Биология. Вопросы к экзамену по теории эволюции
 Скачать 1.36 Mb.
|
|
1. Логическая структура дарвинизма Чарльз Дарвин – выдающийся английский естествоиспытатель – создал эволюционную теорию, основные положения которой не утратили своего значения и в наше время. Чарлз Роберт Дарвин родился 12 февраля 1809 г. в английском городке Шрусбери в семье врача. Умер великий ученый 19 апреля 1882 г. и был погребен в Вестминстерском аббатстве рядом с могилой Ньютона. Ч. Дарвин изучал медицину в университете Эдинбурга, а затем теологию (богословие) в Кембридже, где и получил степень бакалавра. В 1831–1836 гг. Дарвин совершает кругосветное путешествие на корабле «Бигл» в качестве натуралиста. Во время этого путешествия он собрал огромнейший фактический материал по изменчивости ископаемых и современных организмов. По возвращении в Англию Дарвин собирает материал по изменчивости домашних животных и культурных растений, обобщает результаты сельскохозяйственной практики, современного ему состояния селекции. На основании всестороннего анализа материала, собранного во время кругосветного путешествия и после него, Дарвин создает эволюционную теорию, основные положения которой не утратили своего значения и в наше время. Принцип эволюционного развития органического мира был обоснован Ч. Дарвином в ряде работ (17 крупных трудов), в частности: – «Путешествие натуралиста вокруг света на корабле «Бигл» – 1839 – «Строение и распределение коралловых рифов» – 1842 – «Усоногие раки» – 1854 – «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» – 1859 – «Опыление орхидей» – 1862 – «Изменение домашних животных и культурных растений» – 1868 – «Происхождение человека и половой отбор» – 1871 – «Образование растительного слоя земли деятельностью дождевых червей и наблюдения над их образом жизни» – 1881 Эволюционное учение Ч. Дарвина основано на огромном фактическом материале. В то же время, дарвинизм отличается от всех остальных эволюционных теорий строгой логичностью и последовательностью. Ч. Дарвин исходил из того, что в процессе размножения численность особей увеличивается в геометрической прогрессии, если условия благоприятствуют выживанию всех потомков: «Не существует ни одного исключения из правила, по которому любое органическое существо размножается столь быстро, что, не подвергайся оно истреблению, потомство одной пары очень скоро бы заняло всю Землю». Ч. Дарвин проиллюстрировал это положение следующим примером: пара слонов дает за весь период размножения не более 6 детенышей, но за 750 лет общая численность ее потомства достигла бы 19 млн. особей. [В дальнейшем стремление организмов к неограниченному увеличению своей биомассы и численности В.И.Вернадский назвал давлением жизни]. Однако из-за действия самых разнообразных лимитирующих и элиминирующих факторов потенциальная возможность быстрого увеличения численности реализуется очень редко: «На каждом виде отражается влияние самых разнородных препятствий, действующих в различные возрасты, в разные времена года или в разные годы». В частности, лимитирующим фактором является ограниченность объема доступных ресурсов, что приводит к конкуренции за пищу, за места для обитания и размножения. Снижение численности происходит также за счет воздействия элиминирующих факторов: хищников, паразитов, болезнетворных агентов, а также неблагоприятных факторов неживой природы (климатические факторы, пожары, наводнения…). [Термин «элиминация» (буквально – «удаление») означает или физическую гибель особей, или их генетическую гибель, то есть невозможность оставить потомство.] Противоречие между размножением организмов в геометрической прогрессии и действием самых разнообразных лимитирующих факторов приводит к борьбе за существование. «Так как производится больше особей, чем может выжить, в каждом случае должна возникать борьба за существование... Я употребляю этот термин в самом широком и метафорическом смысле, включая сюда зависимость одного существа от другого, а также включая (что еще важнее) не только жизнь одной особи, но и успех ее в оставлении после себя потомства». В пределах вида (популяции) существует наследственная изменчивость в форме индивидуальных различий: «Индивидуальные отличия крайне для нас