Курс биологии для поступающих в вузы

ЭВОЛЮЦИЯ

Эволюция - это историческое развитие живой природы с момента возникновения жизни и до настоящего времени. Сюда включают все адаптивные изменения, которые возникли в результате мутаций генетического материала и явились причиной существующих различий между организмами. Этот термин был предложен швейцарским натуралистом Шарлем Боннэ (1762), но первоначально им обозначали эмбриональное развитие организма в яйце (точнее, постепенное увеличение в размерах маленького организма, который, согласно бытовавшему тогда мнению, был уже полностью сформирован).

Основными характеристиками эволюции являются: необратимость, адаптивность и преемственность. Необратимость эволюции проявляется в том, что однажды исчезнувший признак не может повториться в прежнем виде. Например, китообразные, предки которых вели наземный образ жизни, вторично освоили водный образ жизни. В их строении выделяются рыбообразные признаки: обтекаемая форма тела, передние конечности в форме плавника и редукция задних конечностей, гомодентность (зубы не дифференцированы на резцы, клыки и коренные). Однако эти животные сохраняют принципиальные черты организации млекопитающих: теплокровность, внутриутробное развитие и вскармливание детенышей молоком, высокоразвитая нервная система. У них повторно не возникли жабры и газообмен осуществляется в легких, нет воздушного пузыря и чешуи на коже. Аналогичный пример можно привести и у растений, которые в процессе повторного освоения водной среды сохранили расчленение тела на вегетативные органы. У них есть дифференцированные ткани, многоклеточные органы размножения и другие признаки высших растений, но талломная организация и ризоиды, присущие водорослям, не смогли появиться повторно.

Адаптивное направление эволюции станет понятным позже, когда мы будем рассматривать ее основные механизмы - борьбу за существование и естественный отбор. Здесь ограничимся напоминанием некоторых положений мутационной изменчивости (подробно о ней рассказывается в соответствующем разделе генетики). Преобразование генетического материала носит случайный характер, поэтому измененный в результате мутации признак может быть либо полезным, либо вредным, либо нейтральным. Легко понять, что преимущество организму даст лишь полезная мутация, тогда как вредная будет мешать (разумеется, не сама мутация, а измененный ею белок, контролирующий признак!). Поэтому, согласно эволюционной теории, накапливаются только полезные для особи, а следовательно и для всего вида в целом, признаки.

Преемственность эволюционных преобразований выражается в том, что новые признаки не возникают из ничего, а образуются путем преобразования уже имеющейся структуры. Например, разделение позвоночного столба на отделы (шейный, туловищный, крестцовый, хвостовой) у земноводных было бы невозможно, если бы они не имели позвоночника. Усложнение отделов головного мозга у млекопитающих не произошло бы, не имей их предки мозга. Следовательно, в обоих случаях (и во всех остальных тоже!) произошло изменение уже имеющейся структуры - малодифференци- рованного позвоночного столба и слаборазвитого мозга. При этом важно помнить, что преобразования у одних организмов влекут за собой в той или иной мере изменения у других. Например, появление фотосинтеза с участием фотосистемы II дало предпосылку аэробного дыхания, поскольку при фотолизе воды выделяется молекулярный кислород. Менее масштабным примером будет соотношение в скорости хищника и жертвы - чем быстрее бегает жертва, тем быстрее вынужден бежать хищник, чтобы ее догнать.

Таким образом, эволюцию живых организмов можно представить как исторический необратимый процесс адаптивных изменений, происходящий на всех уровнях организации живой природы, который характеризуется общей прогрессивной направленностью.

В эволюционном учении выделяются три основных момента: возникновение жизни на Земле, последовательные преобразования отдельных групп организмов и возникновение человека с его социальным укладом. Следует отметить, что сторонники той или иной теории эволюции (так же как и ее противники) при обосновании отстаиваемой точки зрения во многом основываются на гипотезах и догадках (а часто даже внутреннем убеждении), которые невозможно достоверно проверить. Действительно, кто может строго засвидетельствовать обстоятельства возникновения первого организма, человека, нового вида?! Читатель волен соглашаться или не соглашаться с прочитанным. Однако требования вступительного экзамена по биологии вполне конкретны, и мы приводим необходимую для конкурсного испытания информацию в строгом соответствии с программой по биологии для поступающих в российские вузы.

