Цель и задачи дисциплины, эволюция и его задачи.

1. Цель дисциплины: дать полное и однозначное представление о биосфере как о самой крупной земной экосистеме, очертить ее границы, обозначить масштабы, единство и закономерности протекания глобальных биосферных процессов, их связь с Космосом и вклад человека в изменение трендов и темпов этих процессов с указанием текущих и потенциальных последствий для биосферы.

Задачи дисциплины:

1.раскрыть основные закономерности функционирования биосферы;

2.выявить планетарную роль живых организмов в преобразовании физической среды;

3.научить студентов глубокому пониманию структуры и функционирования важнейшей единицы биосферы – биогеоценоза, количественной сбалансированности процессов в нем;

4.привить навыки системного подхода;

5.раскрыть представление об эволюции биосферы, как о нарушении старой сбалансированности процессов и смены их новой самоподдерживающейся сбалансированностью;

6.сформировать знания об основных закономерностях взаимодействия компонентов биосферы и экологических последствиях хозяйственной деятельности человека, особенно в условиях интенсификации природопользования.

Термин «эволюция» широко применя­ется в различных областях науки. Говорят об эволюции атомов, галактик, Земли, ма­шин, общества, методов познания и т. д., подразумевая под этим последовательные изменения исходного состояния во времени, ведущие к возникновению чего-то нового.

Основные черты биологической эво­люции. Биологическая эволюция сущест­венно отличается от других «эволюций». В ее основе лежат уникальные процессы са­мовоспроизведения макромолекул и живых организмов, таящие в себе (как показывает история развития жизни на Земле) почти неограниченные возможности преобразова­ния живых систем в ряду поколений.

Биологическая эволюция многообразна по процессам и результатам. Биологиче­ская эволюция — необратимое и в из­вестной степени направленное истори­ческое развитие живой природы, сопро­вождающееся изменением генетическо­го состава популяций, формированием адаптаций, образованием и вымиранием видов, преобразованиями биогеоценозов и биосферы в целом. Результатом биологи­ческой эволюции всегда является соответ­ствие развивающейся живой системы усло­виям ее существования. Достижение этого соответствия сопряжено с преимуществен­ным распространением одних и гибелью других дискретных биологических систем.

Дарвинизм как наука. Изучению эво­люционного процесса в современной науке уделяется большое внимание, и этим зани­маются все биологические дисциплины. Ос­новываясь на данных специальных дисцип­лин, эволюционное учение изучает об­щие закономерности и движущие силы исторического развития жизни, впервые в общей форме вскрытые Ч. Дарвином.

Лавинообразное накопление фактов в традиционных и особенно в новых областях естествознания значительно расширило со­держание классического дарвинизма, изме­нило соотношение отдельных разделов эво­люционного учения. Поскольку основу со­временного эволюционного учения состав­ляет теория Ч. Дарвина (представление о ведущей роли естественного отбора как главного и единственно направленного эво­люционного фактора), излагаемое в этом курсе современное эволюционное учение может с полным правом по-прежнему назы­ваться дарвинизмом.

Цель эволюционного учения — выяв­ление закономерностей развития орга­нического мира для последующего управ­ления этим процессом.

Человечество в настоящее время озабо­чено грандиозными изменениями, происхо­дящими в биосфере под влиянием антропо­генных факторов. За короткий срок из-за недостаточного знания закономерностей эволюции биосферы, неразумного вмеша­тельства человека в развитие природных систем произошли тяжелые последст­вия — нарушение природного равновесия в ряде районов планеты. Подобные последст­вия будут и еще более опасными в будущем при отсутствии научно обоснованных реко­мендаций и организации отношения челове­ка с биосферой. Научная разработка таких рекомендаций невозможна без изучения особенностей эволюции биосферы в про­шлом и без знания законов развития от­дельных видов и целых сообществ в настоя­щем и будущем.

Место дарвинизма в системе биологи­ческих наук. Не вызывает сомнения, что эволюционный подход к изучению живой природы стал методологической основой биологии в целом. Конкретный фактический материал, накапливаемый в разных разде­лах биологии, требует осмысливания с эво­люционных позиций. Любые теории и гипо­тезы в биологии приобретают логическое завершение только тогда, когда они удовле­творяют эволюционному принципу.

Объективная тенденция усиления диф­ференциации биологии создает реальную опасность разобщения разных биологиче­ских дисциплин, ослабления связей между ними. Эволюционное учение и оказывается той главной силой, которая противостоит дроблению биологии и дает возможность широкого использования теоретических достижений каждой из дисциплин в сосед­них, подчас весьма далеких. Поэтому можно сказать, что эволюционное учение зани­мает центральное место в огромном и многообразном здании современной био­логии, является в определенном смысле ее методологическим содержанием. Эволюци­онный подход стал основой мировоззрения современной биологии. Он позволяет рас­сматривать живую природу в динамике, во взаимосвязи ее элементов и в связи с абио­тической средой.

