Научную теорию эволюции живой природы. Эволюция живых систем

ИДЕЯ ЭВОЛЮЦИИ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ
Идея эволюции живой природы возникла в Новое время как противопоставление креационизму (от лат. "созидание") - учению о сотворении мира богом из ничего и неизменности созданного творцом мира. Креацианизм как мировоззрение сложился в эпоху поздней античности и в Средневековье и занял господствующие позиции в культуре. Фундаментальную роль в мировоззрении того времени играли также идеи телеологии - учения, по которому все в природе устроено целесообразно и всякое развитие является осуществлением заранее предопределенных целей. Телеология приписывает процессам и явлениям природы цели, которые или устанавливаются богом (Х. Вольф), или являются внутренними причинами природы (Аристотель, Лейбниц).
В преодолении идей креацианизма и телеологии важную роль сыграла концепция ограниченной изменчивости видов в пределах относительно узких подразделений (от одного единого предка) под влиянием среды - трансформизм. Эту концепцию в развернутой форме сформулировал выдающийся естествоиспытавека Жорж Бюффон в своем 36-томном труде "Естественная история".
Трансформизм в основе своей имеет представления об изменении и превращении органических форм, происхождении одних организмов от других. Среди естествоиспытателей и философов-трансформистов 17 и 18 веков наиболее известны также Р. Гук, Ж. Ламетри, Д. Дидро, Э. Дарвин, И.Гете, Э.Сент-Илер. Все трансформисты признавали изменяемость видов организмов под действием изменений окружающей среды.
В становлении идеи эволюции органического мира существенную роль сыграла систематика - биологическая наука о разнообразии всех существующих и вымерших организмов, о взаимоотношениях и родственных связях между их различными группами (таксонами). Основными задачами систематики являются определение путем сравнения специфических особенностей каждого вида и каждого таксона более высокого ранга, выяснение общих свойств у тех или иных таксонов. Основы систематики заложены в трудах Дж. Рея (1693) и К. Линнея (1735).
Шведский естествоиспытавека Карл Линней впервые последовательно применил бинарную номенклатуру и построил наиболее удачную искусственную классификацию растений и животных. В 1751 году вышла его книга "Философия ботаники", в которой К. Линней писал: " Искусственная система служит только до тех пор, пока не найдена естественная. Первая учит только распознавать растения. Вторая научит нас познавать природу самого растения". И далее: "Естественный метод есть последняя цель ботаники".
То, что Линней называет "естественным методом", есть по сути некоторая фундаментальная теория живого. Заслуга Линнея в том, что через создание искусственной системы он подвел биологию к необходимости рассмотрения колоссального эмпирического материала с позиций общих теоретических принципов.
Большую роль в становлении и развитии идеи эволюции живой природы сыграла эмбриология, для которой в Новое время было характерно противостояние преформизма и эпигенеза.
Преформизм - от лат. "предобразую" - учение о наличии в половых клетках материальных структур, предопределяющих развитие зародыша и признаки развивающегося из него организма.
Преформизм возник на базе господствовавшего в 17-18 веках представления о преформации, согласно которому сформировавшийся организм якобы предобразован в яйце (овисты) или сперматозоиде (анималькулисты). Преформисты (Ш. Бонне, А. Галлер и др) считали, что проблема эмбрионального развития должна получить свое разрешение с позиций всеобщих принципов бытия , постигаемых исключительно разумом, без эмпирических исследований.
Эпигенез - это учение, согласно которому в процессе зародышевого развития происходит постепенное и последовательное новообразование органов и частей зародыша из бесструктурной субстанции оплодотворенного яйца.
Эпигенез как учение сложился в 17-18 веках в борьбе с преформизмом. Эпигенетические представления развивали У. Гарвей, Ж. Бюффон, . Эпигенетики отказались от идеи божественного творения живого и подошли к научной постановке проблемы происхождения жизни.
Таким образом, в 17-18 веках возникала идея исторических изменений наследственных признаков организмов, необратимого исторического развития живой природы - идея эволюции органического мира.
Эволюция - от лат. "развертывание" - историческое развитие природы. В ходе эволюции, во-первых, возникают новые виды, т. е. увеличивается разнообразие форм организмов. Во-вторых, организмы адаптируются, т. е. приспосабливаются к изменениям условий внешней среды. В-третьих, в результате эволюции постепенно повышается общий уровень организации живых существ: они усложняются и совершенствуются.
Переход от представления о трансформации видов к идее эволюции, исторического развития видов предполагал, во-первых, рассмотрение процесса образования видов в его истории, учет конструктивной роли фактора времени в историческом развитии организмов, а во-вторых, развитие идей о возникновении качественно нового в таком историческом процессе. Переход от трансформизма к эволюционизму в биологии произошел на рубеже 18-19 веков.
Первые эволюционные теории были созданы двумя великими учеными 19 века - Ж. Ламарком и Ч. Дарвином. Жан Батист Ламарк и создали эволюционные теории, которые противоположны по строю, характеру аргументации, основным выводам. Их исторические судьбы также сложились по-разному. Теория Ламарка не получила широкого признания современников, в то время как теория Дарвина стала основой эволюционного учения. В настоящее время и дарвинизм, и ламаркизм продолжают оказывать влияние на научные концепции, хотя и по-разному. В 1809 году вышла книга Ламарка "Философия зоологии", в которой была изложена первая целостная теория эволюции органического мира.
Ламарк в этой книге дал ответы на вопросы, стоящие перед эволюционной теорией, путем логических выводов из некоторых принятых им постулатов. Он впервые выделил два самых общих направления эволюции: восходящее развитие от простейших форм жизни ко все более сложным и совершенным и формирование у организмов приспособлений в зависимости от изменений внешней среды (развитие "по вертикали" и "по горизонтали"). Ламарк был одним из первых естествоиспытателей, которые развили идею эволюции органического мира до уровня теории.
Ламарк включил в свое учение качественно новое понимание роли среды в развитии органических форм, трактуя внешнюю среду как важный фактор, условие эволюции.
Ламарк полагал, что историческое развитие организмов имеет не случайный, а закономерный характер и происходит в направлении постепенного и неуклонного совершенствования. Ламарк назвал это повышение общего уровня организации градацией.
Движущей силой градаций Ламарк считал "стремление природы к прогрессу", "стремление к совершенствованию", изначально прсущее всем организмам и заложенное в них Творцом. При этом организмы способны целесообразно реагировать на любые изменения внешних условий, приспосабливаться к условиям внешней среды. Это положение Ламарк конкретизировал в двух законах:
1) активно используемый орган усиленно развивается, а ненужный исчезает;
2) изменения, приобретенные организмами при активном использовании одних органов и неиспользовании других, сохраняются у потомства.
Роль среды в эволюции организмов по-разному рассматривается разными направлениями эволюционного учения.
Для направлений в эволюционном учении, которые рассматривают историческое развитие живой природы как прямое приспособление организмов к среде обитания, используется общее название - эктогенез (от греч. слов "вне, снаружи" и "возникновение, образование"). Сторонники эктогенеза рассматривают эволюцию как процесс прямого приспособления организмов к среде и простого суммирования изменений, приобретаемых организмами под воздействием среды.
Учения, обясняющие эволюцию организмов действием только внутренних нематериальных факторов ("принципом совершенствования", "силой роста" и др.), объединяются общим названием - автогенез.
Эти учения рассматривают эволюцию живой природы как процесс, независимый от внешних условий, направляемый и регулируемый внутренними факторами. Автогенез противоположен эктогенезу.
Автогенез близок витализму - совокупности течений в биологии, согласно которым жизненные явления объясняются присутствием в организмах нематериальной сверхъестественной силы ("жизненная сила", "душа", "энтелехия", "архей"), управляющей этими явлениями. Витализм - от лат. "жизненный" - объясняет жизненные явления действием особого нематериального начала.
По-своему идея эволюции органического мира развивалась в теории катастроф. Французский биолог Жорж Кювье () писал:
"Жизнь не раз потрясала на нашей земле страшными событиями. Бесчисленные живые существа становились жертвой катастроф: одни, обитатели суши, были поглощаемы потопами, другие, населявшие недра вод, оказывались на суше вместе с внезапно приподнятым дном моря, сами их расы навеки исчезали, оставив на свете лишь немногие остатки, едва различимые для натуралистов".
Развивая такие взгляды, Кювье стал основателем теории катастроф - концепции, в которой идея биологической эволюции выступила как производная от более общей идеи развития глобальных геологических процессов.
Теория катастроф (катастрофизм) исходит из представлений о единстве геологических и биологических аспектов эволюции.
В теории катастроф прогресс органических форм оъясняется через признание неизменяемости отдельных биологических видов.
Против учения катастрофизма выступили сторонники другой концепции эволюции, которые также ориентировались преимущественно на геологическую проблематику, но исходили из представлений о тождественности современных и древних геологических процессов - концепции униформизма.
Униформизм складывался под влиянием успехов классической механики, прежде всего небесной механики, галактической астрономии , представлений о бесконечности и безграничности природы в пространстве и времени. В 18-первой половине 19 века концепцию униформизма разработали Дж. Геттон, Ч. Лайель, К. Гофф и др. Эта концепция опирается на представления об однообразии и непрерывности законов природы, их неизменности на протяжении истории Земли; отсутствии всяческих переворотов и скачков в истории Земли; суммировании мелких отклонений в течение больших периодов времени; потенциальной обратимости явлений и отрицании прогресса в развитии.

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.

ЗАКОНЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ
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. Хромосомная теория наследственности, разработанная в 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.

