Классическая теория биологической эволюции
Теория эволюции сформулирована Дарвином в 1839 году. Непосредственно натолкнуло Дарвина на мысль об эволюции органических форм обнаружение в одном и том же регионе - в Южной Америке - ископаемого и современного скелета ленивца, огромного в прошлом и маленького сейчас.
Наибольший вклад Дарвина в науку заключался не в том, что он доказал существование эволюции, а в том, что он объяснил, как она может происходить. Ч. Дарвин в своей знаменитой работе "Происхождение видов путем естественного отбора", вышедшей в 1859 г., обобщив отдельные эволюционные идеи, создал стройную, развернутую теорию эволюции.
Гипотеза Дарвина основана на трех наблюдениях и двух выводах.
Наблюдения:
1. Особи, входящие в состав популяции, обладают большим репродуктивным потенциалом.
2. Число особей в каждой данной популяции примерно постоянно.
3. Во всех популяциях существует изменчивость.
Выводы 1. Многим особям не удается выжить и оставить потомство. В популяции происходит "борьба за существование". В "борьбе за существование" те особи, признаки которых наилучшим образом приспособлены к условиям жизни, обладают "репродуктивным преимуществом" и производят больше потомков, чем менее приспособленные особи.
Вывод 2 содержит гипотезу о естественном отборе, который может служить механизмом эволюции"
Не столь важно, какая конкуренция имеет место - внутри или межвидовая. Решающий фактор, определяющий выживание, - это приспособленность к среде. Любое, пусть самое незначительное физическое, физиологическое или поведенческое изменение, дающее одному организму преимущество перед другим, будет действовать в "борьбе за существование" как селективное преимущество. Благоприятные изменения будут передаваться следующим поколениям, а неблагоприятные - элиминироваться отбором, так как они не выгодны организму. Действуя, таким образом, естественный отбор ведет к повышению "мощности" вида, а в филогенетическом плане - обеспечивает его выживание.
|
|
|
Данные в поддержку гипотезы Дарвина дают различные науки. Палеонтология, которая занимается изучением ископаемых остатков, подтверждает факт прогрессивного возрастания сложности организмов. В самых древних породах встречаются организмы немногих типов, имеющих простое строение. Постепенно разнообразие и сложность растут. Многие виды, появляющиеся на каком-либо стратиграфическом уровне, исчезают затем. Это истолковывают как возникновение и вымирание видов.
В соответствии с данными палеонтологии можно считать, что в протерозойскую геологическую эру (700 млн. лет назад) появились бактерии, простейшие водоросли, примитивные морские организмы; в палеозойскую (365 млн. лет назад) - наземные растения, пресмыкающиеся; в мезозойскую (185 млн. лет назад) - млекопитающие, птицы, хвойные растения; в кайнозойскую (70 млн. лет назад) - современные виды. Конечно, следует иметь в виду, что палеонтологическая летопись неполна.
|
|
|
Теория эволюции знаменовала собой крупный прорыв в биологии наряду с классификацией Линнея и клеточной теорией. Но вопросы и сомнения оставались. Возражение следующего содержания: если среди поля красных маков появится белый, то после скрещивания он даст розовое потомство, а через 2-3 поколения исчезнет всякое воспоминание о белом цвете. Лишь возникновение генетики дало возможность отвергнуть это возражение.
Синтетическая теория эволюции
Опровергнув концепцию Ламарка, генетика помогла дарвинизму, объяснив, что появившийся признак не может исчезнуть, так как наследственный аппарат сохраняет случайно возникшее в нем, подобно тому, как сохраняются опечатки в книгах при их воспроизводстве.
Генетика привела к новым представлениям об эволюции, получившим название "неодарвинизма", который можно определить как теорию органической эволюции путем естественного отбора признаков, детерминированных генетически.Другое общепринятое название - синтетическая, или общая, теория эволюции. Механизм эволюции стал рассматриваться как состоящий из двух частей: случайные мутации на генетическом уровне и наследование наиболее удачных с точки зрения приспособления к окружающей среде мутаций, так как их носители выживают и оставляют потомство.
|
|
|
Мутация - появление нового признака - борьба за существование - естественный отбор.
