Эволюционная теория

Можно ли сказать, что человек в основе своей отличен от всех других представителей животного мира? Что он изначально предназначен быть полновластным повелителем, стоящим над всеми остальными видами? Долгое время люди придерживались именно такого мнения, а многие убеждены в этом и до сих пор.

Согласно традиционной точке зрения, весь живой мир с его расте­ниями, животными и человеком был создан сразу и в окончательном виде. В Библии утверждается, что это было сделано за шесть дней. а один ирландский богослов в XVII веке даже «вычислил» точную дату-4004 год до рождения Христа. Креационистская теория господ­ствовала до середины XIX века, и даже в наши дни ее все еще придерживаются различные религиозные секты и даже некоторые поли­тические деятели в США и других странах (см. Reeves, 1986).

Этой концепции происхождения всего живого была противопостав­лена теория, выдвинутая в 1859 году английским естествоиспытателем Чарлзом Дарвином (рис. 1.2). Согласно его гипотезе, все существующие ныне растения и животные происходят от одной формы жизни и пред­ставляют собой результат эволюции, продолжающейся миллиарды лет. Что касается человека с его физическими и поведенческими признаками, то и он в конечном счете -всего лишь один из результатов этой эволюции (рис. 1.3).

Каким образом удалось Дарвину создать столь революционную гипотезу?

Мысли о ней впервые возникли у него во время экспедиции, целью которой была топографическая съемка берегов Южной Америки.

Рис. 1.2. Чарлз Дарвин – английский натуралист и биолог (1809-1882). Теория эволюции, разработан­ная в его труде «О происхождении видов» (1859). разожгла страсти, особенно среди тех, кто отказы­вался признать происхождение человека от живот­ных.

Рис. 1.3. Генеалогическое дерево царства животных. Это царство развивалось на протяжении последнего миллиарда лет, образуя многочисленные ветви. В преде­лах отдельной ветви зоологи различают классы, которые они подразделяют далее на отряды, семейства, роды и виды (положение вида Homo sapiens в такой системе представлено в табл. 1.1). Последовательности возникновения классов соответ­ствует возрастающая сложность организмов: одноклеточные появились раньше многоклеточных, беспозвоночные-раньше позвоночных, а среди последних вод­ные животные предшествовали обитателям суши и воздушной среды.

* Стрекающие - первая группа животных с двусторонней симметрией тела.

** Иглокожие-единственная группа, которой свойственна пятилучевая сим­метрия.

28 Глава 1

Приглашенный в 1831 году участвовать в этой экспедиции, Дарвин, находясь на борту корабля «Бигль», должен был регистрировать все виды растений и животных, встречавшиеся во время путешествия. После привычной фауны и флоры Англии Дарвина ошеломило разнообразие форм, подчас очень близких друг к другу, которые он увидел в обследуе­мых местах. С тех самых пор он уже не мог верить, что мир был создан с полным набором всех существующих видов, уникальных и неизмен­ных¹. И он пришел к выводу, что эти виды, по всей вероятности, достигли такого разнообразия в результате изоляции, когда та или иная группа была отделена от других пустыней, морским проливом или горной цепью. Различные условия, в которых оказались эти группы, привели к тому, что эволюция каждой из них протекала по-своему.

Выдвинув гипотезу, надо было объяснить, почему эволюция данной группы шла именно в таком, а не ином направлении, и, прежде всего, выявить механизм происходящей дифференциации.

Первым толчком к ответу на этот вопрос послужила для Дарвина работа английского экономиста Томаса Мальтуса, касающаяся челове­ческого общества. По мнению Мальтуса, рост численности населения происходит гораздо быстрее, чем рост источников пропитания; в случае голода или войны, когда пищи становится недостаточно, возникает конкуренция и в «борьбе за существование» отбор благоприятствует сохранению более сильного.

Почему бы не приложить этот принцип к популяциям растений и животных?

Если, например, в густом лесу деревья преграждают друг другу доступ к источнику энергии -солнечному свету, то все они рискуют погибнуть. Но если некоторые из них достигнут большей высоты, потому что они случайно унаследовали более высокий рост, то эти деревья смогут уловить больше света. Эта вариация даст им возмож­ность выживать и размножаться более эффективно, производя другие высокие деревья, которые мало-помалу вытеснят более низкие.

