Основные теории эволюции

Содержание

Введение

Проблема происхождения и эволюции жизни относится к наиболее интересным и в то же время наименее исследованным вопросам, связанным с философией и религией. Трудность ее заключается в том, что когда наука подходит к проблемам развития как создания качественного нового, она оказывается у предела своих возможностей как отрасли культуры, основанной на доказательстве и экспериментальной проверке утверждений.

Ученые сегодня не в состоянии воспроизвести процесс возникновения жизни с такой же точностью, как это было несколько миллиардов лет назад. Даже наиболее тщательно поставленный опыт будет лишь модельным экспериментом, лишенным ряда факторов, сопровождавших появление живого на Земле. Тем не менее, представления о зарождении жизни постепенно расширяются, появляются новые математические, экологические, игровые, биологические, молекулярные и др. модели.

Вопрос о происхождении жизни интересен не только сам по себе, но и в тесной связи с проблемой эволюции жизни. Применительно к живой природе эволюция понимается как образование более сложных видов из простых. Существует целый ряд теорий и гипотез, объясняющих: как происходит это образование; существует ли целесообразность развития в природе; какова роль случайности; что является источником развития - тренировка органов, борьба за существование и выживание наиболее приспособленных, способность к взаимопомощи, природные катастрофы (кометы, изменения температуры) и пр.

Природа как объект изучения естествознания сложна и многообразна в своих проявлениях: она непрерывно изменятся, и находится в постоянном движении. Круг знаний о ней становится все шире, появляются все более новые идеи и новые естественнонаучные концепции.

1. Моделирование - как метод естественно-научных исследований

Метод неразрывно связан с теорией; метод - это совокупность действий, призванных помочь достижению желаемого результата. Существуют всеобщие - применяемые не только в науке, но и в других отраслях деятельности методы; общенаучные методы - методы, применяемые во всех областях науки; и методы конкретно - научные - специфические для отдельных разделов науки.

Среди всеобщих методов можно выделить моделирование - изучение объекта (оригинала) путем создания и исследования его копии (модели), замещающей оригинал с определенных сторон, интересующих исследователя. ¹

Модель - это тело, размеры и масса которых пропорционально уменьшена по сравнению с реальными телами. Результаты модельных экспериментов можно считать пропорциональными результатами взаимодействия реальных тел.

В современной науке и технике моделирование получает все большее распространение. Если модель имеет с оригиналом одинаковую физическую природу, то мы имеем дело с физическим моделированием. Модель может строиться и по принципу математического моделирования, если она имеет иную природу, но ее функционирование описывается системой уравнений, тождественной той, которая описывает изучаемый оригинал. Модель может также существовать и в виде игры.

Моделирование широко применяется потому, что позволяет исследовать процессы, характерные для оригинала, в отсутствие самого оригинала и в условиях не требующих его наличия.

Это часто бывает из-за неудобства исследования самого объекта и по другим соображениям: дороговизна, недоступность, трудность доставки, необозримость его и т.п.

Процесс эволюции можно сопоставить с так называемыми "стратегическими" играми, - определенными моделями, в которых правила или законы взаимодействуют со случайностями. Следуя единству Природы и Духа, такие модели называют "игрой в бисер". При усложнении игры можно получить флуктуацию "выживания" путем естественного отбора, поэтому игры такого типа называются уже "играми в селекцию". Существует также игра под названием "Жизнь" - данная модель имитирует эволюцию и самовоспроизведение живых систем.

Т.о. с помощью игровых моделей происходит процесс постижения реальной эволюции. Теория игр для эволюции предлагает закон: нельзя определенно и однозначно предсказать как конечное состояние живой системы, так и путь к нему. Можно очертить возможности, указать невозможное, дать какие-то ограничения. Поскольку известно, что эволюция сопровождается ростом ценности информации, то оптимальным будет тот путь, который обеспечивает монотонный рост ценности информации посредством отбора новых форм - это вывод теории оптимизации.

Немецкий физико-химик Эйген Манфред считал, что в основе эволюции лежит случай и закономерность. Путь к пониманию природы состоит из трех стадий: накопление информации, трансляция, переход к самоорганизации. Последняя стадия соответствует переходу к живой клетке, рождению из мономеров полимеров через конкуренцию циклов химических реакций и естественный дарвинов отбор.

