Сергеев А.А. Современные философские проблемы экологии, биологических и сельскохозяйственных наук

Подождите немного. Документ загружается.

111

Крупным достижением современной генетики стало открытие

способности генов к изменению и перестройке т. е. мутация (лат. mu-

tation – изменение).

Мутация возникает вследствие изменения структуры хромосом

или генов и является единственным источником генетического внут-

ривидового разнообразия. Причиной мутации служат мутагены – все-

возможные химические и физические воздействия. Постоянный мута-

ционный процесс ведёт к

возникновению различных вариантов генов,

составляющих резерв наследственной изменчивости. Мутации оказы-

ваются вредными, поскольку вносят нарушения в тонко сбалансиро-

ванную систему биохимических превращений.

Большая часть мутаций оказывается рецессивной и у потомства

не проявляется, а обладатели вредных доминантных мутаций, сразу

проявляющихся в гетеро- и гомозиготных организмах, обычно поги-

бают на самых ранних

этапах жизни, поскольку оказываются нежиз-

неспособными.

Однако в новой обстановке при некоторых изменениях условий

внешней среды определенные ранее как вредные рецессивные мута-

ции, составляющие резерв наследственной изменчивости, могут ока-

заться полезными. Носители таких мутаций получают преимущество

в процессе естественного отбора.

Мутации являются главным поставщиком эволюционного мате-

риала. Тем не менее

они относятся к случайным изменениям и подчи-

няются вероятностным или статистическим законам. Поэтому они не

могут служить определяющим фактором эволюционного процесса.

Кроме естественного или искусственного отбора не существует дру-

гого средства регулирования наследственной изменчивости. Только

случайные изменения, оказавшиеся полезными в определённых усло-

виях окружающей среды, отбираются в природе или искусственно

че-

ловеком для дальнейшей эволюции.

Соединение дарвинизма с генетикой началось в 20-е гг. XX в., и

стала появляться синтетическая теория эволюции с созданной в 1926

г. С.С. Четвериковым популяционной генетикой. Отбору подверга-

ются не отдельные признаки и отдельные особи, а генотип всей попу-

ляции. Отбор генотипов популяции, ведущий к закреплению полез-

ных изменений, осуществляется через фенотипические признаки от-

дельных особей. Позднее к созданию новой теории подключились

около 50 учёных из 8 стран, и их коллективными усилиями была со-

здана синтетическая теория эволюции (СТЭ).

Структурно СТЭ состоит из теории микро- и макроэволюции.

Оба термина были введены в 1927 г. Ю.А. Филипченко для разграни-

чения

масштабов двух типов эволюционных преобразований.

Теория микроэволюции изучает необратимые преобразования ге-

нетико-экологической структуры популяции, которые могут привести

112

к формированию нового вида. Поскольку реально вид существует в

форме популяции, именно популяция и является элементарной едини-

цей эволюции.

Теория макроэволюции изучает основные направления и законо-

мерности развития жизни на Земле в целом, включая возникновение

жизни и происхождение человека как биологического вида на протя-

жении длительного исторического периода.

Макро- и

микроэволюции происходят под воздействием измене-

ний в окружающей среде.

Синтетическая теория эволюции включает такие основные поло-

жения:

- естественный отбор, как следствие конкурентных отношений

борьбы за существование, является главным движущим фактором

эволюции. Факторами видообразования являются также мутационные

процессы, дрейфы генов и различные формы изоляции;

- новые формы могут образовываться через крупные

наслед-

ственные изменения (сальтации), а их жизненность определяется от-

бором. Сама же эволюция протекает постепенно, через отбор мелких

случайных мутаций;

- исходным материалом для эволюции являются мутации различ-

ного типа, а сами эволюционные изменения случайны и ненаправле-

ны. Сложившаяся исходная организация популяции и последователь-

ное изменение условий среды ограничивают и направляют

наслед-

ственные изменения в сторону неограниченного прогресса;

- макроэволюция осуществляется через процессы микроэволюции

и не имеет каких-либо особых механизмов возникновения новых

форм жизни. Существенный вклад в первоначальное истолкование

положения об элементарных явлениях и факторах эволюции в 1938 г.

