяющей силы эволюции, в действительности же, кроме отбора - естественного или искусственного, - не существует никакого другого средства регулирования наследственной изменчивости. Отбираются для дальнейшей эволюции только те случайные изменения, которые оказываются полезными в определенных условиях окружающей среды.

Вторым основным фактором эволюции служат популяционные волны, которые часто называют «волнами жизни». 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 популяциях 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.

Третий основной фактор эволюции – обособленность группы организмов. Обособление и изоляция определенной группы организмов приводят к тому, что она не может скрещиваться с другими видами и тем самым передавать им и получать от них генетическую информацию. В качестве факторов изоляции может служить географическая граница (непреодолимая водная среда, болота, высокие горы и т.п.), экологические условия (предпочтения в выборе экологической ниши или места обитания, разные периоды спаривания и т.д.), особенности поведения разных групп и видов организмов и многое другое. Наиболее типичный пример – существование уникальных видов животных (например, сумчатых) в Австралии, изолированной от других континентов.

К указанным основным факторам эволюции часто добавляют частоту смены поколений в популяциях, темпы и характер мутационных процессов, и некоторые другие. Перечисленные основные и не основные факторы выступают не изолированно, а во взаимосвязи и взаимодействии друг с другом.

Факторы эволюции являются необходимыми ее предпосылками, но сами по себе не могут объяснить механизм эволюционного процесса и его основную движущую силу, которая заключается в действии естественного отбора. Отбор же является результатом взаимодействия популяций и окружающей их среды. Популяции составляют элементарные объекты для отбора, а среда ограничивает возможности такого отбора, поскольку пищевые, территориальные, географические, климатические и экологические возможности среды весьма ограничены. 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».

Естественный отбор имеет как негативный (гибель «неприспособленных»), так 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:

· при стабилизирующем отборе устраняются все заметные отклонения от некоторой средней нормы, вследствие чего не происходит возникновения новых видов.

· ведущей формой отбора является такая, которая подхватывает мельчайшие изменения, способствующие прогрессивным преобразованиям живых систем и возникновению новых, более совершенных видов;

· отбор, который обычно происходит при резком изменении условий существования организмов; при этом многочисленная группа особей среднего типа попадает в неблагоприятные условия и погибает;

· более сложный характер имеет сбалансированный отбор, когда речь идет о существовании и смене адаптивных, или приспособительных, форм. При отборе с повышенной изменчивостью преимущество в отборе получают те популяции, которые отличаются наибольшим разнообразием по тем или иным признакам.

Как правило, в живой природе наблюдаются сложные, комплексные типы отбора.

Первоначальная теория Дарвина подверглась в ХХ веке значительным уточнениям, дополнениям и исправлениям, которые привели, в конце концов, к возникновению новой синтетической теории эволюции. Синтетической она называется потому, что объединяет в своем составе все положительное, что содержалось в первоначальной теории эволюции Ч. Дарвина, но в то же время дополняет и развивает её дальше.

Важным новым результатом синтетической теории было ясное установление тех исходных объектов, которые служат предметом исследования эволюционной теории. Ч. Дарвин в своей теории говорит об эволюции в рамках вида.В синтетической теории элементарной единицей эволюции служит популяция, поскольку именно в ее рамках происходят наследственные изменения генофонда.

Синтетическая теория эволюции четко разграничивает области исследования микроэволюции и макроэволюции. Эти термины впервые были введены в 1927 г. отечественным генетиком Юрием Александровичем Филипченко (1882 - 1930) для характеристики разных масштабов эволюции. Теория микроэволюции исследует изменения генетической структуры популяций, которые могут привести к образованию нового вида. Макроэволюция изучает возникновение надвидовых форм организации живых систем на протяжении длительного периода развития.

Дальнейшее уточнение эти определения получили в работах известного российского генетика Николая Владимировича 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.