Схема взаимоотношения основных биологических дисциплин,

изучающих разные царства живого, с эволюционной биологией и соседними дисциплинами

Эволюционный подход важен во всех без исключения областях биологии: описа­ние отдельных групп фактов возможно и вне эволюционной интерпретации, но ес­тественнонаучное объяснение любых фактов в биологии вне эволюционного подхода оказывается невозможным.

2.Методы изучения эволюции.

Процесс эволюции настолько сложен и разнообразен по механизмам и результатам, что его не­возможно изучить с достаточной полнотой, применяя какой-либо один метод исследо­вания. Для этой цели используют комплекс общих и частных методов (см. гл. 6). По-ви­димому, нет ни одной биологической дисци­плины, не внесшей чего-то нового в выяв­ление особенностей протекания эволюцион­ного процесса специфическими методами. В изучении эволюции широко используются методы не только биологических наук, но и математики, физики, химии и других наук.

Принцип актуализма, восторжество­вавший в современном естествознании («современность — ключ к познанию про­шлого»), органически сочетается при изуче­нии эволюционного процесса с принципом историзма («ключом к изучению настоя­щего является познание прошлого»).

Основные разделы эволюционного учения. Эволюционное учение — широкая междасциплинарная область биологии, включающая несколько крупных и в разной степени развитых в настоящее время разде­лов. Первый такой раздел — история воз­никновения и развития эволюционных идей, концепций и гипотез. Этот раздел имеет важное общеобразовательное и мето­дологическое значение, поскольку без исто­рии нельзя понять и современность.

Другой раздел эволюционного уче ния — частная филогенетика, воссоз­дающая пути исторического развития каж­дой группы живых организмов. В совокуп­ности эти пути развития групп составляют филогенетическое древо жизни. Несмотря на огромные достижения в этой области, многие важные детали остаются еще неяс­ными, начиная от проблем происхождения жизни до частного, с точки зрения филоге­нии всего живого, но важного для развития материи в целом — возникновения мысля­щего существа Homo sapiens. В нашем кур­се проблемам частной филогенетики отве­дено подчиненное место; это как бы факти­ческая основа для выяснения закономерно­стей процесса эволюции крупного масштаба (макроэволюции), основа общей филогене­тики. Более глубокое знакомство с частной филогенией всех главных групп древа жизни возможно лишь в рамках других, специаль­ных курсов. Исключение сделано лишь для филогении приматов и, в частности, той ветви приматов, которая привела к возник­новению рода Homo (см. гл. 18).

Основу современной теории эволюции составляют два больших раздела, посвя­щенных микро- и макрозволюции. Это две стороны единого и непрерывного процесса эволюции, которые разделяются, однако, по грани видообразования и различиям в мето­дических подходах к их изучению. Теорети­ческие разработки в этих областях состав­ляют фундамент современной эволюцион­ной теории.

Эволюционные идеи - представления об историческом развитии наблюдаемого разнообразия жизни — возникали еще тысячелетия назад. Все более обогащаясь фактами с прогрессом естествознания, они привели в конце XVIII в. к формированию эволюционного учения. Вскрытие Ч. Дарвином механизма естественного отбора выделило в эволюционном учении теорию эволюции. Для понима­ния современного состояния и проблем эволюционного учения необходимо знание основных исторических этапов формирования эволюционизма. Таких этапов, по сущест­ву, лишь два - додарвиновский (гл. 1) и дарвиновский (гл. 3). В додарвиновском этапе в качестве подраздела можно выделить период, связанный с формированием Ж. Б. Ла­марком первого эволюционного учения (гл. 2).

Представления о развитии живой природы в додарвиновском периоде Рассмотрим развитие эволюционных знаний в этом огромном по времени периоде по следующим основным этапам: Древний мир, Средневековье, эпоха Возрождения,в. и первая половина XIX в.

3.Эволюционные идеи в древности

Средневековье и эпоха Возрождения

Идеи единства и развития природы в Древнем мире. Идея развития живой при­роды прослеживается в трудах древних ма­териалистов Индии, Китая, Месопотамии, Египта, Греции. Еще в середине II тысяче­летия до н. э. в «Ригведе» (Индия) выдвига­лась вдея развития материального мира (в том числе и органического) из «прамате- рии». В «Аюрведе» (I тысячелетие до н. э.) утверждается, что человек произошел от обезьян, живших около 18 млн лет назад (при переводе на современное летосчисле­ние) на материке, объединявшем Индостан и Юго-Восточную Азию. По этим представ­лениям, примерно 4 млн лет назад предки современных людей перешли к коллектив­ному добыванию пищи, а современный че­ловек появился менее 1 млн лет назад.