внес Н. В. Тимофеев-Ресовский. По его мнению:

- популяция есть элементарная эволюционная

структура;

- элементарные эволюционные факторы – это мутационный про-

цесс, «волны жизни», изоляция, естественный отбор;

- изменение генотипического состава популяции есть элементар-

ное эволюционное явление;

- генофонд популяции составляет элементарный эволюционный

материал (термин «генофонд», «совокупность генов популяции», ввел

А.С. Серебровский. 1938 г.).

Синтетическая теория эволюции определяет популяцию как со-

вокупность особей данного вида

, занимающих территорию внутри

ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или

полностью изолированных от других популяций. Наследственные из-

менения популяций в результате спонтанных мутаций, представляю-

щих собой гетерогенную смесь различных генотипов, считаются эле-

ментарным эволюционным явлением. Изменения эти тем отчетливее,

113

чем более интенсивно и длительно воздействие вызывающих их фак-

торов. Результатом является изменение генофонда популяции.

Мутация сама по себе не способна направлять эволюционный

процесс. Для этого необходим другой фактор – популяционные вол-

ны, или «волны жизни», т. е. количественные колебания в численно-

сти популяции под воздействием различных причин (сезонной перио-

дики,

климатических, природно-катастрафических и пр.).

Изоляция является третьим элементарным эволюционным факто-

ром. Она закрепляет возникшие случайно или под действием отбора

особенности в наборах и численности генотипов в разных частях по-

пуляции. Изоляция может привести к возникновению независимых

генофондов двух популяций.

Четвёртый элементарный эволюционный фактор – естественный

отбор.

Есть 3 формы естественного

отбора:

1. Движущий отбор – возникают новые генотипы с селективными

свойствами.

2. Стабилизирующий отбор – охраняет устойчивый фенотип.

3. Диспрутивный отбор – внутри популяции возникают различа-

ющиеся формы.

7. Современные представления об эволюции

Теория эволюции, предложенная Дарвином и Уоллесом, была

расширена и разработана в свете современных данных генетики, па-

леонтологии, молекулярной биологии, экологии, этологии и получила

название – неодарвинизма. Это теория органической эволюции путём

естественного отбора признаков, детерминированных генетически.

А это значит, что нужно признавать:

- факт изменения форм жизни во времени (эволюция в

прошлом);

- выявить механизм, производящий эволюционные изменения

(естественный отбор генов);

- продемонстрировать эволюцию, происходящую в настоящее

время («эволюция в действии»).

Доказательства эволюции:

- ископаемые остатки организмов (палеонтология),

- механизм наследования,

- результаты искусственного отбора,

- результаты генной инженерии,

- создание новых сортов, моноклональных тел.

Но удачные лабораторные опыты еще не говорят о том

, что так

было, но могло быть.

1. Палеонтология.

114

Ископаемые останки дают подтверждение прогрессивному воз-

растанию сложности организмов и отвергают идею неизменности ви-

дов. В самых древних породах встречаются простые организмы не-

многих видов, а в молодых породах более разнообразные и их больше.

Некоторые виды появляются и исчезают (вымирают).

Географические области и климат изменялись. Но есть в палеон-

тологической

летописи и разрывы.

Некоторые виды могли появиться и развиться довольно быстро.

2. Географическое распространение.

Все организмы в большей или меньшей степени приспособлены к

своей среде. Если абиотические и биотические факторы, имеющиеся в

определённом местообитании, могут обеспечить существование како-

го-то вида в одной географической области, то логично было бы ожи

дать, что этот вид будет обнаружен в аналогичном местообитании и в

другой сходной географической области. Однако на самом деле это не

так. Распространение растений и животных на земном шаре носит

прерывистый характер. Это нередко обусловлено экологическими

факторами, однако, данные об успешной колонизации новых место-

обитаний растениями и животными, интродуцированными в

них че-

ловеком, позволяют думать, что в этом участвуют наряду с экологиче-

ской адаптацией и какие-то иные факторы. Рациональное объяснение

прерывистого распространения организмов исходит из того факта, что

некоторые виды возникают в какой-то данной области, а затем рассе-

ляются из неё. Степень расселения зависит от того, насколько успеш-

но

может обосноваться данный организм в новых местах, от эффек-

тивности механизма его расселения и от наличия или отсутствия есте-

ственных преград, таких как океаны, горные хребты и пустыни.