РАЗВИТИЕ ЭКОСИСТЕМ
Основанием всем системы современной эволюционной биологии выступает синтетическая теория эволюции, принципиальные положения которой были заложены работами, Р. Фишера, С. Райта, Дж. Холдейна, и др.
Элементарной клеточкой синтетической теории эволюции является популяция - совокупность особей одного вида, длительно занимающая определенное пространство и воспроизводящая себя в течение большого числа поколений. Элементарной единицей наследственности выступает ген. Наследственное изменение популяции в каком-либо определенном направлении осуществляется под воздействием таких эволюционных факторов, как мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естественный отбор.
Таким образом, в синтетической теории эволюции на первый план выступает не оногенез - совокупность преобразований, происходящих в организме от зарождения до конца жизни, т. е. индивидуальное развитие организма, а развитие популяций.
Онтогенетический уровень организации жизни на Земле связан с жизнедеятельностью отдельных биологических особей, дискретных индивидуумов, а популяционный уровень надындивидуален.
Популяция - это совокупность особей одного вида, населяющих определенную территорию, более или менее изолированную от соседних совокупностей того же вида.
Виды - это системы популяций. Популяции и виды как надындивидуальные образования способны к существованию в течение длительного времени и к самостоятельному эволюционному развитию.
Популяции - это генетические открытые системы, т. к. особи из разных популяций иногда скрещиваются. Виды являются наименьшими генетически закрытыми системами.
Совокупность совместно обитающих популяций разных видов живых организмов называется биоценозом.
Биоценоз - совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих участок среды с более или менее однородными условиями существования и характеризующихся определенными взаимосвязями между собой и приспособленностью к условиям окружающей среды (например, биоценоз озера, леса и т. д.).
Совокупность растений на участке с одинаковыми природными условиями, которые взаимодействуют друг с другом и со своим окружением, называется фитоценозом или растительным сообществом. Растительное сообщество (фитоценоз) - совокупность видов растений на однородном участке, находящихся в сложных взаимоотношениях между собой и с условиями окружающей среды (лес, степь, луг и т. д.). Фитоценоз характеризуется определенным видовым составом, строением и сложением. Фитоценоз - это часть биоценоза.
Биоценозы входят в качестве составных частей в еще более сложные системы, представляющие собой взаимообусловленный комплекс живых и абиотических компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергией - в биогеоценозы.
Биогеоценоз - это однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и абиотических косных (приземной слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов и динамическим взаимодействием между ними (обменом веществ и энергии). Термин предложил (1940 г). Иногда этот термин употребляется как синоним экосистемы. Раздел биологии, изучающий экологические системы (биоценозы, биогеоценозы), называется биогеоценология. В развитии экосистем большую роль играют организмы, способные самостоятельно синтезировать органическое вещество из неорганических соединений. Эти организмы называются автотрофами.
Автотрофы - это организмы, синтезирующие из неорганических веществ (главным образом воды, двуокиси углерода, неорганических соединений азота) все необходимые для жизни органические вещества, используя энергию фотосинтеза (все зеленые растения - фототрофы) или хемосинтеза (некоторые бактерии - хемотрофы).
Автотрофы служат первичной биотической основой для сложения биогеоценозов.
Организмы, использующие для питания органические вещества, произведенные другими организмами, называются гетеротрофами. К гетеротрофным организмам относится человек, все животные, грибы, большинство бактерий, вирусов.
Автотрофные растения и микроорганизмы представляют жизненную среду для гетеротрофов. Складывается биогеоценотический комплекс, который может существовать веками. Пространство, включающее околоземную атмосферу и наружную оболочку Земли, освоенное живыми организмами и находящееся под влиянием их жизнедеятельности, называется биосферой .
Биосфера Земли образуется всей совокупностью биогеоценозов, связанных между собой круговоротом веществ и энергии. Она представляет собой область активной жизни, охватывающую нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В биосфере живые организмы и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. Термин "биосфера" введен в 1875 г. Э. Зюссом. Учение о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в том числе человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения, создал (1926 г.).

КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ
В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория, утверждающая, что все живое происходит только от живого - теория биогенеза. Эту теорию в середине XIX века противопоставляли ненаучным представлениям о самозарождении организмов (червей, мух и др.). Однако как теория происхождения жизни биогенез несостоятелен, поскольку принципиально противопоставляет живое неживому, утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни.
Абиогенез - идея о происхождении живого из неживого - исходная гипотеза современной теории происхождения жизни.
В 1924 г. известный биохимик высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд. лет назад состояла из аммиака , метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Предсказание академика Опарина оправдалось. В 1955 г. американский исследователь С. Миллер, пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот. Таким образом в середине XX века был экспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных и др. органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли. В отношении самозарождения организмов необходимо отметить, что Французская Академия наук еще в 1859 г. назначила специальную премию за попытку осветить по-новому вопрос о самопроизвольном зарождении жизни. Эту премию в 1862 г. получил знаменитый французский ученый, основоположник современной микробиологии Луи Пастер. Своими опытами он доказал невозможность самозарождения микроорганизмов.
Важно подчеркнуть, что в настоящее время жизнь на Земле не может возникнуть абиогенным путем.
Еще Дарвин в 1871 г. писал: "Но если бы сейчас... в каком-либо теплом водоеме , содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т. п., химически образовался белок, способный к дальнейшим все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено и поглощено, что было невозможно в период возникновения живых существ".
Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.
Наряду с теорией абиогенного происхождения жизни существуют и другие гипотезы. Так, в 1865 г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Сходную гипотезу в 1907 г. выдвинул известный шведский естествоиспытатель С. Аррениус, предположив, что во Вселенной вечно существуют зародыши жизни - гипотезу панспермии.
Панспермия - гипотеза о повсеместном распространении во Вселенной зародышей живых существ. Согласно панспермии, в мировом пространстве рассеяны зародыши жизни (например, споры микроорганизмов), которые движутся под давлением световых лучей, а попадая в сферу притяжения планеты, оседают на ее поверхности и закладывают на этой планете начало живого.
Опарина о возникновении жизни на Земле опирается на представление о постепенном усложнении химической структуры и морфологического облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живым организмам. На стыке моря, суши и воздуха создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки подобно водным растворам желатина. назвал эти сгустки коацерватными каплями или коацерватами. Коацерваты - это обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры. Это еще не живые существа. Их возникновение рассматривают как стадию развития преджизни. Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений. Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению, стали контролировать синтез белков, определяя в них порядок аминокислот. А белки-ферменты осуществляли процесс создания новых копий нуклеиновых кислот. Так возникло главное свойство, характерное для жизни - способность к воспроизведению подобных себе молекул.

РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
Геологическая эра Земли от ее образования до зарождения жизни называется катархей.
Катархей (от греч. "ниже древнейшего") - эра, когда была безжизненная Земля, окутанная ядовитой для живых существ атмосферой, лишенной кислорода; гремели вулканические извержения, сверкали молнии, жесткое ультрафиолетовое излучение пронизывало атмосферу и верхние слои воды. Под влиянием этих явлений из окутавшей Землю смеси паров сероводорода, аммиака, угарного газа начинают синтезироваться первые органические соединения, возникают свойства, характерные для жизни.
Такая картина эры катархея (около 5 - 3,5 млрд. лет назад) предстает из современных исследований. Но выдвигаются и другие гипотезы. Вернадский, например, считал, что биосфера геологически вечна, т. е. что жизнь на Земле существует столько же времени, сколько и сама Земля как планета.
Архей - древнейшая геологическая эра Земли (3,5 - 2,6 млрд. лет назад).
Ко времени архея относится возникновение первых прокариот (бактерий и сине-зеленых) - организмов, которые в отличие от эукариот не обладают оформленным клеточным ядром и типичным хромосомным аппаратом (наследственная информация реализуется и передается через ДНК).
В отложениях архея найдены также остатки нитчатых водорослей . В этот период появляются гетеротрофные организмы не только в море, но и на суше. Образуется почва. В атмосфере снижается содержание метана, аммиака, водорода , начинается накопление углекислого газа и кислорода.
Протерозой (с греч. "первичная жизнь) - огромный по продолжительности этап исторического развития Земли (2,6 млрд.-570 млн. лет назад).
(Учеб. Биол., с.186-187)
Возникновение многоклеточности - важный ароморфоз в эволюции жизни.
Конец протерозоя иногда называют "веком медуз" - очень распространенных в это время представителей кишечнополостных.
Палеозой (от греч. "древняя жизнь") - геологическая эра (570-230 млн. лет) со следующими периодами: кембрий (570-500 млн. лет) ордовик (500-440 млн. лет) силур (440-410 млн. лет) девон (410-350 млн. лет) карбон (350-285 млн. лет) пермь (285-230 млн. лет).
Для развития жизни в раннем палеозое (кембрий, ордовик, силур) характерно интенсивное развитие наземных растений и выход на сушу животных

Фауна раннего палеозоя (кембрий, ордовик, силур):
1-колония археоцит
2-скелет силурийского коралла
3-обитатель мелководных заливов силурийских морей-гигантский ракоскорпион
4-головоногий моллюск
5-морские лилии
6, 7, 8-древнейшие позвоночные бесчелюстные панцирные "рыбы"
9-одиночные кораллы
10, 11-трилобиты-примитивнейшие ракообразные
12-раковина силурийского головоногого моллюска.