Изменения, которые изучаются в рамках микроэволюции, доступны непосредственному наблюдению. Макроэволюция происходит на протяжении длительного исторического периода времени и поэтому ее процесс может быть реконструирован лишь «задним числом».

К настоящему времени накоплен немалый обобщающий материал, формулируемый обычно в виде определенных закономерностей или правил макроэволюции крупных групп организмов. Перечислим некоторые из них.

· Любая новая крупная группа организмов, выше уровня вида, как правило, возникает потому, что приобретает в ходе эволюции качественно новые особенности в своей структуре и организации, которые дают ей коренное преимущество в борьбе за существование. Наибольший интерес в этом смысле привлекает идея отечественного биолога Алексея Николаевича Северцова (1866 - 1936) об ароморфозе (от греч. airo – поднимаю и morphosis – образец, форма), согласно которой каждое крупное изменение в строении и функции организма можно рассматривать как новый фактор эволюции, во многом меняющий ее дальнейшее направление и вызывающий новые формы отбора. Он подчеркивал, например, что именно появление разумного поведения у высших животных явилось существенным усовершенствованием движущих сил эволюции.

· Каждая группа организмов характеризуется определенным средним темпом эволюции. Чем быстрее совершается процесс приспособления группы к частным, конкретным условиям среды, тем скорее она достигает расцвета и соответственно гибели.

· Уничтожение целых групп живых организмов в ходе эволюции обусловлено естественным отбором других групп, более приспособленных к изменившимся условиям окружающей среды. Исчезнувшие в процессе эволюции отдельные организмы, виды и группы впоследствии никогда не восстанавливаются в прежней форме.

· Эволюция не всегда идет от простого к сложному. Некоторые группы организмов, как, например, бактерии сохранились с древнейших эпох только благодаря упрощению своей организации.

Макроэволюция осуществляется через последовательность микроэволюций, и поэтому не обладает какими-либо особыми механизмами эволюции.

Синтетическая теория эволюции сохранила основное содержание теории Ч. Дарвина, а именно принцип естественного отбора как направляющей силы эволюционного процесса.

Некоторые недарвиновские теории эволюции, появившиеся после победы дарвинизма в биологии, как раз отвергали принцип естественного отбора. Так, неоламаркизм по - прежнему утверждал, что эволюционные изменения происходят прямо или косвенно под влиянием условий окружающей среды, которые отражаются в изменениях некоторых свойств и признаков организмов. Эти изменения непосредственно передаются по наследству от родителей потомкам. Поэтому ни о каком естественном отборе в этом случае речи быть не может.

К 30 - м годам прошлого века под влиянием развития генетики неоламаркизм утратил свое влияние среди биологов, хотя попытки его возрождения предпринимались в отечественной биологии в группе сторонников Т.Д. Лысенко, которые в противовес генетикам заявляли, что наследственность является свойством всего организма.

Другие антидарвинисты пытались доказать, что главным в эволюции является не влияние среды и естественный отбор, а некий процесс реализации внутренних закономерностей развития живых организмов. В отечественной науке такую точку зрения в 20- е годы прошлого века под именем номогенеза выдвигал крупный ученый в области физической географии и ландшафтоведения Лев Семенович Берг (1876 - 1950).

Совсем недавно появилось новое неодарвинистское направление, получившее название пунктуализма, сторонники которого считают, что процесс эволюции состоит из редких скачков, в то время как большую часть времени организмы находятся в стабильном состоянии.

Философские проблемы эволюционной теории. Важнейшая мировоззренческая проблема, вокруг которой происходили ожесточенные споры, состоит в объяснении явлений целесообразности в живой природе. Наблюдая удивительную приспособляемость живых организмов к условиям своего существования, целесообразное устройство их тел и органов, люди уже давно задумались над причиной такой целесообразности.

Религиозные объяснения приписывали совершенство и целесообразность в природе вмешательству божественной воли.