Наиболее приспособлены для распространения через сушу и моря, по-

видимому, споры и семена, переносимые ветром и летающими насе-

комыми.

Теорию дрейфа континентов

, основанную на тектонике лито-

сферных плит (Снайдер 1858), в конце XIX в. развили Тейлор (США),

Вегенер (Германия). В карбоне Лавразия и Гондвана были единым ма-

териком – Пангеей (греч. «вся Земля»), который «плавал» в более

плотном расплавленном внутреннем веществе Земли. Континенты

раздвинулись под действием глубинных конвективных течений,

направленных вверх и в стороны и

тянущих за собой плиты, на кото-

рых плавают континенты. Эта гипотеза позволяет объяснить непре-

рывное перемещение массивов суши и современное распространение

животных и растений.

Выводы:

- виды возникали в определённой области;

- расселялись за её пределы;

115

- большинство расселялось, если массивы были близко друг от

друга;

- отсутствие в какой-либо области более высокоорганизованных

форм указывает, что она отделилась от родины этих форм до возник-

новения последних.

8. Стратегия жизни

Многочисленные находки учёных в виде окаменелостей, отпе-

чатков в мягких породах и других объективных свидетельств указы-

вают на то, что жизнь на Земле существует не менее 3,5 млрд. лет. На

протяжении более чем 3 млрд. лет область её распространения огра-

ничивалась исключительно водной средой. К моменту выхода на су-

шу жизнь уже

была представлена разнообразными формами: прокари-

отами, низшими и высшими растениями, простейшими и многокле-

точными эукариотами, включая ранних представителей позвоночных

животных. За 6/7 всего времени существования жизни на Земле про-

изошли эволюционные преобразования, предопределяющие лицо со-

временного органического мира и, следовательно, появление челове-

ка. Знакомство с важнейшими из них помогает понять стратегию

жизни

Организмы, которые появились первыми, современная наука

называет прокариотами. Это одноклеточные существа, отличающиеся

простотой строения и функциями. К ним относятся бактерии и сине-

зелёные водоросли (цианобактерии). О простоте их организации сви-

детельствует имевшийся у них небольшой объём наследственной ин-

формации. Эти организмы господствовали на Земле более 2 млрд. лет.

С их эволюцией

связано появление механизма фотосинтеза и орга-

низмов эукариотического типа.

Фотосинтез открыл доступ к практически неисчерпаемой кладо-

вой солнечной энергии, которая с помощью этого механизма запаса-

ется в органических веществах и затем используется в процессах жиз-

недеятельности. Широкое распространение фотосинтезирующих ав-

тотрофных организмов, прежде всего зелёных растений, привело к

накоплению и

образованию в атмосфере Земли кислорода. Это созда-

ло предпосылки для возникновения в эволюции механизма дыхания,

который отличается от бескислородных (анаэробных) механизмов

энергообеспечения жизненных процессов гораздо большей эффектив-

ностью (примерно в 18 раз).

Эукариоты появились среди обитателей планеты около 1,5 млрд.

лет назад. Отличаясь от прокариот более сложной организацией, они

используют в своей

жизнедеятельности большой объём наследствен-

ной информации. ДНК в клетке млекопитающего в 1000 раз превос-

ходит ДНК бактерии.

116

Первоначально эукариоты имели одноклеточное строение. Дои-

сторические одноклеточные эукариоты послужили основой для воз-

никновения в процессе эволюции организмов, имеющих многокле-

точное строение тела. Они появились на Земле около 600 млн. лет

назад и дали широкое разнообразие живых существ, расселившихся

в трёх основных средах: водной, воздушной, наземной.