Наступивший в конце силура горообразовательный период изменил климат и условия существования организмов. В результате поднятия суши и сокращения морей климат девона был более континентальный, чем в силуре. В девоне появились пустынные и полупустынные области; на суше появляются первые леса из гигантских папоротников, хвощей и плаунов. Новые группы животных начинают завоевывать сушу, но их отрыв от водной среды не был еще окончательным. К концу карбона относится появление первых пресмыкающихся - полностью наземных представителей позвоночных. Они достигли значительного разнообразия в перми из-за засушливого климата и похолодания.
Так в палеозое произошло завоевание суши многоклеточными растениями и животными.
Мезозой (с греч. "средняя жизнь") - это геологическая эра (230-67 млн. лет) со следующими периодами: триас (230-195 млн. лет) юра (195-137 млн. лет) мел (137-67 млн. лет).
Мезозой справедливо называют эрой пресмыкающихся. Их расцвет, широчайшая дивергенция и вымирание происходят именно в эту эру.
В мезозое усиливается засушливость климата. Вымирает множество сухопутных организмов, у которых отдельные этапы жизни связаны с водой: большинство земноводных, папоротники, хвощи и плауны. Вместо них начинают преобладать наземные формы, в жизненном цикле которых нет стадий, связанных с водой. В триасе среди растений сильного развития достигают голосеменные, среди животных - пресмыкающиеся. В триасе появляются растительноядные и хищные динозавры. Весьма разнообразны в эту эру морские пресмыкающиеся. Помимо ихтиозавров, в морях юры появляются плезиозавры.
В юре пресмыкающиеся начали осваивать и воздушную среду. Летающие ящеры просуществовали до конца мела

В юре от пресмыкающихся возникли и птицы. На суше в юре встречаются гигантские растительноядные динозавры.
Во второй половине мела возникли сумчатые и плацентарные млекопитающие. Приобретение живорождения, теплокровности были теми ароморфозами, которые обеспечили прогресс млекопитающих.
Геологическая эра, в которую мы живем, называется кайнозой.
Кайнозой (от греч. "новая жизнь") - это эра (67 млн. лет - наше время) расцвета цветковых растений, насекомых, птиц и млекопитающих.
Кайнозой делится на два неравных периода: третичный (67-3 млн. лет) и четвертичный (3 млн. лет - наше время).
В первой половине третичного периода широко распространены леса тропического и субтропического типа. В течение третичного периода от насекомоядных млекопитающих обособляется отряд приматов. К середине этого периода широкое распространение получают и общие предковые формы человекообразных обезьян и людей.
К концу третичного периода встречаются представители всех современных семейств животных и растений и подавляющее большинство родов.

В это время начинается великий процесс остепнения суши, который привел к вымиранию одних древесных и лесных форм и к выходу других на открытое пространство. В результате сокращения лесных площадей одни из форм антропоидных обезьян отступали вглубь лесов, другие спустились с деревьев на землю и стали завоевывать открытые пространства. Потомками последних являются люди, возникшие в конце третичного периода.
В течение четвертичного периода вымирают мамонты, саблезубые тигры, гигантские ленивцы, большерогие торфяные олени и другие животные. Большую роль в вымирании крупных млекопитающих сыграли древние охотники.

Около 10 тысяч лет назад в умеренно теплых областях Земли наступила "неолитическая революция", связанная с переходом человека от собирательства и охоты к земледелию и скотоводству. Это определило видовой состав органического мира, который существует в настоящее время.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА
Долгое время отсутствовали эмпирические данные о предках человека. Дарвин знал только дриопитеков (найденных в 1856 г. во Франции) и писал о них как о далеких предках человека. В XX веке раскопки позволили обнаружить остатки ископаемых обезьян, живших примерно от 20 до 12 млн. лет назад. К ним относятся проконсулы (обнаруженные в Восточной Африке), ориопитек (находка скелета в 1958 г. в Италии), рамапитек (30-е годы XX века в Индии), сивапитеки и др., которые уже по многим признакам обнаруживают сходство с человеком. В настоящее время большинство специалистов считает, что ближайшим предшественником человека являются австралопитеки - прямоходящие млекопитающие. Их костные остатки, возраст которых составляет от 5 до 2,5 млн. лет, впервые были обнаружены в 1924 г. в Южной Африке. К настоящему времени обнаружены костные остатки около 400 особей австралопитековых.
Австралопитеки были связующим звеном между животным миром и первыми людьми.
В современной антропологии наиболее распространенной является точка зрения, по которой "эволюция человеческой линии заняла не свыше 10 млн. лет, а обезьяний предок гоминид имел черты сходства с шимпанзе, был по существу "шимпанзеподобен"... В качестве "модельного предка" человеческой и шимпанзоидной линии некоторые антропологи рассматривают карликового шимпанзе - бонобо - ... из джунглей Экваториальной Африки" (, Перевозчиков, М.: 1991, стр.37-38).
В 1891 г. голландский исследователь Эжен Дюбуа на о. Ява впервые нашел окаменелости древнейшего человека - первого питекантропа, или человека прямоходящего. Уже в нашем веке на Яве найдены еще несколько питекантропов, в Китае - близкие к ним синантропы и т. д. Все они представляют собой различные географические варианты человека прямоходящего, существовавшего приблизительно 0,5-2 млн. лет назад. Наряду с добыванием растительной пищи у питекантропов большую роль играла охота. Они умели пользоваться огнем, сохраняли его от поколения к поколению.
В 60-70-е годы нашего века в Африке были обнаружены остатки древнейших людей и самые примитивные орудия труда из гальки. Этот древнейший предок человека получил название человека умелого.
Человек умелый, судя по найденным останкам, датирующимся 2,6-3,5 млн. лет назад, существовал более полумиллиона лет, медленно эволюционировал, пока не приобрел значительное сходство с человеком прямоходящим. Древнейших людей - питекантропов - сменили древние люди, которых называют неандертальцами (по месту первой находки в долине реки Неандр, Германия). Их скелетные остатки открыты в Европе, Азии и Африке. Время существования - 200-35 тысяч лет назад. Они могли не только поддерживать, но и добывать огонь. Шло развитие речи. С помощью изготовленных орудий древние люди охотились на животных, сдирали с них шкуры, разделывали туши, строили жилища. У неандертальцев впервые встречаются захоронения.
В гроте Кроманьон во Франции было обнаружено сразу несколько ископаемых людей современного типа. По месту находки их называют кроманьонцами. Самые ранние их костные остатки датируются в 40 тысяч лет. Разнообразие типов орудий из камня и кости говорит о сложной трудовой деятельности. Человек уже умел сшивать шкуры животных и изготавливать из них одежду, жилье. На стенах пещер обнаружены мастерские рисунки.

АНТРОПОЛОГИЯ КАК НАУКА
Наука о происхождении и эволюции человека, образовании человеческих рас и о нормальных вариациях физического строения человека называется антропологией.
Антропология как самостоятельная наука сформировалась в середине XIX века. Основные разделы антропологии: морфология человека, учение об антропогенезе, расоведение.
Процесс историко-эволюционного формирования физического типа человека, первоначального развития его трудовой деятельности, речи, а также общества называется антропогенезом или антропосоциогенезом.
Проблемы антропогенеза стали изучаться в XVIII веке. До этого времени господствовало представление, что человек и народы всегда были и являются такими, как их создал творец. Однако постепенно в науке, культуре, общественном сознании утверждалась идея развития, эволюции, в том числе и применительно к человеку и обществу.
В середине XVIII века К. Линней положил начало научному представлению о происхождении человека. В своей "Системе природы" (1735 г.) он отнес человека к животному миру, помещая его в своей классификации рядом с человекообразными обезьянами. В XVIII веке зарождается и научная приматология; так, в 1766 г. появилась научная работа Ж. Бюффона об орангутанге. Голландский анатом П. Кампер показал глубокое сходство в строении основных органов человека и животных.
В XVIII - первой половине XIX века археологи , палеонтологи, этнографы накопили большой эмпирический материал, который лег в основу учения об антропогенезе. Большую роль сыграли исследования французского археолога Буше де Перта. В 40-50-х гг. XIX века он искал каменные орудия и доказывал, что их использовал первобытный человек, живший одновременно с мамонтом и др. Эти открытия опровергали библейскую хронологию, встретили бурное сопротивление. Только в 60-е гг. XIX века идеи Буше де Перта признали в науке.
Однако даже Ламарк не решался довести до логического завершения идею эволюции животных и человека и отрицать роль бога в происхождении человека (в своей "Философии зоологии" он писал об ином происхождении человека, чем только лишь от животных).
Революционную роль в учении об антропогенезе сыграли идеи Дарвина. Он писал: "Тот, кто не смотрит, подобно дикарю, на явления природы как на нечто бессвязное, не может больше думать, чтобы человек был плодом отдельного акта творения".
Человек одновременно и биологическое существо, и социальное, поэтому антропогенез неотрывно связан с социогенезом, представляя собой по сути единый процесс антропосоциогенеза.

Во все века жила, затаена, Надежда - вскрыть все таинства природы.

В. Брюсов

15.1. Доказательства эволюции живого

Понятие "эволюция" употребляется в разных смыслах, но большей частью отождествляется с развитием. В ходе изложения нам уже приходилось говорить о глобальной эволюции Вселенной, геологической эволюции и эволюции живой природы. Во всех этих случаях под эволюцией подразумевается процесс длительных, постоянных, медленных изменений, которые в конечном итоге приводят к изменениям коренным, качественным, завершающимся возникновением новых более сложных материальных систем, структур, форм и видов. Под эволюцией живого мира понимают процесс развития природы со времени возникновения жизни до настоящего времени. В ходе эволюции менялись и возникали новые виды, появлялись все более сложные формы живых организмов, причем живое приспосабливалось к изменениям окружающей среды. После возникновения одноклеточных ступень эволюции заключалась в образовании и прогрессивном развитии многоклеточного организма. Одной из важных предпосылок возникновения высокоразвитых форм жизни стало образование колоний клеток путем скопления клеток с ядрами (эукариотов) и распределения функций между ними. Возникновение примерно 0,6 млрд лет назад многоклеточных эукариотов привело к взрывоподобному увеличению числа высокоразвитых форм жизни. В течение сравнительно короткого

геологического периода появились многие виды беспозвоночных и макроскопические водоросли. Для того чтобы произошел этот эволюционный скачок, понадобились три шага: 1) развитие полового размножения; 2) открытие принципа гетеротрофии; 3) образование колоний клеток с распределением функций.

Всех многоклеточных разделяют на три царства: грибы (Fungi ), растения (Melaphyta ) и животные (Metazoa ). Относительно эволюции грибов известно очень мало, так как палеонтологическая летопись их остается скудной. Два других царства намного богаче представлены ископаемыми остатками, дающими возможность довольно подробно восстановить ход их истории.

