Вопрос 4. Додарвинский и дарвинский периоды в развитии биологии
Додарвиновский период (до 1859 г.) в естествознании господствовали метафизические взгляды на природу, когда явления и тела природы рассматривались как раз и навсегда данные, неизменные, изолированные, не связанные между собой. Они были тесно связаны с креационизмом, согласно которому многообразие органического мира есть результат божественного творения. Креационисты доказывали, что виды живой природы реальны и неизменны со времени своего появления.
Аристотель (384–322 до н. э.) — древнегреческий философ. Ученик Платона. По праву считается «отцом зоологии». Он изучал видовое разнообразие животных, их внешнее и внутреннее строение, поведение, эмбриональное развитие. Работы Аристотеля во многом определили ход развития биологической науки вплоть до XVII в. Аристотель дал первое определение жизни, понимая под ней «всякое питание, рост и упадок тела, имеющие основания в нем самом». В своих сочинениях он описал около 500 видов животных, причем создал одну из первых классификаций животного мира.
Сопоставление животных по их внутреннему строению привело Аристотеля к созданию «лестницы природы», на ступенях которой он расположил все природные тела, от неорганических до человека, подчеркивая, что переходы между отдельными ступенями нечувствительны.
"Лестница" отражала мысль о единстве, связи и последовательности форм, о постепенном усложнении организмов и о наличии переходов между ними. В преобразованном виде представление о градации форм стало одной из основных предпосылок эволюционного учения Ламарка.
|
|
|
Аристотель был креационистом и приверженцем теории самозарождения жизни. Он считал, что рыбы и моллюски могут самозарождаться из морского ила, а черви — из гниющего вещества. Он также был сторонником идеи «изначальной целесообразности», якобы присущей всем живым существам. Под выражением «изначальная целесообразность» понималось соответствие организма или органа той цели, которая была якобы поставлена для него творцом с самого начала, т. е. при сотворении мира. Представления о неизменности всей природы и изначальной целесообразности поддерживались правящими кругами и церковью.
Важным этапом развития биологической науки стал период поиска системы в мире живого. В конце XVIII в. возникла необходимость систематизировать накопленный фактический материал о живых организмах, появилась потребность в классификации живых существ. Становление систематики связано с именем шведского ученого Карла Линнея (1707–1778 гг.). Основные итоги его деятельности изложены в работах «Система живой природы» и «Философия ботаники». Он осуществил деление животных и растений на соподчиненные группы, ввел бинарную (двойную) систему названий биологических видов.
|
|
|
К. Линней был креационистом и утверждал, что видов существует столько, сколько их было создано во время «сотворения мира». Систематика Линнея была построена только на внешнем сходстве, а не на родстве между видами, так как он не верил в возможность эволюции.
Несмотря на ошибки, допущенные Карлом Линнеем, очевиден его гигантский вклад в развитие биологической науки. Он упорядочил представления о многообразии животного и растительного мира, вызвал своими работами интерес к систематике в научном мире. Впервые описал около 10 000 видов растений и 4200 видов животных, внес много нового в концепцию биологического вида.
К концу XVIII в. в биологии накопился огромный описательный материал, который позволял сделать следующие выводы:
1. Даже внешне далекие виды по внутреннему строению обнаруживают определенные черты сходства.
2.Современные виды отличаются от давно живших на Земле ископаемых.
3. Внешний вид, строение и продуктивность сельскохозяйственных растений и животных могут существенно изменяться в зависимости от условий их выращивания и содержания.
|
|
|
Трансформизм.
К концу XVIII в. во многом изменились общественно-политические взгляды, особенно во Франции. Рост революционных идей, французская революция, развитие капитализма, научные открытия — все это подрывало старые, метафизические представления о неизменности природы и общества. В произведениях многих ученых появились высказывания о происхождении современных видов растений и животных от далеких предков. Сомнения в неизменности видов привели к возникновению трансформизма — системы взглядов об изменяемости и превращении форм растений и животных под влиянием естественных причин. Во Франции такие идеи принадлежали Жоржу Бюффону, в Англии — Эразму Дарвину (деду Чарльза Дарвина).
