Эволюционная теория Ч. Дарвина

Считается, что создание эволюционной теории началось в 1831 г., когда молодой англичанин Чарльз Дарвин отправился в кругосветное плавание. Через пять лет он привез оттуда огромное количество материалов, подтверждающих его убежденность в том, что все виды живого изменчивы, и современное состояние растительного и животного царств является результатом постепенного, длительного и сложного процесса развития органического мира. В течение двадцати лет он работал над доказательством своей гипотезы эволюции органического мира, не публикуя никаких результатов своей работы.

Доказательства в пользу эволюционной теории также искал и Альфред Уоллес, который в одной из своих работ предположил, что виды могут изменяться. На формирование его взглядов оказало большое влияние прочтение книги английского ученого Томаса Мальтуса «Опыт закона о народонаселении». Именно Мальтус выдвинул предположение, что каждая популяция стремится к максимальному размножению, которое идет в геометрической прогрессии, но естественным препятствием такому безудержному размножению является недостаток средств существования, которые даже у человека увеличиваются лишь в арифметической прогрессии. Таким образом, природа контролирует численность популяций, приводя к гибели лишних особей. Важнейшей догадкой Уоллеса по прочтении этой книги стала идея о выживании не случайных особей из популяции, а наиболее приспособленных к условиям своего существования.

Идея о постепенном и непрерывном изменении всех видов растений и животных высказы-валась многими учеными задолго до Дарвина, в частности, Ламарком и Эразмом Дарвином (дедом Чарльза Дарвина). Поэтому само понятие эволюции – процесса длительных, постепенных, медленных изменений, в конечном итоге приводящих к коренным, качественным изменениям – возникновению новых организмов, структур, форм и видов, проникло в науку еще в конце XVIII в. Заслугой Дарвина и Уоллеса стало открытие механизма появления новых живых существ без участия Бога. Так было сформулировано учение о естественном отборе.

Опираясь на огромный фактический материал и практику селекционной работы по выведению новых сортов растений и пород животных, Дарвин пришел к выводу, что в природе любой вид животных и растений стремится к размножению в геометрической прогрессии. В то же время число взрослых особей каждого вида остается относительно постоянным. Так, самка трески мечет семь миллионов икринок, из которых выживает лишь 2%. Следовательно, в природе происходит борьба за существование, в результате которой накапливаются признаки,
полезные для организма и вида в целом, а также образуются новые виды и разновидности. Остальные организмы гибнут в неблагоприятных условиях среды. Таким образом, борьба за существование – это совокупность многообразных, сложных взаимоотношений, существующих между организмами и условиями среды. Она бывает трех видов:

? межвидовая – в ней успех одного вида означает неудачу другого;

? внутривидовая – наиболее острая форма борьбы, выражающаяся в противоборстве особей одного вида в процессе удовлетворения одинаковых потребностей;

? борьба с неблагоприятными условиями окружающей среды.

В борьбе за существование выживают и оставляют потомство индивидуумы и особи, обладающие таким комплексом признаков и свойств, который позволяет наиболее успешно конкурировать с другими особями. Таким образом, в природе происходит процесс избирательного уничтожения одних особей и преимущественного размножения других – естественный отбор, или выживание наиболее приспособленных.

При изменении условий внешней среды полезными для выживания могут оказываться каждый раз новые признаки. В результате меняется направление отбора, перестраивается структура вида, благодаря размножению широко распространяются новые признаки – появляется новый вид. Полезные признаки сохраняются и передаются последующим поколениям, так как в живой природе действует фактор наследственности, обеспечивающий устойчивость видов.

Однако в природе нельзя обнаружить два одинаковых, совершенно тождественных организма. Все многообразие живой природы является результатом процесса изменчивости, то есть превращений организмов под влиянием внешней среды.

Дарвин считал, что появление новых видов связано с длительным процессом накопления полезных индивидуальных изменений, увеличивающихся из поколения в поколение. Это связано с тем, что жизненные ресурсы, такие как пища, места для размножения и т.д., всегда ограничены. Поэтому самая ожесточенная борьба за существование происходит между наиболее схожими особями. Напротив, между различающимися в пределах одного вида особями одинаковых потребностей меньше, а конкуренция слабее. По этой причине несхожие особи имеют преимущество в оставлении потомства. С каждым поколением различия становятся все более выраженными, а промежуточные формы, сходные между собой, вымирают. Так, из одного вида образуется несколько новых видов. Явление расхождения признаков, ведущее к видообразованию, Дарвин назвал дивергенцией. Нарастающая дивергенция ранее сходных форм способствует постепенному увеличению многообразия живого путем превращения внутривидовых форм в виды, видов – в роды и т.д.

Дарвин различает два типа изменчивости:

? индивидуальную, или неопределенную изменчивость – она передается по наследству, позже эту изменчивость назовут мутацией;

? определенную, или групповую изменчивость – она затрагивает те группы организмов, которые оказываются под воздействием определенных факторов внешней среды; позже эту изменчивость назовут модификацией.

