Эволюция

Эволюционное участие — это наука о причинах, движущих силах, механизмах и общих закономерностях исторического развития животного мира.

Эволюционное учение является теоретической базой биологии, так как объясняет основные особенности, закономерности и пути развития органического мира, позволяет понять причину единства и огромного многообразия органического мира, выяснить исторические связи между разными формами жизни и предвидеть их развитие в будущем.

Эволюционное учение обобщает данные многих биологических наук, позволяет понять механизмы и направления изменчивости живой материи и использовать эти знания в практике селекционных работ.

Одним из первых ученых, занимавшихся исследованиями теории эволюции, был французский биолог Ж. Ламарк, считавший, что виды постепенно изменяются, порождая новые, т. е. эволюционируют.

Значительный вклад Ламарка в биологическую мысль состоял в том, что он привел убедительные (для своего времени) аргументы в поддержку теории эволюции, выступив противником теории независимого и неизменного развития видов, утверждавшей, что с течением времени наблюдаются слабые отклонения от нормальных форм, но, в конце концов, эти уклонившееся формы возвращаются к прежнему состоянию, что не может привести к возникновению новых видов.

Ламарк выдвинул гипотезу о факторах, контролирующих эволюционные изменения. Ламарк предполагал, что живые существа обладают способностью постепенно, в течение многих поколений, изменяться от простой структуры или организации к более сложной и совершенной.

Удивительно тонкую и сложную структуру органов, обеспечивающих приспособленность к выполнению специфических функций, он объяснял изменениями, накапливаемыми в поколениях в результате наследования этих “приобретенных признаков”. Однако четкого механизма направленной эволюции мира животных и растений Ламарк не предложил.

Ученым, совершившим переворот в развитии эволюционной теории, является Чарльз Дарвин. Дарвиновская концепция эволюции признает существование такой групповой изменчивости, которая приобретается организмами под действием определенных факторов; считает, что только случайные индивидуальные изменения, оказывающиеся полезными, могут передаваться по наследству и тем самым влиять на процесс дальнейшей эволюции.

Вот несколько слов Чарльза Дарвина в обоснование гипотезы естественного отбора (“Происхождение видов…”): “Можно ли сомневаться, учитывая борьбу каждой особи за существование, что любое малое изменение в стремлении, привычках или инстинктах, способствующее лучшей приспособленности организма к новым условиям, скажется на его силе и благополучии.

В борьбе за существование оно дает больше шансов выжить, и те потомки, которые унаследовали это изменение, пусть даже очень малое, имеют больше преимуществ.

В результате своих исследований Дарвин вывел основные принципы своей эволюционной теории.

Согласно первому из них изменчивость является неотъемлемой частью всего живого.

В природе не существует двух совершенно одинаковых, тождественных организмов. Мы все тщательнее и глубже изучаем природу и убеждаемся во всеобщем, универсальном характере изменчивости.

Например, на первый взгляд может показаться, что все деревья в сосновом бору одинаковые, но более внимательное изучение покажет некоторые различия между ними.

Одна из сосен дает более крупные семена, другая — лучше переносит засуху, у третьей — повышенное содержание хлорофилла в иголках и т. д. В определенных условиях эти незначительные, на первый взгляд, различия могут стать тем решающим изменением, которое и определит, останется ли организм в живых или нет.

Второй принцип теории Дарвина — борьба за существование — состоит в раскрытии внутреннего противоречия в развитии живой природы. С одной стороны, все виды организмов имеют тенденцию к размножению в геометрической прогрессии, а с другой — выживает и достигает зрелости лишь небольшая часть потомства.

Чарльз Дарвин характеризует этот принцип как борьбу за существование. Под этим термином Дарвин подразумевает различные отношения между организмами, начиная от сотрудничества внутри вида против неблагоприятных условий окружающей среды и заканчивая конкуренцией между организмами.

Третьим принципом называется принцип естественного отбора, играющий фундаментальную роль во всех эволюционных теориях.

Естественный отбор объясняет, почему из большого количества организмов выживает и развивается лишь небольшое количество особей. Ч. Дарвин писал: “Выражаясь метафорически, можно сказать, что естественный отбор ежедневно и ежечасно расследует по всему свету мельчайшие изменения, отбрасывая дурные, сохраняя и слагая хорошие, работая неслышно и невидимо, где бы и когда бы ни представился к тому случай, над усовершенствованием каждого органического существа в связи с условиями его жизни, органическими и неорганическими” (“Происхождение видов…”).

Самым слабым местом в теории Дарвина были его представления о наследственности. Неясным оставалось, каким образом признаки, связанные со случайным появлением полезных изменений, могут сохраняться в потомстве и передаваться следующим поколениям.