Идеи трансформизма нашли дальнейшее развитие в трудах выдающегося французского биолога Ж. Б. Ламарка (1744–1829 гг.) — создателя первого эволюционного учения. Свои взгляды на историческое развитие органического мира он изложил в книге «Философия зоологии» (1809 г.).
Ж. Б. Ламарк создал естественную систему животных, основанную на принципе родства между организмами. Виды не остаются постоянными, они медленно и непрерывно изменяются. Классификация должна отражать «порядок самой природы», т. е. ее прогрессивное развитие. В его системе животные размешены по уровню организации на 14 классов — от инфузорий до млекопитающих. Классы Ламарк разделил на 6 градаций, или последовательных ступеней усложнения их организации.
|
|
|
Ламарк впервые сформулировал положение об эволюционном развитии живой природы: жизнь возникает путем самозарождения простейших живых тел из веществ неживой природы. Однако, по мнению Ламарка, дальнейшее развитие идет только по пути прогрессивного усложнения организмов.
В природе существует некий изначальный закон внутреннего стремления организмов к совершенствованию. Согласно этим представлениям, все живое, начиная с самозародившихся инфузорий, постоянно стремится к усложнению своей организации, что в конечном итоге приводит к превращению одних форм живых существ в другие (например, инфузории постепенно превращаются в полипов, полипы — в лучистых и т. д.).
Главный фактор изменчивости организмов — влияние внешней среды: изменяются условия (климат, пища), а вслед за этим из поколения в поколение изменяются и виды.
У организмов, лишенных центральной нервной системы (растения, низшие животные), эти изменения возникают прямым путем. Так, у водяного лютика подводные листья сильно рассечены и имеют вид нитей (прямое влияние водной среды), а надводные листья — лопастные (прямое влияние воздушной среды).
Закон упражнения и неупражнения органов. У животных, имеющих центральную нервную систему, влияние среды на организм, по Ламарку, осуществляется косвенным путем: условия жизни определяют потребности животного, а значит, действия, привычки и поведение. Вследствие этого одни органы больше и чаще употребляются в работе (упражняются), а другие меньше и реже (не упражняются), причем при упражнении органы развиваются (длинная шея и передние ноги у жирафа, широкие плавательные перепонки между пальцами у водоплавающих птиц, длинный язык у муравьеда и дятла и др.), а при неупражнении — недоразвиваются(недоразвитие глаз у крота, крыльев у страуса и др.).
С точки зрения Ламарка, длинные шея и ноги у жирафа — результат того, что многие поколения его коротконогих и короткошеих предков питались листьями деревьев, за которыми им приходилось тянуться все выше и выше.А перепонки между пальцами у водоплавающих птиц возникли в результате постоянного раздвигания пальцев и растягивания кожи между ними при плавании в поисках пищи или при спасении от хищников. Некоторые органы при постоянном неупражнении их в ряду поколений постепенно исчезают (конечности у змей).
Закон наследования приобретенных признаков. Таким образом, изменения органов, возникающие как прямым, так и косвенным путем, становятся, по Ламарку, сразу полезными, приспособительными. Если изменения организмов, вызванные прямым или косвенным воздействием условий среды, повторяются в целом ряду поколений, то они наследуются и становятся признаками новых видов. Например, незначительное удлинение шеи и ног у жирафа, происходившее в каждом поколении, передавалось следующему поколению, пока эти части тела не достигли своей нынешней длины.
Ламарковское толкование причин изменения видов в природе имеет серьезные недостатки. Так, влиянием упражнения или неупражнения органов нельзя объяснить изменения таких признаков, как длина волосяного покрова, густота шерсти, жирность молока, окраска покровов животных, которые не могут упражняться. Кроме того, как теперь известно, не все изменения, возникающие у организмов под влиянием окружающей среды, наследуются.
ЭтьенЖоффруаСент-Илер, французский зоолог, предшественник Ч. Дарвина, пропагандировал единство животного мира на основе общности происхождения всех известных видов. Он считал, что причина трансформации видов — в целесообразных и наследуемых реакциях зародышей организмов на изменения среды.
Серьезным противником Ламарка и Сент-Иллера был выдающийся биолог Жорж Кювье. Он был сторонником постоянства вида. Одержав верх в публичном споре в академии, Кювье на долгое время закрепил в науке представление о неизменности вида. Исследования Кювье над ископаемыми животными привели его к теории катастроф, по которой каждый геологический период имел свою фауну и флору и заканчивался громадным переворотом, катастрофой, при которой гибло на Земле все живое, и новый органический мир возникал путем нового творческого акта
Дарвиновский период.
