Развитие эволюционных идей

На этой странице вы узнаете

• Бывают ли рыбы с белой кровью?
• Зачем пауку танцевать?
• Кому завидуют альпинисты?
• Борьба за самца: возможно ли это?

В одном старом советском фильме «17 мгновений весны» есть фраза: «Вы так убежденно доказываете, что человек произошел от обезьяны, как будто вы лично видели эту обезьяну, и она шепнула это вам на ухо». Как бы иронично она ни звучала, до сих пор кипят бурные споры, выискиваются доказательства различных теорий эволюции. Единого мнения пока нет, и вряд ли когда-то будет. Потому что повторить весь ход эволюции не представляется возможным, а как еще доказать на 100%?.. В этой статье разберемся в существующих различных точках зрения.

Развитие эволюционных идей до Ч. Дарвина

Эволюционные идеи, то есть идеи о том, что одни организмы могут превращаться в другие организмы, посещали людей очень давно.

Еще в древнегреческой научной школе мы обнаруживаем идеи о том, что сложные формы жизни, в том числе и человек, могли произойти от более простых форм. Например, Анаксимандр считал, что человек произошел от каких-то водных организмов, возможно, схожих с рыбами.

Однако до XVIII века никаких научно оформленных эволюционных концепций не возникало. На протяжении последней тысячи лет господствующим представлением было то, что каждый из видов живых существ на Земле был создан Творцом и каждый из них в неизменном виде продолжает существовать до сих пор.

К XVII веку накапливается большое количество палеонтологических находок. Они говорят нам, что существовало множество видов, не похожих на существующие ныне. 

Откуда в геологической летописи возникло все это невероятное разнообразие форм?

Основоположник палеонтологии Жорж Кювье, считал, что древние животные многократно вымирали в результате катастроф. Первые более-менее научно оформленные идеи о возможности изменения видов принадлежат перу натуралиста и писателя XVIII века Жоржу Бюффону. Однако его высказывания остались только в форме эффектных и очень красивых идей, которые при этом не выдерживали никакой серьезной критики.

• 

• 

Первую научную эволюционную теорию предложил миру в 1809 году французский естествоиспытатель Жан-Батист Ламарк. Ламарк считал, что признаки могут изменяться в результате упражнения или неупражнения (использования или неиспользования) какого-либо органа, и эти признаки могут наследоваться. 

Например, согласно воззрениям Ламарка, предки жирафов были небольшими парнокопытными, похожими на лошадей или современных родственников жирафа — окапи. Каждый из них в течение жизни тянулся к самым сочным листьям на деревьях, в результате чего у них немножко вытягивалась шея. Этот признак передавался потомкам. Таким образом, в каждом поколении шея становилась все длиннее и длиннее.

С точки зрения Ламарка, все организмы стремились к целесообразности просто в силу своей природы. Это, конечно, вызывало вопросы у современников. Ламарк отвергал существование видов, считая, что это некие искусственные категории, и на самом деле все живое плавно переходит от одних форм к другим.

Согласно Ламарку, каждому живому организму присуще стремление к совершенству, которое и является движущей силой эволюции. Все благоприятные признаки наследуются. Более того, появление благоприятного признака происходит благодаря упражнению необходимых в новых условиях органов. Ненужные же органы, вследствие  неупражнения органов, атрофируются. 

Но, несмотря на то, что работа Ламарка была хорошо оформлена с научной точки зрения, она все же имела большое количество недочетов:

• Наивность «законов» Ламарка очевидна для современного человека. Предполагая «стремление к совершенству», Ламарк наделял живых существ чисто человеческой способностью к разумным действиям, которой они не обладают. 
• Теория Ламарка не способна объяснить, какие «упражнения» приводят к развитию покровительственной окраски или изменению кровеносной системы.
• К тому же упражнение органа должно было каким-то образом влиять на половые клетки, чтобы передаться потомству. Наследование приобретенных признаков не подтвердилось дальнейшими исследованиями биологов.

Поэтому в публичных дебатах Жорж Кювье одержал верх, опровергнув не только взгляды Ламарка, но и идею эволюции в целом.