Все живые организмы - высокоупорядоченные системы. Они обладают сложными структурами, которые поддерживают и даже воспроизводят себя благодаря слаженному механизму связи поведенческих и химических процессов. В качестве источника такого порядка выступает эволюция. Биологический порядок частично отражает спонтанную упорядоченность, на фоне которой действует механизм естественного отбора. Естественный отбор придал определенную форму, но не вывел общие закономерности развития индивидуального организма.

2. Учение чарльза дарвина о факторах эволюции

Под эволюцией живого мира понимают процесс развития природы со времени возникновения жизни до настоящего времени. ² В ходе эволюции менялись и возникали новые виды, появлялись все более сложные формы живых организмов, причем живое приспосабливалось к изменениям окружающей среды.

Идеи эволюции впервые возникли еще в XVIII веке у французского натуралиста Ж. Бюффона, который склонялся к мысли о постепенном совершенствовании живых организмов, а его соотечественник Ж. Ламарк впервые попытался создать стройную теорию эволюции жизни на земле. Примерно в то же время англичанин Ч. Лайель в результате своих геологических исследований вывел принцип униформизма, в соответствии, с которым медленные ничтожные изменения приводят к поразительным результатам, если происходят долго в одном направлении.

Идеи Лайеля оказали большое влияние на английского естествоиспытателя Чарльза Дарвина. В 1831 г. он отправился в кругосветное плавание, прихватив с собой только что вышедший первый том "Основ геологии" Лайеля, а через пять лет привез из путешествия огромное количество материалов об изменчивости организмов и видов и убеждение, что все животное и растительное царство, каким мы его знаем сегодня, - результат постепенного очень длительного развития сложного органического мира.

Способность к размножению, свойственная всему живому, обеспечивает сохранение вида. Численность всех популяций на земле контролируется различными факторами среды (пространство, свет, пища, тепло). Исследуя и сопоставляя огромный материал, Дарвин начал понимать, что в условиях интенсивной конкуренции между членами популяции любые изменения, благоприятные для выживания в данных условиях, повышают способность особи к размножению и оставлению плодовитого потомства. Эти соображения послужили остовом для сформулированной им в 1839 году теории эволюции путем естественного отбора.

Опираясь на огромный фактический материал и практику селекционной работы по выведению новых сортов растений и пород животных Дарвин сформировал основные принципы своей эволюционной теории:

1) изменчивость является неотъемлемым свойством всего живого. В природе нельзя обнаружить два совершенно одинаковых тождественных организма. Чем тщательней и глубже мы изучаем природу, тем больше убеждаемся во всеобщем принципе изменчивости.

Дарвин различал два типа изменчивости:

"индивидуальная" - та, которая передается по наследству;

"групповая" - ей подвержены те группы организмов, которые оказываются под воздействием определенного фактора внешней среды.

2) принцип заключается в раскрытии внутреннего противоречия в развитии живой природы. Оно состоит в том, что с одной стороны все виды организмов имеют тенденцию к размножению в геометрической прогрессии, а с другой - выживает и достигает зрелости лишь небольшая часть потомства.

3) принцип естественного отбора. Он играет фундаментальную роль в теории эволюции не только Дарвина, но и всех теорий появившихся позднее.

С помощью этого принципа удалось удовлетворительно объяснить, почему из громадного множества живых организмов выживают лишь немногие.

Суть естественного отбора состоит в следующем. Человеку с давних пор было ясно, что пищевые ресурсы для какого-либо вида животных (растений) в определенной местности ограничены. А способность к размножению? Она ведь не имеет границ. Цифры здесь столь же просты, сколь и поразительны. Если бы из всех яиц, отложенных одной птицей, вылупились птенцы, выросли и сами дали потомство, а потомство этого потомства тоже бы сохранилось полностью, и так продолжалось бы, скажем, 15 лет, то общее число потомков одной пары достигло бы десяти миллионов.