важны, так как они часто наследственны». Благодаря изменчивости борьба за существование приводит к естественному отбору: «Особи, обладающие хотя бы самым незначительным преимуществом перед остальными, будут иметь больше шансов на выживание и продолжение своего рода». Таким образом, в ходе естественного отбора происходит дифференциальное выживание и дифференциальное воспроизведение особей, различающихся по самым разнообразным признакам. Действию естественного отбора подвергается каждое поколение, то есть цикл «изменчивость – естественный отбор – наследственность» становится бесконечным. В чреде поколений изменяется сама изменчивость: и количественное соотношение между носителями разных признаков (структура популяции), и степень выраженности признаков. В результате последовательного действия трех основных эволюционных факторов (изменчивость – отбор – наследственность) даже самые незначительные изменения многократно усиливаются, что приводит к появлению и дальнейшему совершенствованию адаптивных изменений. Накопление адаптаций неизбежно приводит к тому, что исходный вид становится новым видом, то есть завершается видообразованием. Однако любой вид выделяется по отношению к другим видам. Поэтому ныне существующие виды так или иначе возникли вследствие изоляции друг от друга. Независимая эволюция изолированных видов приводит к дивергенции – усилению различий между организмами разных видов – и к повышению видового разнообразия. Смена менее приспособленных видов более приспособленными (вследствие принципа конкурентного исключения) приводит к общей прогрессивной эволюции органического мира Земли. Резюме. Таким образом, предпосылками эволюции, по Дарвину, являются: размножение организмов в геометрической прогрессии и ограниченность природных ресурсов. К движущим силам эволюции относятся: борьба за существование и естественный отбор. Факторы эволюции: изменчивость, наследственность и изоляция. Следствия эволюции: повышение приспособленности видов, образование новых видов и общая прогрессивная эволюция органического мира. Центральным моментом в дарвиновской теории эволюции является учение о естественном отборе. Значение теории Ч. Дарвина Эволюционная теория Ч. Дарвина относится к величайшим естественно-научным открытиям XIX века. Идеи Ч. Дарвина оказали влияние на развитие эволюционной палеонтологии, эволюционной эмбриологии и сравнительной анатомии. Исследования в этих областях биологии долгое время служили основными методами изучения эволюции (метод тройного параллелизма, или триада Геккеля). В течение XIX века шло накопление экспериментального материала в биологии. В развитии эволюционных взглядов большую роль сыграли работы российских исследователей. Карл Францевич Рулье – один из первых российских эволюционистов, пропагандировавший саму идею эволюции. Карл Максимович Бэр впервые разграничил понятия онтогенеза и филогенеза, открыл закон зародышевого сходства. На основании изучения эмбрионального развития ланцетника Александр Онуфриевич Ковалевский – создатель эволюционной эмбриологии – показал, что, во-первых, ланцетник является примитивным хордовым животным, а во-вторых, в эмбриональном развитии ланцетника повторяется краткая история развития беспозвоночных (стадии яйца, бластулы, гаструлы и нейрулы соответствуют одноклеточным, колониальным, двуслойным и трехслойным беспозвоночным). На основании данных А.О. Ковалевского немецкий эволюционист Э. Геккель создал теорию происхождения многоклеточных животных – теорию гастреи. Однако Илья Ильич Мечников показал, что гаструляция может идти путем иммиграции, и создал другую теорию происхождения многоклеточности – теорию фагоцителлы. И.