2015-04-17
2797
Различают неживые и живые системы. Неживыми системами являются системы аксиом и определений, системы счислений, используемые в математике, системы информации и другие.
Живые системы являются категориями биологическими. Живые системы характеризуются рядом особенностей, которые отличают их от неживых систем. Важнейшая особенность живых систем заключается в том, что их жизнь невозможна без притока в них энергии, обмена веществ и обмена информацией. Можно сказать, что они взаимодействуют со средой и по этой причине являются открытыми системами. Далее, для живых систем характерная способность к самовоспроизводству, саморегуляции и самовосстановлению, в основе которого лежит способность к восстановлению повреждений собственного генетического материала.
Живыми системами являются клетки, ткани, органы, системы органов, организмы, популяции организмов, экологические системы, биосфера в целом.
Развитие молекулярной биологии привело к новому пониманию сущности жизни, определению свойств живого и вычленению уровней организации живого.
Методологическим подходом к пониманию сущности жизни в настоящее время является понимание жизни в качестве процесса, конечным результатом которого является самообновление, проявляющееся в самовоспроизведении. Все живое происходит только из живого, а всякая организация, присущая живому, возникает только из другой подобной организации. Следовательно, сущность жизни заключается в её самовоспроизведении, в основе которого лежит координация физических и химических явлений и которое обеспечивается передачей генетической информации от поколений к поколениям. Именно эта информация обеспечивает самовоспроизведение и саморегуляцию живых существ. Поэтому жизнь – это качественно особая форма существования материи, связанная с воспроизведением.
Живое построено из тех же химических элементов, что и неживое (кислород, водород, углерод, азот, сера, фосфор, натрий, калий, кальций и другие элементы). В клетках они находятся в виде органических соединений. Однако организация и форма существования живого имеет специфические особенности, отличающие живое от предметов неживой природы.
В качестве субстрата жизни внимание привлекают нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и белки. Нуклеиновые кислоты – это сложные химические соединения, содержащие углерод, кислород, водород, азот и фосфор. ДНК является генетическим материалом клеток, определяет химическую специфичность генов. Под контролем ДНК идет синтез белков, в котором участвуют РНК.
Белки – это также сложные химические соединения, содержащие углерод, кислород, водород, азот, серу, фосфор. Молекулы белков характеризуются большими размерами, чрезвычайным разнообразием, которое создается аминокислотами, соединенными в полипептидных цепях в разном порядке. Большинство клеточных белков представлено ферментами. Они выступают также в роли структурных компонентов клетки. Каждая клетка содержит сотни разных белков, причем клетки того или иного типа обладают белками, свойственными только им. Поэтому содержимое клеток каждого типа характеризуется определенным белковым составом.
Ни нуклеиновые кислоты, ни белки в отдельности не являются субстратами жизни. В настоящее время считают, что субстратом жизни являются нуклеопротеиды. Они входят в состав ядра и цитоплазмы клеток животных и растений. Из них построены хромосомы и рибосомы. Они обнаружены во всех представителях органического мира – от вирусов до человека. Можно сказать, что нет живых систем, не содержащих нуклеопротеидов. Однако важно подчеркнуть, что нуклеопротеиды являются субстратом жизни лишь тогда, когда они находятся в клетке, функционируют и взаимодействуют там. Вне клеток (после выделения из клеток) они являются обычными химическими соединениями. Следовательно, жизнь есть, главным образом, функция взаимодействия нуклеиновых кислот и белков, а живым является то, что содержит самовоспроизводящуюся молекулярную систему в виде механизма воспроизводства нуклеиновых кислот и белков.
В отличие от живого различают понятие «мертвое», под которым понимают совокупность некогда существовавших организмов, утративших механизм синтеза нуклеиновых кислот и белков, т.е. способность к молекулярному воспроизведению. Например, «мертвым» является известняк, образованный из остатков живших когда-то организмов.
Наконец, следует различать «неживое», т.е. ту часть материи, которая имеет неорганическое (абиотическое) происхождение и ничем не связана в своем образовании и строении с живыми организмами. Например, «неживым» является известняк, образованный из неорганических вулканических известняковых отложений. Неживая материя в отличие от живого не способна поддерживать свою структурную организацию и использовать для этих целей внешнюю энергию.
Обсуждая молекулы, рассматриваемые в качестве субстрата жизни, нельзя не отметить, что они подвергаются непрерывным превращениям во времени и пространстве. Достаточно сказать, что ферменты могут превратить любой субстрат в продукт реакции в исключительно короткое время. Поэтому определение нуклеопротеидов в качестве субстрата жизни означает признание последнего в качестве весьма подвижной системы.
Как живое, так и неживое построены из молекул, которые изначально являются неживыми. Тем не менее, живое резко отделяется от неживого. Причины этого глубокого различия определяются свойствами живого, а молекулы, содержащиеся в живых системах, называются биомолекулами.
Для живого характерен ряд свойств, которые в совокупности «делают» живое живым. Такими свойствами являются самовоспроизведение, специфичность организации, упорядоченность структуры, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой.
Самовоспроизведение (репродукция). Это свойства является важнейшим. Замечательной особенностью является то, что самовоспроизведение тех или иных организмов повторяется в неисчислимых количествах генераций, причем генетическая информация о самовоспроизведении закодирована в молекулах ДНК. Положение «все живое происходит только от живого» означает, что жизнь возникла лишь однажды и что с тех пор начало живому дает только живое. На молекулярном уровне самовоспроизведение происходит на основе матричного синтеза ДНК, которая программирует синтез белков, определяющих специфику организмов. На других уровнях оно характеризуется чрезвычайным разнообразием форм и механизмов, вплоть до образования специализированных половых клеток (мужских и женских). Важнейшее значение самовоспроизведения заключается в том, что оно поддерживает существование видов, определяют специфику биологической формы движения материи.
Специфичность организации. Она характерна для любых организмов, в результате чего они имеют определенную форму и размеры. Единицей организации (структуры и функции) является клетка. В свою очередь клетки специфически организованы в ткани, последние – в органы, а органы – в системы органов. Организмы не «разбросаны» случайно в пространстве. Они специфически организованы в популяции, а популяции специфически организованы в биоценозы. Последние вместе с абиотическими факторами формируют биогеоценозы (экологические системы), являющиеся элементарными единицами биосферы.
Упорядоченность структуры. Для живого характерна не только сложность химических соединений, из которого оно построено, но и упорядоченность их на молекулярном уровне, приводящая к образованию молекулярных и надмолекулярных структур. Создание порядка из беспорядочного движения молекул – это важнейшее свойство живого, проявляющееся на молекулярном уровне. Упорядоченность в пространстве сопровождается упорядоченностью во времени. В отличие от неживых объектов упорядоченность структуры живого происходит за счет внешней среды. При этом в среде уровень упорядоченности снижается.
Целостность (непрерывность) и дискретность (прерывность). Жизнь целостна и в то же время дискретна как в плане структуры, так и функции. Например, субстрат жизни целостен, так как представлен нуклеопротеидами, но в то же время дискретен, так как состоит из нуклеиновой кислоты и белка. Нуклеиновые кислоты и белки являются целостными соединениями, однако тоже дискретны, так как состоят из нуклеотидов и аминокислот. Репликация молекул ДНК является непрерывным процессом, однако она дискретна в пространстве и во времени, так как в ней принимают участие различные генетические структуры и ферменты.