В протерозойскую эру (около 1 млрд лет назад) эволюционный ствол древнейших эукариот разделился на несколько ветвей, от которых возникли многоклеточные растения (зеленые, бурые и красные водоросли), а также грибы. Большинство из первичных растений свободно плавало в морской воде (диатомовые, золотистые водоросли), часть прикреплялась ко дну.

Существенным условием дальнейшей эволюции растений было образование почвенного субстрата на поверхности суши в результате взаимодействия бактерий и цианей с минеральными веществами и под влиянием климатических факторов. В конце силурийского периода почвообразовательные процессы подготовили возможность выхода растений на сушу (440 млн лет назад). Среди растений, первыми освоивших сушу, были псилофиты.

Самые ранние следы животных обнаруживаются в конце докембрия (700 млн лет назад). Предполагается, что первые животные произошли либо от общего ствола всех эукариот, либо от одной из групп древнейших водорослей.

Можно выделить четыре основных этапа эволюции: 1) биохимическая эволюция, начавшаяся примерно 3 млрд лет назад и закончившаяся к кембрию; 2) морфофизиологический прогресс, осуществляемый на протяжении 500 млн лет до настоящего времени; 3) эволюция психики, начавшаяся около 250 млн лет назад с момента появления насекомых; 4) эволюция сознания, связанная с возникновением и развитием человеческого общества на протяжении последних 500 тыс. лет.

Основными доказательствами эволюции живой природы являются следующие.

1. Доказательства единства происхождения органического мира:

все организмы, будь то вирусы, бактерии, растения, животные или грибы, имеют удивительно близкий элементарный химический состав;

у всех у них особо важную роль в жизненных явлениях играют белки и нуклеиновые кислоты, которые построены всегда по единому принципу и из сходных компонентов. Высокая степень сходства обнаруживается не только в строении биологических молекул, но и в способе их функционирования. Принципы генетического кодирования, биосинтеза белков и нуклеиновых кислот едины для всего живого;

у подавляющего большинства организмов в качестве молекул - аккумуляторов энергии используется АТФ, одинаковы также механизмы расщепления Сахаров и основной энергетический цикл клетки;

большинство организмов имеют клеточное строение.

2. Эмбриологические доказательства эволюции. Отечественные и зарубежные ученые обнаружили и глубоко

изучили сходства начальных стадий эмбрионального развития животных. Все многоклеточные животные проходят в ходе индивидуального развития стадии бластулы и гаструлы. С особой отчетливостью выступает сходство эмбриональных стадий в пределах отдельных типов или классов. Например, у всех наземных позвоночных, так же и у рыб, обнаруживается закладка жаберных дуг, хотя эти образования не имеют функционального значения у взрослых организмов. Подобное сходство эмбриональных стадий объясняется единством происхождения всех живых организмов.

3. Морфологические доказательства эволюции:

а) особую ценность для доказательства единства происхождения органического мира представляют формы, сочетающие в себе признаки нескольких крупных систематических единиц. Существование таких промежуточных форм указывает на то,

что в прежние геологические эпохи жили организмы, являющиеся родоначальниками нескольких систематических групп. Наглядным примером этого может служить одноклеточный организм эвглена зеленая. Она одновременно имеет признаки, типичные для растений и для простейших животных;

б) строение передних конечностей некоторых позвоноч ных, несмотря на выполнение этими органами совершенно разных функций, в принципиальных чертах строения сходны. Некоторые кости в скелете конечностей могут отсутствовать, другие - срастаться, относительные размеры костей могут ме няться, но их гомология совершенно очевидна. Гомологичными называются такие органы, которые развиваются из одинаковых эмбриональных зачатков сходным образом;

в) некоторые органы или их части не функционируют у взрослых животных и являются для них лишними - это так называемые рудиментарные органы, или рудименты. Наличие рудиментов, так же как и гомологичных органов, - тоже сви детельство общности происхождения.

4. Палеонтологические доказательства эволюции.

Палеонтология указывает на причины эволюционных преобразований. В этом отношении интересна эволюция лошадей. Изменение климата на Земле повлекло за собой изменение конечностей лошади. Параллельно изменению конечностей происходило преобразование всего организма: увеличение размеров тела, изменение формы черепа и усложнение строения зубов, возникновение свойственного травоядным млекопитающим пищеварительного тракта и многое другое. В результате изменения внешних условий под влиянием естественного отбора произошло постепенное превращение мелких пятипалых всеядных животных в крупных травоядных. Богатейший палеонтологический материал - одно из наиболее убедительных доказательств эволюционного процесса, длящегося на нашей планете уже более 3 млрд лет.

5. Биогеографические доказательства эволюции.

Ярким свидетельством происшедших и происходящих эволюционных изменений является распространение животных и

растений по поверхности нашей планеты. Сравнение животного и растительного мира разных зон дает богатейший научный материал для доказательства эволюционного процесса. Фауна и флора палеоарктической и неоарктической областей имеют много общего. Это объясняется тем, что в прошлом между названными областями существовал сухопутный мост - Берингов перешеек. Другие области имеют мало общих черт.

Таким образом, распределение видов животных и растений по поверхности планеты и их группировка в биографические зоны отражают процесс исторического развития Земли и эволюции живого.

6. Островные фауна и флора.

Для понимания эволюционного процесса интерес представляют флора и фауна островов, которые полностью зависит от истории происхождения островов. Огромное количество разнообразных биографических фактов указывает на то, что особенности распределения живых существ на планете тесно связаны с преобразованием земной коры и с эволюционными изменениями видов.

Во все века жила, затаена, Надежда - вскрыть все таинства природы.

В. Брюсов

15.1. Доказательства эволюции живого

Основными доказательствами эволюции живой природы являются следующие.

1. Доказательства единства происхождения органического мира:

большинство организмов имеют клеточное строение.

2. Эмбриологические доказательства эволюции. Отечественные и зарубежные ученые обнаружили и глубоко

3. Морфологические доказательства эволюции:

4. Палеонтологические доказательства эволюции.

5. Биогеографические доказательства эволюции.

6. Островные фауна и флора.

Rumyantsev 11 марта 2017 в 23:35

Эволюция природы

Научно-популярное

Совместно с Игорем Сунчелеем

В работе сделана попытка расширить теорию эволюции Дарвина на неживую природу, показать, что биологическая эволюция является одним из этапов развития природы, и предсказать направление эволюционного развития после него. Кроме того, авторы дают свою версию определения жизни и ее эволюционного смысла.

1 Первый и второй уровни эволюции

Термином «эволюция» обычно называют переход материи от простого состояния к более сложному и одновременно к более совершенному состоянию. Эволюция считается процессом развития материи «вперед», а противоположный процесс развития материи «назад» от сложного состояния к более простому состоянию принято называть разложением или деградацией. Направление движения «вперед» мы пока оставим на интуитивном уровне понимания, однако ниже будет сформулировано более точное определение эволюции.

Эволюционирует ли неживая природа? Рассмотрим общеизвестные состояния неживой материи:

Элементарные частицы;
Атомы химических элементов;
Молекулы.

Каждое следующее из перечисленных состояний можно считать совершенней и сложней предыдущего. На интуитивном уровне понимания направление движения «вперед» присутствует, значит, эволюция неживой природы, по крайней мере, была. Вспомним основные движущие факторы биологической эволюции Дарвина:

Борьба за существование;
Естественный отбор;
Наследственная изменчивость.

Из допущения возможности эволюции неживой природы вытекает следующий вопрос. Какие у нее могут быть основные движущие факторы? Выдвинем следующую, кажущуюся невероятной, гипотезу: движущие факторы эволюции живой и неживой природы одинаковые, их отличие только в механизмах действия. Для ее проверки переформулируем три основных движущих фактора биологической эволюции в более общий вид для произвольного материального объекта и добавим четвертый фактор, который, вероятно, Дарвин подразумевал по умолчанию:

Сопротивление объекта неизбежным изменениям с целью сохранения его текущей формы существования;
Количественное или качественное изменение формы существования объекта;
Модификация способов сопротивления объекта неизбежным изменениям;
Изменение условий существования объекта.

На рисунке 1 показана условная последовательность действия факторов эволюции. На самом деле все они, конечно, действуют одновременно.

Очевидно, что наши модифицированные формулировки движущих факторов эволюции остались эквивалентными движущим факторам Дарвинизма при их применении к живым формам существования. Введем два определения.

Эволюция первого уровня – это способ эволюции неживой природы.
Эволюция второго уровня – это способ эволюции природы, основанный на факторах биологической эволюции Дарвина.

Общую сущность факторов эволюции на обоих уровнях можно сформулировать так: текущую форму существования сохраняют только наиболее приспособленные к изменившимся внешним условиям материальные объекты. В этом смысле факторы эволюции первого и второго уровней эквивалентны. Рассмотрим механизмы действия переформулированных в более общем виде факторов эволюции на ее первом уровне.

Сопротивление объекта неизбежным изменениям с целью сохранения его текущей формы существования

Смысл первого фактора в том, что материя стремится сохранить свое достигнутое состояние, сопротивляясь его изменению. Изменения неизбежны, потому что противное означало бы остановку времени, но сопротивление изменениям влияет на то, какими именно будут изменения.

Механизм сопротивления неживого материального объекта неизбежным изменениям основан на третьем законе Ньютона – сила действия равна силе противодействия. Привносящая изменения сила наталкивается на противоположную силу сопротивления изменениям, например, твердые материальные тела стремятся сохранить свою форму, противодействуя внешним силам.

В отличие от неживых объектов живые могут сопротивляться неизбежным изменениям еще одним качественно новым энергетически затратным способом. Они сами изменяют окружающую среду таким образом, чтобы продлить свое существование в живом виде. Поскольку живая природа находится под воздействием одновременно двух уровней эволюции, то появление у нее дополнительной возможности самой вносить изменения в окружающую среду с целью борьбы за существование фактически означает усиление сопротивления изменениям.

