Развитие эволюционных представлений. Первое эволюционное учение (Ж. Б. Ламарк). Эволюционная теория Ч. Дарвина

Эволюционное учение – это наука о механизмах, движущих силах и общих закономерностях исторического развития живого.

Начальный этап развития эволюционных идей связан с деятельностью античных философов (Эмпедокл, Гераклит, Демокрит, Лукреций и др.), которые высказывали идеи об изменяемости окружающего мира и о преобразованиях организмов.

В средние века в науке господствовало метафизическое мировоззрение, сущность которого заключается в представлениях о неизменяемости и изначальной целесообразности созданной творцом природы. Любые эволюционные идеи преследовались церковью. Однако в это время значительно расширились представления о разнообразии растений и животных. Натуралисты описывали все новые и новые формы организмов, поэтому появилась потребность систематизировать накопленные знания, разработать классификацию растительного и животного мира. Основателем научной систематики был шведский ученый Карл Линней. Он ввел в биологию бинарную номенклатуру, в которой первое слово (существительное) – это название рода, к которому относится вид; а второе слово (прилагательное) обозначает данный вид. Систематика Линнея имела много недостатков, однако, несмотря на это, сыграла положительную роль в развитии биологии.

Дальнейшее развитие эволюционных идей продолжили в 17–18 веках сторонники трансформизма, которые придерживались взглядов об изменчивости видов растений и животных (Р. Гук, Ж. Бюффон, Д. Дидро, К.Ф. Рулье и др.). Но трансформисты не смогли создать целостной системы взглядов, объясняющей процессы эволюции.

Первая попытка разработки целостной теории эволюции принадлежит Ж.-Б. Ламарку. По его мнению, эволюция идет на основании внутреннего стремления организмов к прогрессу, а основным фактором эволюции он считал упражнение одних органов и неупражнение других под действием условий жизни. Причиной многообразия живого Ламарк считал воздействие различных факторов среды, под влиянием которых всегда возникают лишь полезные для организма приспособления. В своей теории Ламарк объединил идею изменяемости видов с идеей прогрессивной эволюции, однако он не смог объяснить механизмы эволюционного процесса и неверно указал движущие силы эволюции.

Только создание Ч. Дарвином эволюционной теории поставило эволюционное учение на научную основу. Предпосылки возникновение теории Дарвина:

1. Социально-экономические:

- Развитие капитализма в Англии сопровождалось развитием промышленности и бурным ростом городов. Возрастала потребность в продуктах сельского хозяйства, что требовало повысить продуктивность сельского хозяйства. Селекционеры создавали все новые сорта растений и породы животных, а это указывало на изменчивость организмов. Дальнейшая практика требовала создания теории селекции, которая позволила бы перевести селекционную работу на научную основу.

- В 19 веке Англия стала крупнейшей колониальной державой. Английские корабли бороздили все моря и океаны, посещали все континенты. В экипажи включались натуралисты, которые собирали коллекции по геологии, палеонтологии, ботанике, зоологии. В одной из таких экспедиций вокруг света на корабле «Бигль» принимал участие Дарвин. Во время путешествия Дарвин на примере различий между близкими видами вьюрков, черепах, ящериц и других животных увидел как бы сам процесс эволюции в действии.

2. Научные:

- Развитие естественных наук, доказывающих историческое развитие мира: успехи сравнительной анатомии, палеонтологии, эмбриологии, биогеографии, систематики животных и растений.

В своих работах «Происхождение видов путем естественного отбора…» (1859) и «Изменения домашних животных и культурных растений» Дарвиным были указаны движущие силы и результаты эволюции.

Исходным положением учения Дарвина является его утверждение о наличии изменчивости в природе.

Изменчивость – это свойство живых организмов, которое заключается в способности дочерних организмов приобретать признаки и свойства, которых не было у родителей. Изменчивость свойственна любой группе животных и растений, и все организмы отличаются друг от друга.

Дарвин различал определенную, неопределенную и соотносительную изменчивость.

Определенная (групповая) изменчивость – это одинаковые изменения, возникающие у всех особей вида, под влиянием определенного фактора среды. Например, при нехватке пищи все животные теряют в массе; в жарких странах белокочанная капуста не образует кочана; шерсть песцов, разводимых в условиях умеренного климата, менее густая, чем у арктических животных. Эти изменения не передаются по наследству, а возникают в новых условиях окружающей среды. При возвращении организма в исходные условия среды проявляются прежние признаки. В настоящее время эта форма изменчивости называется модификационной. Она обеспечивает приспособление организмов к постоянно изменяющимся условиям среды.