Для других видов такой вариацией, обеспечивающей выживание, может оказаться способность развиваться в тени, для третьих - форма корней. Природа, таким образом, была вынуждена отбирать признаки, наиболее приспособленные к данной среде, благоприятствуя их передаче. Она действовала как фактор отбора, позволяющий выживать наиболее жизнестойким за счет более слабых.

То же самое относится к животным. Если в какую-то эпоху, длившую­ся много тысячелетий, климат резко холодает, то можно представить себе, что среди рождающихся особей более устойчивые к холоду будут выживать дольше других. Они, таким образом, смогут оставить больше потомков, которые унаследуют их благоприятные признаки и среди которых будет происходить дальнейший отбор. Аналогичным образом можно объяснить наличие у полярного медведя таких признаков, как

¹ В настоящее время насчитывают около 12 млн. различных форм бактерий, растении и животных (включая человека), принадлежащих примерно к 1,2 млн. видов

Что такое поведение⁷ 29

Рис. 1 4. Длинные ноги и непропор­ционально длинная шея жирафа ко­нечный результат эволюции этого жи­вотного. Благодаря этим признакам жираф мог выжить, объедая листву с высоких веток деревьев, растущих в саванне.

густой мех, толстый слой жира на всем теле и способность плавать под водой, -признаков, возникших в результате отбора в длинном ряду поколений (см. также рис. 1.4).

Далее мы увидим, как подобным же образом можно объяснить вертикальное положение тела и развитые руки у человека -два особых признака, обеспечивших его эволюционный успех и позволивших ему заселить почти всю планету.

Дарвин затратил около двадцати лет на создание своей теории эволюции, основанной на принципе естественного отбора. Тем не менее он отказывался ее опубликовать, не желая вступать в дискуссии, которые она неизбежно должна была вызвать. Но в 1858 году другой естество­испытатель, Альфред Генри Уоллес (Wallace), выдвинул теорию, опи­равшуюся на ту же идею, и Дарвин, не желая, чтобы кто-то другой единолично пожинал все лавры за исследование, которому он отдал столько лет, опубликовал на следующий год свою работу под названием «Происхождение видов». Как он и ожидал, она вызвала ожесточенные споры, которые, впрочем, все еще не вполне затихли.

С тех пор теория эволюции обогатилась данными генетики, раз­вившейся на рубеже XX века; были использованы, в частности, законы Менделя, приобретшие популярность в это же время. Все это позволило объяснить, с одной стороны, сохраняемые отбором вариации как ре­зультат мутаций, возникающих на уровне генов, а с другой -способ передачи признаков из поколения в поколение.

Сами неодарвинисты не всегда едины во взглядах на механизм эволюции. По мнению одних, она происходит в результате ряда после­довательных мелких сдвигов с использованием случайных мутаций в соответствии с сиюминутными потребностями; другие считают, что в эволюции есть определенная внутренняя тенденция, которой следует развитие видов, подчиняющееся неким ориентирам, уже заложенным в генах; по мнению третьих, эволюция совершается скачками, начинаясь с крупных переделок, возникающих в каких-то «узлах» - избранных точках эволюционного пути, в которых происходит дифференциация видов.

Тем не менее, даже если отдельные (иногда существенные) моменты эволюционной теории подвергаются критике и переформулируются, ее

30 Глава I

основы в настоящее время принимает большинство ученых. Благодаря этой теории можно понять, как эволюционировали физические признаки организмов, а также как изменялось их поведение с момента возник­новения, два или три миллиарда лет назад, жизни на Земле путем перехода от сравнительно простых движений к сложным поведенческим актам, присущим высшим животным, и в особенности человеку (см. документ 1.1).

Эволюция поведения

Согласно теории эволюции, виды животных, а внутри них особи (индивидуумы), наиболее способные к выживанию и размножению, - это, как мы убедились, те, которые обладают признаками, обеспечивающими наилучшую адаптацию к среде; это могут быть как физические особен­ности (например, густота шерстного покрова зимой), так и поведенческие признаки (миграции в более теплые края с приближением холодного времени года, способ устройства нор у грызунов или характер песни у птиц и т. п.)