Многоклеточность возникла в эволюции в

период, когда атмо-

сфера планеты, обогатившись кислородом, приобрела устойчивый

окислительный характер.

Около 500 млн. лет назад среди многоклеточных появляются

хордовые животные, общий план строения которых радикальным

образом отличается от плана строения существ, населявших планету

до их появления. В процессе эволюции именно в этой группе возни-

кают позвоночные животные. Среди них примерно

200-250 млн. лет

назад появляются млекопитающие, характерной чертой которых ста-

новится особый тип заботы о потомстве – вскармливание народивше-

гося детёныша молоком. Эта черта соответствует новому типу отно-

шений между родителями и потомством, способствующему укрепле-

нию связи между поколениями, созданию условий для выполнения

родителями воспитательной функции, передачи ими опыта.

Именно через группу

млекопитающих животных, в частности

через отряд приматов, прошла линия эволюции, ведущая к человеку

(примерно 1,8 млн. лет назад).

И в наши дни органический мир представлен наряду с эукарио-

тами микроорганизмами и сине-зелеными водорослями, относящими-

ся к прокари-

отам. На фоне разнообразия многоклеточных эукариотических орга-

низмов имеется значительное число видов

одноклеточных эукариот.

Среди организмов разного плана строения, сосуществующих в

определённый исторический период времени, некоторые формы,

имевшие некогда широкое распространение, представлены относи-

тельно небольшим количеством особей и занимают ограниченную

территорию. Фактически они лишь поддерживают своё пребывание

во времени, избегая, благодаря наличию у них определённых приспо-

соблений, вымирания в ряду поколений. Другие,

напротив, увеличи-

вают свою численность, осваивают новые территории и экологиче-

ские ниши. В таких группах возникают разнообразные варианты ор-

ганизмов, отличающихся в той или иной мере от предковой формы и

друг от друга деталями строения, физиологии, поведения, экологии.

Эволюцию можно характеризовать следующими чертами:

- возникнув в виде простейших одноклеточных форм, жизнь

своем развитии закономерно порождала существа со всё более слож-

ным типом организации тела, совершенными функциями, повышен-

117

ной степенью независимости от прямых влияний со стороны окру-

жающей среды на выживаемость;

- любые варианты живых форм, возникавшие на планете, сохра-

няются столь долго, сколь долго существуют геохимические, клима-

тические, биогеографические условия, удовлетворяющие в достаточ-

ной мере их жизненным запросам;

- в своем развитии отдельные группы организмов проходят ста-

дии подъёма

и нередко спада. Стадия, достигнутая группой на данный

исторический момент, определяется по тому месту, которое ей при-

надлежит на этот момент в органическом мире в зависимости от чис-

ленности и распространения.

Развитию событий или явлений во времени соответствует поня-

тие прогресса. С учётом описанных выше общих черт в процессе ис

торического развития жизни наблюдаются три формы прогресса, ка-

чественно отличающиеся друг от друга. Эти формы по-разному ха-

рактеризуют положение соответствующей группы организмов, до-

стигнутое в итоге предшествующих этапов эволюции, экологические

и эволюционные перспективы.

Биологическим прогрессом называют состояние, когда числен-

ность особей в группе от поколения к поколению растёт, расширяется

ареал их расселения, нарастает количество подчинённых групп более

низкого ранга – таксонов. Биологический прогресс соответствует по-

нятию процветания. Из ныне существующих групп к процветающим

относят насекомых, млекопитающих. Период процветания у пресмы-

кающихся завершился около 60-70 млн. лет назад.

Морфофизиологический прогресс означает состояние, приобрета-

емое группой в процессе эволюции, которое даёт возможность части

её представителей выжить и расселиться в среде обитания с более

разнообразными и сложными условиями. Такое становится возмож-

ным благодаря появлению существенных изменений в строении, фи-

зиологии и поведении организмов, расширяющих их приспособитель-

ные возможности за рамки обычных для предковой группы.