Пример. Чтобы не замерзнуть зимой, человек построил деревянный дом. Изменения в природе: раньше деревья росли, а теперь из них построены стены дома.

Мы изменяем поверхность планеты Земля благодаря действию фактора эволюции второго уровня – борьбы за существование, или, что эквивалентно, – сопротивления неизбежным изменениям.

Итак, в сравнении с эволюцией первого уровня на втором уровне сопротивление живой природы неизбежным изменениям возрастает, однако достигается это ценой ускорения изменений в окружающей ее неживой и живой природе. У эволюции второго уровня рост сопротивления изменениям приводит не к замедлению, а к ускорению изменений и эволюции.

Количественное или качественное изменение формы существования объекта

Поясним действие второго движущего фактора. Это природный механизм принятия решения о результате сопротивления объекта изменениям. Если объект успешно сопротивляется изменениям, то он продолжает существование в своей прежней форме, получая лишь количественные изменения. Если сопротивление объекта сломлено внешними силами, то его материя вынуждена менять форму своего существования. На втором уровне эволюции слом внешними силами сопротивления объекта изменениям означает смерть особи.

На первом уровне эволюции фактор естественного отбора действует по-другому механизму, ведь материя неуничтожима. В случае недостаточно сильного сопротивления изменениям второй фактор эволюции принуждает неживой материальный объект менять форму существования. Однако суть действия от этого не меняется – в своем прежнем виде материальный объект уже более не существует.

Пример. Метеорит падает на Луну. В момент удара и Луна, и метеорит сопротивляются изменившимся внешним условиям в стремлении сохранить свои формы. Масса Луны многократно больше, поэтому второй фактор эволюции вносит в ее форму существования лишь количественные изменения – на ее поверхности появляется еще один кратер. Но материи метеорита приходится качественно менять форму своего существования – часть его переходит в газообразное состояние и медленно оседает на поверхность Луны в виде пыли, а оставшаяся рассыпается на мелкие куски.

Отметим, что после качественной смены формы существования материя бывшего объекта всегда оказывается приспособленной к существованию в изменившихся условиях.

Модификация способов сопротивления объекта неизбежным изменениям

В разных условиях внешней среды способы сопротивления неживой материи изменениям являются разными. Мы знаем, что одни и те же материальные объекты ведут себя по-разному в условиях сверхнизких и сверхвысоких температур, давлений, гравитационных и электромагнитных полей, в разной по химическому составу окружающей среде и так далее. При действии в совокупности эти и многие другие свойства окружающей среды порождают огромное количество разных способов сопротивления неживой материи неизбежным изменениям.

Таким образом, в эволюции первого уровня источником модификации способов сопротивления объекта неизбежным изменениям является окружающая среда. Ниже это утверждение будет подробнее пояснено.

Что такое эволюция природы?

Мы предполагаем, что эволюция обязательно должна нести в себе элемент новизны. Поведение неживой природы подчиняется жестко определенным законам физики. У неживой материи нет никакого выбора – например, строение атомов и молекул однозначно следует из современной Стандартной модели элементарных частиц. Если при атмосферном давлении нагреть воду до 100°C, то она всегда начнет закипать, а при охлаждении до 0°C всегда начнет превращаться в лед. Здесь нет никакого элемента новизны, и все полностью предопределено. Действительно, эволюции неживой природы не хватает чего-то еще, что позволило бы ей проявлять новые свойства материи в условиях действующих законов физики. Где здесь эволюция?

Для ответа на этот ключевой вопрос нам придется прибегнуть к аксиоматике и сформулировать аксиому необратимости эволюционных процессов, которая расширяет гипотезу Луи Долло [i] на неживую природу.

Текущее состояние материи вселенной неповторимо в будущем.

Обратное означало бы, что время вселенной может течь по замкнутому контуру. Смысл аксиомы в том, что каждое текущее состояние вселенной уникально. Это означает, что в каждый момент времени в состоянии материи вселенной появляется элемент новизны относительно всех ее прошлых состояний, который и дает возможность эволюции неживой природы.

Пока внешние условия существования меняются незначительно, мы можем не замечать эволюции неживого объекта. Однако, в конце концов условия существования изменятся настолько, что проявят его ранее нам неизвестные, «дремавшие» его свойства.

При изменении температуры вода может оставаться водой или превращаться в лед или в пар, однако внешние условия ее существования всегда будут уже новыми. Эти новые внешние условия создают новые уникальные внутренние состояния и свойства молекул воды, и если мы этого не замечаем, то это значит, что мы пока недостаточно внимательны.

В подтверждение этого утверждения приведем еще один пример с водой. Как известно, в белковых телах преобладают углеродосодержащие молекулы и вода. Синтез белков в организме представляет собой сложный процесс, напоминающий процесс производства молекулярного завода, работающего по заданной программе. Причем молекулы воды тоже являются частью этого завода и управляющего им молекулярного компьютера, о принципах работы которого мы пока имеем лишь самое смутное представление. В белковой среде молекулы воды проявляют новые пока неизвестные нам свойства, участвуя в обработке и передаче информации.

Следствием нашей аксиомы является то, что эволюция неживой природы продолжается и в настоящее время, причем мы обнаруживаем, что она ускоряется благодаря параллельно идущей биологической эволюции. Все искусственные химические материалы производятся людьми благодаря помещению сырья и полуфабрикатов в новые внешние условия, самопроизвольное возникновение которых в условиях неживой природы крайне маловероятно.

А теперь все предыдущие умозаключения уже позволяют нам дать более точное определение понятия эволюции природы, формализующее наше интуитивное представление о движении «вперед».

Эволюция природы – это процесс создания природой новых, ранее не существовавших, форм и условий существования материи.

2 Определение жизни

Во второй части работы мы попробуем найти ключевые признаки, отличающие живую природу от неживой, и на их основе сформулировать определение, формализующее понятие жизни. Свои версии определения феномена жизни дали многие исследователи, однако, общепринятого определения у нас нет до сих пор.

Поставим задачу более строго. Предположим, что у нас есть возможность наблюдать не только за поведением знакомого или не знакомого нам объекта, но и за внутренним состоянием его материи. Тогда будем искать такое определение, которое по результатам этого наблюдения однозначно позволило бы отнести объект к живой или к неживой природе.

Поведение объекта определяет первый фактор эволюции. Поэтому ключевые отличия живой и неживой природы будем искать в отличиях их способов сопротивления неизбежным изменениям. Живой объект сам является источником изменений, причем он имеет возможность выбора из набора доступных ему видов реакций на внешние и внутренние условия. Технически живой объект можно представить как систему управления, блок-схема которой приведена на рисунке 2.

Рис. 2

Обратим внимание, что для алгоритма управления F внутреннее состояние материального тела живого объекта, в сущности, является только одним из видов внешних условий. Внутренние изменения могут быть следствием внешних изменений, а могут и не быть. Приведем по одному примеру обоих случаев.

Понижение температуры окружающего воздуха может грозить живой особи переохлаждением. Здесь изменение внутреннего состояния особи является следствием изменения внешних условий.

Напротив, главная причина старения организма особи заключается не в изменении внешних условий, а в том, что механизм старения клеток закодирован в полученной особью от родителей наследственной информации.

Алгоритм управления F работает с учетом прошлого опыта. Прошлый опыт может возникать двумя способами:

Передаваться с наследственной информацией;
Накапливаться в процессе жизнедеятельности.

Память для хранения прошлого опыта, переданного с наследственной информацией, является частью алгоритма управления. Обратим внимание, что для живого объекта наличие накопленного в процессе жизнедеятельности опыта не является обязательным, в противном случае новорожденных детей нельзя было бы признать живыми. Поэтому для живого существа не является обязательным и наличие у него показанного пунктиром блока памяти для хранения накопленного в процессе жизнедеятельности опыта.

Любой алгоритм управления основан на попытке приближения наблюдаемых параметров к набору неких целевых значений. Целями алгоритма управления F могут быть: противостояние вредоносным бактериям и вирусам, утоление голода, отдых, воспитание детей, победа на соревнованиях, зарабатывание денег и так далее. Очевидно, что главной целью живого существа должна быть борьба за жизнь. Эта цель всегда должна иметь наивысший приоритет, все остальные цели возникают только в такие моменты времени, когда алгоритму управления удалось создать условия, при которых угроза жизни временно устранена.

А теперь, после всех предыдущих умозаключений, мы, наконец, дадим свою версию определения жизни.

Материальный объект является живым, если в целях борьбы за свое существование он может использовать хотя бы один управляемый им энергетически затратный способ влияния на свое внутреннее состояние и/или окружающую среду.

Приведем два важных следствия из определения жизни.

Следствие 1. Все живые материальные объекты ведут энергетически затратный способ существования.

Датчики, процессор, память и исполнительные механизмы не являются вечными двигателями, для их работы требуется источник энергии.

Следствие 2. Все материальные объекты, ведущие энергетически не затратный способ существования, являются неживыми.

Следствие 2 логически следует из следствия 1.

Теперь проверим наше определение на примерах. Отметим, что следствие 2 сразу позволяет отнести к неживой природе все объекты с энергетически не затратным способом существования, такие как: камни, озера, карандаши, ложки и многие другие. Этот вывод совпадает с нашим жизненным опытом.

Теперь проверим определение на объектах с энергетически затратной формой существования.

Костер. Когда дров в костре много, огонь разгорается, когда дров остается меньше, огонь постепенно затухает. Может быть, огонь становится меньше потому, что костер хочет дольше гореть? Нет, интенсивность реакции горения определяется только количеством и качеством дров и состоянием внешней среды. Это не костер управляет интенсивностью горения, а человек, подкладывая в костер дрова. Вывод: неживой.