Становление современной эволюционной теории связано с именем известного английского естествоиспытателя Чарльза Роберта Дарвина, посвятившего всю свою сознательную жизнь сбору и обобщению различных ботанических, зоологических, геологических и других данных, анализ которых дал ему основание сделать вывод об изменчивости всех живых организмов. Дарвин родился в Англии в 1809 году и в свои шестнадцать лет начал изучать медицину, увлекаясь одновременно сбором бабочек и ведением широких наблюдений за поведением птиц, рыб и т.д. Медицинского образования он не получил и поступил по желанию родителей для изучения богословия в Кембридж, где основное время тратил на изучение естествознания: посещал лекции по ботанике, делал сборы растений и животных. Это позволило ему приобрести весьма обширные знания в области ботаники и зоологии.
В начале 30-х годов XIX века в Англии намечалось продолжительное путешествие вокруг света на корабле "Бигль" для проведения научных наблюдений. По рекомендации профессоров колледжа, где обучался Дарвин, ему было предложено поработать в экспедиции в качестве натуралиста. Предложение Дарвин принял и 27 декабря 1831 года отплыл на "Бигле" из порта Плимут. Во время путешествия на "Бигле" на основе анализа обширных наблюдений и обнаруженных в Южной Америке находок (ископаемые останки животных, отличавшихся от нынешних, обитавших на этом континенте и т.д.) Дарвин пришел к заключению, что органический мир Земли подвергался в прошлом постоянному изменению.
На расположенных близко друг от друга к западу от берегов Южной Америки экваториальных Галапагосских островах, характеризовавшимися разными природными условиями, Дарвин изучал жизнь различных организмов. На каждом из островов обитали специфические формы птиц, ящериц и черепах, которые различались приспособленностью к условиям обитания. Именно с условиями обитания Дарвин и связывал различия в животном мире. Он убедился в том, что, приспосабливаясь к меняющимся условиям среды, изменялись и сами организмы.Большую роль сыграли исследования Дарвином группы птиц под названием дарвиновы вьюрки. Им было определено 13 видов вьюрков, различавшихся специфическими чертами приспособленности к условиям обитания: вьюрки с длинным тонким клювом, с помощью которого они легко доставали насекомых, обитавших в щелях и трещинах; другие вьюрки, с коротким клювом, были преимущественно зерноядными, а их клюв был приспособлен для поедания семян. Зерноядная группа вьюрков имела разное устройство клюва, что обусловливало поедание птицами разных типов семян. Вьюрки также заметно различались по окраске оперения: вьюрки, обитающие на островах, покрытых темными вулканическими породами, имели темную окраску, соответствовавшую окружающей среде; виды вьюрков, обитавшие в чаще леса, имели зеленое оперение под цвет листвы, а обитавшие на покрытом галькой побережье - выделялись серым оперением в крапинку. Окраска каждого вида птиц, таким образом, соответствовала фону окружающей их среды.