Однако так практически никогда не происходит. Количество птиц, животных, растений остается неизменным (или меняется в небольших пределах как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения) нередко на протяжении многих столетий. Это значит, что далеко не из всех яиц вылупляются птенцы, не все птенцы становятся взрослыми птицами и, наконец, не все взрослые особи оставляют потомство. Кому же везет, кому выпадает счастливый жребий? Очевидно, тем, кому удается захватить нужное количество пищи, уберечься от врагов - словом, тем, кому удается победить в борьбе за существование.

В борьбе за существование побеждают, таким образом, лучше приспособленные к жизни, к условиям окружающей среды. Например, часть деревьев в лесу угнетена: им не хватает места под солнцем, и здесь, как и в животном мире, тоже происходит отбор. Однако отбирает здесь уже не человек, а сама природа. Именно условия природной среды ведут отбор наиболее приспособленных - естественный отбор. ³ Этим объясняется и целесообразность органических форм. Устройство животного или растения не потому целесообразно, что кто-то приспособил данный организм для определенной цели, а потому, что из всего многообразия форм выживали и могли оставлять потомство особи, лучше других приспособленные к данным условиям.

Т.о. естественный отбор может служить своего рода механизмом эволюции. И не столь важно, какая конкуренция имеет место - внутри или межвидовая; решающим фактором, определяющим выживание, является 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.

3. Современные представления об эволюции

Современная теория эволюции построена по теории Дарвина, поэтому ее называют неодарвинизмом. Главной заслугой Дарвина было установление механизма эволюции, состоящего в естественном отборе организмов, наиболее приспособленных к внешним условиям, и постепенном накоплении приобретенных признаков. То, что эти признаки не рассеиваются в последующих поколениях, было объяснено дискретным наследованием генов по законам Менделя - австрийского естествоиспытателя, основоположника учения о наследственности

Кроме естественного отбора, безусловно, одного из важнейших факторов эволюции, ученые называли и другие. В качестве одного из них выступает случайность. Источниками изменчивости служат случайные генные или хромосомные мутации. Особенно важную роль играют случайные процессы в маленьких популяциях. Фактически каждое поколение потомков содержит выборку из генов, имевшихся в предыдущем поколении. Если скрещивающаяся популяция невелика, то частоты некоторых генов могут внезапно изменится за одно или несколько поколений. Такое изменение частоты генов называют генетическим дрейфом.

К факторам эволюции можно отнести и взаимопомощь, и кооперацию, которую выделил русский князь, геолог П.А. Кропоткин, наблюдая перемещения больших масс животных в Восточной Сибири.

Идеи Дарвина широко обсуждались - частично из-за неточностей в определении и понимании терминов (наследственность и приспособляемость), частично из-за неправильного истолкования этих слов последователями учения. Кроме того, естественный отбор должен был занимать достаточно большие промежутки времени.

Итак, самым слабым местом в учении Дарвина были представления о наследственности, которые подвергались серьезной критике. В то время ученые, в том числе и Дарвин еще не знали законов наследования признаков. Правда, известно было, что иногда признаки могут проявляться не во всех поколениях подряд. Полагали, однако, что наследственность в целом основана на принципе смешивания, за исключением отдельных случаев. Например, у какого то растения могут быть либо белые, либо красные цветки. При механизме смешивания у гибрида цветки должны быть розовыми. Во многих случаях так и бывает.

Анализируя механизм усреднения признаков, британский инженер и физик Ф. Дженкин, в 1867 на основании строгих математических выкладок доказал, что в случае усреднения признаков при скрещивании естественный отбор не работает, а появившиеся новые признаки со временем исчезнут. Дарвин так и не нашел убедительного опровержения его доказательства и всю жизнь его преследовал этот "кошмар Дженкинса".

И лишь возникновение генетики дало возможность опровергнуть возражение Дженкинса. Генетика помогла дарвинизму, объяснив, что появившийся признак не может исчезнуть, т.к наследственный аппарат сохраняет случайно возникшее в нем, подобно тому, как сохраняются опечатки в книгах при их воспроизводстве.

В 30-е годы XX века американский генетик Сьюалл Райт и английский биолог Берден Холдейн, исследовав генетические процессы, происходящие внутри вида и завершающиеся образованием разновидностей, приводящих потом к появлению нового вида, сформировали учение о микро эволюции и пришли к выводу, что генетика может служить фундаментом дарвиновской идее.