"Теория Дарвина в ее сегодняшней форме содержит, собственно, два независимых утверждения. Согласно одному из них, в процессе воспроизведения испытываются все новые формы, которые в своем большинстве при данных внешних обстоятельствах снова исчезают как непригодные; сохраняются лишь немногие приспособленные. Во-вторых, предполагается, что новые формы возникают вследствие чисто случайных нарушений генной структуры" (В. Гейзенберг. Физика и философия. Часть и целое. М., 1989, с. 336). Некоторые из событий, приводимых в качестве доказательства эволюционной гипотезы, воспроизводимы в лаборатории, однако это не значит, что они действительно имели место в прошлом, а свидетельствует об их возможности. На многие возражения до сих пор нет ответа. Поэтому концепцию Дарвина точнее все же относить к гипотезам, которые требуют дальнейшего подтверждения.
|
|
|
Механизм действия факторов эволюции лучше всего виден на примере развития уровня популяции живых организмов. Популяция - это длительно существующие группы особей, устойчиво сохраняющиеся на протяжении жизни многих поколений. Именно здесь активно происходят обмен генетическим материалом, процессы естественного отбора, интенсивно осуществляется случайное, свободное скрещивание. Популяция изолирована от соседних совокупностей особей данного вида. Виды, как правило, состоят из нескольких популяций.
Появление новых устойчивых признаков, передающихся по наследству через несколько поколений, зависит от следующих эволюционных, факторов:
- перестройки носителей наследственности - генов. Не является решающим фактором эволюции, основан на случайности и не определяет ее направления;
- популяционных волн - резких колебаний численности особей из-за различных природных колебаний - не определяет направления эволюции. Может резко менять число редко встречающихся мутаций, создавая те или иные новые предпосылки для эволюционных изменений;
- изоляции - выступает как фактор, закрепляющий начальную стадию дифференциации генофонда обособившейся группы. Не задает направления эволюционному процессу, хотя и выполняет роль его мощного усилителя;
- естественного отбора.
Естественный отбор - основной фактор, направляющий эволюционные изменения. Он определяет главную линию исторического развития живого, формирует у живых организмов оптимальные способности к выживанию и самовоспроизведению. Отбору подвергаются все признаки, свойства живого. Он действует на всех стадиях развития особи и имеет четкую направленность - повышение способности к выживанию, к оставлению потомства. Закрепляет и те особенности, которые полезны данному виду как целому.
Эволюция - направленный процесс исторического изменения живых организмов. Указанные факторы действуют на популяционном и видовом уровне как микроэволюция и на надвидовом уровне как макроэволюция, образуя новые виды, классы живого. Современная сложная структура живого является результатом и отражением продолжавшейся миллионы лет микро- и макроэволюции.
В своем современном виде эволюционное учение, как и всякая научная теория, не претендует на абсолютную достоверность. Критики дарвинизма указывают наиболее часто на следующие два его недостатка:
- невозможность объяснения с позиций дарвинизма установленного факта отсутствия в очень многих случаях промежуточных, переходных ступеней от одного биологического вида к другому;
- безрезультатность многочисленных попыток сельскохозяйственной практики создать новые виды животных и растений; а идея порождения новых видов через отбор является одной из основных идей теории эволюции.
Эволюционное учение видит свою главную задачу в том, чтобы на основе углубленного познания механизма эволюционных процессов предсказывать конкретные возможности эволюционных преобразований и на этой основе управлять эволюционным процессом.
Комплекс представлений о микро- и макроэволюции, сложившийся к концу XX в., стали называть синтетической теорией эволюции. Нужна огромная работа исследователей, чтобы эволюционная теория, основы которого были заложены Ч. Дарвином, приобрела завершенный вид.
Концепция коэволюции
Критика дарвинизма велась со дня его возникновения. Одним не нравилось, что изменения, по Дарвину, могут идти во всех возможных направлениях и случайным образом. Концепция номогенеза утверждала, что изменения происходят не беспорядочно и случайно, а по законам форм. Русский ученый и революционер П. А. Кропоткин придерживался точки зрения, в соответствии с которой взаимопомощь является более важным фактором эволюции, чем борьба.
Эти возражения не могли поколебать общей теории эволюции вплоть, до появления под влиянием экологических исследований концепции коэволюции, которая смогла объяснить возникновение полов и другие феномены. Как химическая эволюция - результат взаимодействия химических элементов, так по аналогии биологическая эволюция может рассматриваться как результат взаимодействия организмов. Случайно образовавшиеся более сложные формы увеличивают разнообразие и, стало быть, устойчивость экосистем. Удивительная согласованность всех видов жизни есть следствие коэволюции.