В общей сложности Дарвин путешествовал на "Бигле" 5 лет и собрал большой материал о жизни многих организмов практически из всех частей Земли. На основе анализа этого материала Дарвин пришел к выводу, что живые организмы способны изменяться в соответствии с изменением окружающей среды; с течением времени такие изменения углубляются. Однако публиковать свои идеи Дарвин не спешил. Он знал, что его представления об эволюции жизни на Земле противоречат богословским идеям, и это заставляло его собирать больше доказательств, подтверждавших его идеи. Дарвин в этом плане проявил завидное терпение и сдержанность, собирая в течение 20 лет материал, касавшийся работы селекционеров в области искусственного отбора домашних животных на примере выведения пород голубей и их разведения, различных пород собак, овец и лошадей, созданных с помощью искусственного отбора сортов культурных растений. Все эти примеры являлись реальными доказательствами изменения живых организмов.Дарвин определил, что в природе живые организмы дают больше особей в потомстве, чем их потом остается, что поддерживает определенную численность вида, при этом значительная часть потомства гибнет. Эти материалы послужили Дарвину основой для его теории о естественном отборе. Поскольку организмы дают большое потомство, то между молодыми особями должна идти борьба за существование: лучше приспособленные к условиям обитания особи выживают, а неприспособленные погибают. Отсюда следует, что все живое меняется и приспосабливается к окружающей среде. Приспособления вырабатываются организмами в течение длительного периода времени и нередко бывают весьма значительными.В обобщенном варианте Дарвин изложил свои идеи в книге "Происхождение видов" вышедшей в свет в 1859 году тиражом 1250 экз. Кроме основной теории в книге изложены некоторые частные постулаты, из которых два первых соответствуют идеям Ламарка:
1)Окружающий мир не статичен и постоянно развивается (организмы непрерывно изменяются: одни возникают, другие вымирают);
2)Постепенность и непрерывность эволюционного процесса (процесс эволюции не слагается из отдельных скачков или резких изменений).Дарвину удалось доказать, что в процессе длительной эволюции на Земле периодически гибнут старые виды и им на смену приходят новые - более приспособленные; процветающие в современную эпоху виды живых организмов произошли от других видов. Дарвин весьма убедительно и аргументированно объясняет основные причины эволюции органического мира и выделяет его закономерности. Эволюционное развитие, по Дарвину, базируется на основе взаимодействия связанных друг с другом факторов изменчивости, наследственности и естественного отбора. Изменчивость создает материал, выделяющийся новыми особенностями в строении и функциях организмов. Важнейшими факторами, обусловливающими изменчивость организмов, Дарвин считал:
а) воздействие на организмы меняющихся условий жизни
б) скрещивание между особями.
3) Сходные организмы связаны родством и происходят от общего. Этот постулат Дарвина, обосновывает общность происхождения живых организмов. Ламарк полагал, что каждый организм (или группа организмов) произошел независимо от других в результате самозарождения и последующего стремления к совершенствованию.
4) Эволюционное изменение - это результат отбора, включающего первый (создание изменчивости) и второй этапы (отбор, происходящий в результате выживания одних особей и гибели других в борьбе за существование). Это теория естественного отбора,она представляет собой важнейший постулат Дарвина. Многие виды животных и растений производят на свет несколько тысяч, а иногда и несколько миллионов потомков, но выживает лишь очень незначительная их часть. Большие возможности выжить у тех организмов, которые обладают подходящими для существования в окружающей их среде свойствами; такие особи способны выжить, размножиться и оставить потомство, жизнеспособность которого также подвергнется отбору.
Основным фактором естественного отбора, по Дарвину, является борьба за существование. Перспективное потомство дают только те особи, которые приобрели хотя бы незначительные преимущества (например, более высокую приспособленность к условиям жизни) перед другими особями. Накопление полезных признаков протекает до определенного времени в пределах старого вида (формируются популяции, разновидности, подвиды). Количественное накопление признаков через определенный период ведет к качественному скачку, отдельные части старого вида морфологически и физиологически обособляются друг от друга: перестают скрещиваться друг с другом, осваивают различные экологические участки и даже географически изолированные области и становятся новыми видами. Именно таким путем наследственность накапливает и закрепляет приобретенные свойства.
В заключение необходимо подчеркнуть, что в основе дарвиновской теории естественного отбора лежат четыре взаимосвязанных явления:
1) избыточное воспроизводство,
2) наследственная изменчивость потомства,
3) борьба за существование и
4) выживание наиболее приспособленных.
Три явления (1, 3, 4) вполне понятны. Однако причина возникновения наследственной изменчивости (2-е явление) оставалась для самого Дарвина загадкой. Естественно, что наследственность должна изменяться, иначе при равноценности особей естественный отбор должен прекратиться. С целью объяснения причин наследственной изменчивости Дарвин выдвинул гипотезу, согласно которой наследственные признаки определяются мельчайшими частицами (пангенами), перемещающимися из различных частей тела к органам размножения, где в половых клетках из них возникают органы типа зародыша. Это значит, что если при постоянном упражнении, например, у кузнеца сильно развилась мускулатура рук, то пангены его рук создадут сильные руки и у его детей. Эта гипотеза Дарвина была отвергнута опытами на животных (на протяжении нескольких поколений мышам при рождении удаляли хвосты, но в их потомстве эта часть тела всегда сохраняла нормальную величину.
