Материал: Концепции современного естествознания. Учебник. Учебное пособие
Эта теория включает анализ микро- и макроэволюции. Под микроэволюцией понимают совокупность эволюционных процессов, протекающих в популяциях и видах и приводящих к изменениям генофондов этих популяций и образованию новых видов. Считается, что микроэволюция проходит на основе мутационной изменчивости под контролем естественного отбора. Мутации служат единственным источником появления качественно новых признаков, а отбор – единственным творческим фактором микроэволюции, направляющим элементарные эволюционные изменения по пути формирования адаптации организмов к изменяющимся условиям внешней среды. На характер процессов микроэволюции оказывают влияние колебания численности популяций, обмен генетической информацией между ними, их изоляция и дрейф генов.
Микроэволюция ведет либо к изменению всего генофонда биологического вида как целого, либо – при изоляции каких-либо популяций – к их обособлению от родительского вида в качестве новых форм (видообразование).
Под макроэволюцией понимают эволюционные преобразования, ведущие к формированию таксонов более высокого ранга, чем вид (родов, семейств, отрядов, классов и т.д.). Макроэволюция не имеет специфических механизмов и осуществляется только посредством процессов микроэволюции, будучи их интегрированным выражением. Накапливаясь, микроэволюционные процессы выражаются внешне в макроэволюционных явлениях, т.е. макроэволюция представляет собой обобщенную картину эволюционных изменений. Поэтому на уровне макроэволюции обнаруживаются общие тенденции, направления и закономерности эволюции живой природы, которые не поддаются наблюдению на уровне микроэволюции.
Основные положения синтетической теории эволюции обычно сводятся к четырем:
Главным фактором эволюции является естественный отбор, интегрирующий и регулирующий действие всех остальных факторов (онтогенетической изменчивости, мутагенеза, гибридизации, миграции, изоляции, пульсации численности и др.).
Эволюция протекает дивергентно, постепенно, посредством отбора случайных мутаций, а новые формы образуются через наследственные изменения.
Эволюционные изменения случайны и ненаправленны; исходным материалом эволюции являются мутации; исходная организация популяции и изменения внешних условий ограничивают и канализируют наследственные изменения в направлении неограниченного прогресса.
Макроэволюция, ведущая к образованию надвидовых групп, осуществляется только посредством процессов микроэволюции, и каких-либо специфических механизмов возникновения новых форм жизни не существует.
В синтетической теории эволюции выделяют такие элементарные явления и факторы, как
популяция – элементарная эволюционная структура;
изменение генотипического состава популяции – элементарное эволюционное явление;
генофонд популяции – элементарный эволюционный материал;
мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естественный отбор – элементарные эволюционные факторы.
Популяция в качестве элементарной структуры эволюции должна быть способной к изменениям с течением времени и реально существовать в природе. Популяция – это совокупность особей данного вида, занимающих территорию внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций.
Элементарным эволюционным явлением считаются наследственные изменения популяций, в результате постоянных спонтанных мутаций представляющих собой гетерогенную смесь различных генотипов. Изменения эти тем отчетливее, чем более интенсивно и длительно воздействие факторов, их вызывающих. В результате происходит изменение генофонда, или генотипического состава популяции. Требованием элементарного эволюционного материала удовлетворяют различного рода мутации, т.е. изменения различных единиц единого кода наследственной информации живых организмов. К ним относятся: генные, хромосомные, геномные мутации, а также изменения в структуре внеядерных ДНК. Поскольку мутации возникают случайно, их результат становится неопределенным. Однако случайное изменение становится необходимым, когда оно оказывается полезным для организма, помогает ему выжить в борьбе за существование. Для того чтобы мутации служили эволюционным материалом, необходима достаточная частота возникновения мутаций, четкость в проявлении мутационных признаков и четко выраженная биологическая значимость этих признаков, генетические различия между природными таксонами. Закрепляясь и повторяясь в ряде поколений, случайные изменения вызывают перестройку в структуре живых организмов и их популяций и таким образом приводят к возникновению новых видов. Популяции, насыщенные мутациями, обладают широкими возможностями для совершенствования существующих и выработки новых приспособлений при изменении среды.