С этой точки зрения даже самые простые среди живых организмов благодаря отбору обладают поведением, адаптированным к их образу жизни. Так, у растений можно наблюдать определенные формы поведе­ния, называемые тропизмами; например, поворот соцветия к солнцу у подсолнечника обусловлен гелиотропизмом, а проникновение корней в почву в поисках влаги и необходимых минеральных солей -геотропизмом.

Таксисы

Одноклеточные существа, находящиеся на нижнем конце лестницы животных, обладают более сложным поведением.

Такова, например, парамеция (рис. 1.5)-крошечный организм, едва видимый невооруженным глазом (длина его 0,25 мм), обитающий в прудах и лужах почти по всему земному шару. Она состоит из одной клетки, снабженной «ртом» и примитивной пищеварительной системой, а на ее поверхности разбросаны участки, чувствительные к свету, теплу, прикосновению и к различным химическим факторам. Парамеция по­крыта ресничками, благодаря волнообразному биению которых, на­правленному назад, клетка передвигается вперед. Парамеция питается бактериями, которых она переваривает, извлекая из них питательные вещества и выбрасывая остальное в воду.

С помощью очень простых автоматических движений парамеция направляется ко всему тому, что похоже на пищу, и удаляется от любых неприятных стимулов, в частности от слишком яркого света. Такая общая и притом механическая ориентация организма по отношению к источнику раздражения получила название таксиса.

Таксисы обычно свойственны одноклеточным организмам, лишенным нервной системы, но наблюдаются также и у некоторых видов с более высокой организацией. Например, насекомых летним вечером неудержимо влечет к зажженной лампе -это тоже проявление таксиса.

Что такое поведение? 31

Рис. 1.5. Парамеция, или туфелька, - крупное одноклеточное существо. Как всякая клетка, она состоит из цито­плазмы и ядра. Парамеция передви­гается по спирали за счет биения по­крывающих ее ресничек.

Рефлексы

Как мы только что видели, таксисы представляют собой реакции организма в целом на определенные раздражения, исходящие от среды. Эти примитивные формы поведения исчезают по мере продвижения вверх по эволюционной лестнице. Их место занимают более локализо­ванные и более точные реакции - рефлексы; это уже механизмы, связанные с развитием нервной системы.

За одноклеточными организмами в процессе эволюции следуют многоклеточные, у которых разные группы клеток выполняют разные функции. Хорошим примером служит медуза, тело которой состоит из студенистой массы в форме зонта. Медуз можно встретить, плавая в море (рис. 1.6). У них еще нет мозга, но уже имеется примитивная нервная система, состоящая из нервных клеток, связанных между собой наподобие рыболовной сети. Если прикоснуться к поверхности медузы в каком-то месте, то раздражение быстро распространяется по всей сети, и в результате сокращения мускулатуры животное удаляется от раздра­жителя. Например, когда краб пытается ухватить медузу своими клеш­нями, нервная сеть реагирует на это раздражение и животное уплывает в сторону от источника опасности.

Рис. 1.6. Медуза в воде имеет вид зон­тика со свисающими по краям щупаль­цами. Выброшенная на песок, она вы­глядит как студенистая масса.

Такая цепь событий, когда сигналы от какого-либо органа чувств передаются с помощью нервной системы и вызывают автоматическую реакцию, называется рефлексом.

По мере специализации нервной системы у высокоорганизованных животных эти врожденные, генетически запрограммированные рефлексы постепенно все больше локализуются в определенных частях организма, а для особо важных функций заменяются более сложными формами поведения. У человека сохранилось лишь небольшое число рефлексов, полезных для выживания (отдергивание руки или ноги при воздействии, причиняющем боль, мигание, расширение зрачков в темноте, слюно­отделение, чихание и т.п.).

Как мы увидим позже при обсуждении проблемы научения, не­которые ситуации могут вызывать «перепрограммирование» врожденных рефлексов, заставляя индивидуумов реагировать на привычный стимул по-новому. В таких случаях говорят о выработке условных рефлексов. Если, например, направить в лицо новорожденному младенцу струю холодного воздуха, то он заморгает. Ему не нужно учиться этой реакции: она врожденная и автоматическая. Но, если перед тем, как подуть в лицо младенцу, мы позвоним в колокольчик, и, если это повторится несколько раз, он начнет моргать при одном лишь звуке колокольчика - у него выработался условный рефлекс.