Процесс передачи наследственной информации тоже является непрерывным, но он дискретен, так как состоит из транскрипции и трансляции, которые из-за ряда различий между собой определяют прерывность реализации наследственной информации в пространстве и во времени. Митоз клеток также непрерывен и одновременно прерывен. Любой организм представляет собой целостную систему, но состоит из дискретных единиц – клеток, тканей, органов, систем органов. Органический мир также целостен, поскольку существование одних организмов зависит от других, но в то же время он дискретен – состоит из отдельных организмов.
Рост и развитие. Рост организмов происходит путем прироста массы организма за счет увеличения размеров и числа клеток. Он сопровождается развитием, проявляющемся в дифференцировке клеток, усложнении структуры и функций. В процессе онтогенеза формируются признаки в результате взаимодействия генотипа и среды. Филогенез сопровождается появлением гигантского разнообразия организмов, органической целесообразностью. Процессы роста и развития подвержены генетическому контролю и нейрогуморальной регуляции.
Обмен веществ и энергии. Благодаря этому свойству обеспечивается постоянство внутренней среды организмов и связь организмов с окружающей средой, что является условием для поддержания жизни организмов. Живые клетки получают (поглощают) энергию из внешней среды в форме энергии света. В дальнейшем химическая энергия преобразуется в клетках для выполнения многих работ. В частности, для осуществления химической работы в процессе синтеза структурных компонентов клетки, осмотической работы, обеспечивающей транспорт разных веществ в клетки и вывод из них ненужных веществ, и механической работы, обеспечивающей сокращение мышц и передвижение организмов. У неживых объектов, например в машинах, химическая энергия превращается в механическую, например, в двигателях внутреннего сгорания.
В живых клетках энергия, полученная из внешней среды, накапливается в виде АТФ (аденозинтрифосфата). Теряя концевую фосфатную группы, что имеет место при передаче энергии другим молекулам, АТФ превращается в АДФ (аденозиндифосфат). В свою очередь, получая фосфатную группу (за счет фотосинтеза или химической энергии), АДФ может снова превратиться в АТФ, т.е. стать главным носителем химической энергии. Такие особенности у неживых систем отсутствуют.
Обмен веществ и энергии в клетках ведет к восстановлению (замене) разрушенных структур, к росту и развитию организмов.
Наследственность и изменчивость. Наследственность обеспечивает материальную преемственность между родителями и потомством, между поколениями организмов, что, в свою очередь, обеспечивает непрерывность и устойчивость жизни. Основу материальной преемственности в поколениях и непрерывности жизни составляет передача от родителей к потомству генов, в ДНК которых зашифрована генетическая информация о структуре и свойствах белков. Характерной особенностью генетической информации является её чрезвычайная стабильность.
Изменчивость связана с появлением у организмов признаков, отличных от исходных, и определяется изменениями в генетических структурах. Наследственность и изменчивость создают материал для эволюции организмов.
Раздражимость. Реакция живого на внешние раздражения является проявлением отражения, характерного для живой материи. Факторы, вызывающие реакцию организма или его органа, называют раздражителями. Ими являются свет, температура среды, звук, электрический ток, механические воздействия, пищевые вещества, газы, яды и др.
У организмов, лишенных нервной системы (простейшие и растения), раздражимость проявляется в виде тропизмов, таксисов и настий. У организмов, имеющих нервную систему, раздражимость проявляется в виде рефлекторной деятельности. У животных восприятие внешнего мира осуществляется через первую сигнальную систему, тогда как у человека в процессе исторического развития формировалась ещё и вторая сигнальная система. Благодаря раздражимости организмы уравновешиваются со средой. Избирательно реагируя на факторы среды, организмы «уточняют» свои отношения со средой, в результате чего возникает единство среды и организма.
Движение. Способностью к движению обладают все живые существ. Многие одноклеточные организмы двигаются с помощью особых органоидов. К движению способны и клетки многоклеточных организмов (лейкоциты, блуждающие соединительнотканевые клетки и др.), а также некоторые клеточные органеллы. Совершенство двигательной реакции достигается в мышечном движении многоклеточных животных организмов, которое заключается в сокращении мышц.
Внутренняя регуляция. Процессы, протекающие в клетках, подвержены регуляции. На молекулярном уровне регуляторные механизмы существуют в виде обратных химических реакций, основу которых составляют реакции с участием ферментов, обеспечивающих замкнутость процессов регуляции по схеме синтез – распад – ресинтез. Синтез белков, включая ферменты, регулируется с помощью механизмов репрессии, индукции и позитивного контроля. Напротив, регуляция активности самих ферментов происходит по принципу обратной связи, заключающейся в ингибировании конечным продуктом. Известно также регулирование путем химической модификации ферментов. В регуляции активности клеток принимают участие гормоны, обеспечивающие химическую регуляцию.
Любое повреждение молекул ДНК, вызванное физическими или химическими факторами воздействия, может быть восстановлено с помощью одного или нескольких ферментативных механизмов, что представляет собой саморегуляцию. Она обеспечивается за счет действия контролирующих генов и, в свою очередь, обеспечивает стабильность генетического материала и закодированной в нем генетической информации.
Специфичность взаимоотношений со средой. Организмы живут в условиях определенной среды, которая для них служит источником свободной энергии и строительного материала. В рамках термодинамических понятий каждая живая система (организм) представляет собой «открытую» систему, позволяющую взаимно обмениваться энергией и веществом в среде, в которой существуют другие организмы и действуют абиотические факторы. Следовательно, организмы взаимодействуют не только между собой, но и со средой, из которой они получают все необходимое для жизни. Организмы либо отыскивают среду, либо адаптируются (приспосабливаются) к ней. Формами адаптивных реакций являются физиологический гомеостаз (способность организмов противостоять факторам среды) и гомеостаз развития (способность организмов изменять отдельные реакции при сохранении всех других свойств). Адаптивные реакции определяются нормой реакции, которая генетически детерминирована и имеет свои границы. Между организмами и средой, между живой и неживой природой существует единство, заключающееся в том, что организмы зависят от среды, а среда изменяется в результате жизнедеятельности организмов. Результатом жизнедеятельности организмов является возникновение атмосферы со свободным кислородом и почвенного покрова Земли, образование каменного угля, торфа, нефти и т.д.
Обобщая, можно заключить, что клетки представляют собой открытые изотермические системы, которые способны к самосборке, внутренней регуляции и к самовоспроизведению. В этих системах осуществляется множество реакций синтеза и распада, катализируемых ферментами, синтезируемыми внутри самих клеток.
Свойства, перечисленные выше, присущи только живому. Некоторые из этих свойств обнаруживаются и при исследовании тел неживой природы, однако у последних они характеризуются совершенно другими особенностями. Например, кристаллы в ненасыщенном растворе соли могут «расти». Однако этот рост не имеет тех качественных и количественных характеристик, которые присущи росту живого. Между свойствами, характеризующими живое, существует диалектическое единство, проявляющееся во времени пространстве на протяжении всего органического мира, на всех уровнях организации живого.
