Курс лекций по "Концепции современного естествознания"

   Лекция 6.2 Концепция эволюции в биологии. 

   Принципы эволюции,воспроизводства и развития живых систем. Основные понятия и закономерности эволюционной теории Дарвина.:изменчивость, наследственность, естественный отбор. Основные движущие факторы эволбции. 

   В 1865 году были опубликованы результаты работ по гибридизации сортов гороха, где были открыты важнейшие законы наследственности. Автор этих работ - чешский исследователь Грегор Мендель показал, что признаки организмов определяются дискретными наследственными факторами. Однако эти работы оставались практически неизвестными почти 35 лет - с 1865 по 1900. В 1900 году законы Менделя были переоткрыты независимо сразу тремя учеными - Г. де Фризом в Голландии, К.Корренсом в Германии и Э.Чермаком в Австрии.  
Итак, дискретные наследственные задатки были открыты в 1865 году Менделем. В 1909 датский ученый В. Иогансен назвал их генами (от греч. слова "происхождение"). К настоящему времени установлено, что ген - единица наследственного материала, ответственная за формирование какого-либо элементарного признака, т.е. единица наследственной информации - представляет собой участок молекулы ДНК (или РНК у некоторых вирусов) хромосомы.  
Хромосомы - это структурные элементы ядра клетки, которые состоят из молекулы ДНК и белков, содержат набор генов с заключенной в них наследственной информацией.

Хроомосомная  теория наследственности, разработанная  в 1910-1915 годах в трудах А.Вейсмана, Т.Моргана, А. Стертеванта, Г.Дж. Меллера и др., утверждает, что передача признаков и свойств организма от поколения к поколению (наследственность) осуществляется в основном через хромосомы, в которых расположены гены.

В 1944 году американскими  биохимиками (О.Эвери и др.) было установлено, что носителем свойства наследственности является ДНК. С этого времени  началось быстрое развитие науки, исследующей  основные проявления жизни на молекулярном уровне. Тогда же впервые появился новый термин для обозначения этой науки - молекулярная биология. Молекулярная биология исследует, каким образом и в какой мере рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации, превращение энергии в живых клетках и другие явления обусловлены структурой и свойствами биологически важных молекул (главным образом белков и нуклеиновых кислот). 
 
В 1953 году была расшифрована структура ДНК (Ф.Крик, Д.Уотсон). Расшифровка структуры ДНК показала, что молекула ДНК состоит из двух комплементарных полинуклеотидных цепей, каждая из которых выступает в качестве матрицы для синтеза новых аналогичных цепей. Свойство удвоения ДНК обеспечивает явление наследственности. 
 
Расшифровка структуры ДНК была революцией в молекулярной биологии, которая открыла период важнейших открытий, общее направление которых - выработка представлений о сущности жизни, о природе наследственности, изменчивости, обмена веществ и др.  
В соответствии с молекулярной биологией, белки - это очень сложные макромолекулы, структурными элементами которых являются аминокислоты. Структура белка задается последовательностью образующих его аминокислот. При этом из 100 известных в органической химии аминокислот в образовании белков всех организмов используется только двадцать. До сих пор не ясно, почему именно эти 20 аминокислот синтезируют белки органического мира. Вообще, в любом существе, живущем на Земле, присутствуют 20 аминокислот, 5 оснований, 2 углевода и 1 фосфат 
 