Жертвующий жизнью или идущий на суицид человек. На уровне своего сознания он отказался от борьбы за жизнь и управляет своими конечностями таким образом, чтобы ее прекратить. Но его организм от жизни еще не отказался. Организм продолжает управлять другими исполнительными механизмами тела в целях продолжения жизни: сердцем, мышцами дыхания, пищеварительной системой и так далее. Вывод: живой.

Человек в состоянии клинической смерти. Сердце остановилось, но смерть не наступает одномоментно, организм умирает постепенно по мере прекращения энергетически затратного обмена веществ, который в разных частях организма наступает в разные моменты времени. Вывод: человек считается живым до тех пор, пока хотя бы одна клетка организма продолжает обмен веществ.

Ребенок в чреве матери. Для своего роста он использует энергетически затратный способ синтеза белка, который ему нужен для последующего рождения. Вывод: живой.

Выводы из приведенных примеров показывают, что у них нет противоречий со здравым смыслом. Предлагаем читателям самим проверить определение на Солнце, летящей пуле, растениях, на семенах растений, на яйцах птиц и земноводных, на сперматозоиде, молекуле белка и на любых других объектах.

Мы же проверим наше определение на самом сложном и одновременно самом интересном примере с, казалось бы, заранее известным ответом.

Представим себе созданного людьми несложного робота, который запрограммирован на выполнение правила стропальщика: «Не стой под грузом!» Робот может ездить на четырех колесах по огороженной со всех сторон забором площадке. Подъемный кран держит над площадкой груз, а крановщик старается расположить его над роботом. Робот следит за положением груза и, стараясь не оказаться под ним, все время отъезжает в сторону.

По нашему определению такой робот оказывается живым. В тоже время, наш здравый смысл отказывается считать такой ответ истиной.

Борется ли робот за свое существование, когда он отъезжает из-под груза? Он ведь не понимает, зачем он это делает. Значит, он отъезжает не в целях борьбы за существование, и, может быть, поэтому перестает соответствовать нашему определению жизни? Однако определение не случайно не требует, чтобы живой объект что-то осознавал. Наши безусловные рефлексы действуют аналогично программе робота из примера. Если мы случайно дотронемся до горячего предмета, то отдернем руку еще до того, как осознаем, зачем мы это сделали. Объекты растительного мира, который мы причисляем к живой природе, тоже вряд ли что-то осознают в процессе своей жизнедеятельности.

Зададимся следующим вопросом. Основывается ли вывод нашего здравого смысла, что робот не живой, на его поведении? Оказывается, нет. Наш здравый смысл причисляет робота к неживой природе только на основе нашего прошлого опыта о том, что роботы живыми не бывают. В доказательство этого утверждения представим, что вместо робота на нашей огороженной забором площадке будет живое существо – собака. Собака может бегать, лаять, бросаться на забор, но меньше всего ее будет беспокоить тот факт, что груз окажется над ней. Она тоже не осознает опасности от нависшего над ней груза, а ее условные и безусловные рефлексы не заставляют ее отбежать в сторону. В нашем примере робот борется за свое существование более адекватно сложившимся внешним условиям, чем собака, и, тем не менее, наш здравый смысл продолжает считать собаку живой, а робота нет. Полное игнорирование поведения робота при отнесении его к неживой природе порождает первые сомнения в истинности выводов нашего здравого смысла.

И все-таки что это – ошибка в формулировке определения или определение предсказывает возможность существования новой, отличной от биологической формы жизни? Может быть, наш здравый смысл относит робота из примера к неживой природе, исходя из стереотипа мышления, что жизнь может существовать только в биологической форме? Поиску ответов на эти вопросы посвящена третья часть работы.

3 Третий уровень эволюции

Наш последний пример показывает, что возможность существования созданных людьми роботов, которые в той или иной форме способны бороться за свое существование, не вызывает сомнений. Остался открытым вопрос: живые они или нет?

Предположим, что они живые, тогда, поскольку они созданы представителями биологической жизни, их форму жизни далее будем называть вторичной, а биологическую первичной. Термин «вторичная форма жизни» подчеркивает то, что она не может возникнуть из неживой природы, а может быть создана только «первичной формой жизни», то есть биологической.

Доказать возможность существования вторичной формы жизни можно теоретическим способом. Если мы сумеем найти движущие факторы эволюции вторичной формы жизни и доказать, что в сравнении с движущими факторами биологической эволюции Дарвина они приводят к дальнейшему усилению борьбы за существование и к ускорению эволюции, то тогда будем считать доказанной и саму возможность существования вторичной формы жизни.
Вспомним, что эволюция Дарвина объясняет появление новых биологических видов, а не эволюцию отдельно взятой живой особи. Более того, Дарвинизм даже исключает эволюцию отдельно взятой живой особи, потому что механизм приспособления биологической жизни к изменяющимся внешним условиям заключен в наследственной изменчивости. Следствием этого является то, что приспособиться к новым внешним условиям имеет шанс не сама живая особь, а только ее потомки.

Поэтому по аналогии с первичной формой жизни движущие факторы эволюции вторичной формы жизни мы будем искать, рассматривая не отдельно взятого ее представителя, а на воображаемом примере некоторого социума представителей вторичной жизни по аналогии с биологическим видом. То есть в своем допущении о возможности существования вторичной формы жизни нам придется пойти еще дальше и предположить, что сначала с помощью людей, а позже и самостоятельно представители вторичной формы жизни смогут создавать себе подобных.

Мы не имеем в виду завод, с конвейера которого сходят неотличимые друг от друга роботы. Внешне они действительно могут быть неотличимыми, но мы исходим из того, что по аналогии с биологической жизнью каждая особь вторичной жизни должна быть уникальной и для сохранения единства вида обладать изменчивой наследственной информацией не менее чем от двух родителей. Опишем один из многих теоретически возможных способов создания себе подобных представителями вторичной формы жизни в процессе спаривания двух бесполых особей.

Наследственной информацией существа вторичной формы жизни будем считать только управляющий алгоритм , рис.2. Принципиальным отличием такого подхода к наследственной информации от биологической жизни является то, что в ней наследственной информацией является еще и строение всего организма живого существа, то есть еще и датчиков, процессора, исполнительных механизмов. Новый подход к наследственной информации позволяет сделать алгоритм работы и накопленный в процессе жизнедеятельности опыт отделяемыми от остального тела существа вторичной формы жизни. Появляется возможность их переноса в новое, например, построенное на усовершенствованной элементной базе тело. Это делает представителей вторичной формы жизни защищенными от старения их тел.

Здесь мы находим первое необходимое условие для нашего доказательства возможности существования вторичной формы жизни – это ее усиление борьбы за существование по сравнению особями биологической жизни. Возможность избежать смерти от старости, конечно, означает усиление борьбы за существование, то есть за жизнь.

Вернемся к процессу спаривания особей вторичной формы жизни. Подобно тому, как кодируется ДНК в дискретных генах, управляющий алгоритм F может быть закодирован частями. Допустим, что у нас есть два бесполых представителя вторичной формы жизни с управляющими алгоритмами и и накопленным в процессе жизнедеятельности опытом и . В процессе их спаривания будут образованы два новых управляющих алгоритма и . Каждый из них составлен из частей родительских алгоритмов, которые случайным образом выбираются или из , или из . Далее новые алгоритмы управления обратно загружаются в прежние тела двух представителей вторичной формы жизни – загружается в тело первого, а в тело второго, на места , и соответственно. Обратим внимание, что в результате спаривания данные в памяти о накопленном в процессе жизнедеятельности опыте каждого из двух представителей вторичной формы жизни не изменились.

В результате такой процедуры как было два живых существа, так и осталось, причем, благодаря сохраненной памяти о своем прошлом, каждое из них продолжает считать себя прежней личностью, то есть осталось живым. Изменился только образ мышления каждого из них. Теперь он имеет некоторые черты их партнера. Сами партнеры могут выбираться случайным образом из представителей социума, проживших больше наперед заданного количества лет. Таким образом, в процессе жизни представитель вторичной формы жизни может пройти через через эту процедуру многократно.

В целях воспроизводства по этой процедуре могут создаваться в новых телах и новые особи. Они будут иметь новый алгоритм управления вместе с переданными с наследственной информацией безусловными рефлексами родителей, аналогичными тем, которые передаются детям в биологической жизни. У только что созданных новых особей память для хранения накопленного в процессе жизнедеятельности опыта будет совершенно пустой. В этом случае первое время их придется воспитывать как малых детей.

Имеет ли описанная процедура спаривания какие-то преимущества относительно полового размножения в биологической жизни? Преимуществ много, но мы рассмотрим только два главных из них.

Во-первых – это возможность искусственного отбора. У социума вторичной формы жизни имеется возможность оценки того, насколько полезно для социума провел отрезок жизни его представитель между прошлым спариванием и предстоящим. Сравнивая оценки двух выбранных для спаривания особей, социум может увеличить вероятность выбора наследственных частей из управляющего алгоритма той особи, оценка которой выше. Допустим, оценка была выше у первой особи, тогда в и в частей из , окажется больше, чем из . Негативная наследственность может искусственно подавляться социумом. Искусственный отбор тоже не лишен недостатков, однако известно, что в сравнении с биологическим естественным отбором он в тысячи раз ускоряет закрепление в наследственной информации желаемых признаков.

Во-вторых, в биологической жизни элементы новизны в изменчивости наследственной информации несут ее случайные мутации. Они вносят в наследственную информацию признаки, которых не было ни у одного из родителей. Природу к этому вынуждает то, что внешние условия жизни постепенно тоже начинают нести в себе принципиальные отличия от прошлых условий, в которых жили прежние поколения. Поэтому одним только прошлым опытом родителей решить задачу приспособления потомства к новым условиям жизни нельзя. Случайными мутациями природа вслепую пытается угадать в каком направлении следует направить адаптацию к внешним условиям. Лишь очень малая часть случайных мутаций оказывается полезной и закрепляется в наследственной информации через многие поколения. Особей с вредными для жизни мутациями из дальнейшей эволюции устраняет естественный отбор.