5. Уровни организации живого.
В организации живого в основном различают молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционный, видовой, биоценотический и глобальный (биосферный) уровни. Каждый из этих уровней характеризуется особенностями, присущими другим уровням, но каждому уровню присущи собственные специфические особенности.
Молекулярный уровень. Этот уровень является глубинным в организации живого и представлен молекулами нуклеиновых кислот, белков, углеводов, липидов и стероидов, находящихся в клетках, получивших название биологических молекул.
Размеры биологических молекул характеризуются довольно значительным разнообразием. Самыми малыми биологическими молекулами являются нуклеотиды, аминокислоты и сахара. Напротив, белковые молекулы характеризуются большими размерами. Например, диаметр молекулы гемоглобина человека составляет 6,5 нм.
Биологические молекулы синтезируются из низкомолекулярных предшественников, которыми являются окись углерода, вода и атмосферный азот и которые в процессе метаболизма превращаются через промежуточные соединения возрастающей молекулярной массы (строительные блоки) в биологические макромолекулы с большой молекулярной массой. На этом уровне начинаются и осуществляются важнейшие процессы жизнедеятельности (кодирование и передача наследственной информации, дыхание, обмен веществ в энергии, изменчивость и др.).
Физико-химическая специфика этого уровня заключается в том, что в состав живого входит большое количество химических элементов, но основной элементарный состав живого представлен углеродом, кислородом, водородом, азотом. Из групп атомов образуются молекулы, а из последних формируются сложные химические соединения, различающиеся по строению и функциям. Большинство этих соединений в клетках представлено нуклеиновыми кислотами и белками, макромолекулы которых являются полимерами, синтезированными в результате образования мономеров, и соединения последних в определенном порядке. Кроме того, мономеры макромолекул в пределах одного и того же соединения имеют одинаковые химические группировки и соединены с помощью химических связей между атомами их неспецифических частей (участков).
Все макромолекулы универсальны, так как построены по одному плану независимо от их видовой принадлежности. Являясь универсальными, они одновременно и уникальны, ибо их структура неповторима. Например, в состав нуклеотидов ДНК входит по одному азотистому основанию из четырех известных (аденин, гуанин, цитозин и тимин), вследствие чего любой нуклеотид или любая последовательность нуклеотидов в молекулах ДНК неповторимы по своему составу, равно как неповторима и вторичная структура молекулы ДНК. В состав большинства белков входит 100-500 аминокислот, но последовательности аминокислот в молекулах белков неповторимы, что делает их уникальными.
Объединяясь, макромолекулы разных типов образуют надмолекулярные структуры, примерами которых являются нуклеопротеиды, представляющие собой комплексы нуклеиновых кислот и белков, липопротеиды (комплексы липидов и белков), рибосомы (комплексы нуклеиновых кислот и белков). Биологическим макромолекулам присущи непрерывные превращения, которые обеспечиваются химическими реакциями, катализируемыми ферментами. В этих реакциях ферменты превращают субстрат в продукт реакции в течении исключительно короткого времени, которое может составлять несколько миллисекунд или даже микросекунд. Так, например, время раскручивания двухцепочечной спирали ДНК перед её репликацией составляет всего лишь несколько микросекунд.
Биологическая специфика молекулярного уровня определяется функциональной специфичностью биологических молекул. Например, специфичность нуклеиновых кислот заключается в том, что в них закодирована генетическая информация о синтезе белков. Этим свойством не обладают другие биологические молекулы.
Специфичность белков определяется специфической последовательностью аминокислот в их молекулах. Эта последовательность определяет далее специфические биологические свойства белков, так как они являются основными структурными элементами клеток, катализаторами и регуляторами различных процессов, протекающих в клетках. Тогда как стероиды в виде стероидных гормонов имеют значение для регуляции ряда метаболических процессов.
Специфика биологических макромолекул определяется также и тем, что процессы биосинтеза осуществляются в результате одних и тех же этапов метаболизма. Больше того, биосинтезы нуклеиновых кислот, аминокислот и белков протекают по сходной схеме у всех организмов независимо от их видовой принадлежности. На молекулярном уровне происходят многие мутации. Эти мутации изменяют последовательность азотистых оснований в молекулах ДНК.
На молекулярном уровне осуществляется фиксация лучистой энергии и превращение этой энергии в химическую, запасаемую в клетках в углеводах и других химических соединениях, а химической энергии углеводов и других молекул – в биологически доступную энергию, запасаемую в форме макроэнергетических связей АТФ. Наконец, на этом уровне происходит превращение энергии макроэргических фосфатных связей в работу – механическую, электрическую, химическую, осмотическую, механизмы всех метаболических и энергетических процессов универсальны.
Клеточный уровень. Этот уровень организации живого представлен клетками, действующими в качестве самостоятельных организмов (бактерии, простейшие и др.), а также клетками многоклеточных организмов. Главнейшая специфическая черта этого уровня заключается в том, что с него начинается жизнь. Будучи способными к жизни, росту и размножению, клетки являются основной формой организации живой материи, элементарными единицами, из которых построены все живые существа (прокариоты и эукариоты). Между клетками растений и животных нет принципиальных различий по структуре и функциям. Некоторые различия касаются лишь строения их мембран и отдельных органелл. Заметные различия в строении есть между клетками-прокариотами и клетками организмов-эукариотов, но в функциональном плане эти различия нивелируются, ибо везде действует правило «клетка от клетки». Надмолекулярные структуры на этом уровне формируют мембранные системы и органеллы клеток (ядра, митохондрии и др.).
На клеточном уровне происходит разграничение и упорядочение процессов жизнедеятельности в пространстве и во времени, что связано с приуроченностью функций к разным субклеточным структурам.
Мембранные структуры обеспечивают отделение клеток от окружающей среды, а также пространственное разделение в клетках многих биологических молекул. Мембрана клеток обладает высокоизбирательной проницаемостью. Поэтому их физическое состояние позволяет постоянное диффузное движение некоторых из содержащихся в них молекул белков и фосфолипидов. Регулируя обмен между клеткой и средой, мембраны обладают рецепторами, которые воспринимают внешние стимулы. В частности, примерами восприятия внешних стимулов являются восприятие света, движение бактерий к источнику пищи, ответ клеток-мишеней на гормоны, например, на инсулин. Некоторые из мембран одновременно сами генерируют сигналы (химические и электрические). Замечательной особенностью мембран является то, что на них происходит превращение энергии. В частности, на внутренних мембранах хлоропластов происходит фотосинтез, тогда как на внутренних мембранах митохондрии осуществляется окислительное фосфорилирование.
Компоненты мембран находятся в движении. Построенным главным образом из белков и липидов, мембранам присущи различные перестройки, что определяет раздражимость клеток – важнейшее свойство живого.
Тканевый уровень представлен тканями, объединяющими клетки определенного строения, размеров, расположения и сходных функций. Ткани возникли в ходе исторического развития вместе с многоклеточностью. У многоклеточных организмов они образуются в процессе онтогенеза как следствие дифференциации клеток. У животных различают несколько типов тканей (эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная, а также кровь и лимфа). У растений различают меристематическую, защитную, основную и проводящую ткани. На этом уровне происходит специализация клеток.