ТЕОРИЯ Ч.ДАРВИНА  
Чарльз Дарвин в своем основном труде "Происхождение видов путем естественного отбора" (1859), обобщив эмпирический материал современной ему биологии и селекционной практики, использовав результаты собственных наблюдений во время путешествий, кругосветного плавания на корабле "Бигль", раскрыл основные факторы эволюции органического мира. В книге "Изменение домашних животных и культурных растений" (т.1-2, 1868) он изложил дополнительный фактический материал к основному труду. В книге "Происхождение человека и половой отбор" (1871) выдвинул гипотезу происхождения человека от обезьяноподобного предка.  
В основе теории Дарвина - свойство организмов повторять в ряду поколений сходные типы обмена веществ и индивидуального развития в целом - свойство наследственности.  
Наследственность вместе с изменчивостью обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежит в основе эволюции живой природы.  
Одно из основных понятий своей теории эволюции - понятие "борьба за существование" - Дарвин употреблял для обозначения отношений между организмами, а также отношений между организмами и абиотическими условиями, приводящих к гибели менее приспособленных и выживанию более приспособленных особей.  
Понятие "борьба за существование" отражает те факты, что каждый вид производит больше особей, чем их доживает до взрослого состояния, и что каждая особь в течение своей жизнедеятельности вступает в множество отношений с биотическими и абиотическими факторами среды.  
Дарвин выделил две основные формы изменчивости:  
- определенную изменчивость - способность всех особей одного и того же вида в определенных условиях внешней среды одинаковым образом реагировать на эти условия (климат, почву);  
- неопределенную изменчивость, характер которой не соответствует изменениям внешних условий.  
В современной терминологии неопределенная изменчивость называется мутацией.  
Мутация - неопределенная изменчивость в отличие от определенной носит наследственный характер. По Дарвину, незначительные изменения в первом поколении усиливаются в последующих. Дарвин подчеркивал, что решающую роль в эволюции играет именно неопределенная изменчивость. Она связана обычно с вредными и нейтральными мутациями, но возможны и такие мутации, которые оказываюся перспективными.  
Неизбежным результатом борьбы за существование и наследственной изменчивости организмов, по Дарвину, является процесс выживания и воспроизведения организмов, наиболее приспособленных к условиям среды, и гибели в ходе эволюции неприспособленных - естественный отбор.  
Механизм естественного отбора в природе действует аналогично селекционерам, т.е. складывает незначительные и неопределенные индивидуальные различия и формирует из них у организмов необходимые приспособления, а также межвидовые различия. Этот механизм выбраковывает ненужные формы и образовывает новые виды.  
Тезис о естественном отборе наряду с принципами борьбы за существование, наследственности и изменчивости - основа дарвиновской теории эволюции.  
Во времена Дарвина наследственность представляли как некое общее свойство организма, присущее ему как целому. В связи с этим шотландский инженер Флеминг Дженкин вошел в историю биологии, выдвинув возражения против теории Дарвина. Он считал, что новые полезные признаки некоторых особей данного вида должны быстро исчезнуть при скрещивании с другими, более многочисленными особями.  
Возражения Дженкина сам Дарвин считал очень серьезным, окрестив "кошмаром Дженкина". Эти возражения были опровергнуты только когда стало ясно, что аппарат наследственности сформирован отдельными структурными и функциональными единицами - генами 
 

  Современные представления об эволюции живого. Синтнтическая теория эволюции. Философские проблемы эволюционной теории.

  Главная идея концепции Дарвина (дарвинизма) состояла в обусловленности эволюции естественным отбором. О механизме  предполагаемого наследования приобретенных  особью благоприятных для жизни ее потомства признаков Дарвин высказывался очень неопределенно. Он полагал, как выяснилось, ошибочно, что существует хорошо отлаженный канал передачи информации от соматических клеток к генеративным посредством гипотетических жидкостных частиц — геммулов. По Дарвину, геммулы выделяются всеми клетками тела и, собираясь вместе, образуют половые элементы. Очевидно, что такие представления невозможно согласовать с хорошо проверенными данными генетики. Следует отметить, что вплоть до начала XX в. генетические результаты не использовались. Законы Менделя, открытые им в 1865 г., не сразу стали достоянием эволюционистов.

  Многое  из теории Дарвина в той или  иной степени позже было подтверждено [56, с. 20]: найденные ископаемые свидетельствуют об изменчивости фауны и флоры с течением времени; установлено большое сходство между разными видами, позволяющее предположить давление на их предков одного и того же механизма естественного отбора; прерывность в фаунах и флорах, связанная с географическими преградами, наводит на мысль о естественных причинах их возникновения и изменения. Беда, однако, состояла в том, что на основе дарвинизма весь комплекс эволюционных явлений не удавалось объяснить. Так, вопреки догме дарвинизма о непрерывной изменчивости в мире живого, там обнаружено много прерывностей: в палеонтологических рядах всегда присутствуют прерывистые сдвиги. Дарвинистам так и не удалось доказать правильность гипотезы о наследовании приобретенных признаков: множество фактов противоречат этому тезису. В силу присущих дарвинизму противоречий его сторонники никогда не испытывали недостатка в оппонентах.

В XIX в. дарвинистам  пытались оппонировать креационис-ты (от лат. сгеаИо — созидание), которые живое считали результатом божественного творения. Креационизм не подтверждается научными данными [53, с. 24]. В мире биологических наук спор, навязываемый креационистами эволюционистам, в наши дни давно считается анахронизмом. Упомянутый спор был бы уместен в случае выступления обеих сторон с научных позиций, исключающих голословные утверждения, но этого как раз и нет.