Мутационный процесс, являясь поставщиком элементарного эволюционного материала, является и одним из элементарных эволюционных факторов. Сам по себе этот фактор не способен оказывать направляющее воздействие на эволюционный процесс.
Для этого нужен второй фактор – «популяционные волны», или «волны жизни» (термин, обозначающий количественные колебания в численности популяций под воздействием различных причин – сезонной периодики, климатических и т.д.). Причины этих колебаний могут быть различными. Например, резкое сокращение численности популяции может произойти вследствие истощения кормовых ресурсов. Среди оставшихся в живых немногочисленных особей могут быть редкие генотипы. Если в дальнейшем численность восстановится за счет этих особей, то это приведет к случайному изменению частот генов в генофонде данной популяции. Таким образом, популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала.
В качестве одного из основных факторов эволюции СТЭ признает обособленность (изоляцию) группы организмов. На эту особенность указывал еще Дарвин, который считал, что для образования нового вида определенная группа старого вида должна обособиться, но он не мог объяснить необходимости этого требования с точки зрения наследственности. В настоящее время установлено, что обособление и изоляция определенной группы организмов необходимы для того, чтобы она не могла скрещиваться с другими видами и тем самым передавать им и получать от них генетическую информацию.
Явление изоляции нарушает свободное скрещивание, оно закрепляет возникшие как случайно, так и под действием отбора различия в наборах и численностях генотипов в изолированных частях популяции.
Четвертым элементарным эволюционным фактором является естественный отбор. Генетическая сущность естественного отбора заключается в дифференцированном (неслучайном) сохранении в популяции определенных генотипов и их избирательном участии в передаче генов следующему поколению. В настоящее время представления о естественном отборе дополнились новыми фактами, значительно расширились и углубились. Естественный отбор следует понимать как избирательное выживание и возможность оставления потомства отдельными особями. Биологическое значение особи, давшей потомство, определяется ее вкладом в генофонд популяции. Отбор действует в популяции, его объектами являются фенотипы отдельных особей. Фенотип организма формируется на основе реализации информации генотипа в определенных условиях среды. Таким образом, отбор из поколения в поколение по фенотипам ведет к отбору генотипов, так как потомкам передаются не признаки, а генные комплексы.
Современный неодарвинизм не оперирует широкой абстракцией естественного отбора, а вводит технологичное деление на движущий, дизруптивный и стабилизирующий отбор.
Движущий отбор благоприятствует лишь одному направлению изменчивости и не благоприятствует остальным ее вариантам. Движущий отбор благоприятствует изменению среднего значения признака в измененных условиях среды. Он обусловливает постоянное преобразование приспособлений видов соответственно изменениям условий существования. При длительном изменении внешней среды, преимущественно в жизнедеятельности и размножении, может получиться часть особей вида с некоторыми отклонениями от средней нормы. Особи популяции всегда имеют некоторые отличия по генотипу и фенотипу. Под контролем движущего отбора генофонд популяции изменяется как целое, и не происходит дивергенции дочерних форм. При этом в генофонде накапливаются и распространяются мутации, обеспечивающие изменение фенотипа в данном направлении. В популяции от поколения к поколению происходит изменение признака в определенном направлении.
Например, у некоторых видов животных возникает устойчивость к ядохимикатам. Широко известны случаи, когда у серых крыс и «вредных» насекомых вырабатывалась устойчивость к некоторым ядам. Это объясняется тем, что при воздействии ядов выживают особи, случайно оказавшиеся невосприимчивыми к этим ядам.