В описанном механизме спаривания особей вторичной формы жизни источник новизны в наследственной информации не упомянут потому, что в механизме спаривания его нет. Источником новизны для управляющего алгоритма F станут научно-исследовательские работы самих членов социума. Чтобы понять, насколько это эффективней случайных мутаций, достаточно представить, что новые модели наших электронных гаджетов разрабатывались бы методом внесения случайных изменений в их конструкции. Например, путем замены мест на принципиальной электрической схеме конденсатора и резистора. А потом, чтобы понять насколько полезными оказались изменения, разработчики ждали бы реакцию на них рынка.

Мы нашли и второе необходимое условие для доказательства возможности существования вторичной формы жизни – это ускорение ее эволюции по сравнению особями биологической эволюции Дарвина. Дадим очередное определение.

Эволюция третьего уровня – это способ эволюции природы, основанный на факторах эволюции вторичной формы жизни.

Движущие факторы эволюции третьего уровня остаются теми же, что и на двух предыдущих уровнях, рис.1, но отличаются от них только особенностями механизмов действия. Вот они:

Борьба за существование;
Естественный отбор;
Искусственный отбор и самосовершенствование внутреннего строения объекта;
Изменение условий существования.

Обратим внимание, что в сравнении с движущими факторами эволюции второго уровня, то есть эволюции Дарвина, изменениям подвергся только третий фактор эволюции, а именно фактор, определяющий способ модификации сопротивления неизбежным изменениям.

Механизм действия третьего фактора уже описан выше. Отметим, что искусственный отбор и самосовершенствование внутреннего состояния объекта означают, что на третьем уровне эволюции природа предоставляет представителям вторичной формы жизни самим решать, как им самим себя видоизменять. Это большой шаг вперед и первое качественное отличие эволюции третьего уровня от эволюции первых двух уровней.

Видно, что первый и третий факторы относятся к ведущему борьбу за свое существование материальному объекту. Четвертый фактор относится к внешним и внутренним условиям существования объекта, на которые сам объект начинает оказывать влияние уже на втором биологическом уровне эволюции. Вспомним пример о том, как чтобы не замерзнуть зимой, человек построил дом.

Вторым качественным отличием эволюции третьего уровня от первых двух уровней является то, что под частичный контроль объекта попадает даже и естественный отбор. Дело в том, что в случае уничтожения существа вторичной формы жизни естественным отбором его алгоритм управления и накопленный в процессе жизнедеятельности опыт, то есть память о его прошлом, в основном, хотя и не полностью, могут быть восстановлены с их резервной копии.

Добавить метки

Эволюционное учение

Эволюционное учение (теория эволюции) - наука, изучающая историческое развитие жизни: причины, закономерности и механизмы. Различают микро- и макроэволюцию.

Микроэволюция - эволюционные процессы на уровне популяций, приводящие к образованию новых видов.

Макроэволюция - эволюция надвидовых таксонов, в результате которой формируются более крупные систематические группы. В их основе лежат одинаковые принципы и механизмы.

Развитие эволюционных идей

Гераклит, Эмпидокл, Демокрит, Лукреций, Гиппократ, Аристотель и другие античные философы сформулировали первые представления о развитии живой природы.
Карл Линней верил в сотворение природы богом и постоянство видов, но допускал возможность возникновения новых видов путём скрещивания или под влиянием условий среды. В книге «Система природы» К. Линней обосновал вид как универсальную единицу и основную форму существования живого; каждому виду животных и растений присвоил двойное обозначение, где существительное - название рода, прилагательное - наименование вида (например, Человек разумный); описал огромное количество растений и животных; разработал основные принципы систематики растений и животных и создал их первую классификацию.
Жан Батист Ламарк создал первое целостное эволюционное учение. В работе «Философия зоологии» (1809) он выделил основное направление эволюционного процесса - постепенное усложнение организации от низших форм к высшим. Также он развивал гипотезу о естественном происхождении человека от обезьяноподобных предков, перешедших к наземному образу жизни. Ламарк считал движущей силой эволюции стремление организмов к совершенству и утверждал наследование благоприобретённых признаков. То есть органы, необходимые в новых условиях, в результате упражнения развиваются (шея у жирафа), а ненужные органы вследствие неупражнения атрофируются (глаза у крота). Однако Ламарк не смог вскрыть механизмы эволюционного процесса. Его гипотеза о наследовании приобретённых признаков оказалась несостоятельной, а утверждение о внутреннем стремлении организмов к усовершенствованию - ненаучным.
Чарлз Дарвин создал эволюционную теорию, основанную на понятиях борьбы за существование и естественного отбора. Предпосылка- ми возникновения учения Ч. Дарвина были следующие: накопление к тому времени богатого материала по палеонтологии, географии, геологии, биологии; развитие селекции; успехи систематики; появление клеточной теории; собственные наблюдения учёного во время кругосветного плавания на корабле «Бигль». Свои эволюционные идеи Ч. Дарвин изложил в ряде работ: «Происхождение видов путём естественного отбора», «Изменение домашних животных и культурных растений под влиянием одомашнивания», «Происхождение человека и половой подбор» и др.

Учение Дарвина сводится к следующему:

каждая особь того или иного вида обладает индивидуальностью (изменчивость);
черты индивидуальности (хотя и не все) могут передаваться по наследству (наследственность);
особи производят большее количество потомков, чем доживает до половой зрелости и начала размножения, то есть в природе существует борьба за существование;
преимущество в борьбе за существование остаётся за наиболее приспособленными особями, которые имеют больше шансов оставить после себя потомство (естественный отбор);
в результате естественного отбора происходит постепенное усложнение уровней организации жизни и возникновение видов.

Факторы эволюции по Ч. Дарвину - это

наследственность,
изменчивость,
борьба за существование,
естественный отбор.

Наследственность - способность организмов передавать из поколения в поколение свои признаки (особенности строения, развития, функции).
Изменчивость - способность организмов приобретать новые признаки.
Борьба за существование - весь комплекс взаимоотношений организмов с условиями окружающей среды: с неживой природой (абиотическими факторами) и с другими организмами (биотическими факторами). Борьба за существование не является «борьбой» в прямом смысле слова, фактически это стратегия выживания и способ существования организма. Различают внутривидовую борьбу, межвидовую борьбу и борьбу с неблагоприятными факторами окружающей среды. Внутривидовая борьба - борьба между особями одной популяции. Всегда идёт очень напряжённо, так как особи одного вида нуждаются в одних и тех же ресурсах. Межвидовая борьба - борьба между особями популяций разных видов. Идёт, когда виды конкурируют за одни и те же ресурсы либо когда они связаны отношениями типа «хищник – жертва». Борьба с неблагоприятными абиотическими факторами среды особенно проявляется при ухудшении условий среды; усиливает внутривидовую борьбу. В борьбе за существование выявляются наиболее приспособленные к данным условиям обитания особи. Борьба за существование ведёт к естественному отбору.
Естественный отбор - процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными в данных условиях наследственными изменениями.

На основе дарвинизма перестроились все биологические и многие другие естественные науки.
В настоящее время наиболее общепризнанной является синтетическая теория эволюции (СТЭ) . Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и СТЭ дана в таблице.

Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и синтетической теории эволюции (СТЭ)

Признаки	Эволюционная теория Ч. Дарвина	Синтетическая теория эволюции (СТЭ)
Основные результаты эволюции	1) Повышение приспособленности организмов к условиям среды; 2) повышение уровня организации живых существ; 3) увеличение многообразия организмов
Единица эволюции	Вид	Популяция
Факторы эволюции	Наследственность, изменчивость, борьба за существование, естественный отбор	Мутационная и комбинативная изменчивость, популяционные волны и дрейф генов, изоляция, естественный отбор
Движущий фактор	Естественный отбор
Трактовка термина естественный отбор	Выживание более приспособленных и гибель менее приспособленных форм	Избирательное воспроизводство генотипов
Формы естественного отбора	Движущий (и половой как его разновидность)	Движущий, стабилизирующий, дизруптивный

Возникновение приспособлений. Каждое приспособление вырабатывается на основе наследственной изменчивости в процессе борьбы за существование и отбора в ряду поколений. Естественный отбор поддерживает только целесообразные приспособления, которые помогают организму выживать и оставлять потомство.
Приспособленность организмов к среде не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания могут изменяться. Доказательством этого служат многие факты. Например, рыбы прекрасно приспособлены к водной среде обитания, но все эти адаптации совершенно непригодны для других сред обитания. Ночные бабочки собирают нектар со светлых цветков, хорошо заметных ночью, но часто летят на огонь и гибнут.

Элементарные факторы эволюции - факторы, изменяющие частоту аллелей и генотипов в популяции (генетическую структуру популяции).

Выделяют несколько основных элементарных факторов эволюции:
мутационный процесс;
популяционные волны и дрейф генов;
изоляция;
естественный отбор.

Мутационная и комбинативная изменчивость.

Мутационный процесс приводит к возникновению новых аллелей (или генов) и их сочетаний в результате мутаций. В результате мутации возможен переход гена из одного аллельного состояния в другое (А→а) или изменение гена вообще (А→С). Мутационный процесс, в силу случайности мутаций, не обладает направленностью и без участия других факторов эволюции не может направлять изменение природной популяции. Он лишь поставляет элементарный эволюционный материал для естественного отбора. Рецессивные мутации в гетерозиготном состоянии составляют скрытый резерв изменчивости, который может быть использован естественным отбором при изменении условий существования.
Комбинативная изменчивость возникает в результате образования у потомков новых комбинаций уже существующих генов, унаследованных от родителей. Источниками комбинативной изменчивости являются перекрёст хромосом (рекомбинация), случайное расхождение гомологичных хромосом в мейозе, случайное сочетание гамет при оплодотворении.

Популяционные волны и дрейф генов.