Органный уровень представлен органами организмов. У простейших пищеварение, дыхание, циркуляция веществ, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счет различных органелл. У более совершенных организмов имеются системы органов. У растений и животных органы формируются за счет разного количества тканей. Для позвоночных характерна цефализация, защищающаяся в сосредоточении важнейших центров и органов чувств в голове.
Организменный уровень. Этот уровень представлен самыми организмами – одноклеточными и многоклеточными организмами растительной и животной природы. Специфическая особенность организменного уровня заключается в том, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетической информации, создание структурных и функциональных особенностей, присущих организмам данного вида. Организмы уникальны в природе, потому что уникален их генетический материал, детерминирующий развитие, функции и взаимоотношение их с окружающей средой.
Популяционный уровень. Растения и животные не существуют изолированно; они объединены в популяции. Создавая надорганизменную систему, популяции характеризуются определенным генофондом и определенным местом обитания. В популяциях начинаются и элементарные эволюционные преобразования, происходит выработка адаптивной формы.
Видовой уровень. Этот уровень определяется видами растений, животных и микроорганизмов, существующими в природе в качестве живых звеньев. Популяционный состав видов чрезвычайно разнообразен. В составе одного вида может быть от одной до многих тысяч популяций, представители которых характеризуются самым разнообразным местообитанием и занимают разные экологические ниши. Виды представляют собой результат эволюции и характеризуются сменяемостью. Ныне существующие виды не похожи на виды, существовавшие в прошлом. Вид является также единицей классификации живых существ.
Биоценотический уровень представлен биоценозами – сообществами организмов разной видовой принадлежности. В таких сообществах организмы разных видов в той или иной мере зависят один от другого. В ходе исторического развития сложились биогеоценозы (экосистемы), которые представляют собой системы, состоящие из взаимозависимых сообществ организмов и абиотических факторов среды. Экосистемами присуще динамическое (подвижное) равновесие между организмами и абиотическими факторами. На этом уровне осуществляются вещественно-энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью организмов.
Биосферный (глобальный) уровень. Этот уровень является высшей формой организации живого (живых систем). Он представлен биосферой. На этом уровне осуществляется объединение всех вещественно-энергетических круговоротов в единый гигантский биосферный круговорот веществ и энергии.
Между разными уровнями организации живого существует диалектическое единство, живое организовано по типу системной организации, основу которой составляет иерархичность систем. Переход от одного уровня к другому связан с сохранением функциональных механизмов, действующих на предшествующих уровнях, и сопровождается появлением структуры и функций новых типов, а также взаимодействия, характеризующегося новыми особенностями, т.е. связан с появлением нового качества.
6. Возникновение жизни на Земле.
Попытки понять мироздание и его начало служили краеугольным камнем человеческого познания. Представления о возникновении жизни претерпели длительную эволюцию. Самые первые попытки осмысления встречаются в мифах, затем появились различные научные теории, которые лишь постепенно получили современную форму.
Древние греки считали, что Космос проходит стадию зарождения и распада, роста и разрушения. В основе концепции Космоса Аристотеля лежит аналогия с тем, как растения и животные возникают, растут, изменяются и умирают.
Грандиозная работа по составлению каталогов животных и растений на протяжении ХУ11-ХУ111 вв. и, возникшая на её основе классификация видов, неразрывно связанная с именем Линнея, свидетельствовали в пользу представления о неизменности видов, по крайней мере, видов крупных животных и растений. Однако у этой концепции было два уязвимых пункта. Первый из них был связан с поведением микроскопических животных, открытых в ХУ11 веке Левенгуком. Они могли самостоятельно двигаться, отличались большим разнообразием и, проявляя все признаки живых существ, казалось бы, не подчинялись общепринятым законам зарождения. Было предположено, что эти существа могут самостоятельно зарождаться или образовываться в результате случайного соединения тех или иных химических веществ. Так возникла концепция спонтанного самозарождения.
Вторая трудность стала очевидной благодаря исследованиям биологов. Оказалось, что ископаемые остатки животных различных видов распределяются по биологическим слоям в определенной закономерной последовательности. Из этой закономерности следовало, что виды постепенно изменяются и развиваются от простых форм к более сложным под влиянием естественного отбора. Ч. Дарвин не только констатировал факт эволюции видов, но и вскрыл механизм – естественный отбор. Возникло представление, что растения, и все виды животных составляют части единого древа жизни. Но жизнь представала как безликая протоплазма с внутренне присущей способностью к росту и размножению. Несмотря на то, что вопрос о возникновении жизни был сформулирован в Х1Х веке, разрешить его в том веке не могли – не было необходимых химических знаний о жизненных функциях.
Опираясь на результаты биохимии, в 1924 году опубликовал книгу «Происхождение жизни» А.И. Опарин. Идеи, высказанные в этой небольшой по объему книге, легли в основу почти всех современных теорий возникновения жизни. Пять лет спустя по существу те же самые положения независимо от Опарина высказал Дж. Холдейн. Обе работы представляют собой попытку использовать новые знания относительно циклов биохимических реакций окисления и брожения, для того, чтобы объяснить возникновение жизни через возникновение её важнейших биохимических свойств в условиях, которые, как предполагалось, существовали на первобытной Земле. При этом особое внимание обращалось на процессы, происходящие в океане, или гидросфере, а также изменения в примитивной атмосфере Земли.
В конце Х1Х века удалось выяснить роль органических молекул, способных во много раз ускорять обычные химические реакции и чрезвычайно специфических в своих действиях. То есть были открыты ферменты, как органические катализаторы. Опарину стало ясно, что возникновение ферментов явилось необходимым звеном процесса зарождения жизни. Опарин попытался устранить противоречия, порожденные успехом опытов Л. Пастера, экспериментально доказавшего невозможность спонтанного самозарождения. Пастер показал, что живое возникает из зародышей, уже присутствующих в среде. Если согласиться с таким выводом, то жизнь следует считать такой же вечной, как сама материя.
Жизнь зародилась на Земле, а Земля единственная среди планет солнечной системы имеет атмосферу, в которой большую роль играет кислород. Однако молекулярный кислород сам является продуктом жизни.
Нынешняя земная жизнь распределяется на две больших категории: животные, дышащие кислородом, растения, способные к фотосинтезу. Животные могут жить в темноте, им необходим для дыхания кислород. Растения не нуждаются в кислороде, они сами образуют его на свету, но растения не способны долго жить и расти в темноте. Было предположено, что растения и животных следует рассматривать как дивергированных в своей специализации потомков общих прародителей, зоофитов. Зоофиты напоминали бактерий, которые способны выполнять одновременно как животные, так и растительные функции, то есть осуществлять фотосинтез и окисление.
