Теория эволюции живых организмов

В настоящее время эта теория является фундаментальной биологической теорией.

Эволюция живых организмов означает постепенное, упорядоченное развитие сложных организмов из предсуществующих более простых с течением времени.

Еще в древности было замечено, что разнообразные живые организмы имеют черты структурного и функционального сходства между собой. Чтобы объяснить это сходство, выдвигались различные эволюционные гипотезы. Рассмотрим их на примере древнегреческой философии.

Ионийская школа (Фалéс,VII-VI вв. до н.э., Анаксимандр, VI в. до н.э.) утверждала, что всё живое происходит из воды. Анаксимандр создал развернутое учение о возникновении из ила растений и животных. По мере высыхания земли жизнь вышла из морей на сушу. Люди произошли от особого вида рыб.

Эмпедокл (V в. до н.э.) считал, что живой мир образован сочетанием четырех первичных элементов – воздуха, земли, огня и воды под действием двух нематериальных сил – Любви и Ненависти. Любовь смешивает элементы, а Ненависть их разделяет, и т.к. сами элементы вечны и неизменны, то нет ни рождения, ни смерти, а есть постоянная борьба Любви и Ненависти. Эта борьба идет с переменных успехом, и поэтому развитие мира повторяется периодически, образуя круг времени. Таким образом, изменчивость существ, а следовательно, и органическая эволюция возможна только внутри круга времени.

Аристотель на основе своей теории развития живого из неживой материи расположил все организмы в ряд (непрерывный) – «лестницу природы» (scala naturae). Предлагались и различные классификации, но все они были построены по какому-то одному или нескольким признакам (например, те, кто плавают, относятся к рыбам и т.п.).

Накопление данных об органическом мире в последующие века привело к новому принципу классификации живых организмов на основе понятия вида в системе растений (Рей, XVII в.) и системе природы (Линней, XVIII в.). Линней был убежден в постоянстве видов, а Бюффон (XVIII в.) допускал их изменчивость под влиянием внешней среды. В XIX веке эволюционные теории стали содержать гипотезы о механизме эволюции.

Ламарк (1809 г.) предположил, что изменения среды могут привести к изменению форм поведения и изменению соответствующих органов. Эти приобретенные признаки организма передаются потомству.

Например, предки жирафа питались листьями высоких деревьев, им приходилось тянуться все выше и выше за ними, поэтому в каждом поколении происходило удлинение шеи и ног, передающееся по наследству. Плоское тело камбалы возникло из-за лежания на мелководье.

Кювье (1812 г.) выдвинул теорию катастроф, чтобы объяснить смену фаун и флор на Земле в прошлом. Анализ ископаемых останков в пластах Земли приводит к выводу, что эпохи покоя заканчивались стихийными бедствиями, гибелью одних видов и приходом других. Д’Орбиньи насчитывал 27 таких катастроф в истории Земли.

Дарвин (1859 г.) и независимо от него Уоллес пришли к выводу о том, что эволюция осуществляется путем естественного отбора. Эта гипотеза основана на трех наблюдениях и двух выводах.

Наблюдение 1. Особи в составе популяции обладают большой способностью к размножению.

Наблюдение 2. Число особей в популяции примерно постоянно.

Вывод 1. Многим особям не удается выжить и оставить потомство. Происходит борьба за существование.

Наблюдение 3. Во всех популяциях существует изменчивость.

Вывод 2. В борьбе за существование особи, лучше приспособленные к условиям жизни, произведут больше потомков (естественный отбор). Таким образом, любое даже самое незначительное изменение, но благоприятное для выживания организма, должно передаваться следующим поколениям и может привести к изменению вида.

Дарвинизм оказался недостаточным для исчерпывающего объяснения все новых и новых биологических фактов. Поэтому в ХХ веке появились новые идеи, которые привели к формированию в 1930-40 гг. синтетической теории эволюции (СТЭ). Это современная эволюционная теория, которая является синтезом различных дисциплин, прежде всего, генетики и дарвинизма. Она также опирается на палеонтологию, систематику, молекулярную биологию и др.