Колоссальными были знания древних в области искусственного отбора и медицины. В XI—V тыс. до н. э (т. е. 7— 11 тыс. лет назад) в Средиземноморье, Передней и Центральной Азии, Месопотамии, Египте, Индии и Китае уже были выведены многие современные домашние животные (в т. ч. собака, овца, коза, свинья, кошка, буйвол, бык, осел, лошадь, зебу, верблюд, тутовый шелкопряд и лаковый червец) и множество культурных растений (рис, пшеница, яч­мень, просо, чечевица, сорго, горох, вика, лен, хлопчатник, кунжут, дыня, виноград, финиковая пальма, оливковое дерево и др.). Более 3 тыс. лет назад в Индии была откры­та прививка оспы (в Европе — только в 1788 голу!), тогда же уже делали сложные хирургические операции (кесарево сечение, удаление катаракты, почечных и желчных камней и т. д.) и знали основные черты эм­брионального развития человека. Зубопро- тезирование, ампутация конечностей и тре­панация черепа были известны еще в конце неолита, до возникновения основных цен­тров древней цивилизации.

В Китае за 2 тыс. лет до н. э. существо­вал искусственный отбор для выведения различных пород крупного рогатого скота, лошадей, рыб, шелкопряда и декоративных растений. Неудивительно, что в конце I ты­сячелетия до н. э. там уже были распростра­нены учения о возможности превращения одних живых существ в другие. Много сде­лали для подготовки эволюционного учения древние философы Античной Греции. Анак­симандр Милетский в труде «О природе» (около 540 г. до н. э.) писал, что животные возникли в воде, а потом защищенные твер­дыми покровами от высыхания освоили сушу. Человек, по его мнению, произошел от животных, первоначально подобных рыбе. Гераклит Эфесский (VI в. до н. э.) считал, что все живые существа, и человек в том числе, развились естественным путем из первичной материи. В спорах с филосо­фами-идеалистами греческие материалисты V—IV вв. до н. э. ставят проблему развития высшего разумного существа путем сочета­ния простых, более примитивных состояний материи. Сохраняющиеся единицы, размно­жаясь, дают начало новым удачным сочета­ниям. У «великана мысли» Аристотеля (IV в. до н. э.) встречаются высказывания о разви­тии живой природы, основанные на знании общего плана строения высших животных, гомологии и корреляции органов. Аристо­тель, видимо, одним из первых высказал предположение о существовании переход­ных форм между животными и растениями. Его фундаментальные произведения «О частях животных», «Истории животных», «О возникновении животных» оказали большое влияние на последующее развитие биологии.

Таким образом, уже в глубокой древно­сти, несколько тысяч лет назад независимо в Месопотамии, Средиземноморье, Индо­стане и Китае возникли религиозно-фило- софские идеи трансформизма — превра­щения одного существа в другое; креацио­низма (от creatio — сотворение) — боже­ственных актов творения; а на основе прак­тики сельского хозяйства возникли глубокие практические знания методов создания но­вых пород. К началу новой эры в центрах цивилизации были описаны тысячи видов животных и растений.

Обобщая, можно сказать, что в древно­сти была достаточно глубоко разработана идея единства всей природы. Ярким выра­жением такого подхода стала знаменитая «лестница существ» Аристотеля, начинаю­щаяся минералами и кончающаяся челове­ком. Однако идея лестницы существ была далека от идеи развития: высшие ступени не воспринимались как продукт развития низ­ших ступеней. Метафизический, отвлечен­но-умозрительный характер взглядов древ­них мыслителей не позволил объединить идею единства природы с идеей развития природы от простого к сложному.

Древний Рим. Среди многих блестящих мыслителей этого периода выделяется Лук­реций Кар, автор фундаментального труда из многих глав «О природе вещей» (I век до н. э.), в котором есть мысли и о разви­тии вселенной, возникновении человека, развитии животного и растительного мира. В I веке н. э. Плиний Старший опубликовал 37 томов «Естественной истории» — пер­вую энциклопедию природы и хозяйства че­ловека. Работы гения античной медицины Галена (II век н. э.) содержали детальней­шее описание внутреннего строения многих видов млекопитающих, в том числе обезьян и человека.

Средневековье. После почти двухтыся­челетнего развития знаний в Древнем мире — Китае, Индии, Египте, Греции, Риме — в Европе с VI по XIV в. наступает мрачное Средневековье, «темная ночь для естествознания». Людей сжигали на кост­рах не только за высказывание идеи разви­тия природы, но и за чтение книг древних философов. Насильственное внедрение веры в науку превращает последнюю в при­даток религии.