Неопределенная (индивидуальная) изменчивость – это различные изменения, которые возникают у особей вида, под влиянием одного фактора. Появившиеся новые свойства и признаки передаются по наследству. Такого рода изменения были использованы при создании коротконогих, курдючных и каракулевых овец, махровых сортов декоративных растений и т. д. Эту форму изменчивости в настоящее время называют мутационной. Появившиеся в популяции наследственные изменения постепенно распространяются среди особей благодаря скрещиванию. Сами по себе эти изменения генетического материала не могут привести к появлению нового вида, но они дают элементарный эволюционный материал для естественного отбора. Дарвин доказал, что именно эта форма изменчивости играет важную роль в эволюции.

Соотносительная изменчивость – форма изменчивости, при которой изменение одного органа вызывает изменение других. Так, длинные конечности болотных птиц всегда сопровождаются длинной шеей. Теперь эта форма изменчивости объясняется множественным действием генов (один ген отвечает за развитие нескольких признаков).

Для эволюционных преобразований важно, чтобы появившиеся изменения передавались последующим поколениям. Это возможно благодаря наследственности.

Наследственность – это свойство живых организмов передавать из поколения в поколение сходные признаки и особенности индивидуального развития.

В качестве модели происходящих в природе процессов Дарвин использовал практику сельского хозяйства Англии. Он обратил внимание на то, что селекционеры могут очень быстро вывести новый сорт сельскохозяйственных растений и породу животных, отбирая среди большого числа особей те, у которых желаемый признак наиболее выражен, и оставляя их для размножения. Такой отбор был назван искусственным. Дарвин установил, что существующее многообразие сортов сельскохозяйственных растений и пород животных – результат действия искусственного отбора, который является направляющим фактором эволюции культурных форм.

Возник вопрос: а не происходит ли чего-либо подобного среди диких организмов. Еще до Дарвина было подмечено, что пищевые ресурсы для любого вида растений или животных в определенной местности ограничены. А способность к размножению не имеет границ. Если бы все потомки какого-либо вида выживали и размножались, то весьма скоро они вытеснили все другие виды на земном шаре. Однако этого никогда не происходит. Количество рыб, птиц, зверей, растений остается примерно неизменным нередко на протяжении многих столетий. Какие же из организмов выживают – только те, которым удается победить в борьбе за существование. Различают следующие формы борьбы за существование:

1. Внутривидовая борьба за существование происходит между особями одного вида. Эта форма борьбы наиболее напряженная, так как особи одного вида нуждаются в одинаковых источниках питания и убежищах, подвергаются одинаковым опасностям, для размножения им необходимы сходные условия. Например, конкуренция между хищниками за добычу, соперничество самцов из-за самки, конкуренция между соснами в лесу за солнечный свет.

2. Межвидовая борьба за существование наблюдается между особями разных видов. Она протекает достаточно остро, если виды нуждаются в сходных условиях. К ней относят:

межвидовую конкуренцию;

хищничество;

паразитизм.

3. Борьба с неблагоприятными условиями окружающей среды. Ураган, засуха, суровая зима могут погубить большую часть популяции.

Борьба с неблагоприятными условиями среды и межвидовая борьба обостряют внутривидовую борьбу за существование. Так, в условиях засухи между особями в популяции растений усиливается конкуренция за воду. Победителями оказываются наиболее приспособленные особи. Если эти биологические особенности передаются по наследству, они приводят к совершенствованию вида.

Таким образом, в борьбе за существование побеждают организмы, лучше приспособленные к жизни в условиях окружающей среды. А если так, то в природе, как и на животноводческой ферме, происходит отбор. Но отбирает здесь не человек, а сами природные условия проводят естественный отбор.

Естественный отбор – процесс выживания и оставление после себя потомства наиболее приспособленными к данным условиям среды особями и гибель менее приспособленных.

Естественный отбор в природе действует в разных направлениях и, соответственно, приводит к разным результатам. В связи с этим различают несколько форм естественного отбора. Все формы естественного отбора обеспечивают выживание особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям среды, что приводит к возникновению все новых жизненных форм (разнообразие видов). При этом появление признаков, повышающих организацию, способствует выживанию и поддерживается отбором. Поэтому в процессе эволюции органический мир постепенно поднимается на все более высокую ступень развития. Но в ряде случаев приспособление к узким условиям существования не требует усложнения строения, в связи с этим сформировались многочисленные виды растений и животных, которые находятся на разных уровнях организации. Следовательно, основными результатами эволюции являются:

1. Приспособленность видов к условиям существования.