Из трёх главных сред обитания наземная представляется наибо-

лее сложной

. Соответственно выход животных на сушу в группе по-

звоночных был связан с рядом радикальных преобразований конеч-

ностей, дыхательной и сердечно-сосудистой систем, процесса раз-

множения.

Появление среди земных обитателей человека соответствует ка-

чественно новому состоянию жизни. Переход к этому состоянию, хотя

и был подготовлен ходом эволюционного процесса, означает смену

законов

, которым следует развитие человечества, с биологических на

социальные. Вследствие названной смены выживание и неуклонный

рост численности людей, их расселение по территории планеты, про-

никновение в глубины океана, недра Земли, воздушное и даже кос-

118

мическое пространство определяются результатами труда и интел-

лектуальной деятельности, накоплением и приумножением в ряду по-

колений опыта преобразующих воздействий на природную среду. Эти

воздействия превращают природу в очеловеченную среду жизни лю-

дей.

Ряд последовательных крупных эволюционных изменений, таких

как эукариотический тип организации клеток, многоклеточность, воз-

никновение хордовых, позвоночных и, наконец,

млекопитающих жи-

вотных, что обусловило в итоге появление человека, составляет в ис-

торическом развитии жизни линию неограниченного прогресса. Об-

ращение к трём формам прогресса, названным выше, помогает рас-

крыть главные стратегические принципы эволюции жизни, от кото-

рых зависят её сохранение во времени и распространение по разным

средам обитания:

1) эволюция по

своим результатам на любом из этапов носит

приспособительный характер;

2) в процессе исторического развития закономерно повышается

уровень организации живых форм, что соответствует прогрессивному

характеру эволюции.

Чем выше уровень морфофизиологической организации, тем

большее количество энергии требуется для её поддержания. В силу

этого ещё один стратегический принцип эволюции заключается в

освоении новых источников

и эффективных механизмов энергообес-

печения жизненных процессов.

Для образования высокоорганизованных форм в сравнении с низ-

коорганизованными в целом необходим большой объём наследствен-

ной информации. Закономерное увеличение объёма используемой в

жизнедеятельности генетической информации также является страте-

гическим принципом развития жизни.

9. Эволюция живых организмов

Свой «отсчёт» эволюция живых организмов ведёт с эпохи само-

произвольного зарождения жизни, отстоящей от нас приблизительно

на 3 млрд. лет. Первые прототипы растений и животных были микро-

скопическими и одноклеточными существами, представлявшими од-

нородную живую массу. Затем, по мнению В.И. Вернадского, насту-

пил период, когда рост живой массы повлёк за

собой её «растекание»

по земной поверхности. Процессы растекания живой массы сопро-

вождались, по-видимому, двумя главными тенденциями:

1) живая масса воздействовала на геохимические процессы, во-

влекая в биологический круговорот сушу, воду и воздух;

2) взаимодействие живых организмов способствовало усложне-

нию, размножению и разнообразию. По мере интенсификации жизни

119

одноклеточные образования трансформируются в многоклеточные

организмы. Их тела состоят из отдельных клеток или групп клеток

различной формы и назначения. Многоклеточные колонии живых

существ эволюционируют, прогрессируя, размножаясь и достигая не-

вероятного разнообразия земной флоры и фауны. Разнообразные ви-

ды многоклеточных организмов сменяют друг друга при переходе от

одной эволюционной эпохи к другой

. Тенденции видообразования

(появления новых видов живых организмов) становятся заметными

особенно тогда, когда живые организмы переходят из водной среды

на сушу, распространяются в воздушной среде. Развитие биологи-

ческих видов от беспозвоночных к позвоночным, от земноводных к

пресмыкающимся, от рептилий к многообразию видов зверей и птиц и

далее, вплоть до приматов включая

человекообразных и человека,

такова схема эволюции эпох.