Таким образом, с точки зрения теории эволюции все многообразие живой природы является результатом действия трех взаимосвязанных факторов: наследственности, изменчивости и естественного отбора. Эти выводы основаны на трех основных принципах данной теории:

? в любой популяции или виде живых организмов наблюдается изменчивость составляющих его особей;

? некоторые из этих изменений унаследованы от родительских особей, получены от рождения, а другие являются результатом приспособления к окружающей среде, приобретены в течение жизни;

? рождается, как правило, значительно большее число организмов, чем доживает до размножения: многие гибнут на стадии семян, зародышей, птенцов, личинок. Выживают лишь те организмы, которые получили по наследству полезный в данных условиях жизни признак.

Таким образом, Дарвин последовательно решил проблему определения органической эволюции в целом, объяснил целесообразность строения живых организмов как результат естественного отбора, а не как их стремление к самосовершенствованию, как говорил Ламарк. Также он показал, что эта целесообразность носит всегда относительный характер, так как любое приспособление оказывается полезным только в конкретных условиях существования. Этим он нанес серьезный удар по идеям телеологизма в естествознании.

Кроме того, Дарвин подчеркивал, что элементарной единицей эволюции является не отдельная особь, как у Ламарка, а группа таких особей – вид. Иными словами, под действие естественного отбора могут подпасть как отдельные особи, так и целые группы. Тогда отбор сохраняет признаки и свойства, невыгодные для отдельной особи, но полезные для группы особей или вида в целом. Примером такого приспособления служит жало пчелы – ужалившая пчела оставляет жало в теле врага и погибает, но гибель особи способствует сохранению пчелиной семьи. Такой подход привел к появлению популяционного мышления в биологии, являющегося основой современных представлений об эволюции.

Наряду с несомненными достоинствами в теории Дарвина были и существенные недостатки. Слабое место в теории Дарвина – представления о наследственности, которые подвергались серьезной критике его противниками. Действительно, если эволюция связана со случайным появлением изменений и наследственной передачей приобретенных признаков потомству, то каким образом они могут сохраниться и даже усилиться в дальнейшем? Ведь в результате скрещивания особей, обладающих полезными признаками, с другими особями, которые ими не обладают, они передадут эти признаки в ослабленном виде. В конце концов, в течение ряда поколений эти случайно возникшие изменения должны будут ослабнуть, а затем и вовсе исчезнуть. Так, стакан молока растворится в бочке воды почти без следа. Этот вывод был получен с помощью элементарных арифметических подсчетов британским инженером и физиком
Ф. Дженкиным в 1867 г. Сам Дарвин был вынужден признать эти доводы убедительными, при тогдашних представлениях о наследственности их было невозможно опровергнуть. Вот почему в последние годы жизни он стал все больше подчеркивать воздействие на процесс эволюции направленных изменений, происходящих под влиянием определенных факторов внешней среды.

Дальнейшее развитие эволюционной теории

С появлением теории Дарвина завершились длительные поиски естествоиспытателей, пытавшихся найти объяснение многим чертам сходства, наблюдаемым у организмов, относящихся к разным видам. Дарвин объяснил это сходство родством и показал, как идет образование новых видов, как происходит эволюция – направленный процесс, связанный с выработкой приспособле-ний по мере прогрессивного усложнения строения и функций животных и растений.

С возникновением дарвинизма на первый план биологических исследований выдвинулось несколько задач:

? сбор доказательств самого факта эволюции;

? накопление данных об адаптивном характере эволюции;

? экспериментальное изучение взаимодействия наследственной изменчивости, борьбы за существование и естественного отбора как движущей силы эволюции;

? изучение закономерностей видообразования и макроэволюции.

Комплекс доказательств теории эволюции. Сведения, подтверждающие дарвиновскую теорию эволюции, были получены из самых разных наук, среди которых важнейшее место занимают палеонтология, биогеография, систематика, селекция растений и животных, морфология, сравнительная эмбриология и сравнительная биохимия.

Палеонтология – это наука, котораязанимается изучением ископаемых останков, то есть любых сохранившихся в земной коре следов прежде живших организмов: целых организмов, твердых скелетных структур, окаменелостей, отпечатков.

В XIX веке эти находки были истолкованы с точки зрения теории эволюции. Дело в том, что в самых древних породах встречаются следы очень немногих простых организмов. В молодых породах находят разнообразные организмы, имеющие более сложное строение. Кроме того, достаточно много примеров существования видов лишь на одном из этапов геологической истории Земли, после чего они исчезают. Это понимается как возникновение и вымирание видов с течением времени.

Постепенно ученые стали находить следы все большего количества «недостающих звеньев» в эволюции жизни – либо в виде окаменелостей (например, археоптерикс – переходная форма между рептилией и птицей), либо в виде ныне живущих организмов, близких по своему строению к ископаемым формам (например, латимерия, относящаяся к давно вымершим кистеперым рыбам). Конечно, ученым удалось найти далеко не все переходные формы, поэтому палеонтоло-гическая летопись нашей планеты не является непрерывной, и этим аргументом пользуются противники эволюционной теории. Тем не менее, ученые находят убедительные объяснения этого факта. В частности, считается, что далеко не все умершие организмы оказываются в условиях, благоприятных для их сохранения. Большая часть погибших особей съедается падальщиками, разлагается, не оставляя никаких следов, возвращается в круговорот веществ в природе.