Популяционные волны (волны жизни) - периодические и непериодические колебания численности популяции как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Причинами популяционных волн могут быть периодические изменения экологических факторов среды (сезонные колебания температуры, влажности и т. д.), непериодические изменения (природные катастрофы), заселение видом новых территорий (сопровождается резкой вспышкой численности).
В качестве эволюционного фактора популяционные волны выступают в малочисленных популяциях, где возможно проявление дрейфа генов. Дрейф генов - случайное ненаправленное изменение частот аллелей и генотипов в популяциях. В малых популяциях действие случайных процессов приводит к заметным последствиям. Если популяция мала по численности, то в результате случайных событий некоторые особи независимо от своей генетической конституции могут оставить или не оставить потомство, вследствие этого частоты некоторых аллелей могут резко меняться за одно или несколько поколений. Так, при резком сокращении численности популяции (например, вследствие сезонных колебаний, сокращения кормовых ресурсов, пожара и т. д.) среди оставшихся в живых немногочисленных особей могут быть редкие генотипы. Если в дальнейшем численность восстановится за счёт этих особей, то это приведёт к случайному изменению частот аллелей в генофонде популяции. Таким образом, популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала.
Изоляция обусловлена возникновением разнообразных факторов, препятствующих свободному скрещиванию. Между образовавшимися популяциями прекращается обмен генетической информацией, в результате чего начальные различия генофондов этих популяций увеличиваются и закрепляются. Изолированные популяции могут подвергаться различным эволюционным изменениям, постепенно превращаться в разные виды.
Различают пространственную и биологическую изоляцию. Пространственная (географическая) изоляция связана с географическими препятствиями (водные преграды, горы, пустыни и др.), а для малоподвижных популяций и просто с большими расстояниями. Биологическая изоляция обусловлена невозможностью спаривания и оплодотворения (в связи с изменением сроков размножения, строения или других факторов, препятствующих скрещиванию), гибелью зигот (вследствие биохимических различий гамет), стерильностью потомства (в результате нарушения конъюгации хромосом при гаметогенезе).
Эволюционное значение изоляции состоит в том, что она закрепляет и усиливает генетические различия между популяциями.
Естественный отбор. Изменения частот генов и генотипов, вызванные рассмотренными выше факторами эволюции, носят случайный, ненаправленный характер. Направляющим фактором эволюции является естественный отбор.

Естественный отбор - процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными для популяции свойствами.

Отбор действует в популяциях, его объектами являются фенотипы отдельных особей. Однако отбор по фенотипам является отбором генотипов, так как потомкам передаются не признаки, а гены. В результате в популяции происходит увеличение относительного числа особей, обладающих определённым свойством или качеством. Таким образом, естественный отбор - это процесс дифференциального (выборочного) воспроизводства генотипов.
Действию отбора подвергаются не только свойства, повышающие вероятность оставления потомства, но и признаки, которые не имеют прямого отношения к воспроизводству. В ряде случаев отбор может быть направлен на создание взаимоприспособлений видов друг к другу (цветки растений и посещающие их насекомые). Также могут создаваться признаки, вредные для отдельной особи, но обеспечивающие выживание вида в целом (ужалившая пчела гибнет, но, нападая на врага, она сохраняет семью). В целом отбор играет творческую роль в природе, поскольку из ненаправленных наследственных изменений закрепляются те, которые могут привести к образованию новых групп особей, более совершенных в данных условиях существования.
Различают три основные формы естественного отбора: стабилизирующий, движущий и разрывающий (дизруптивный) (табл.).

Формы естественного отбора

Форма	Характеристика	Примеры
Стабилизирующий	Направлен на сохранение мутаций, ведущих к меньшей изменчивости средней величины признака. Действует при относительно постоянных условиях окружающей среды, то есть пока сохраняются условия, повлёкшие образование того или иного признака или свойства.	Сохранение у насекомоопыляемых растений размеров и формы цветка, так как цветки должны соответствовать размерам тела насекомого-опылителя. Сохранение реликтовых видов.
Движущий	Направлен на сохранение мутаций, изменяющих среднюю величину признака. Возникает при изменении условий окружающей среды. Особи популяции имеют некоторые отличия по генотипу и фенотипу, и при длительном изменении внешней среды преимущество в жизнедеятельности и размножении может получить часть особей вида с некоторыми отклонениями от средней нормы. Вариационная кривая смещается в направлении приспособления к новым условиям существования.	Возникновение у насекомых и грызунов устойчивости к ядохимикатам, у микроорганизмов - к антибиотикам. Потемнение окраски берёзовой пяденицы (бабочки) в развитых индустриальных районах Англии (индустриальный меланизм). В этих районах кора деревьев становится тёмной из-за исчезновения лишайников, чувствительных к загрязнению атмосферы, а тёмные бабочки менее заметны на стволах деревьев.
Разрывающий (дизруптивный)	Направлен на сохранение мутаций, ведущих к наибольшему отклонению от средней величины признака. Разрывающий отбор проявляется в том случае, если условия среды изменяются так, что преимущество приобретают особи с крайними отклонениями от средней нормы. В результате разрывающего отбора формируется полиморфизм популяции, то есть наличие нескольких, различающихся по какому-либо признаку групп.	При частых сильных ветрах на океанических островах сохраняются насекомые либо с хорошо развитыми крыльями, либо с рудиментарными.

Краткая история эволюции органического мира

Возраст Земли около 4,6 млрд лет. Жизнь на Земле возникла в океане более 3,5 млрд лет назад.
Краткая история развития органического мира представлена в таблице. Филогенез основных групп организмов отражен на рисунке.
Историю развития жизни на Земле изучают по ископаемым останкам организмов или следам их жизнедеятельности. Они встречаются в горных породах разного возраста.
Геохронологическая шкала истории Земли разделена на эры и периоды.

Геохронологическая шкала и история развития живых организмов

Эра, возраст (в млн лет)	Период, продолжительность (в млн лет)	Мир животных	Мир растений	Важнейшие ароморфозы
Кайнозойская, 62–70	Антропоген, 1,5	Современный животный мир. Эволюция и господство человека	Современный растительный мир	Интенсивное развитие коры головного мозга; прямохождение
Кайнозойская, 62–70	Неоген, 23,0 Палеоген, 41±2	Доминируют млекопитающие, птицы, насекомые. Появляются первые приматы (лемуры, долгопяты), позднее парапитеки и дриопитеки. Исчезают многие группы пресмыкающихся, головоногих моллюсков	Широко распространяются цветковые растения, особенно травянистые; сокращается флора голосеменных
Мезозойская, 240	Мел, 70	Преобладают костистые рыбы, первоптицы, мелкие млекопитающие; появляются и распространяются плацентарные млекопитающие и современные птицы; вымирают гигантские пресмыкающиеся	Появляются и начинают доминировать покрытосеменные; сокращаются папоротники и голосеменные	Возникновение цветка и плода. Появление матки
	Юра, 60	Господствуют гигантские пресмыкающиеся, костистые рыбы, насекомые, головоногие моллюски; появляется археоптерикс; вымирают древние хрящевые рыбы	Господствуют современные голосеменные; вымирают древние голосеменные
	Триас, 35±5	Преобладают земноводные, головоногие моллюски, травоядные и хищные пресмыкающиеся; появляются костистые рыбы, яйцекладущие и сумчатые млекопитающие	Преобладают древние голосеменные; появляются современные голосеменные; вымирают семенные папоротники	Появление четырёхкамерного сердца; полное разделение артериального и венозного кровотока; появление теплокровности; появление молочных желёз
Палеозойская, 570
	Пермь, 50±10	Господствуют морские беспозвоночные, акулы; быстро развиваются пресмыкающиеся и насекомые; возникают зверозубые и травоядные пресмыкающиеся; вымирают стегоцефалы и трилобиты	Богатая флора семенных и травянистых папоротников; появляются древние голосеменные; вымирают древовидные хвощи, плауны и папоротники	Образование пыльцевой трубки и семени
	Карбон, 65±10	Доминируют земноводные, моллюски, акулы, двоякодышащие рыбы; появляются и быстро развиваются крылатые формы насекомых, пауки, скорпионы; возникают первые пресмыкающиеся; заметно уменьшаются трилобиты и стегоцефалы	Обилие древовидных папоротникообразных, образующих «каменноугольные леса»; возникают семенные папоротники; исчезают псилофиты	Появление внутреннего оплодотворения; появление плотных оболочек яйца; ороговение кожи
	Девон, 55	Преобладают панцирные, моллюски, трилобиты, кораллы; появляются кистепёрые, двоякодышащие и лучепёрые рыбы, стегоцефалы	Богатая флора псилофитов; появляются мхи, папоротниковидные, грибы	Расчленение тела растений на органы; преобразование плавников в наземные конечности; появление органов воздушного дыхания
	Силур, 35	Богатая фауна трилобитов, моллюсков, ракообразных, кораллов; появляются панцирные рыбы, пер вые наземные беспозвоночные (многоножки, скорпионы, бескрылые насекомые)	Обилие водорослей; растения выходят на сушу - появляются псилофиты	Дифференцировка тела растений на ткани; разделение тела животных на отделы; образование челюстей и поясов конечностей у позвоночных
Ордовик, 55±10 Кембрий, 80±20	Преобладают губки, кишечнополостные, черви, иглокожие, трилобиты; появляются бесчелюстные позвоночные (щитковые), моллюски	Процветание всех отделов водорослей
Протерозойская, 2600		Широко распространены простейшие; появляются все типы беспозвоночных, иглокожих; появляются первичные хордовые - подтип Бесчерепные	Широко распространены сине-зелёные и зелёные водоросли, бактерии; появляются красные водоросли	Появление двусторонней симметрии
Архейская, 3500		Возникновение жизни: прокариоты (бактерии, сине-зелёные водоросли), эукариоты (простейшие), примитивные много-клеточные		Появление фотосинтеза; появление аэробного дыхания; появление эукариотических клеток; появление полового процесса; появление многоклеточности