2. Разнообразие видов.

3. Постепенное усложнение и повышение организации организмов.

Значение теории эволюции:

1. Мировоззренческое значение. Эволюционное учение доказывает историческое развитие органического мира, выделяет движущие силы эволюции, материалистически объясняет относительный характер приспособленности видов к условиям существования и многообразие видов.

2. Значение для сельского хозяйства. Знание механизмов искусственного отбора непосредственно используются в селекции для выведения новых высокопродуктивных сортов растений и пород животных.

3. Для охраны окружающей среды. Деятельность человека оказывает значительное влияние на биосферу. Часто последствия этой деятельности катастрофические. Использование данных теории эволюции позволяет планировать, предвидеть результаты вмешательства человека в развитие биосферы Земли.

4. Эволюционная теория является теоретической основой развития биологии. Она необходима для познания всех законов организации и развития живого. Теория эволюции позволяет интегрировать достижения всех специальных биологических дисциплин, определяя в значительной степени направления каждой из них.

Доказательства эволюции (цитологические, сравнительно-анатомические, эмбриологические, палеонтологические, биогеографические).

Доказательства существования эволюции органического мира весьма многочисленны, поэтому в настоящее время ни у кого не остается сомнений, что новые виды возникают из ранее существовавших. Доказательства эволюции дают достижения многих биологических наук: палеонтологии, сравнительной анатомии, эмбриологии, биогеографии, систематики, биохимии, физиологии, генетики и селекции.

1.Палеонтология – наука, изучающая ископаемые остатки животных и растений прошлых геологических эпох. На основе ископаемых находок накоплено множество данных об условиях жизни в прежние эпохи.

А. Обнаружены вымершие переходные формы организмов, сочетающие признаки древних и более молодых групп животных (стегоцефалы, археоптерикс) и растений (псилофиты, семенные папоротники).

Б. На основе ископаемых находок составлены филогенетические (палеонтологические) ряды, т.е. ряды ископаемых форм, последовательно связанные друг с другом в процессе эволюции и отражающие историческое развитие данной группы организмов (для лошадей, хищных, слонов, китов и других групп животных).

Палеонтологические данные свидетельствуют об исторической связи групп организмов, отвергают представления о неизменяемости видов и являются доказательством существования эволюции.

2. Сравнительная анатомия – наука, которая изучает черты сходства и различия в строении организмов и их органов. Благодаря этому удается установить степень родства и общность происхождения ныне живущих организмов, поскольку для каждого типа животных характерно единство плана строения. Сравнительно-анатомические доказательства эволюции:

А. Клеточное строение всех живых организмов указывает на единство происхождения органического мира.

Б. Общие планы строения организмов. Сравнительное изучение животных или растений той или иной группы показывает, что каждая из групп имеет определенный план строения. Например, всем позвоночным характерна двусторонняя симметрия, вторичная полость тела, осевой скелет и т. д.

В. Гомологичные органы – это такие органы разных животных (или растений), которые имеют сходное строение и происхождение. Гомологичные органы могут выполнять у разных организмов разные функции. Передний ласт тюленя, крыло летучей мыши, передняя лапа кошки, передняя нога лошади и рука человека – гомологичные органы, хотя на первый взгляд они несходны и приспособлены к выполнению различных функций. Все они состоят из почти одинакового числа костей, мышц, нервов и кровеносных сосудов, расположенных по одному и тому же плану, имеют сходный характер развития. Наличие гомологичных органов доказывает общность происхождения их обладателей.

В природе у организмов встречаются и аналогичные органы – это органы, имеющие только внешнее сходство и выполняющие одинаковые функции, но имеющие разное строение и происхождение. Примерами могут служить крыло птицы и бабочки. Аналогичные органы свидетельствуют лишь о сходном направлении приспособлений организмов, вызываемых действием естественного отбора.