Для возникновения жизни кроме кислорода, необходимы были органические вещества. «Начальным звеном этого процесса было абиогенное образование органических веществ на поверхности нашей планеты». (Опарин А.И. Жизнь как форма движения материи. М., 1963. С. 21). Он предположил, что они образовались из метана и аммиака под действием ультрафиолетового излучения Солнца. Идея о возникновении органических веществ, предшествующих зарождению жизни, весьма правдоподобна. Этот процесс из-за сравнительно небольшой доли ультрафиолетовых лучей в изучении Солнца должен быть медленным и малоэффективным. С развитием механизма фотосинтеза жизнь получала гораздо более эффективный способ генерирования энергии. В атмосфере начал появляться кислород, а вместе с ним и озон, который поглощал ультрафиолетовые лучи, ответственные за первые стадии формирования живого вещества. Возник «питательный бульон» жизни, а в нем возникла «коацерватная капля», которые, достигнув определенной величины, приобретали свойство открытых систем, реагирующих со средой.
Опарин высказал предположение о возникновение жизни через образование коллоидов. Он развил идею относительно процесса коацервации – одного из наиболее мощных способов концентрации высокополимерных веществ из их растворов. Он показал, что в таких коллоидных телах могут осуществляться сложные химические реакции. Эти тела, названные позже эобионтами, согласно Опарину, способны постепенно развиваться в систему. Медленный абиогенный способ образования органических веществ сменился биологическим синтезом этих веществ – фотосинтезом. Согласно Опарину, особенность живых организмов состоит только в том, что в них сплелись в крайне сложную комбинацию многочисленных свойств и признаков, по отдельности присущих различным неживым неорганическим телам. Жизнь, по Опарину, характеризуется не какими-либо определенными свойствами, а особенной специфической комбинацией этих свойств. Будучи материалистом, Опарин резко критиковал идеалистическую точку зрения на жизнь. Идеалисты утверждали, что организмам свойственны особые начала нематериального характера, которые по существу и управляют жизненным процессом. «Этим началам давались разные названия: «жизненный порыв» (Г. Бергсон), «аристогенез» (Г. Осборн), «холизма» (Дж. Сметс), «энтелехия» (Г. Дриш), «доминанта» (Рейнке), «финализм» (Э. Рассел), «телефинализм» (Л. де Нюи) и т.д. Однако общей для всех их является их сверхматериальная, не постигаемая опытом природа». (Опарин А.И. Жизнь как форма движения материи. М., 1963. С. 13).
Концепция Холдейна несколько иная. Он писал о возможной роли бактериофагов и других вирусов как связывающего звена между жизнью и преджизнью. Он усмотрел в вирусах некую «полужизнь», способную существовать только в присутствии того широкого набора молекул, который в настоящее время составляет живую клетку.
Холдейн вначале описывает, какие химические превращения происходили на планете Земля после её образования. Он предположил, что атмосфера была бедна кислородом, а ультрафиолетовые лучи не задерживались озоновым слоем. Они достигали поверхности суши и моря. При действии ультрафиолетовых лучей на смесь воды, двуокиси углерода и аммиака возникает множество различных органических соединений, в том числе сахара, некоторые соединения из которых образуют белки. Эти вещества накапливались, и первичный океан, достиг консистенции горячего жидкого бульона. Первые предшественники жизни располагали пищей в больших количествах, у них не было соперников, с которыми им нужно было вести борьбу за существование. Кислорода было немного, и первые организмы начали жизнь как анаэробные существа, существуя за счет брожения. Так зародыш цыпленка в первые 2-3 дня после оплодотворения использует очень мало кислорода, а добывает всю энергию, необходимую ему для роста, сбраживая сахар в молочную кислоту, подобно тем бактериям, которые вызывают скисание молока. Впоследствии было показано, что характерная для эмбриональных клеток способность к неограниченному росту сочетается у них с другой эмбриональной чертой – добыванием энергии за счет брожения.
Примитивные организмы использовали питательные вещества, находящиеся в море. Некоторые из них начали осуществлять в своем собственном теле синтез и тем самым обеспечивать себя пищей. Так возникли первые растения, обитавшие у поверхности океана и синтезировавшие пищу так же, как это делают их современные потомки. Холдейн высказал мысль о том, что в основе единства всего живого лежит ассиметрический характер молекул, из которых построены живые организмы.
Иную версию происхождения жизни представил Джон Бернал (1901-1971). Он исходил из того, что основой живых веществ являются трехмерные системы. С энергетической точки зрения только трехмерные решетки термодинамически устойчивы. Бернал полагал, что неорганическими предшественниками были углекислота, неорганические ортофосфаты, аммиак, сероводород. В результате полимеризации возникли более сложные структуры, связанные с клеточной организацией. По Берналу возникновение жизни шло по схеме: атом – молекула – мономер – полимер – организм. В отличие от Опарина Бернал считал, что конденсация органических молекул происходила не путем образования коацерватов, а путем адсорбции первых полимеризованных структур на минеральных частицах, причем это происходило не в океане, а в илистых пластах под водой, в попеременно сухих и влажных пластах земли.
Бернал считает, что для возникновения любой формы жизни необходимы: геологические условия, существующие в гидросфере при достаточной интенсивности радиации. Согласно Берналу, сложная эукариотическая клетка образовалась из существовавших ранее прокариотических клеток, которые вошли в состав эукариотической клетки в виде органелл.
В 1982 г. была открыта энзиматическая активность ряда молекул РНК. Возникло представление о «мире РНК». Было высказано предположение, что мир РНК связывает «предбиотический мир» с ДНК. В таком случае все биологические реакции катализировались РНК. Но была ли РНК в самом «начале»? Здесь возможны пока лишь общие допущения.
Во всяком случае «начало» жизни отодвинулось к 3,5 миллиардам лет назад. Недавно было высказано предположение, что первые живые организмы на Земле могли появиться внутри камней, выстилающих дно океана. Крошечные полости внутри минералов могли выступить в роли клеток. Простые соединения - ионы аммония, монооксид углерода и сульфид железа выступили в роли катализаторов синтеза органических веществ из неорганики. С этим можно согласиться, но нет убедительного объяснения происхождения ферментов. Выход из каменных ячеек произошел около 3,8 миллиардов лет назад – жизнь возникла 3,5 миллиардов лет назад. Однако нет гипотезы, которая бы объяснила все известные науке факты.
7. Принцип развития в биологии. Основные этапы становления идеи развития в биологии. Проблема эволюции органического мира тесно связана с проблемой развития. В своё время логическая разработка идеи развития с неизбежностью привела к идее эволюции живого. Поэтому процесс формирования эволюционных представлений не может быть правильно понят без знания истории становления идеи развития, как в философии, так и в естествознании. Проблема развития выступает тем стержнем, вокруг которого совершалось и совершается формирование основных положений и представлений современной биологии.
В процессе развития имеет место образование новых структур и новых форм отношений между ними, вызванных возникновением нового качества.
Часто возникают споры по поводу самих терминов «развитие» и «эволюция» и их употреблении. Иногда встречается их использование как синонимов.
Термин «эволюция» заимствован из преформистской теории развития. Согласно такому подходу, будущий организм содержится в сформированном виде, но в миниатюрной форме в зародышевой клетке. В ходе онтогенеза происходит лишь развертывание этой миниатюрной формы во взрослый организм. Эволюция в этом случае понимается как простой механический процесс увеличения органов до размеров взрослого организма. Как полагает Э. Майр, именно по причине такого понимания эволюции сторонниками преформизма Ч. Дарвин не употреблял термин «эволюция» в труде «Происхождение видов». Впоследствии понятие «эволюция» было перенесено из онтогенеза на филогенез. Но и в этом случае эволюция не рассматривалась как сложный естественноисторический процесс. В филогенезе она означала развертывание заранее предуготовленного плана. При этом подразумевалось, что в ходе эволюции не происходит реальных изменений, а только выявляются изначальные потенциальные возможности.