Додарвиновский период. Вопросы о происхождении и возможной изменяемости мира, по-видимому, интересовали человека с момента его появления. Указания на естественное происхождение живых организмов и развитие материи имеются в работах древнеиндийских и древнекитайских философов. Например, китайский философ Конфуций настаивал на возникновении жизни от единого источника, после чего она постепенно развертывалась и разветвлялась. Однако наиболее широко такие мысли были распространены в культуре древней Греции среди основателей диалектической натурфилософии. Первоначально философов волновали материальные истоки мира. Так, представители ионийской школы считали, что мир возник естественным путем. В более позднем периоде были популярны взгляды механистического материализма. В поисках возможных причин происхождения жизни были заложены элементарные начала биологических наук (ботаники, зоологии) и медицины. Наибольший вклад внес величайший древнегреческий мыслитель Аристотель (384 - 322 гг. до н. э.), которого справедливо считают основоположником биологии. Он первым составил классификацию животных, провел сравнительный анализ их анатомии и эмбриологии. Подобно многим его предшественникам, Аристотель не возражал против самозарождения организмов, например, клопов из соков тела животных, вшей из сырого мяса или дождевых червей из ила прудов. Самозарождение жизни после Аристотеля подкреплялась «свидетельствами» многих знаменитых философов: Цицерона, Вергилия, Овидия, Сенеки, Плиния, Апулея, Плутарха и др. Идеи Аристотеля наложили отпечаток на мировоззрение многих последующих поколений греческих и римских мыслителей и при этом оказались на редкость живучими. Его авторитет был столь велик, что в течение последующих полутора тысяч лет (вплоть до XVI в.) редко кто отваживался возражать его положениям. В средние века эволюционные взгляды не были распространены. В Европе господствовали положения креационизма, основанные на Библии. Согласно им все живое признавалось созданным Богом и изменяться не могло. И лишь с наступлением эпохи Возрождения возрос интерес к идеям античных мыслителей, отличных от Аристотеля, и с этим связывают начало формирования эволюционных идей в Европе.

Становление эволюционных идей. На раннем этапе (до конца XVIII в.) преобладали умозрительные построения, основанные, прежде всего, на данных ботаники и зоологии, которые в то время интенсивно развивались. Для упорядочения полученных сведений необходима была единая систематизация материала. Выдающийся шведский натуралист Карл Линней (1707 - 1778) первым увидел, что вид может быть универсальной структурной единицей живой природы. Он ввел в научную практику бинарную номенклатуру, согласно которой каждый вид получал двойное название - родовое и видовое, т. е. обозначался двумя словами, из которых первым было имя прилагательное, обозначавшее род, а вторым шло имя существительное, которым назывался этот вид. Линней установил иерархию единиц систематики - таксонов. Например, после вида шел более крупный таксон - род, при этом ученый полагал, что роды были созданы по отдельности, а виды представляют собой лишь их варианты (отсюда и смысл бинарной номенклатуры). При всем этом Линней не высказывал эволюционных идей. Он был уверен в том, что видов насчитывается ровно столько, сколько их было создано изначально. Его систематика во многом была искусственной, поскольку, объединяя виды, он часто руководствовался не родством, а произвольными внешними признаками. Например, растения он разделил на 24 класса, причем в первых 23 из них он распределил цветковые растения, руководствуясь при этом количеством тычинок (в первом были однотычинковые, во втором - двутычинковые), их размерами, сростностью и т. п. К последнему (тайнобрачные) он отнес все растения, у которых нет цветка - водоросли, мхи, папоротники, хвощи, плауны и даже грибы с лишайниками. Но, несмотря на недостатки, такой систематикой было очень удобно пользоваться - достаточно было посмотреть на цветок и пересчитать тычинки, чтобы установить положение растения.

По мере накопления биологических знаний умозрительные построения сменялись более или менее убедительными теориями. При этом часть ученых склонялись к выводу о возможности изменяемости, трансформации организмов. Поэтому их представления получили название трансформизма. Одним из первых трансформистов был Жорж Луи Бюффон (1707 - 1788), считавший, что разные животные возникли не одновременно и имеют различное происхождение. Среди причин, вызывающих изменения, он выделял воздействие внешней среды, прежде всего климата и пищи, а также гибридизацию. Особое значение Бюффон придавал воздействию человека, который одомашнил многие животные и растения. Он считал, что под воздействием климата и пищи постепенно создаются самые разнообразные варианты изменений, которые могут усовершенствоваться или же подвергаться дегенерации. Таким образом, Бюффон предвосхитил учение о главных направлениях эволюции: усложнении и упрощении организации. Идеи трансформизма разделяли многие выдающиеся мыслители второй половины XVII - начала XIX вв. Среди них были Р. Гук, Д. Дидро, И. В. Гете, Эразм Дарвин и др. Немало сторонников идей трансформизма было в России, наиболее активно эти принципы отстаивал М. В. Ломоносов. Однако сторонники трансформизма не смогли правильно объяснить причины изменяемости видов.