Естествознание
10 класс

§ 77. Принципы эволюции живых организмов

Эволюция... основное условие, которому
должны отныне подчиняться и удовлетворять
все теории, гипотезы, системы, если они хотят
быть разумными и истинными...
П. Тейар де Шарден

Как развивались эволюционные идеи до Дарвина? В чем состоит суть учения Ч. Дарвина? Какие существуют доказательства эволюции живых существ? Как исследуют эволюционный процесс?

Урок-лекция

Процессы становления и развития жизни на Земле невозможно понять без знания основных принципов эволюции живых организмов. Значение этих концепций выходит далеко за рамки одной науки — биологии. Широкое внедрение представлений об эволюции органического мира в XIX в., наряду с открытием законов термодинамики, послужило мощным толчком для перехода от механистической картины мира к эволюционной, к развитию идеи глобального эволюционизма.

ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДО ДАРВИНА. Идеи единства и развития живой природы прослеживаются уже в трудах древних мыслителей Индии, Китая, Месопотамии, Египта и Греции. Эти идеи получили второе рождение по окончании Средневековья в эпоху Возрождения и особенно распространились в XVII—XVIII вв. и первой половине XIX в., когда происходило интенсивное накопление натуралистами фактического материала, развивались сравнительная анатомия, биогеография, палеонтология. Идеи эволюционизма высказывались многими учеными, но они еще не сложились в цельное учение об эволюции.

Джордж Ричмонд. Ч. Дарвин

Доминирующие же взгляды в то время опирались на два тезиса: природа абсолютно неизменна и всякий организм изначально целесообразен (иными словами, кошки сотворены для поедания мышей, а мыши — для того, чтобы быть съеденными кошками). Принятие этих тезисов с неизбежностью приводит к признанию «творца всего сущего». Отсюда и название всех течений такого рода — креационизм (от лат. сотворение). Выразителем подобных идей был и «отец систематики» Карл Линней, который считал, что «видов столько, сколько различных форм сотворила предвечная сущность».

Честь создания первого эволюционного учения принадлежит Жану-Батисту Ламарку (1744—1829). По его мнению, эволюция — результат внутреннего стремления организмов к совершенству, которое заложено Творцом. Виды же, согласно Ламарку, образуются путем приспособления к внешним условиям. Эти приспособления всегда целесообразны и наследуемы. Например, длинные ноги болотных птиц Ламарк объяснял их стремлением не окунать тело в воду. Птицы прикладывали усилия для удлинения ног и в результате длительной привычки («упражнения органов», по Ламарку) их ноги от поколения к поколению постепенно удлинялись. Фактического подтверждения эти взгляды не имели, и представления Ламарка об эволюции не получили широкого распространения среди современников.

КЛАССИЧЕСКИЙ ДАРВИНИЗМ. Основная заслуга Чарлза Дарвина заключается в том, что он впервые вскрыл механизм эволюции, объяснив процесс образования новых видов.

Дарвин обратил внимание на то, что каждый вид потенциально способен производить намного больше особей, чем доживает до взрослого состояния (вспомним материал § 34). Выживает только небольшая часть, остальные же гибнут в борьбе за существование. Это первый важный вывод. Далее Дарвин отметил известный факт, что среди всех растительных и животных организмов наблюдают изменчивость признаков, даже в потомстве одной пары родителей нет совершенно одинаковых особей.

Изменчивость может быть наследственной и ненаследственной. Только первая имеет значение для эволюции. По современным представлениям в этом случае изменения затрагивают генотип особи, а потому признак может передаваться потомству. Ненаследственная же изменчивость — это один из вариантов проявления признака в пределах одного генотипа. Например, при абсолютно одинаковом генотипе растения могут образовывать широкие листья, если они развиваются в тени, или же узкие — при хорошей освещенности.

Сопоставив изменчивость и борьбу за существование, Дарвин сделал важнейший вывод: в природе идет избирательное уничтожение одних особей и размножение других. Это и есть естественный отбор. В борьбе за существование даже ничтожные отличия могут давать особи преимущества. Такие особи выживают и размножаются, причем тот признак, который дал им преимущество в борьбе за существование, наследуется их потомками. В результате число особей, обладающих признаком, благоприятным в конкретных условиях, становится все больше и больше, и они на определенной территории полностью вытесняют остальных особей этого вида. Формируется группа особей, обладающих новым приспособлением — адаптацией к существованию в данных условиях, а на ее основе может в дальнейшем появиться новый вид.

Следует помнить, что приспособление никогда не бывает окончательным и универсальным. Например, белая окраска зайца-беляка выручает его зимой, но весной и осенью, наоборот, выдает хищнику. В процессе эволюции происходит «шлифовка» адаптаций, их все более точная подгонка под определенные условия существования. Но и условия эти непостоянны, и их изменение дает толчок для закрепления отбором новых признаков. Поэтому процесс эволюции не останавливается, свидетельством чему служит то многообразие живых существ, которые населяли и ныне населяют нашу планету.

Одно из доказательств реальности существования отбора Дарвин усматривал в происхождении пород домашних животных и сортов растений. При их выведении человек сознательно или бессознательно оставлял для размножения особи, у которых в наибольшей степени был выражен полезный признак. Иными словами, он проводил искусственный отбор, в результате которого и были выведены породы и сорта с полезными для человека свойствами. Эти свойства для самих растений или животных могут быть вредными. При естественном же отборе отбираются только те признаки, которые повышают шанс оставить потомство.