Концепция коэволюции хорошо объясняет эволюцию в системе "хищник-жертва" - постоянное совершенствование и того, и другого компонента системы. В системе "паразит-хозяин" естественный отбор должен вроде бы способствовать выживанию менее вирулентных (опасных для хозяина) паразитов и более резистентных (устойчивых к паразитам) хозяев. Постепенно паразит становится комменсалом, т. е. безопасным для хозяина, а затем они могут стать мутуалами-организмами, которые способствуют взаимному процветанию, как грибы и фотосинтезирующие бактерии, вместе образующие лишайники. Но так происходит не всегда. Паразиты являются неизбежной, обязательной частью каждой экосистемы. Коэволюционная "гонка вооружений" способствует большему разнообразию экосистем. Паразиты препятствуют уничтожению хозяевами других видов.
Совместная эволюция организмов хорошо видна на следующем примере. Простейшие жгутиковые, живущие в кишечнике термитов, выделяют фермент, без которого термиты не могли бы переваривать древесину и расщеплять ее до Сахаров. Встречая в природе симбиоз, мы можем предполагать, что его конечной стадией является образование более сложного организма. Травоядные животные могли развиться из симбиоза животных и микроскопических паразитов растений. Паразит уже обрел некогда способность производить ферменты для переваривания веществ, имевшихся в организме его хозяина-растения. Животное же делится с паразитом питательными веществами из растительной массы. Концепция коэволюции объясняет и факты альтруизма у животных: заботу о детях, устранение агрессивности путем демонстрации "умиротворяющих поз", повиновение вожакам, взаимопомощь в трудных ситуациях и т.п.
Гипотеза Геи-Земли
Эта гипотеза возникла в последние два десятилетия на основе учения о биосфере, экологии и концепции коэволюции. Авторами ее являются английский химик Джеймс Лавлок и американский микробиолог Линн Маргулис. Вначале была обнаружена химическая неравновесность атмосферы Земли, которая рассматривается как признак жизни. По мнению Лавлока, если жизнь представляет собой глобальную целостность, ее присутствие может быть обнаружено через изменение химического состава атмосферы планеты.
Лавлок ввел понятие геофизиологии, обозначающее системный подход к наукам о Земле. Согласно его гипотезе, сохранение длительной химической неравновесности атмосферы Земли обусловлено совокупностью жизненных процессов на Земле. С начала жизни 3,5 млрд. лет назад существовал механизм биологической автоматической термостатики, в которой избыток двуокиси азота в атмосфере играл регулирующую роль, препятствуя тенденции потепления, связанной с возрастанием яркости солнечного света. Другими словами, действует механизм обратной связи.
Лавлок сконструировал модель, в соответствии с которой при изменении яркости потоков солнечного света растет разнообразие, ведущее к возрастанию способности регулировать температуру поверхности планеты, а также к росту биомассы.
Суть Геи-гипотезы: Земля является саморегулирующейся системой, созданной биотой и окружающей средой, способной сохранять химический состав атмосферы и тем самым поддерживать благоприятное для жизни постоянство климата. По Лавлоку, мы - обитатели и часть квазиживой целостности, которая обладает способностью глобального гомеостаза, снисходительного к нарушениям, если она в хорошей форме, в пределах своей способности к саморегуляции. Когда подобная система попадает в состояние стресса, близкого к границам саморегуляции, даже маленькое потрясение может толкнуть ее к переходу в новое стабильное состояние или даже полностью уничтожить.
В то же время "Гея" превращает даже отбросы в необходимые элементы и, видимо, может выжить даже после ядерной катастрофы. Эволюция биосферы, по Лавлоку, может быть процессом, который выходит за рамки полного понимания, контроля и даже участия человека.
Подходя к Гей-гипотезе с биологических позиций, Л. Маргулис полагает, что жизнь на Земле представляет собой сеть взаимозависимых связей, позволяющих планете действовать как саморегулирующаяся и самопроизводящая система.
По мнению Маргулис, симбиоз - образ жизни большинства организмов и один из наиболее созидательных факторов эволюции. Например, 90% растений существуют вместе с грибами, поскольку грибы, связанные с корнями растений, необходимы им для получения питательных веществ из почвы. Совместная жизнь приводит к появлению новых видов и признаков. Эндосимбиоз (внутренний симбиоз партнеров) - механизм усложнения строения многих организмов. Изучение ДНК простых организмов подтверждает, что сложные растения произошли из соединения простых. Схематически это можно представить следующим образом:
Такая симбиотическая коэволюция хорошо согласуется с данными синергетики, и ею можно объяснить образование колонии амеб под влиянием недостатка пищи и образование муравейника. В синтетических терминах это описывается так. Начальной "флуктуацией" является несколько большая концентрация комочков земли, которая рано или поздно возникает в какой-то точке области обитания термитов. Но каждый комочек пропитан гормоном, привлекающим других термитов. Флуктуация растет, и конечная площадь гнезда определяется радиусом действия гормона.