Вот некоторые сведения, подтверждающие теорию эволюции.

1. Ископаемые остатки можно распределить по тем же типам и классам, что и ныне живущие виды. Изменения в строении организмов можно связать с изменениями условий жизни в соответствующие эпохи. Разрывы палеонтологической летописи объясняются неполнотой данных или внезапным появлением некоторых видов.

2. Современное географическое распространение видов позволяет проследить их адаптацию и пути расселения. Разные группы возникали в разное время и в разных областях.

3. Существует структурное сходство между организмами в пределах рода, класса. В этом можно убедиться, сравнивая соответствующие признаки.

4. Селекция может рассматриваться как искусственный отбор, во многом аналогичный естественному отбору.

5. Сравнительная анатомия животных и растений выявляет сходство строения разных организмов, что указывает на их происхождение от общего предка (гомологичные органы). Например, пятипалая конечность – гомологичный орган, наличествующий у многих животных от амфибий до млекопитающих. Рудиментарные органы не имеют соответствующей функции, но она, видимо, была у предков.

6. Адаптивная радиация – это развитие гомологичной структуры в соответствии с функциями. Насекомые способны к разной пище, и их рот одинаков по структуре.

7. Сравнительная эмбриология показывает на целом ряде примеров, что развитие организма повторяет историю развития группы. Или согласно закону Геккеля (XIX в.): онтогенез повторяет филогенез.

8. Сравнительная биохимия позволяет сделать вывод о том, что все живое на Земле состоит из практически одинаковых химических веществ, например, белковые молекулы разных живых организмов построены из ограниченного числа одних и тех же аминокислот.

Биосфера Земли

К концу ХХ века установился взгляд на Землю, как самоорганизующуюся систему, подобную живому организму. Строение Земли представляется в виде сферических оболочек. При этом кроме вещественных оболочек (атмосферы, литосферы, гидросферы) выделяют биосферу, охватывающую область распространения живых организмов. Границы биосферы определяются условиями существования организмов. По-видимому, в атмосфере она простирается до 7 км над поверхностью Земли, уходит на 2-3 км вглубь литосферы и включает всю гидросферу.

Представление об «области жизни» как геологической оболочке можно найти у Ламарка (XIX в.), в 1875 году Зюсс вводит для нее термин «биосфера». Согласно Зюссу, биосфера – это тонкая пленка жизни на земной поверхности.

Географические концепции XIX века рассматривают биосферу как совокупность природных зон, определяемых теплом и влагой, получаемых землей. Решающую роль при этом играют: согласно Гумбольдту – климат, а согласно Докучаеву – почва.

Наконец, в 1926 году Вернадский предлагает биогеохимическую концепцию и создает целостное учение о биосфере.

Согласно Вернадскому, биосфера – это область распространения жизни, включающая живые организмы и среду их обитания.

Разнообразие объектов природы сводится к семи геологически взаимосвязанным типам вещества:

1) живое вещество (в составе живых организмов);

2) биогенное вещество (создаваемое и перерабатываемое живыми организмами);

3) косное (в его производстве не участвуют живые организмы);

4) биокосное (почва, создаваемая одновременно и живыми организмами, и неорганическими процессами);

5) радиоактивное вещество;

6) рассеянные атомы (редкие и редкоземельные элементы);

7) вещество космического происхождения.

Основу биосферы составляет живое вещество. Оно непрерывно изменяет свое окружение путем питания, дыхания и размножения особей. Соответственно геохимическая функция живого вещества представляет собой совокупность концентрационной, газовой и транспортной функций.

Живое вещество составляет только одну миллионную часть массы биосферы (10¹²-10¹³ т), но благодаря ему биосфера является активным началом в формировании других геооболочек. Более 90% живого вещества составляет наземная растительность.

Основной источник активности живых организмов – солнечная энергия (электромагнитные волны), используемая в процессе фотосинтеза зелеными растениями и некоторыми микроорганизмами для создания органического вещества, обеспечивающего пищей и энергией все остальные организмы. Спектральный состав солнечного излучения определяет характер синтезируемых веществ, их структуру и в конечном итоге – виды организмов в геооболочках.