Таким образом, теория Дарвина нуждалась в доработке и обосновании с учетом других биологических дисциплин, в частности — генетики.

Развитие биологии в XX в. и ее достижения в области генетики и молекулярной биологии привели к созданию синтетической теории эволюции (СТЭ).

В ней принципы Ч. Дарвина были взяты за основу, но значительно развиты и дополнены в соответствии с новыми знаниями в области генетики. Если, по Дарвину, процесс эволюции — это эволюция особей, то, согласно СТЭ, основной минимальной единицей эволюционных изменений является популяция.

Эволюционные изменения в популяции, новые устойчивые признаки, передающиеся по наследству, зависят от следующих эволюционных факторов: перестройки носителей наследственности — генов, популяционных волн, рекомбинации, изоляции и естественного отбора. Перестройка генов является основой разнообразия особей в популяциях.

Но, естественно, образование нового вида не является конечной точкой эволюции. В связи с этим перед учеными возникают проблемы раскрытия механизмов, лежащих в основе более масштабных преобразований. Поэтому принято рассматривать два различных уровня протекания эволюционного процесса — внутривидовой и надвидовой.

Синтетическая теория эволюции — это комплекс представлений о микро- и макроэволюции.

Теория микроэволюции изучает необратимые преобразования генетико-экологической структуры популяции (вида), приводящие к формированию нового вида. При этом популяция — элементарная единица эволюции.

Теория макроэволюции занимается происхождением надвидовых таксонов, обосновывает закономерности развития жизни на Земле, в том числе и происхождение человека.

Согласно синтетической теории естественный отбор в популяции — движущий фактор эволюции; эволюция — это отбор мутаций; изменения ненаправленны и случайны. Непредсказуемость многообразия сочетаний исходных популяций и состояний среды определяют неограниченность прогресса; макроэволюция осуществляется посредством микроэволюции и приводит к появлению новых форм жизни.

Биологическая эволюция — необратимое и направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, образованием и вымиранием видов, преобразованием биогеоценоза и биосферы в целом.

Современная эволюционная теория, как уже отмечалось, по ряду пунктов отличается от первоначально выдвинутой Ч. Дарвином. Прежде всего современная теория развития органического мира основана на прочном фундаменте теории корпускулярной наследственности.

Законы наследственности были важным, но не единственным дополнением к теории эволюции. Годфри Харди (1877–1947 гг.) в 1908 г. обратил внимание на определенные особенности распространения дискретных признаков в совокупности особей, а С. С. Четвериков (1880–1959 гг.) в 1926 г. показал, что все эволюционные события реально протекают в природе внутри популяции, которая, как губка, насыщена мутациями, скрытыми под внешней однородностью облика особей.

Развитие этого направления исследований в последующие годы оказалось очень плодотворным (Сьюэлл Райт (1889–1988 гг.); А. С. Серебровский (1892–1948 гг.) и Н. П. Дубинин (1907–1998 гг.); Рональд Фишер, 1890–1962 гг.) и привело в конце концов к формулировке понятия микроэволюции (Ф. Г. Добжанским и Н. В. Тимофеевым-Ресовским).

Микроэволюционные процессы охватывают события, протекающие до видообразования, они могут реально наблюдаться в природе и воспроизводиться в эксперименте.

Одним из ведущих достижений современной теории эволюции является обоснование того факта, что элементарной эволюциирующей единицей является не особь и не вид, а популяция.

Элементарная структура эволюционного процесса объективно существует в природе и поддается сколько угодно полному научному исследованию, ограниченному лишь уровнем развития методов познания.

Популяция может быть исследована как в природе, так и в эксперименте морфологическими, физиологическими методами и т. д. Популяционная генетика, популяционная морфология, популяционная экология — специализированные современные науки, объектом которых является популяция.

Как элементарное популяционное явление должно рассматриваться устойчивое, длительное и направленное изменение генотипического состава популяции.

Благодаря действию естественного отбора такое изменение обычно является, образно говоря, “квантом” адаптивной перестройки популяции. Объектом элементарных эволюционных явлений становятся, таким образом, популяции, а не отдельные особи или целые виды.

Современная экспериментальная биология подтверждает тот факт, что главную массу элементарного эволюционного материала поставляют хорошо известные теперь по природе и свойствам различные формы мутации.

Именно они являются теми элементарными наследственными изменениями, которые в комбинациях друг с другом определяют все известные нам изменения признаков, свойств и норм реакции у организмов. В сумме они составляют ту “неопределенную”, “индивидуальную” изменчивость, которую еще Ч. Дарвин назвал основой процесса эволюции.

Огромное количество мутаций в скрытом виде находится в природных популяциях. Разнообразие генетического материала многократно возрастает из-за бесконечной комбинаторики разных генов.