Согласно телеологическому подходу, совершенство и приспособленность живых организмов к условиям среды есть результат заложенной в них внутренней цели (от греч. teleos - цель), которая раскрывается в ходе индивидуального развития организмов. Сильнейший удар по таким представлениям нанесла эволюционная теория Дарвина, которая впервые дала научное объяснение явлениям целесообразности живой природы и сумела рационально решить эту проблему.

Стало ясным, что целесообразность есть неизбежный результат естественного отбора, в ходе которого устраняются организмы, неприспособленные к условиям своего существования, и получают право на жизнь и потомство организмы, обладающие определенными преимуществами перед ними.

Такие преимущества проявляются в адаптации новых организмов, популяций и видов либо к существующим, а чаще всего к изменившимся условиям окружающей среды. Поэтому ни о какой абсолютной целесообразности, не зависящей от условий существования живых организмов, речи быть не может. Стоит этим условиям несколько измениться, как свойство или характер приспособления, бывшие полезными прежде, оказываются бесполезными и даже вредными в новых условиях.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем состоят характерные особенности описательной биологии?

2. Как пытались объяснить процессы жизнедеятельности сторонники механицизма и редукционизма?

3. В чем заключается ошибочность витализма в биологии?

4. Какую роль играют аминокислоты в живом организме?

5. Чем отличается молекулярная структура живых систем от неживых?

6. Что называют молекулярной хиральностью, и кто открыл ее?

7. Можно ли отнести вирусы к живым организмам? Обоснуйте свой ответ.

8. Какую роль играют молекулы ДНК в передаче наследственности, и как был расшифрован генетический код?

9. Какой уровень организации живых систем называется онтогенетическим?

10. Чем отличаются клетки-прокариоты от эукариотов?

11. Какие основные способы питания существуют в живой природе?

12. Какой уровень организации называется популяционным, и чем он отличается от уровня онтогенетического?

13. В чем состоит разница между биоценозами и биогеоценозами?

14. Какое воздействие сложность трофических связей оказывает на устойчивость и жизнеспособность живых систем?

15. Сформулируйте основные принципы учения Ч. Дарвина об эволюции.

16. В чем заключается главный недостаток его теории?

17. Перечислите основные факторы и движущие силы эволюции.

18. Почему мутации не могут служить направляющей силой эволюции?

19. Что служит направляющим фактором в процессе эволюции?

20. Как объясняет эволюционная теория целесообразность в природе?

21. Почему телеологические объяснения являются неверными?

22. С чем связан биологический прогресс?

23. Чем отличается макроэволюция от микроэволюции?

24. Какая связь имеется между случайностью и необходимостью в живой природе?

Литература

Основная

1. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Курс лекций. – М.: Гардарики, 2006. Гл. 13, 15.

2. Концепции современного естествознания / Под ред. В.Н. Лавриненко и В.П. Ратникова. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003. Гл. 6.

Дополнительная

1. Азимов А. Краткая история биологии: От алхимии до генетики. – М.: Центрполиграф, 2002.

2. Биология: Жизнь. Гены. Клетка. Онтогенез. Человек. Изд. 5-е, испр. и доп. / Под ред. В.Н. Ярыгина. – М.: Высш. школа, 2003.

3. Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. – М.: Наука, 1999.

4. Воронцов Н. Н., Сухорукова Л. Н. Эволюция органического мира. М., 1996.

5. Воронцов Н.Н, Тимофеев-Ресовский Н. В., Яблоков А. В. Краткий очерк теории эволюции. М., 1969.

6. Голубев Д.Б., Солоухин Вл.З. Размышления и споры о вирусах. – М.: Мол. гвардия, 1989.

7. Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора. – СПб.: Наука, 1991.

8. Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания: Уч. пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Академический Проект, 2002. Гл. 5.

9. Мамзин А.С. Биология в системе культуры. - СПб.: Лань, 1998.

10. Шрёдингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физика. М., 1972.

11. Энциклопедия для детей. Том 2. Биология. Жизнь. Мир растений и животных. Эволюция и тайны живого / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2001.