И. Мечников на примере фагоцитоза показал эволюцию защитных реакций организма. Владимир Онуфриевич Ковалевский – создатель эволюционной палеонтологии – на основании ископаемых остатков реконструировал ход эволюции семейства лошадиных. Климент Аркадьевич Тимирязев показал роль отбора в возникновении эколого-физиологических адаптаций. Сергей Иванович Коржинский разработал учение о наследственной изменчивости и предвосхитил мутационную теорию. Николай Иванович Вавилов сформулировал закон гомологических рядов, разработал учение о виде как системе. Сергей Сергеевич Четвериков показал эволюционное значение популяционных волн, в работе «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» доказал генетическую неоднородность природных популяций дрозофил. Юрий Александрович Филипченко вводит термин «микроэволюция» для обозначения эволюционных процессов внутри видов и популяций и термин «макроэволюция» для обозначения эволюционных процессов в надвидовых системах. Александр Сергеевич Серебровский создал учение о генофонде и геногеографии: «Совокупность всех генов данного вида я назвал генофондом, чтобы подчеркнуть мысль о том, что в лице генофонда мы имеем такие же национальные богатства, как и в лице наших запасов угля, скрытых в наших недрах». Николай Петрович Дубинин доказал делимость гена; независимо от западных исследователей установил, что важную роль в эволюции играют вероятностные, генетико-автоматические процессы. Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский заложил основы современной генетики популяций. Алексей Николаевич Северцов разработал теорию эволюционных преобразований органов; выявил основные направления эволюции; обосновал принцип смены фаз в эволюции. Иван Иванович Шмальгаузен разработал теорию стабилизирующего отбора; творчески развил идеи А.Н. Северцова об основных направлениях эволюции; открыл принцип интеграции биологических систем. 2. Формы борьбы за существование Под выражением «борьба за существование» понимается все многообразие отношений между организмами и средой их обитания. Для изучения форм борьбы за существование немецкий эволюционист Э. Геккель создал особый раздел биологии – экологию. Борьба за существование не прекращается даже в оптимальных условиях, однако при изменении действия лимитирующих или элиминирующих факторов одни ее формы могут заменяться на другие. Результатом борьбы за существование является физическая или генетическая элиминация части организмов. Существует множество классификаций форм борьбы за существование. Классификация Л. Моргана и Л. Плате (1906–1916). Эти авторы выделили три основные формы борьбы за существование: 1. Конституциональная борьба с климатическими факторами, или борьба с неблагоприятными условиями среды. Именно от конституции организма (то есть от его анатомо-морфологических, физиологических и биохимических особенностей), в первую очередь, зависит его общая жизнеспособность. 2. Межвидовая борьба с конкурентами, хищниками и паразитами. Ведущее место в межвидовой борьбе занимает конкуренция с близкими видами. 3. Внутривидовая борьба (конкуренция) за пищу, пространство и возможность размножения. Эта форма борьбы наиболее напряженная. Приведенная классификация является искусственной и не дает представления о всех формах взаимодействия организмов между собой и окружающей их средой. Поэтому неоднократно предпринимались попытки создать более совершенную классификацию. Например, все формы борьбы за существование можно разделить на конкуренцию и прямую борьбу между организмами одного вида, близких видов, разных видов. При этой классификации отдельно выделяется прямая борьба с неблагоприятными физико-химическими факторами среды. Классификация А.Н. Северцова и И.И. Шмальгаузена Выдающиеся отечественные эволюционисты Алексей Николаевич Северцов и Иван Иванович Шмальгаузен рассматривали три группы форм борьбы за существование: пассивное соревнование, активную конкуренцию и прочие формы. [Данная классификация является открытой, она постоянно дополняется и уточняется.] 1. Пассивное соревнование При пассивном соревновании наблюдается дифференциальная смертность особей при воздействии различных элиминирующих факторов. 1.2. Прямая элиминация абиотическими факторами (экстремальные температуры, недостаток или избыток влаги, недостаток света, ветер, течение воды, прибой, ливни...). 1.2. Прямая элиминация биотическими факторами (хищники, паразиты, патогенные микроорганизмы...). 1.3. Косвенная элиминация при голоде (голод усиливает действие прямых элиминирующих факторов). Пассивное соревнование может быть межвидовым и внутривидовым. Организмы одного вида или экологически близких видов «соревнуются» между собой за право выжить и оставить потомство. Эта форма борьбы называется пассивной, поскольку организмы не могут отменить негативное воздействие элиминирующих факторов, и успех особи в выживании и размножении зависит от её общей конституции. В результате пассивного соревнования формируются самые различные адаптации к факторам среды. 