В марксистской философии различаются две формы развития: эволюционная и революционная. Под эволюцией подразумевались только медленные, постепенные изменения количественного характера. Не случайно, что идея развития, оформившаяся в положение о том, что развитие является объективным свойством движущейся материи, не сразу стала методологическим принципом науки о живой природе. Понятие «развитие» трактовалось как более общее по отношению к понятию «эволюция».
В современной теории эволюции с успехом пользуются понятиями «индивидуальное развитие» (онтогенез), «развитие зародыша» (эмбриогенез), «историческое развитие» (филогенез). В этом случае понятие «развитие» выступает как аспект эволюции органического мира. Следует учитывать сложившиеся исторические традиции употребления всех этих понятий.
Концепция Жана Батиста Ламарка может быть по справедливости названа первым в истории целостным учением об эволюции.
Эволюционные идеи высказывались и до Ламарка. Но при этом идея эволюции не была предметом специального исследования. Эволюция ещё не стала проблемой. Последовательное научное познание закономерностей развития живой природы привело к возникновению эволюционной теории Дарвина. До создания Дарвиным эволюционной теории существовали лишь отдельные элементы эволюционизма, выраженные в представлениях о естественном развитии организмов. Заслугой Ч. Дарвина является не создание эволюционного учения, поскольку оно уже было создано Ламарком. Дарвин вскрыл материальные естественноисторические причины эволюции, что и превратило эволюционное учение в теорию эволюции.
До возникновения эволюционного учения в биологии господствовали креационистские представления. Отправляясь от факта многообразия форм органического мира, сторонники креационизма рассматривали это многообразие как результат божественного творения. Они защищали идею неизменности видов и отрицали эволюцию.
В то время сохранялись представления Аристотеля. Сторонники этого подхода представляли живую природу в виде восходящей «лестницы существ», ступенями которой являются отдельные формы органического мира, располагающиеся в порядке повышения их сложности.
В работе «Человек – растение» французский философ Ж.О. Ламетри высказал идею о возникновении живых форм из органических зародышей под влиянием внешней среды. Единство растительного и животного царства он усматривал в сходстве составляющих его элементов.
Развернутый характер приобрели эволюционные идеи в учении Дени Дидро, который прямо ставил вопрос о качественной изменчивости органического мира. Дидро считал, что человек как биологический вид имеет свою историю становления, равно как и другие живые существа. Но Дидро исходил из представления, что природа не делает скачков.
Основные возражения против идеи вечности и неизменности видов привел Ламарк в опубликованной в 1809 г. «Философии зоологии». Согласно взглядам Ламарка, развитие органического мира осуществляется путем естественной «градации», как постепенный переход от простейших форм биологической организации к усложняющимся и совершенствующимся. Движущей силой такого развития выступает «постоянное стремление природы» к усложнению строения организмов. Под влиянием самых разнообразных условий организмы вынуждены изменять свои привычки, что влечет за самой изменение строения, нарушающее правильность «градации».
Ожесточенные нападки на теорию Ламарка предпринял французский зоолог и палеонтолог Ж. Кювье. Кювье защищал идею неизменности видов, допуская лишь отдельные изменения в рамках индивидуальных различий. И, тем не менее, разработка эволюционной идеи была продолжена Э.Ж. Сент-Илером, И.В. Гёте, И.Е. Дядьковским, К.Ф. Рулье, К.М. Бэром.
Как известно в основу теории эволюции Дарвин положил следующие материальные факторы: наследственность, изменчивость и естественный отбор. Учение о естественном отборе стало ключевым в решении многих проблем эволюции органического мира. Как отмечал И.И. Шмальгаузен, «теория естественного отбора представляет всеобъемлющую теорию органической эволюции, так как объясняет и почти непрерывный процесс совершенствования организации, и факты поразительного приспособления животных и растений к условиям их существования, в том числе к другим организмам, и исключительное многообразие органических форм». (Шмальгаузен И.И. Проблемы дарвинизма. Л., 1969. С. 34).
Тщательное изучение ископаемых форм животных и растений, сравнительный анализ остатков ископаемых животных и живых организмов приводят Дарвина к мысли о том, что, несмотря на огромное разнообразие животного и растительного царства, они составляют единый мир живой природы. И единство этого мира основано на общности их происхождения.
М. Кальвин в книге «Химическая эволюция» впервые опубликовал письмо Дарвина Гукеру, в котором Дарвин допускает мысль о «химической» эволюции. Действительно, в основе живого лежат сходные химические соединения, которые относятся к группе белков, среди которых особое положение имеют нуклеопротеиды. Исследования в области молекулярной биологии показали, что нуклеиновые кислоты ответственны за многие важные процессы жизнедеятельности организмов. При этом особую роль играют макромолекулы ДНК и РНК. Но эти данные не были известны Дарвину.
В ходе исследования характера изменчивости Дарвин выделяет два её вида: определенную и неопределенную. Под определенной изменчивостью он понимал способность всех особей определенного вида, оказавшихся в одной и той же измененной среде, изменяться сходным образом в одном определенном направлении. Таким образом, определенная изменчивость связана с изменениями внешней среды. В современной биологической литературе часто можно встретить термин модификация, под которым обычно понимается определенная изменчивость.
Неопределенная изменчивость включает в себя изменения, которые совершаются в самых различных направлениях. Эти изменения только косвенно связаны с изменением окружающей среды. Индивидуальные свойства особи определяют специфику реакции. Причем измененные особи могут иметь незначительные отличия от исходных, но зато потомство уже обнаруживает самые разнообразные и многочисленные отклонения. Изменения при этом оказываются, как правило, наследственными. По современной терминологии такие неопределенные изменения называют мутациями.
До Дарвина натуралисты отождествляли эволюцию органического мира с определенной изменчивостью, в ходе которой возникают полезные, приспособительные признаки. Дарвин считал, что неопределенная изменчивость может создавать признаки как полезные, так и вредные, а также нейтральные. В этом вопросе заслуга Дарвина состояла в том, что он сумел выявить главные, а не второстепенные движущие силы эволюции. Учением о неопределенной, случайной изменчивости как основном материале для эволюционных преобразований Дарвин изгнал из эволюционной идеи телеологические представления. Он отказался от взгляда на эволюцию как на процесс, якобы обнаруживающий присущую организмам способность изменяться целеустремленно, в соответствии с потребностями.
Перед Дарвиным стояла задача объяснить закономерную природу эволюции. В Англии того времени селекция процветала. Главный принцип селекции – сохранение особей с важными для хозяйственного использования и выбраковка особей, не отвечающих этим требованиям. Поскольку в этом процессе принимает участие человек, отбор носит искусственный характер. Искусственный отбор послужил Дарвину аналогом при создании теории естественного отбора. Вывод Дарвина: «Ключ к объяснению заключается во власти человека накоплять изменения путем отбора». (Дарвин Ч. Соч. Т. 3. М., 1939. С. 290).