В течение эволюции единичное случайное изменение становится необходимостью, если оно полезно в конкретных условиях. Эволюция в целом управляется статистическими закономерностями.

В ходе исторического развития через случайные изменения перестраиваются не только все органы, все стадии индивидуального развития и весь организм, но и структура популяций, видов, биоценозов, структура биосферы в целом.

В качестве основных факторов эволюции еще со времен Ч. Дарвина обычно рассматривались изменчивость, наследственность и борьба за существование (естественный отбор).

В настоящее время в связи с микроэволюционным подходом стало ясно, что правильнее говорить не вообще о факторах, а о факторах — поставщиках элементарного эволюционного материала, по своей природе действующих ненаправленно (мутационный процесс и популяционные волны), об изоляции как факторе, усиливающем и закрепляющем достигнутые различия, и о естественном отборе — единственно направляющем, творческом факторе.

Естественная частота возникновения мутаций не только характеризует разные виды животных, растений и микроорганизмов, но а оказывается различной у популяций внутри вида.

Одним из факторов эволюции считают популяционные волны, или “волны жизни”, обоснованные С. С. Четвериковым в 1926 г., — количественные флуктуации численности индивидов, обычно связанные с изменением размеров ареала (области распространения) популяции.

Очень многочисленные и очень малочисленные популяции не являются благоприятными для возникновения новых форм. В больших популяциях вновь возникшим наследственным изменениям труднее проявиться в ощутимых концентрациях, а в маленьких решающую роль в определении судьбы данного наследственного изменения могут сыграть случайные процессы.

Изоляция — также важный фактор эволюции. Уже Дарвину было ясно, что для возникновения нового вида группа индивидуумов старого вида должна обособиться.

Однако не имея данных по закономерностям наследственности, Дарвин не придавал должного значения изоляции как необходимому условию возникновения всякой группы, как важному эволюционному фактору. Сейчас твердо установлено, что для обособления какой-либо группы организмов в конце концов необходимо, чтобы особи этой группы не могли скрещиваться с другими особями вида.

Изоляция как фактор филогенетической дифференцировки может быть выражена в разных формах: географической (наличие непреодолимых географических преград), экологической (различия в периодах спаривания, предпочтения определенных местообитаний и проч.), этологической (различия в особенностях поведения), но любая изоляция должна завершаться генетической изоляцией.

Вышеописанные элементарные факторы эволюции, различаясь по механизмам и роли в эволюционном процессе, обладают одной общей чертой — ненаправленностью. Они вносят случайные изменения.

Например, в результате мутации могут появиться особи с различной окраской, с длинными крыльями или вообще без крыльев, вне зависимости от того, какой фенотип “выгоднее” в данных условиях среды.

В результате его действия в популяции происходит увеличение относительного числа особей, обладающих определенным свойством или качеством. Естественный отбор определяют как процесс дифференциального (выборочного) размножения генотипов.

Отбор “подхватывает” случайно возникшие полезные (для данных условий среды!)
мутации и насыщает ими генофонд. В этом заключается направляющая роль отбора в эволюции.

Отбор не должен рассматриваться как какая-то самостоятельная сила. Прежде всего это сложный процесс (или совокупность процессов), происходящий как внутри популяции, подвергающейся изменениям, так и между разными популяциями.

Блестящим достижением современной эволюционной теории послужил анализ так называемого балансированного полиморфизма, показавший возможность обнаружения в природных популяциях абсолютно вредных для организмов признаков в том случае, если они в сочетании с другими признаками способны предохранять популяцию от еще более вредных признаков.

Результатом эволюции является образование из популяций новых видов. Не претендуя на полноту формулировки, в общих чертах определим вид как совокупность занимающих определенный ареал популяций, особи которых обладают сходными морфофизиологическими и биохимическими особенностями, свободно скрещиваются друг с другом и дают плодовитое потомство.

Вид — единица более крупного ранга, чем популяция, — качественно своеобразный этап развития живой материи. В эволюции вид выступает как совокупность множества генотипов, обладающих собственной эволюционной судьбой.

Качественное отличие вида от других единиц более высокого таксономического ранга — родов, семейств, отрядов — в том, что он представляет наименьшую, неделимую генетически, закрытую систему (популяции, составляющие вид, — тоже генетически закрытые системы, но не постоянные, а временные, так как пока популяция входит в какой-либо вид, она потенциально способна обмениваться генетической информацией с другими популяциями).

По мере углубления наших знаний углубляется и расширяется понимание тех внутренних противоречивых явлений и связей, которые лежат в основе всякого развития. В этом заключается одна из важнейших сторон познания явлений природы.

Существенный сдвиг в понимании всего процесса эволюции представляет информационно-кибернетический подход к определению содержания понятий теории эволюции.