Структурно биосфера состоит из биогеоценозов (Сукачев, 1942 г.).

Биогеоценоз – комплекс взаимосвязанных популяций, образующих конкретное сообщество, занимающее определенную пространственную область (биотоп).

В биогеоценозе существует внутреннее динамическое равновесие, обеспечивающее его устойчивость. Поэтому конкуренция видов и внутривидовая конкуренция не уничтожают, а поддерживают жизнь.

Очевидно, что состояние живого мира на Земле определяется эволюцией биосферы.

Изучение истории Земли показывает, что:

1. Геологические процессы устойчивы во времени.

2. Активным началом является живое вещество.

На основе этих фактов Вернадский формулирует следующие принципы эволюции биосферы:

1. Биогенная миграция химических элементов стремится к своему максимальному выражению.

2. Эволюция видов идет в направлении, усиливающем эту биогенную миграцию.

3. Заселенность Земли в каждую геологическую эпоху была максимально возможной для существовавшего в данный момент времени живого вещества.

Однако закономерности эволюции биосферы изучены пока недостаточно. По-видимому, они носят вероятностный характер. Учение о биосфере развивается вследствие того, что антропогенное воздействие в течение последних 150-200 лет приняло глобальный характер и превосходит воздействие даже наиболее активных организмов.

Понятие ноосферы

Ноосфера – новое эволюционное состояние биосферы, при котором разумная деятельность человечества становится решающим фактором ее развития.

Термин введен Ле Руа и Тейяром де Шарденом в 1927 году под влиянием идей Вернадского. К этому времени сформировался эволюционный подход к проблеме человека как биологического сознательного существа. В конечном итоге он опирался на теорию эволюции Дарвина и теорию антропогенеза Энгельса 1870-х годов в совокупности с палеонтологическими данными о древнем человеке (1880-1920).

Чтобы преодолеть трудности классического дарвинизма, разрабатывались чисто философские концепции эволюции. «Творческая эволюция» Бергсона (1907 г.) выдвигает идею первоначального порыва (elan originel) жизни. Это порыв переходит от одного поколения зародышей к следующему через посредство взрослых организмов. При этом он распределяется по нескольким линиям развития и вызывает изменения признаков.

Тейяр де Шарден считал человека структурным центром мира и вершиной эволюции. Таким образом, эволюция расширялась за рамки живой природы, включая как материальный, так и социальный мир. Любому явлению присущи две стороны – духовное совершенство и материальное усложнение. Согласно Тейяру, если проследить развитие природы в обратном порядке, то обнаружится, что основное направление этого развития ведет к человеку. Следовательно, сознание имеет всеобщее распространение, и на ранних этапах эволюции Земли мы должны допустить существование некоей преджизни, как зародыша жизни.

Всю биосферу можно считать результатом развития Земли, направленного к человеку. Когда сознание развилось настолько, что стало способно сосредоточиться на самом себе как предмете, возникла мысль как новое биологическое состояние.

Мысль изменила всю планету и биосферу.

Эволюция по Тейяру сводится к следующей схеме:

геогенез → биогенез → психогенез → ноогенез.

Ноосфера – это высшая фаза биосферы, особая мыслительная оболочка. Она все время расширяется и является орудием взаимодействия человека с окружающей средой. На этапе ноогенеза можно говорить о некоей коллективной форме жизни (сверхжизни) – как общности сознаний или едином мышлении человечества.

Вернадский (1944 г.) развил представление о переходе биосферы в ноосферу. Ноосфера по Вернадскому – это новая форма организованности, возникающая при взаимодействии биосферы и общества. Овладевая законами природы и развивая технику, человечество преобразует природу соответственно своим потребностям. На определенном этапе человечество сознает свой путь эволюции и объединяется для обеспечения своего будущего. В ноосфере человек становится крупнейшей геологической силой. Ноосфера расширяется за счет выхода в космос и проникновения в недра Земли.