2. Активная конкуренция Активная конкуренция наблюдается при наличии у разных групп организмов общих ресурсов, дефицит которых является лимитирующим фактором. 2.1. Прямая, или интерференционная конкуренция. Особи вступают «в схватку» (прямой контакт) за свет, воду, пищу, возможность для размножения. 2.2. Косвенная, или эксплуатационная конкуренция. Особи соревнуются при добывании пищи и других ресурсов, не вступая в непосредственную «схватку». 2.3. Диффузная конкуренция. Возникает при взаимодействии нескольких конкурирующих групп. Конкуренция может быть межвидовой (при перекрывании экологических ниш) и межвидовой. Наиболее острой является внутривидовая конкуренция в пределах одной половозрастной группы. Менее остро протекает конкуренция между экологически близкими видами. Чем меньше перекрываются экологические ниши, тем меньше степень конкуренции. Эта форма борьбы называется активной, поскольку успех особи зависит не просто от ее конституции, но и от интенсивности использования энергетических резервов. В результате конкуренции вырабатываются механизмы, предотвращающие прямой контакт между организмами (например, приспособления для расселения особей, а у высокоорганизованных форм возникают различные поведенческие реакции), в итоге происходит диверсификация (разобщение) видовых экологических ниш и внутривидовых субниш. 3. Различные формы биотических взаимодействий 3.1. Внутривидовой каннибализм, в том числе, и в пределах одной возрастной группы. 3.2. Внутривидовой альтруизм («самопожертвование»), например, у рабочих пчел и муравьев. 3.3. Межвидовой альтруизм (протокооперация). Мюллеровская мимикрия (сходство многих защищенных видов перепончатокрылых, например, ос, шмелей, пчел). 3.4. Комменсализм («нахлебничество»). 3.5. Информационный паразитизм: бэтсовская мимикрия, или миметизм (сходство защищенных и незащищенных видов, например, жалящих перепончатокрылых и бабочек–стеклянниц). 3.6. Различные формы симбиоза (мутуализм). В результате биотических взаимодействий формируются самые различные совместные адаптации: межвидовые (коадаптации) и внутривидовые (конгруэнции). 3. Формы изменчивости по Ч. Дарвину Ч. Дарвин установил, между особями одного вида всегда существуют как хорошо заметные различия (спорты), так и малозаметные. Ч. Дарвин считал, что именно мелкие различия между особями являются материалом для отбора. Эти различия Ч. Дарвин назвал изменчивостью и выделил несколько форм изменчивости: определенную, неопределенную, комбинативную и коррелятивную. Ненаследственная изменчивость является определенной, поскольку, изменяя условия развития организмов, можно предвидеть направление изменчивости. В то же время, она является и групповой, поскольку вся группа особей, подвергаемая одинаковому изменению условия развития, изменяется в одном направлении. [В XX веке такую изменчивость долгое время называли модификационной.] Например, если группу поросят одной породы выращивать в хороших условиях, то через полгода все они будут характеризоваться сходными чертами: большая масса (около 200 кг), удлиненное тело, укороченные конечности, слабо развитый шерстный покров, спокойное поведение, хороший аппетит. Если же группу поросят той же породы выращивать в плохих условиях, то взрослые особи также будут сходны между собой: низкий вес (около 50 кг), укороченное тело, удлиненные конечности, сильно развитый шерстный покров, злобный нрав, плохой аппетит. Наследственная изменчивость прямо противоположна ненаследственной. Эта изменчивость неопределенная. Например, мы не можем заранее предсказать: когда и в каком стаде появится овца с резко укороченными конечностями. Наследственная изменчивость является индивидуальной: изменение признака наблюдается лишь у одной особи из многих. [В XX веке эту форму изменчивости долгое время называли мутационной.] Ч. Дарвин противопоставлял наследственную изменчивость ненаследственной и считал, что к отбору приводит только наследственная изменчивость: «Ненаследственное изменение для нас несущественно». |