На существование мира христианским учением отводилось около 6 тыс. лет; столе­тиями сохраняется мнение о том, что за 4004 года до н. э. мир был создан Господом Богом. Изучение природы было фактически запрещено; сотни талантливых ученых, ты­сячи древних книг были уничтожены за это время. Только в Испании на кострах за сто­летия инквизиции было сожжено около 35 тыс. человек и более 300 тыс. подвергнуты пыткам.

Неудивительно, что в такой обстановке естественнонаучные знания накапливались крайне медленно. В трактовке явлений ор­ганического мира господствовали взгляды различных схоластических школ. Допуска­лись и взаимное превращение разных ви­дов, возможность самозарождения даже млекопитающих (например, мышей из тря­пок), книги были наполнены описаниями фантастических животных (рис. 1.1).

Однако и в Средневековье звучали при­зывы к объективному изучению природы. Так, немецкий монах Альберт БолыиТед- ский (1206—1280) публикует многотомную энциклопедию со специальными разделами, посвященными растениям и животным. Опираясь на данные Аристотеля, Плиния, Галена, он дает основы классификации, описывает поведение животных. Другими крупными сводками средневековых знаний о живой природе были многотомное «Зеркало природы» Венсена де Бове (XIII в.), «По­учение Владимира Мономаха» (XI в.), хо­дившие в списках на Руси, «О поучениях и сходствах вещей» доминиканского монаха Иоанна Сиеннского (начало XIV в.). В сочи­нениях Средневековья растения или живот­ные часто интересуют авторов не сами по себе, а как символы, обозначающие и выра­жающие идею творца.

На более высоком уровне находились культура и образование в средневековом арабском мире X—XII вв. В Европе очагом исламской культуры стала Кордова (Испа­ния). Сочинения Ибн-Рошда (Аверроэс, 1126—1198) и особенно «Канон медици­ны» Ибн-Сины (Авиценна, 980—1037) со­держат не только комментарии античных авторов, но и оригинальные мысли в облас­ти изучения животных и растений, самого человека.

Выдающийся английский мыслитель XIII в. Роджер Бэкон (1214—1292) высту­пил против схоластики и веры в авторитеты, против невежества. Не авторитеты, а опыт и наблюдения являются истинными мерила­ми подлинного научного знания, утверждал он. Бэкон был брошен в монастырскую тюрьму, его труды были изданы лишь столе­тия спустя.

Биология в эпоху Возрождения.

С на­ступлением эпохи Возрождения в Европе вновь получают распространение сочинения античных натуралистов (Аристотеля, Пли­ния, Платона, Теофраста и др.). В резуль­тате развития торговли и мореплавания бы­стро растут знания о многообразии органи­ческого мира, проводится инвентаризация флоры и фауны.

К середине XV в. в Европе благодаря разложению феодализма и зарождению ка­питалистических отношений создаются бла­гоприятные условия для развития естество­знания. Современная история естествознания и начинается, по существу, со второй половины XV в.— с начала эпохи Возрож­дения, ставшей великим поворотом в разви­тии человеческой мысли.

Крупнейший английский философ Ф. Бэкон (1561 —1626), обосновав индук­тивный метод, закладывает основы экспери­ментального, опытного подхода в научных исследованиях. Только опыт и наблюдения являются надежными источниками подлин­ного знания, и от этого знания «зависит благосостояние всего мира». Этот призыв был широко подхвачен естествоиспытателя­ми.

В XVI в. после снятия запрещения вскрытия трупов людей блестящих успехов достигает анатомия (А. Везалий. О строении человеческого тела. 1543). В 1628 г. У. Гар­вей публикует свое учение о кровообраще­нии. С созданием микроскопа расширяются возможности исследования живых существ: изучаются клеточное строение растений (Р. Гук, 1665), мир микроорганизмов, эритроциты и сперматозоиды (А. Левен­гук, 1683), движение крови в капиллярах (М. Мальпиги, 1661) и др.

Ф. Реди в XVII в. экспериментально доказал невозможность самозарождения сколько-нибудь сложных животных (окон­чательно версия о самозарождении была развенчана Л. Пастером лишь в середине в.).

Растущие естественнонаучные знания нуждались в систематизации и обобщении. Появляются первые многотомные описания животного и растительного мира. Уже в 1583 г. итальянский медик, естествоиспыта­тель и философ А. Чезальпино сделал по­пытку классификации растений на основе строения семян, цветков и плодов. Англий­ский биолог Дж. Рей, описывая свыше 18 600 видов растений в «Истории расте­ний» (1686—1704), впервые ввел понятия «вид» и «род». Он допускал образование разновидностей под влиянием внешних ус­ловий, но, отражая общепринятые взгляды времени, был убежден в невозможности из­менения ввдов.