Суть эволюционной теории Дарвина заключается в том, что исходный материал для эволюции поставляет наследственная изменчивость, а естественный отбор выбраковывает менее приспособленные к данным условиям обитания варианты и оставляет наиболее приспособленные. Следовательно, отбору принадлежит движущая роль в процессе эволюции.

ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ЭВОЛЮЦИИ И МЕТОДЫ ЕЕ ИЗУЧЕНИЯ. Мы уже неоднократно подчеркивали, что молекулярная организация живого едина. Способы хранения, передачи и реализации генетической информации, механизмы пластического и энергетического обмена, фотосинтез, ферменты, обеспечивающие эти процессы, сходны у всех групп живых организмов, что свидетельствует о единстве происхождения жизни.

Палеонтология, наука об ископаемых организмах, фактически непосредственно исследует процесс эволюции. Изучая распределения остатков живых организмов (окаменелостей, отпечатков, мумий) в горных породах, можно получить объективную информацию о жизни в далекие геологические времена. Прослеживается отчетливая закономерность: уровень организации живых существ усложняется по мере перехода от древних земных слоев к новым.

Анализируя ископаемые организмы из следующих друг за другом слоев, можно получить истинную последовательность возникновения и изменения форм в эволюции (рис. 97).

Рис. 97. Последовательность изменения ископаемых форм моллюска рода Гираулюс

Биогеография, наука, изучающая закономерности распространения и распределения живых существ на Земле, позволяет анализировать ход эволюционного процесса в разных масштабах. Зная время обособления тех или иных участков суши, морей и островов, можно сопоставить изменения флоры и фауны, которые произошли в разделенных преградой районах. Например, фауна Северной Евразии и Северной Америки сходна, поскольку еще относительно недавно оба континента соединялись Берингийским мостом, и разъединивший их Берингов пролив появился всего лишь около 1 млн лет назад. Иное дело — Австралия, которая более 120 млн лет не соединялась с другими материками. За это время здесь самостоятельно развилась фауна сумчатых и яйцекладущих млекопитающих.

Морфология позволяет путем изучения сходства в строении организмов выявить родство сравниваемых форм. Например, различные по внешнему виду и функциям конечности млекопитающих состоят из сходных элементов: лопатки, костей плеча, предплечья, запястья, пясти и фаланг пальцев. Сопоставление сходных органов родственных групп позволяет определить последовательность эволюционных преобразований.

Так в ряду тапир — лошадь прослеживается редукция числа пальцев, что связано со сменой местообитания и образа жизни животных (рис. 98). Тапир обитает во влажных тропических лесах, а лошадь держится на открытых пространствах. Для быстрого бега, что служит залогом спасения от хищников на открытой местности, наиболее выгодна опора на один палец, так как обеспечивает быстрое отталкивание.

Рис. 98. Сравнительно-анатомический ряд передних конечностей

Доказательством эволюции служат и обнаруживаемые у живых организмов рудиментарные органы. У китообразных, например, в скелете сохраняются небольшие тазовые косточки, что подтверждает факт их происхождения от наземных млекопитающих с развитыми задними конечностями. У человека примером рудиментарных образований могут служить ушные мышцы, аппендикс, зубы мудрости. Иногда наблюдаются случаи возврата к признакам предков — атавизмы. У человека атавизмами являются хвост, мощный волосяной покров на поверхности тела и др.

Эмбриология располагает целым арсеналом методов для изучения эволюционного процесса. Сравнительный анализ ранних этапов онтогенеза позвоночных показал, что эмбрионы рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих вначале очень сходны, затем появляются признаки, характерные для рыб и амфибий, еще позже — особенности рептилий, птиц и млекопитающих (рис. 99). Таким образом, в ходе развития зародыша повторяются определенные черты развития предковых форм, притом на ранних этапах это признаки далеких предков (менее родственные формы), а на поздних — близких.

Рис. 99. Сравнение зародышей позвоночных на разных стадиях развития

Один из широко распространенных методов молекулярной биологии основывается на анализе замен нуклеотидов в определенном участке генома. Для анализа родства между организмами сравнивают одинаковые участки их ДНК. Чем больше различий в последовательности нуклеотидов, тем дальше отстоят друг от друга сравниваемые организмы. Полученные данные обрабатывают при помощи специальных компьютерных программ, которые позволяют реконструировать пути эволюции исследуемой группы живых существ.

Многочисленные данные однозначно свидетельствуют о единстве происхождения всех населяющих Землю живых существ и подтверждают факт их эволюции. Использование методов палеонтологии, биогеографии, морфологии, эмбриологии и молекулярной биологии позволяет определить родственные связи между живыми организмами и исследовать особенности протекания эволюционного процесса

  • Какая форма изменчивости наиболее важна для эволюции?
  • Объясните механизм действия естественного отбора?
  • Какие факты говорят в пользу единства органического мира?
  • Какими группами доказательств эволюции располагает современная наука?
  • чем отличие естественного отбора от искусственного?

Рейтинг@Mail.ru