Дизруптивный отбор благоприятствует двум или нескольким направлениям изменчивости, но не благоприятствует среднему (промежуточному) состоянию признака. При действии такого отбора обычно возникает несколько отчетливо различающихся фенотипических форм (полиморфизм). Если разные направления дизруптивного отбора обусловлены различиями условий внешней среды в разных частях ареала данного вида, то населяющие их популяции приобретают устойчивые фенотипические и генотипические различия, имеющие важное приспособительное значение. При отсутствии возможности скрещивания между такими популяциями в результате изоляции друг от друга происходит их дальнейшая дивергенция вплоть до обособления в качестве новых видов. Основной результат этого отбора – наличие нескольких, различающихся по какому-либо признаку групп, как бы разрывающих популяцию. Например, на океанических островах, где часты сильные ветры, насекомые с нормальными крыльями сдуваются в океан и погибают, а особи с повышенными аэродинамическими свойствами и с рудиментарными (остаточными, утратившими свое основное значение) крыльями сохраняются.
Стабилизирующий отбор благоприятствует сохранению в популяции оптимального в данных условиях фенотипа, который становится преобладающим. Этот отбор действует против проявления фенотипической изменчивости и наблюдается при длительном сохранении постоянных условий внешней среды. При длительном действии стабилизирующего отбора фенотипы некоторых видов организмов могут оставаться практически неизменными в течение миллионов лет.
Именно благодаря стабилизирующему отбору сохранились такие «живые ископаемые», как реликтовый таракан, мало изменившийся за последние 300–350 млн. лет; кистеперая рыба латимерия, родственники которой были распространены в палеозое; голосеменное растение гинкго, появившееся в юрский период, и т.д. Другой пример – высокая устойчивость размеров и формы растений, опыляемых насекомыми: необходимо, чтобы цветки соответствовали строению и размерам тела насекомых-опылителей, в противном случае цветки не будут образовывать семян.
Следует отметить, что перечисленные типы отбора очень редко встречаются в чистом виде. Как правило, в живой природе наблюдаются сложные, комплексные типы отбора, и необходимы особые усилия, чтобы выделить из них более простые.
В конечном счете, эволюцию можно представить как непрерывный процесс возникновения и развития новых адаптаций (приспособлений) – совокупности физиологических, поведенческих, популяционных и других особенностей биологического вида, обеспечивающих возможность специфического образа жизни особей в определенных условиях внешней среды. Некоторые приспособления имеют частное значение, т.е. действуют в конкретных условиях среды; другие дают возможность выйти некоторой группе особей в новую адаптивную зону (тип местообитаний с определенной совокупностью экологических условий) и ведут к быстрому эволюционному развитию групп особей, к более высокому уровню организации.
Идеи коэволюции. Идеи и понятия биологического эволюционизма давно стали достоянием общей культуры, давно используются в самых различных областях научного знания. Теперь происходит проникновение в культуру такого понятия, как коэволюция.
Коэволюция – это процесс взаимного приспособления видов, это корреляции между воспринимаемой и информируемой системами. В экологии процесс коэволюции рассматривался как «вызов» и «ответ». Анализ результатов развития позволил сделать вывод о наличии двух видов коэволюции: мутуалистической и немутуалистической.
Коэволюция природы и общества – это область исследования как естественных, так и гуманитарных наук, что подтверждается современными концепциями глобального эволюционизма. Коэволюция – это сопряженные, взаимообусловленные изменения системы или частей внутри целого. Будучи биологическим по происхождению, связанным с изучением совместной эволюции различных биологических объектов и уровней их организации, понятие коэволюции ныне оказывается включенным в обсуждение предельно широких вопросов бытия и судеб человечества. Понятия коэволюции и самоорганизации сопряжены между собой, взаимодополняют, но не заменяют друг друга. Самоорганизация имеет дело со структурами, состоянием системы, с переходом системы в новое качество, а коэволюция – с отношениями между системами, с корреляцией эволюционных изменений.