Теория эволюции занимает особое место в философских раз-

мышлениях на тему жизни, её зарождения и развития. Она образует

научный фундамент всего комплекса дисциплин о живой природе и

человеке. Эволюция подразумевает всеобщие процессы изменения

живых организмов с присущими им свойствами упорядоченного и

последовательного развития

от простейших форм их организации и

поведения к более сложным формам. Хотя задолго до Дарвина пред-

принимались попытки объяснить сходство структурных и функцио-

нальных особенностей живых организмов, только ему в работе «Про-

исхождение видов» удалось дать целостное научное обоснование эво-

люции. Дальнейшие разработки теории эволюции обогатились много-

численными наблюдениями и

экспериментами и превратились сего-

дня в разветвленную систему биологических знаний. Сердцевину со-

временных представлений об эволюции образуют междисциплинар-

ные исследования: данные генетики, палеонтологии, молекулярной

биологии, экологии и этнологии.

Интегральный механизм эволюционных процессов заключается в

действии естественного отбора. Наблюдения показывают, что мно-

гим организмам не удается выжить и оставить потомство. Непре-

рывная конкуренция между организмами за овладение факторами

внешней среды порождает борьбу за существование. Конкуренция

может быть внутри одного вида (внутривидовая) и между пред-

ставителями разных видов (межвидовая). Биологические виды пре-

терпевают изменения в ходе эволюции. При этом каждое последую-

щее поколение наследует признаки предшествующего, представляя

его определённые модификации. Современные организмы связаны

со

своими предками длинной цепью промежуточных модификаций или

изменений. Изменения вида могут затрагивать код наследственной

информации, и тогда они называются «мутациями». Мутации служат

источниками новых признаков и свойств, передаваемых по наслед-

120

ству. Поэтому мутации представляют генетический материал для

эволюционного процесса. Мутационные изменения генетического ма-

териала протекают стихийно не направленно. Одни и те же мутации

могут появляться повторно, а закрепившись однажды, передаются по-

томкам. Наследственные признаки одних организмов по сравнению с

другими могут в большей или меньшей степени способствовать их

выживанию, достижению зрелости

и размножению. Ошибки кодиро-

вания при наследовании признаков приводят как к позитивным мута-

циям, повышающим приспособительную активность организма, так и

к негативным мутациям, снижающим его потенции к выживанию. В

результате действия естественного отбора выживают и размножают-

ся организмы, лучше приспособленные к данной среде по своему

строению, физиологии и поведению.

Естественный

отбор выполняет две основные функции:

1) сохранение организмов, обладающих наибольшими возможно-

стями для выживания данного вида, адаптивные качества этой функ-

ции защищают наследственный материал от влияния негативных му-

таций;

2) благоприятствование формированию тех новых генов и генных

комбинаций, которые повышают уровень организации и приспособля-

емость видов; эта функция расширяет адаптивные возможности

ви-

дов.

Сущность изменчивости, наследственности и эволюции теперь

объясняются с помощью данных популяционной генетики. Если в

классической дарвиновской теории эволюции за единицу анализа

принималась особь – отдельный живой организм, то в современной

теории эволюции за единицу анализа принимают популяцию.

Популяция – это группа организмов, принадлежащих к одному и

тому же виду и

занимающих обычно чётко ограниченную географиче-

скую область. Генетические или наследственные признаки организмов

и обуславливают изменчивость в популяциях.

Фенотипические признаки, или фенотип, есть совокупность всех

свойств организма, формирующихся в процессе взаимодействия его

генетических признаков и внешней среды. Фенотипы, приспособлен-

ные к условиям данной среды, сохраняются естественным отбором,

тогда как не адаптировавшиеся

фенотипы подавляются и, в конце

концов, устраняются в ходе эволюции. Естественный отбор, влияя на

выживание организмов с данным фенотипом, тем самым воздействует

и на их генетические признаки. Однако лишь совокупная генетическая

активность популяции в целом обуславливает выживание данного ви-

да, а также способствует образованию новых видов.

Помимо данных популяционной генетики

материалы, подтвер-

ждающие ход эволюции и действие естественного отбора, берутся из

других источников – палеонтологии, биогеографии, биологических