Свой вклад в исследование генотипической изменчивости в конце 60-х годов ХХ века внесли русские ученые Н.В. Тимофеев-Ресовский, Н.Н. Воронцов, А.В. Яблоков. В их теории эволюции элементарной единицей является популяция, а для возникновения стойких эволюционных сдвигов требуется действие не менее четырех эволюционных факторов: мутаций, флуктуаций численности особей ("волны жизни"), изоляции и естественного отбора.

Мутации - поставляют элементарный эволюционный материал, но сами мутации еще не обеспечивают эволюцию, поскольку происходят в разных направлениях и могут привести к разрушению приобретенного. Новый вид может начаться в случае мутации, давшей репродукционную изоляцию за один скачок. Возникшие особи называют полиплоидными, они могут размножаться сами по себе, но не могут скрещиваться со своими нормальными родичами и потому оказываются репродуктивно изолированными от них.

Изоляция - тоже важный фактор эволюции, она может быть пространственной, сезонной и пр.

Флуктуации численности - также происходят в разных направлениях и не придают определенного направления наследственным преобразованиям.

Естественный отбор - выступает в двух формах: движущей и стабилизирующей. Движущий отбор производит закономерное изменение популяций в определенном направлении, а стабилизирующий - совершенствует процессы индивидуального развития особей, не меняя признаков организмов.

По общему мнению ученых эволюция - это медленный процесс, мутантные гены возникают редко и еще реже оказываются благоприятней уже существующих. Сейчас многие эволюционисты считают, что у некоторых видов эволюция происходит по типу "прерывистого равновесия", т.е. долгое время виды практически не изменяются или частоты разных генов остаются вблизи некоторого положения равновесия, определяемого общими селективными факторами. Затем происходит какое-то резкое изменение окружающей среды или крупная генетическая мутация, изменяющая генофонд, и за несколько тысяч лет (это быстро в эволюционных масштабах времени) появляется новый вид со своим генетическим равновесием.

Материал для эволюции стохастичен (случаен), но сама она является направленной. Естественный отбор, являясь направляющим фактором, определяет направленное движение биосферы, создание порядка из хаоса.

Заключение

Эволюция - процесс длительных, медленных, постепенных изменений, которые в конечном итоге приводят к изменениям качественным, коренным, и завершаются возникновением новых материальных систем, структур, форм и видов. Именно такой смысл придается эволюции в тории Дарвина и появившихся после него гипотезах и теориях.

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 современной эволюционной теории - "синтетическая 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.

Современная теория эволюции включает данные генетики, палеонтологии, молекулярной биологии, экологии, этологии. Хотя пока еще не создано твердо установленных законов эволюции, но есть хорошо подкрепленные опытными фактами гипотезы, составляющие в совокупности теорию. Эволюцию в прошлом подтверждают данные биогеографии, сравнительной эмбриологии и биохимии. Биохимики осуществили дарвиновскую эволюцию на молекулярном уровне, доказав, что популяции макромолекул можно заставить развиваться в желаемую сторону, проводя циклы селекции и мутации. Эволюцию в настоящее время можно продемонстрировать селекцией растений и животных, изучением адаптивной радиации, сравнительной биохимии и эмбриологии. В настоящее время исследуется и сам механизм, производящий эволюционные изменения.

Литература

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Курс лекций. - М.: Центр, 2002. - 208 с.

2. Гусейханов М.К. Концепции современного естествознания: Учебник. - М.: Издательско -торговая корпорация "Дашков и К", 2004. -692 с.

3. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник М.: ИКЦ "Маркенинг", 2001. - 832 с.

4. Канке В.А. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: Логос, 2002. - 368 с.

5. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 2003. - 488 с.

6. Лавриненко В.Н. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ - ДАНА, 2001. - 303 с.

7. Потеев М.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - СПб.: Изд - во "Питер", 1999. - 352 с.

8. Рузовин Г.И. Коцепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1999. - 288 с.

9. Скопин А.Ю. Концепции современного естествознания: Учебник. -М.: ТК Велби Изд-во Проспект, 2003. - 392 с.