Так происходит переход от целесообразности на уровне организмов к целесообразности на уровне сообществ и жизни в целом - целесообразности в научном смысле слова, определяемой тем, что существуют не внешние по отношению к сообществам, а внутренние объективные надорганизменные механизмы эволюции, которые и изучает наука.
С точки зрения концепции коэволюции, естественный отбор, который играл главную роль у Дарвина, является не "автором", а скорее "редактором" эволюции. Конечно, в этой сложной области исследований науку ждет еще немало важных открытий.
Генетика и биоэтика
Генетика - это биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Она служит научной основой для разработки практических методов селекции. Генетика прошла в своем развитии 7 этапов:
1) Г. Мендель открыл законы наследственности;
2) А. Вейсман показал, что половые клетки обособлены от остального организма и поэтому не подвержены влияниям, действующим на соматические ткани;
3) Г. Фриз открыл существование наследуемых мутаций, составляющих основу дискретной изменчивости. Он предположил, что новые виды возникали вследствие мутаций;
4) Т. Морган создал хромосомную теорию наследственности, в соответствии с которой каждому биологическому виду присуще свое строго определенное число хромосом;
5) Г. Меллер установил, что генотип может изменяться под действием рентгеновских лучей. Отсюда берут свое начало индуцированные мутации и то, что впоследствии было названо генетической инженерией с ее грандиозными возможностями и опасностями вмешательства в генетический механизм;
6) Дж. Бидл и Э. Татум выявили генетическую основу процессов биосинтеза;
7) Д. Уотсон и Ф. Крик предложили модель молекулярной структуры ДНК.
Чуть позже был открыт генетический код, универсальный для всех организмов, и ядро стало пониматься как орган управления, содержащий всю информацию о клетке.
Перед современной генетикой стоят проблемы изучения сочетаний генов, их динамики, поиска социально обусловленных генов.
Развитие в XX в. генетики определяется рядом причин:
- огромной ролью, которую играет генетический материал в существовании живых организмов;
- изменчивостью генов, их способностью к мутациям, перестройкам, что и явилось решающим фактором эволюции;
- открытием в конце XIX в. определенных законов, которым подчиняется механизм наследственности, что сделало возможным целенаправленную селекцию растений и животных.
Центральным понятием генетики является "ген" - элементарная единица наследственности, характеризующаяся рядом признаков:
- по своему уровню - внутриклеточная молекулярная структура;
- по химическому составу - нуклеиновые кислоты, в составе которых основную роль играют азот и фосфор. Гены располагаются, как правило, в ядрах клеток, имеются в каждой клетке.
- по своему назначению - своего рода "мозговой центр" клеток и всего организма.
Мутации могут вызываться некоторыми общими условиями, в которых находится организм: его питанием, температурным режимом и т. д. Они зависят и от некоторых экстремальных факторов: действие отравляющих веществ, радиоактивных элементов, в результате которых количество мутаций увеличивается в сотни раз.
Одним из наиболее опасных видов мутагенов являются вирусы - мельчайшие из живых существ, которые не имеют клеточного строения, не способны сами синтезировать белок, поэтому получают необходимые для их жизнедеятельности вещества, проникая в живую клетку и используя чужие органические вещества и энергию.
Под биологической этикой понимается применение понятий и норм общечеловеческой морали к сфере экспериментальной и теоретической деятельности в биологии, а также в ходе практического применения ее результатов.
Выделение биоэтики в особую сферу этических знаний было продиктовано возникновением в процессе развития биологии и ее практического использования ряда острых проблем, требующих специального этического осмысления. Первоочередной среди них стала угроза уничтожения некоторых форм жизни на Земле.
Основные принципы биоэтики:
- принцип единства жизни и этики, их глубокое соответствие и взаимообусловленность. Следует постоянно учитывать этические нормы как в науке, так и на практике;
- признание жизни в качестве высшей категории среди всех этических ценностей, принцип "благоговения перед жизнью";
- принцип гармонизации системы "человек - биосфера", выдвигающий в качестве самой актуальной задачи современности налаживание оптимальных взаимоотношений между человеком и природой.
На основе этих принципов и создается будущий свод правил и норм биологической этики.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 380; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!