В настоящее время парадигма коэволюции позволяет по-иному представить эволюционные процессы на таких полярных уровнях, как молекулярно-генетический и биосферный. Идея коэволюции дает возможность гораздо более четко и системно осознать изменения, происходящие в понимании регулятивов, определяющих характер человеческой деятельности.
На современном этапе эволюционное учение видит свою главную задачу в том, чтобы на основе углубленного познания механизма эволюционных процессов предсказывать конкретные возможности эволюционного преобразования и, как возможность при необходимости, управлять эволюционным процессом.
Темы докладов и рефератов
Новейшие научные достижения в определении сущности жизни.
Жизнь и Космос.
Теория коэволюции и современные глобальные проблемы.
Глава 20 место человека в природе к вопросу об эволюции и истоках человека
Обычно задают вопрос: если человек является результатом эволюции примат, то почему из существующего разнообразия человекообразных обезьян только человек обрел разум?
Дело в том, что Природа, сотворив человекообразную обезьяну, не участвовала в сотворении разумности человека. Разумным человек стал сам, выделив себя из природной среды, заметив себя в ней и результаты своей деятельности. Следуя за сезонной миграцией животных, догадался содрать шкуру с них в условиях похолодания климата, выгнал из пещер хищников и таким образом обрел жилище. Тем самым человек постепенно сумел исключить из фактора своей эволюции окружающую среду. Оградив себя от ее стихии, он стал изменять ее саму. И наряду с окружающей средой стал одним из факторов эволюции для остального живого на Земле, подчинив его своим потребностям. В этом и заключается феномен появления разума.
Вся история становления сознания человека заключалась в умении им изготавливать орудия для выживания в изменяющихся условиях природной среды и столь же быстро изменяющихся потребностей человека. В этом смысле вначале своей истории мы по своей природе стояли ближе к человеку технологическому (Homo technologicus). Он на основе совершенствования производства орудий труда и технологий, получения средств к существованию и социализации превратился в экономического человека (Homo economicus). Сегодня на пути к информационному человеку (Homo informaticus) мы производим не только предметы потребления, но и информацию, ставшую товаром1.
Решив проблему устойчивого развития2, человек должен перейти в состояние ноосферы и превратиться действительно в Homo sapiens sapiens (человека разумного и современного). Отсюда исторически схема приближения человека к «разумному» должна соответственно вместиться в стадии: Homo technologicus, Homo economicus, Homo informaticus, Homo sapiens sapiens. Тем самым мы, может быть, действительно поторопились отнести себя к разумному человеку, поскольку еще не поняли, кто мы и для чего в этом мире Природы, несмотря на свои громадные технологические и экономические достижения. А поскольку разумность в нашем понимании уже соотносится с необходимостью разумно и в рамках коэволюции сосуществовать с окружающим миром природы, надежда остается, и мы неизбежно станем разумными, подавив в себе животные начала существовать за счет своих «братьев меньших», обезличивая самою природу.
Гениальное животное
Научные представления о развитии человека связаны с эволюционной теорией Ч. Дарвина. Выживание человека в условиях периодических изменений природной среды способствовала социализация. Непреодолимое «отвращение» выдающегося геолога Лайеля к принятию вывода о родстве человека и обезьяны, больше известное, как «синдром Лайеля», наложило свой отпечаток на острую дискуссию о происхождении видов и человека в частности. Но самого вывода о происхождении человека от обезьяны из теории Дарвина не следовало. Человек не произошел от обезьяны, а появился вследствие их эволюции. А это не одно и то же.
Теория эволюции утверждает, что те особи, которые оставляют больше потомков по сравнению с другими, будут генетически более совершенными и представлены в следующих поколениях. Отсюда последние будут схожи с существующими, успешно размножающими организмами. А механизм, с помощью которого осуществляется дифференциальный репродуктивный успех, называется естественным отбором, как избирательное выживание биологических единиц1.