В отличие от креационистов генетики в критике  дарвинизма исходили из научных воззрений, хорошо обоснованных как лабораторными  данными, так и соответствующими математическими расчетами. С учетом генетических представлений эволюционное учение выступает в новом свете. Многие положения раннего дарвинизма не выдержали огня научной критики, от них пришлось отказаться или же переформулировать. Так появилась синтетическая теория эволюции, развитая в 30-х годах XX в. С.С. Четвериковым, Р.Э. Фишером, Дж.С. Холдейном и др. Новая теория синтезировала две первоначально обособленные концепции — менделизм и дарвинизм. Последующие, особенно второй половины XX в., успехи биологических наук неоднократно вынуждали к уточнению основных положений синтетической теории эволюции. В современном виде эта теория сродни популя-ционно-генетическому подходу [53, с. 27]. Термин «подход» означает «способ интерпретации, истолкования».

Сравнивая популяционно-генетический подход с дарвинизмом, прежде всего следует рассмотреть вопрос их концептуальной направленности: является ли она одной и той же? Является ли популяционно-генетический подход всего лишь уточнением дарвинизма или же теоретические акценты расставляются существенно по-новому? Оказывается, что имеет место второе.

Логика дарвиниста такова: особь -> ее приспособление (адаптация) к биологической и физической среде —> приобретение новых как благоприятных, так и вредных фенотипических признаков —> естественный отбор, уничтожение вредных признаков —> наследование благоприятных признаков. Потомство данной особи возобновляет рассмотренный цикл, начальным звеном которого является адаптация к среде или, что по сути то же самое, борьба за существование, а конечным актом выступает наследование дочерними особями родительских, благоприятных для существования признаков.

Логика сторонника популяционно-генетического подхода  развертывается, в отличие от логики ортодоксального дарвиниста, в другом направлении. Вновь рассматривается цикл жизни, поддерживающий существование популяции, но его начальный и заключительный пункты определяются иначе, чем у дарвинистов: генотип —> фенотип -» адаптация к среде -» естественный отбор —> наследование родительских геномов, заключенных в половых клетках, дочерними особями и последующие повторения указанного цикла. Как видим из табл. 1, логики двух рассматриваемых подходов по интерпретации биологической эволюции существенно разнятся друг от друга, они разнонаправленны.

Табл 1. Логика дарвинистского и популяционно-генетического подходов

Популяционно-генетический подход в научном отношении более зрелый, чем дарвинизм, поэтому именно с его позиций следует рассматривать последний. Целый ряд положений дарвинизма оказываются научно несостоятельными.

Во-первых, неверно, что наследуются приобретенные  признаки, наследуются геномы, т.е. генетическое содержание родительских гамет. Фенотип не определяет генотип, наоборот, генотип обусловливает фенотип. Не исключено, что фенотип в какой-то степени оказывает обратное влияние на генотип. Но даже если это влияние имеет место, то оно касается лишь некоторых фенотипических черт, далеко не всех. Как бы то ни было, о детерминации фенотипом генотипа пока известно очень немногое.

Во-вторых, связь  между наследственностью, или генотипом, и вновь приобретенными приспособительными признаками не является столь однообразно-линейной, как это предполагают дарвинисты. Фенотипические признаки можно разделить на два класса: одни из них жестко определяются генотипом и не зависят от среды, другие лабильны, изменчивы, формируются под влиянием среды. В генотипе есть «жесткая» и «мягкая» компоненты. Вновь приобретенные фенотипические признаки определяются «мягкой» компонентой. Пикантность ситуации состоит в том, что «мягкая» компонента генотипа никогда не закрепляется в наборе каких-то определенных фенотипических призна-

ков, она определяет набор возможных признаков, диапазон которых намного шире тех признаков, которые действительно оказались приобретенными данной особью в ее конкретных условиях жизнеобитания. В силу указанного наследование «мягкой» компоненты генома неправомерно истолковывать как восприятие вполне определенных приобретенных признаков. Если, как бы уступая на секундочку ортодоксальным дарвинистам, признать наследование благоприобретенных признаков, то тем не менее следует отметить, что наследуются не сами признаки, а их возможности. Но наследование самих признаков или же только их возможностей — это далеко не одно и то же.

В-третьих, неправомерно полагать, что естественный отбор  имеет дело исключительно с фенотипическими  признаками и при этом усиливает  те из них, которые непременно благоприятны для существования особей. Вместе с признаками всегда присутствует и генетическая основа, генотип. Отсюда следует, что естественный отбор влияет прежде всего на генный материал. Для многих видов растений и животных, неспособных противостоять давлению среды посредством благоприобретенных признаков, характерна повышенная рождаемость. Элементарным эволюционным событием является отбор не благоприобретенных признаков, а генотипического материала. Под влиянием среды изменяется генофонд популяций, в этом заключается главное содержание естественного отбора. Под давлением среды мир живого вынужден изменяться. Естественный отбор выступает как сложнейший многоэтапный механизм дифференцировки генов, геномов и генотипов.