Г. Рудиментарные органы – недоразвитые органы, утратившие в процессе эволюции свое значение и находящиеся в стадии исчезновения. В организме человека можно насчитать свыше 100 рудиментарных структур: копчик, червеобразный отросток слепой кишки, зубы мудрости, третье веко, волосяной покров туловища, мышцы, обусловливающие подвижность ушей. Рудименты представляют остатки органов, имевшихся у предков в вполне развитом виде. Вследствие изменений в окружающей среде или же в образе жизни вида эти органы утратили значение для выживания. Рудиментарные органы имеются не только у человека, их можно обнаружить практически у каждого вида растений и животных: у китов и питонов, например, в толще брюшных мышц лежат кости, представляющие собой рудименты задних конечностей, у многих роющих или пещерных животных – рудиментарные глаза.

Д. Атавизмы – это появление у организмов признаков, присущих их далеким предкам, и в норме не встречающихся у современных форм. Эти признаки говорят о филогенетическом родстве организмов, у которых такие признаки присутствуют как норма, с организмами, у которых они проявляются лишь как атавизм. Примерами атавизмов у человека являются: хвостовой придаток, многососковость, развитие волосяного покрова на всем теле.

Е. Переходные формы, сочетающие в себе признаки как более высокоорганизованных, так и примитивных организмов. Например, среди современных млекопитающих встречаются клоачные или первозвери, которые имеют черты, сходные с признаками пресмыкающихся (наличие клоаки, откладывание яиц).

3. Эмбриология – наука, которая изучает развитие зародышей организмов. Сравнение зародышей позвоночных показывает их необычайное сходство. Все они в эмбриональном развитии проходят одинаковые стадии развития (оплодотворенное яйцо, бластула, двух- и трехслойная гаструла, нейрула и т.д.). Особенно сходство зародышей проявляется на ранних этапах эмбрионального развития, когда нелегко отличить зародыш человека от зародыша свиньи, цыпленка, лягушки или рыбы. По мере развития черты сходства ослабевают, и последовательно проявляются признаки, характерные для класса, отряда, семейства, рода и вида, к которым принадлежит зародыш.

Немецкие ученые Геккель и Мюллер, основываясь на открытиях эмбриологии, сформулировали биогенетический закон: онтогенез есть краткое повторение филогенеза. Это значит, что зародыши в процессе индивидуального развития (онтогенеза) повторяют в несколько сокращенном виде эволюционный путь своих предков (филогенез). Последующими исследованиями было показано, что в онтогенезе происходит повторение зародышевых стадий развития предков, а не взрослых форм.

4. Биогеография – наука, изучающая закономерности распространения растений и животных по Земле. Основной принцип биогеографии заключается в том, что каждый вид возникал один раз. То место, где это произошло – это центр происхождения. Каждый вид расселялся до тех пор, пока не натыкался на ту или иную преграду – физическую (море, горный хребет) или экологическую (неподходящий климат, конкуренция с другими организмами). В связи с этим распределение организмов отражает процесс исторического развития планеты и эволюции живого. Биогеография проводит:

А. Сравнение животного и растительного мира разных континентов. Не все растения и животные распространены во всех частях земного шара. Области, давно отделившиеся от остальных частей суши (Австралия), обладают своеобразной флорой и фауной, что свидетельствует об их раннем обособлении.

Б. Изучение фауны и флоры островов. Виды, встречающиеся на большинстве островов (Сахалин, Британские острова), сходны с видами, населяющими близлежащий материк, что указывает на их недавнюю изоляцию от материка. Чем древнее остров и чем дальше он удален от материка, тем больше обнаруживается различий в их флоре и фауне (на Мадагаскаре нет типичных для Африки крупных копытных и хищников).

5. Систематика – наука, описывающая существующие и вымершие организмы и классифицирующая их по систематическим единицам (таксонам). Основоположник систематики – Линней – твердо верил в неизменяемость видов. Современная систематика описывают и классифицируют виды с целью установления их общности происхождения. То обстоятельство, что живые существа на основании их признаков можно систематизировать, доказывает существования между ними эволюционных взаимоотношений. Если бы виды не были связаны филогенетически, их признаки носили бы случайный характер, и классифицировать их было бы невозможно.

6. Современная генетика приводит неопровержимые доказательства единства происхождения органического мира.

А. Одинаковые у всех организмов способы хранения, кодирования и реализации генетической информации, основанные на использовании только ДНК и РНК.

Б. Универсальным является генетический код.

В. Одинаков принцип редупликации ДНК.

7. Селекция, проводимая человеком на протяжении последних нескольких тысяч лет, дает возможность представить, как действуют некоторые факторы эволюции. Достижения селекции в выведении новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов доказывают, что виды не представляют собой неизменные биологические единицы, созданные независимо друг от друга, а возникают из других видов и способны дать начало еще новым видам.