Под эволюцией также понимают реципрокное действие естественного отбора2. Это означает, что если какой-то вид под давлением естественного отбора, обусловленного импатрическим видом, подвергается эволюционному изменению, то это приводит к ухудшению среды обитания второго вида и усилению на него давления отбора и его последующему эволюционному изменению. Так, у животных-жертв способности более эффективно избегать хищников вызывает усиление действия естественного отбора на хищников в способности ловить своих жертв.
В современной антропологии наиболее распространенной является точка зрения, по которой эволюция человеческой линии заняла не свыше 10 млн. лет, а обезьяний предок гоминид имел черты сходства с шимпанзе, был по существу «шимпанзеподобен»... В качестве «модельного предка» человеческой и шимпанзоидной линии некоторые антропологи рассматривают карликового шимпанзе – бонобо – ...из джунглей Экваториальной Африки3.
Сегодня особую близость человека к шимпанзе (Pan troglodytes) продемонстрировала генетика. На основе исследования хромосом генетикам удалось обнаружить, что «исчерченность» хромосом человека и шимпанзе на 95–99% совпадает.
Некоторое расхождение между генетическими и морфологическими данными сегодня объясняют тем, что часть генетической информации, связанной с внешними морфологическими признаками, располагается в так называемых регуляторных генах, отличающихся повышенными темпами эволюции и потому создающих эффект относительно больших различий между биологическими формами.
Кроме того, обнаружено сходство белкового состава организма шимпанзе и человека и, что особенно важно, мозга. Сравнительный анализ 44 белков человека и шимпанзе, который выполнили Кинг и Уилсон, дал возможность не сомневаться в том, что различия между человеком и человекообразными обезьянами составляет всего несколько процентов, а это соответствует уровню подвидов.
Уже на пороге XX в. известный американский генетик Гудмэн на основе разработанной им математической классификации, основанной на генетических данных, создал новую классификацию отряда приматов и пришел к сенсационному выводу, что шимпанзе следует включить в род Homo, то есть считать человеком на уровне подрода. По Гудмэну, род Homo состоит из двух подродов – Homo (pan) и Homo (homo) – иначе говоря, «Человек (шимпанзе)» и «Человек (человек)».
Близость шимпанзе к человеку характеризуется известными признаками. Так, кожные узоры пальцев и ладоней у шимпанзе и гориллы сопоставимы с таковыми узорами человека. Шимпанзе и человек сходны по срокам беременности, процессам старения. Формы сперматозоидов шимпанзе и человека близки. Близка и мимика как средство выражения эмоций. Сегодня также известно о наличии идентичных групп крови у человека, шимпанзе, гориллы и орангутанга: «человеческие» группы О и А отмечены у шимпанзе. А, В и АВ – у орангутанга, А и В – у гориллы. Опыты Труазье в середине XX в. доказали безопасность переливания крови (с учетом группы) от шимпанзе человеку. Возможность же такой процедуры была доказана еще раньше Фриденталем. При этом сходство человекообразных обезьян с человеком отличается высокой степенью специфичности: оно гораздо более выражено, чем сходство человекообразных и низших обезьян.
Рис. 1. Эволюционные связи основных групп современных приматов1
Принято считать, что эволюционные пути человека и шимпанзе разошлись 5–6 млн лет назад, в то время, когда примерно 8 млн лет назад у этих двух родов (или подродов) приматов был общий предок – древняя высокоразвитая человекообразная обезьяна (рис. 1).
Человеческий мозг весит в 2,5 раза больше, чем шимпанзе, хотя число нейронов у него больше всего на 50%. Как показал Чунг-И Ву (эволюционист из Чикагского университета), развитие мозга человека сильно замедлилось, поскольку считается, что чем сложнее мозг, тем медленнее он совершенствуется. Таким образом, дальнейшая эволюция мозга у человека либо должна остановиться, либо на его совершенство уйдет гораздо больше времени, чем на эволюцию от времени разделения ветвей шимпанзе и человека, которое произошло около 6 млн лет назад. Современные данные говорят именно в пользу медленной эволюции мозга, хотя есть и другие точки зрения.