Палеонтологам удалось открыть некоторые закономерности эволюции. В частности, с ростом сложности организма продолжительность существования вида сокращается, а темпы эволюции возрастают. Так, виды птиц в среднем существуют 2 млн лет, млекопитающие – 800 тыс. лет, предки человека – около 200 тыс. лет. Также удалось выяснить, что продолжительность жизни вида зависит от размера его представителей.

Географическое распространение. Все организмы приспособлены к среде своего обитания. Поэтому все виды возникли в каком-то определенном ареале, а оттуда они могли распростра-ниться в области со схожими природными условиями. Степень расселения зависит от того, насколько успешно могут данные организмы обосноваться в новых местах, насколько сложны естественные преграды, стоящие на пути расселения этого вида (океаны, горы, пустыни). Поэтому обычно распространение видов идет лишь в том случае, если подходящие территории расположены близко друг от друга. Так, в далеком прошлом массивы суши располагались ближе друг к другу, чем сейчас, и это способствовало широкому расселению многих видов. Если же в какой-то области нет более развитых видов, то это указывает на раннее отделение этой территории от места первоначального происхождения видов. Именно поэтому в Австралии сохранилось большое число сумчатых, отсутствующих в Европе, Африке и Азии.

Данные факты не объясняют механизма возникновения новых видов, но указывают на то, что разные группы возникали в разное время и в разных областях, что подтверждает теорию эволюции.

Биологическая классификация. Еще К. Линней создал первую таксономическую классифи-кацию, в которую вошли выделенные им единицы-таксоны, находящиеся в отношениях иерархи-ческого соподчинения. Он выделял: вид, род, семейство, отряд, класс, тип и царство. В основу своей классификации Линней положил структурное сходство между организмами, которое можно представить как результат их адаптации к определенным условиям среды на протяжении некоторого периода. Таким образом, эта классификация хорошо вписывается в эволюционную теорию, иллюстрируя процесс эволюции на Земле.

Селекция растений и животных. Помимо естественного отбора существует искусственный отбор, связанный с целенаправленной деятельностью человека по сохранению нужных видов. Этот тип отбора получил название селекции. Именно так, путем селекции, из диких предков были выведены все культурные сорта растений и породы домашних животных. Ссылка на искусственный отбор дала Дарвину возможность провести аналогию с естественным отбором, идущим в природе.

С созданием генетики стало ясно, что в ходе искусственного отбора сохраняются гены, полезные для целей человека, и убираются гены, не устраивающие его.

Сравнительная анатомия. Она занимается сопоставлением групп растений и животных друг с другом. При выявлении общих структурных черт, присущих им, становится ясно, что в своей основе они сходны. Так, у всех цветковых растений есть чашелистики, лепестки, тычинки, рыльце, столбик и завязь, хотя у разных видов они могут иметь разные размеры, окраску, число составляющих их частей и некоторые особенности строения. То же самое можно сказать и о животных.

Сравнительная анатомия выявляет гомологичные органы, построенные по одному плану, занимающие сходное положение и развивающиеся из одних и тех же зачатков. Существование таких органов, как и появление рудиментарных органов, сохраняющихся у организмов, но не выполняющих никакой функции, можно объяснить только теорией эволюции.

Сравнительная эмбриология. Одним из основоположников этой науки стал К. Бэр, который изучал эмбриональное развитие у представителей разных групп позвоночных. При этом он обнаружил поразительное сходство в развитии зародышей всех групп, особенно на ранних этапах их развития.

После этого Э. Геккель высказал мысль о том, что ранние стадии развития зародыша повто-ряют эволюционную историю своей группы. Он сформулировал закон рекапитуляции, по кото-рому онтогенез повторяет филогенез. Иными словами, индивидуальное развитие организма повторяет развитие всего вида. Так, зародыш позвоночных на разных этапах своего развития имеет признаки рыбы, амфибии, рептилии, птицы и млекопитающего. Поэтому на ранних стадиях развития зародыша бывает очень сложно определить, к какому виду он принадлежит. Лишь на поздних этапах эмбрион приобретает сходство со взрослой формой.

Закон рекапитуляции может быть объяснен только наличием общих предков у всех живых организмов, что подтверждает эволюционную теорию.

Сравнительная биохимия. С ее появлением у эволюционной теории появились строго научные доказательства. Именно эта наука показала наличие одинаковых веществ у всех организмов, подтверждающее их очевидное биохимическое родство. Вначале было доказано родство всех белков, а позднее – нуклеиновых кислот.

Иммунные реакции также подтверждают наличие эволюционных связей. Если белки, содержащиеся в сыворотке крови, ввести в кровь животным, у которых этих белков нет, то они действуют как антигены, побуждая организмы животных вырабатывать антитела.