На вопрос, каким образом достигается удивительная приспособленность отдельных частей и органов внутри организма друг к другу и как организмы приспосабливаются к окружающей среде и к другим организмам, получает разрешение у Дарвина в учении о борьбе за существование и естественном отборе. В основе борьбы за существование лежат две противоположные тенденции. С одной стороны, стремление организмов к сохранению жизни и размножению за счет проявления активности, с другой – противодействие со стороны внешней среды, направленное на уничтожение организма и ограничение размножения. В ходе этой борьбы организмы обеспечивают себя и своё потомство необходимыми жизненными свойствами. Они вынуждены защищать себя от неблагоприятных климатических условий, от хищников, ведя при этом борьбу как с представителями других видов, так и внутри своего вида. В результате выживает наиболее приспособленная часть вида, остальные погибают.
Дарвин приводит пример о влиянии количества кошек на урожай клевера. Клевер опыляется шмелями, но полевые мыши разоряют шмелиные гнезда. И в тех районах, где есть кошки, большая вероятность высоких урожаев клевера. Дарвин выделял борьбу с климатом, борьбу с врагами и борьбу с конкурентами.
Дарвин дал следующее определение естественного отбора: «Сохранение благоприятных индивидуальных различий и изменений и уничтожение вредных я назвал Естественным отбором, или Переживанием наиболее приспособленных». (Дарвин Ч. Соч., Т. 3. С. 328). Теория естественного отбора дала ответ на многовековой спор о причине относительной целесообразности в мире животных и растений.
По оценке Ф. Энгельса, Ч. Дарвин доказал, что «весь современный органический мир, растения и животные, а следовательно также и человек, есть продукт процесса развития, длившегося миллионы лет». (Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 666).
Эволюционная теория Дарвина, выдержав борьбу с антидарвинистами, получала мощную поддержку с возникновением популяционной, эволюционной генетики. В 20-30 гг. ХХ века эволюционную генетику развивали С.С. Четвериков, Н.П. Дубинин, С. Райт Р. Фишер, Дж. Холдейн. Начало этим исследованиям было положено статьей С.С. Четверикова «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики», напечатанной в «Журнале экспериментальной биологии» в 1926г.
В это время развитие биологии ограничивалось отсутствием знания о фундаментальных первичных структурах наследственности, составляющих её молекулярный уровень.
Ограниченность была снята математизацией генетики. Если в познании явлений изменчивости и наследственности большую роль сыграло применение теории вероятностей, то для исследования механизма эволюции, её движущих сил потребовалось привлечение общей теории игр и моделирования.
Создание моделей механизма естественного отбора позволило рассматривать эволюционный процесс с точки зрения изменения генетической структуры популяции. При решении этих вопросов большое значение имело открытие закона Харди-Вейнберга, который гласит, что популяция стремится сохранить равновесие концентраций генов, если отсутствуют факторы, которые могли бы изменить его. Следует отметить, что этот закон действителен для идеальной популяции.
Таким образом, в популяции смыкаются противоположные тенденции. С одной стороны, она стремится сохранить сложившееся состояние своей генетической структуры, с другой стороны, миграция, изоляция, отбор и мутационное давление постоянно нарушают его. Именно такое представление легло в основу разработки математического аппарата генетической теории естественного отбора.
8. Проблема биологического прогресса.
Прогресс в общем виде характеризуется как совершенствование по структуре, свойствам, функциям. Относительность прогресса проявляется в том, что каждое усовершенствование исключает «возможность развития во многих других направлениях» (Ф. Энгельс), а также прогресс всегда сопровождается уничтожением определенных связей и элементов систем.
Идея развития органического мира как целого была высказана задолго до обоснования теории развития органического мира Ч. Дарвиным. Она содержалась уже в известном представлении о «лестнице существ», широко распространенном среди естествоиспытателей и философов ХУ111 в. Однако эта идея не была научной. В том виде, в каком она излагалась, например, в сочинении Ш. Бонне «Созерцание природы», ей присущи, по крайней мере, два крупных недостатка. Сама «лестница существ» рассматривалась как результат деятельности творца. Прогресс рассматривался линейно, как последовательная смена неизменных форм.
Благодаря трудам Ламарка и особенности Дарвина идея общего прогрессивного развития органического мира стала научной идеей. Дарвин убедительно показал, что прогресс живой природы не исключает, а, наоборот, предполагает огромное разнообразие частных изменений. В основе прогресса живой природы лежит накопление именно приспособлений широкого биологического значения, обеспечивающих сохранение и расширение жизни в разнообразных условиях. Благодаря Дарвину развитие органического мира стали сравнивать не с лестницей, а с разветвленным на много ветвей деревом. Ламарк причину прогресса усматривал не во взаимодействиях организмов со средой, а в их «внутреннем стремлении» к усовершенствованию. В таком случае, внешние условия оказывались помехой реализации внутренних целей и стремлений организмов к самосовершенствованию. Ламарк писал, что прогрессивная эволюция и её законы «насаждены верховным творцом всего сущего».
Специально разработал вопрос о направленности развития А.Н. Северцов. Он назвал биологическим прогрессом количественное увеличение численности потомков и расселение их за старые границы распространения в результате приобретения организмами любых новых приспособлений. Он дал классификацию направлений развития и показал, что такие изменения, как адаптация, дегенерация и т.п. представляют собой процессы, через которые в ряде случаев может осуществляться биологический процесс. (Северцов А.Н. Морфологические закономерности эволюции. М., 1939. С. 209). Биологический прогресс и биологический регресс Северцов характеризует как изменения отдельных систематических групп.
Прочную основу идея биологического прогресса получила в палеонтологии, изучающей останки ископаемых организмов. Данные палеонтологии свидетельствуют о том, что в прошлом органический мир был не столь разнообразен и состоял из простых, примитивных существ. В ходе эволюции происходила дифференциация живых существ на животные и растительные формы, что привело к более тесной внутренней связи между различными видами организмов. К возникновению растений привело изменение типа обмена веществ у первичных организмов, появление у них пигментов, способности осуществлять фотосинтез.
Растительный мир прошел эволюции от водорослей к грибам, от водных растений к растениям, приспособившимся к суше. Первыми поселенцами на суше были псилофиты – растения, не имеющие дифференциации на корни, стебли и листья. От псилофитов произошли плауновые, папоротниковые, хвощовые растения. На смену пришли голосеменные, а потом и покрытосеменные. Покрытосеменные растения образовали сочетания – фитоценозы – с огромной биологической проницаемостью и насыщенностью и с очень большой продукцией растительной массы.
Постоянными спутниками растений были микроорганизмы и животные. Из колоний одноклеточных растений постепенно сформировались двуслойные животные. В настоящее время это губки и кишечнополостные. Животные, которые вели прикрепленный образ жизни задерживались в своем развитии. Новый шаг в развитии животных связан с появлением свободноплавающих кишечнополостных. От них произошли трехслойные животные – первичноротые (черви, членистоногие и моллюски) и вторичноротые (иглокожие и хордовые животные). Хордовые подразделяются на такие типы, как оболочники, бесчерепные, черепные и позвоночные.