Синтетическая теория.
Многие особенности и закономерности эволюционного процесса, описанные Дарвином, не могли быть им объяснены в полной мере из-за недостаточной развитости наук в то время. Это послужило почвой для обоснованной критики эволюционной теории. Например, Дженкин заметил, что любое изменение, возникшее в одной особи постепенно растворится в результате скрещивания и, следовательно, не может закрепиться в результате борьбы за существование (так называемый «кошмар Дженкина»). Дарвин и его последователи не могли привести контраргументы, так как мало себе представляли дискретную природу наследственности, хотя и открытую Менделем в 60-х годах XIX, но признанную в науке лишь в начале XX века.
Преодоление противоречий между эволюционной теорией и генетикой стало возможным с созданием синтетической теории эволюции, которая выступает основанием всей системы современной эволюционной биологии. Принципиальные положения синтетической теории эволюции были заложены работами С. С. Четверикова(1926), а также Р. Фишера, С. Райта, Дж. Холдейна, Н.П. Дубинина (1929-1932) и др. В основе этой теории лежит представление о том, что элементарной единицей эволюции является не организм и не вид, апопуляция. Именно популяция — та реальная целостная система взаимосвязи организмов, которая обладает всеми условиями для саморазвития, прежде всего способностью наследственного изменения в смене биологических поколений. Элементарной единицей наследственности выступает ген (участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты — ДНК, отвечающий за развитие определенных признаков организма). Наследственное изменение популяции в каком-либо определенном направлении осуществляется под воздействием ряда эволюционных факторов изменяющих генотипический состав популяции.
Под элементарными эволюционными факторами в СТЭ и популяционной генетике понимают процессы, изменяющие набор и частоту аллелей. Выделяют ряд основных эволюционных факторов(несколько по-разному в разных источниках):
1. Естественный отбор в синтетической теории эволюции рассматривается как самый важный фактор эволюционного процесса. В результате действия естественного отбора в большей степени воспроизводятся наиболее приспособленные к данной среде обитания генотипы. Естественный отбор может быть направлен как против определенных аллелей, так и определенных генотипов (сочетаний аллелей и генов).
2. Борьба за существование. Дарвин считал ее главным фактором эволюции, а естественный отбор уже следствием борьбы за существование.
3. Мутационный процесс приводит к возникновению нового генетического материала (новых аллелей генов или даже новых генов). Хотя мутации происходят редко и чаще всего вредны, именно они во многом служат материалом для действия естественного отбора.
4.Поток генов — это изменение частот аллелей в популяции в результате миграции особей. Кроме того, поток генов приводит к обмену генами между разными популяциями, что уменьшает вероятность их расхождения в процессе видообразования.
5. Дрейф генов подразумевает случайные изменения частот аллелей и связан с ошибкой выборки, чем и отличается от потока генов. Дрейф генов при «эффекте основателя» заключается в возникновении новой популяции из небольшого количества мигрировавших особей другой популяции. Эти особи не несут весь генофонд исходной популяции, а лишь часть аллелей. В дальнейшем при размножении и увеличении численности генофонд новой популяции будет отличаться от исходной. Другой разновидностью дрейфа генов является «эффект бутылочного горлышка», когда численность популяции резко снижается в результате действия неблагоприятных условий.
6. Изоляция— возникновение барьеров между популяциями, препятствующих скрещиванию особей и обмену генами. В результате каждая популяция может пойти своим эволюционным путем.
В синтетической теории эволюции показано, как гетерозиготы (несущие обычно вредные рецессивные мутации) служат потенциальным источником процесса эволюции. Рецессивные аллели почти никогда полностью не элиминируются из популяции, а при малом количестве сохраняются в гетерозиготах.
7. Рекомбинации генетического материала. Часто их рассматривают как вторичный эволюционный фактор, возникающий на базе выше перечисленных первичных эволюционных факторов, которые создают изменчивость по отдельным генам, а уже рекомбинацию генов можно рассматривать как вторичный процесс.
Рекомбинация дает большое разнообразие генотипов в популяции даже при малом количестве мутаций. Т. е. при незначительном уровне разнообразия по аллелям наблюдается значительный уровень разнообразия по генотипам (так как генотип состоит из огромного количества генов).
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 6205; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!