В чем же заключается необходимость общего прогрессивного развития органического мира? Ответ был дан ещё Дарвиным: «Так как естественный отбор действует исключительно путем сохранения выгодных изменений строения и так как условия существования во всяком месте, как правило, становятся все более и более сложными, благодаря возрастанию количества живущих там форм и благодаря тому, что большинство этих форм приобретает все более и более совершенное строение, то мы можем с уверенностью принять общий прогресс организации. Тем не менее, очень простая форма, приспособленная к очень простым условиям существования, может оставаться без изменения и усовершенствования неопределенно долгое время; какую пользу принесет высокая организация, например, инфузории или внутренностному червю? Представители какой-либо высоко стоящей группы могут даже стать приспособленными к более простым условиям жизни, и это, по-видимому, зачастую происходило; в этом случае естественный отбор будет стремиться упростить или понизить организацию, так как сложный организм будет бесполезным или даже невыгодным для простых отправлений». (Дарвин Ч. Соч. Т. 4. М.-Л., 1951. С. 104). Таким образом, в отношении отдельных органических видов вопрос о прогрессе должен решаться строго конкретно с учетом прежде всего условий существования организмов.
Органический мир представляет собой открытую материальную систему, которая может развиваться за счет постоянной ассимиляции условий окружающей неживой природы. Однако при безграничной тенденции к увеличению массы живой природы окружающие её условия неживой природы оказываются ограниченными. В результате развитие организмов может идти не столько за счет простого усвоения необходимых для жизни элементов неживой природы, сколько за счет их постоянного воспроизведения.
Восходящая линия биологического круговорота – накопление химической энергии органических соединений. Нисходящая линия биологического круговорота – разрушение органического вещества.
Чем выше уровень организации живого вещества, т.е. чем более сложны организмы по своей структуре, тем больше возможностей у них распространяться в новую среду.
Некоторые авторы принимают за критерий прогресса в развитии животных и растений степень их приближения к человеческому обществу. Однако развитие отдельных форм не идет по пути прямого развертывания признаков присущих человеку. У животных могут развиваться органы, качества, которые отсутствуют у человека. Многие органы, хорошо развитые у животных, оказались малоразвитыми у человека. Например, ушные мышцы, сильно развитые у копытных животных, почти совершенно атрофировались у человека. Зрение у некоторых хищных птиц более развито, чем у человека.
Можно ли ответить на вопрос – какие из растений ближе к человеку: древесные, кустарниковые или планктонные водоросли? Внутренняя тенденция развития организмов – это скорее тенденция к самосохранению видов, чем к их преобразованию в более высокие виды. Прогрессивное развитие видов есть вынужденный процесс, результат нарушения тенденции к самосохранению.
А.Н. Северцов выдвинул другое представление о критерии прогресса. Суть его в том, что более прогрессивными являются те изменения органических форм, которые повышают их жизненность и позволяют быстрее распространяться на земной поверхности, вытеснять другие виды. Однако понятие прогрессивности здесь по существу отождествляется с понятием приспособленности. Как можно, например, сравнивать виды, приспособленные к разным средам?
За критерий прогресса в развитии живой природы можно принять следующий. Более прогрессивными нужно считать те изменения организмов, которые обеспечивают им самообновление, воспроизведение и размножение в более сложных и разнообразных внешних условиях. Прогрессивность органического мира как целого определяется богатством и разнообразием органических форм и связей между ними, а также между ними и условиями жизни. Прогрессивность той или иной органической формы определяется богатством и разнообразием её действительных отношений. Итак, усложнение организации, установление гармонии между формой и строением каждого органа и его функцией, установление гармонии между организмов и окружающей его средой – критерии общего биологического прогресса.
Насекомое рождается практически уже вполне сформированным, его возможности приспособления в онтогенезе к конкретным особенностям среды крайне сужены. Эволюция насекомых шла по принципу: иметь заранее в готовом виде все необходимое для всевозможных ситуаций. Это и исключило возможность перехода насекомых на высший уровень организации. Для позвоночных характерно завершение формообразования в течение эмбрионального развития. Здесь работал другой принцип: иметь заранее лишь основное и на первое время, а все остальное приобретать в зависимости от конкретных условий. Это и есть возможность усложнения организации за счет эволюционной пластичности.
Прогресс органического мира как целого совершается благодаря биологическому прогрессу отдельных направлений, ветвей, органических форм. Согласно А.Н. Северцову, биологический прогресс осуществляется посредством ароморфоза, идиоадаптации, ценогеноза и общей дегенерации.
Ароморфозы представляют собой вынужденные прогрессивные морфофизиологические изменения той или иной органической формы, обеспечивающие её жизнь и распространение в более сложных и разнообразных условиях внешней среды. Например – образование парных легочных мешков и возникновение перегородки в предсердии. Наряду с другими изменения эти изменения обеспечили возможность выхода позвоночных на сушу. У птиц таким изменением является появление пуха и перьев, обеспечивающих возможность летательных движений.
Идиоадаптации обеспечивают жизнь не в более сложных, а просто в иных условиях жизни, в иных взаимоотношениях с другими организмами. В основном, это приспособление к специфическим условиям жизни. Так, существуют наземные и болотные черепахи. Одни черепахи питаются растительной пищей, а другие разными видами животной пищи. Сюда же относятся изменения конечностей в зависимости от разных форм передвижения млекопитающих: летучей мыши (летание), кита (плавание), медведя (хождение).
Ценогенозы – это эмбриональные приспособления, которые развертываются в течение эмбриогенеза, затем исчезают и отсутствуют у взрослого организма. Сюда относят амнион (зародышевую оболочку) рептилий. Личинки комаров и стрекоз имеют специальные приспособления для водного образа жизни, а у взрослых заменяются органами для воздушного образа жизни.
Дегенерации по отношению к исходной форме являются регрессом. Примером могут служить паразитические формы. По отношению к исходным формам у них обнаруживается сокращение функций, упрощение организации. Вызывается это переходом к сравнительно простым условиям жизни и взаимоотношениям со средой. Так, паразиты кишечника человека потеряли органы передвижения, органы чувств, органы пищеварения. Ч. Дарвин высказал мысль, что вымирание одних видов неотделимо от возникновения и распространения других, имеющих какие-то преимущества в борьбе за существование в изменяющихся условиях жизни. Возникновение и развитие птиц послужило одной из причин вымирания летучих ящеров мезозолптерозавров. В развитии растительного мира появление семенных растений вело к исчезновению папоротников.
Органический мир со времени возникновения развивался и продолжает развиваться в прогрессивном направлении. Развитие органических форм, их распространение неизбежным следствием имеют усложнение условий жизни и взаимоотношений между видами. Но раз усложняются условия жизни и взаимоотношения между видами, то возникают формы с более сложными функциями и структурой.
9. Синтетическая теория эволюции.
Основное ядро современного эволюционного учения создано отечественными учеными Н.К. Кольцовым, Н.И. Вавиловым, С.С. Четвериковым, А.С. Серебровским. Ими была создана популяционная генетика. Синтез классического дарвинизма с достижениями биологии ХХ в. был талантливо произведен в книге Хаксли: «Evolution. The modern Synthesis» (1942). Название книги легло в название современного направления в эволюции – «синтетическая теория эволюции».
Сложность эволюционного процесс