Тем не менее в конце XIX века появляется ряд работ, которые оказали значительное влияние на становление современных эволюционных взглядов. Например, работа Патрика Мэттью «Строевой лес для кораблей и лесонасаждения», в которой впервые было четко указано на явление изменчивости.

Эволюционная теория Ч. Дарвина и ее значение

Чарльз Дарвин родился в 1809 году в семье врача Роберта Дарвина. Дедом Чарльза был Эразм Дарвин, ученый натуралист, который также рассуждал о возможности изменения видов. Однако, по признанию самого Дарвина, труды его деда не оказали на него значимого влияния.

Он поступил в Эдинбургский Университет, чтобы изучать там медицину, но через два года перевелся в Кембридж в богословский колледж. Все это время Дарвин не прекращал изучать естественную историю — ботанику, зоологию и геологию. 

По окончании университета, в 1831 году, по рекомендации профессора ботаники Джона Генслоу и, несмотря на возражения отца, Дарвин отплывает в качестве натуралиста в пятилетнее кругосветное плавание на корабле «Бигль». В ходе путешествия он был поистине сражен увиденным им разнообразием живых существ. Это заставило его задуматься о причинах возникновения таких разных форм в таких огромных количествах. Вернувшись, он начал писать книгу «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь».

Положения теории эволюции Ч. Дарвина:

1. Единицей эволюции является вид.
2. Виды неоднородны. Особи в пределах вида обладают наследственной изменчивостью.

3. Все живые организмы стремятся к неограниченному размножению.
4. Условия среды разнообразны и подвергаются постоянным изменениям.
5. Ресурсы на Земле жестко ограничены, что в сочетании с организмами и их стремлением к размножению приводит к борьбе за существование.
6. В условиях борьбы за существование выживают и оставляют потомство наиболее приспособленные особи.

7. Новые признаки возникают случайно и отбираются при взаимодействии с окружающей средой, а не появляются направлено с целью подстроится под окружающую среду.

8. Потомки выживших особей оказываются более приспособленными к данной среде по сравнению с другими особями популяции.

Согласно Дарвину, главной движущей силой эволюции является естественный отбор. Этот термин был введен в противовес термину «искусственный отбор» — селекция, отбор человеком наиболее выгодных для него особей. Процесс отбора происходит внутри вида, где многие признаки имеют некоторый разброс значений — у кого-то признак выражен слабо, у кого-то сильно.

Бывают ли рыбы с белой кровью? Ледяная рыба не имеет красных кровяных телец, из-за чего ее тело кажется почти прозрачным. Ученые выяснили причину такого явления. Она заключается в месте, где обитает ледяная рыба — в холодных арктических водах. Низкая температура воды препятствовала току крови, если в ней содержался гемоглобин. Но в холодной воде есть свои преимущества. В ней проще растворяется кислород, чем в теплой. Так клетки легко могут получить кислород. Поэтому надобность в гемоглобине отпала. В крови вместо гемоглобина присутствует необычный белок, который блокирует образование льда.

Кроме процессов естественного отбора и искусственного отбора, Дарвин выделял процесс полового отбора.

Половой отбор — это частный случай естественного отбора, где преимущество получают особи, черты которых кажутся привлекательными противоположному полу.

При этом такие признаки могут быть как нейтральными, так и адаптивно невыгодными, как, например, хвост у павлина.

Зачем пауку танцевать? Паук павлин получил свое название за схожее поведение с павлином. Как и павлины, самцы этого паука ярко окрашены и танцуют танец перед своей любимой. Самочки невзрачны и выглядят скромно. Самцы в период размножения танцуют, переводя свое яркоокрашенное брюшко в горизонтальное положение, поднимают лапки. Если паук не сможет своим танцем угодить своей избраннице, она его может съесть.

Формы естественного отбора, виды борьбы за существование 

Естественный отбор — это выживание наиболее приспособленных организмов: самых жизнеспособных и плодовитых в данных условиях среды.

Формы естественного отбора:

1. Стабилизирующий отбор реализуется в длительно постоянных условиях среды, в которых существует популяция.

Данная форма отбора «отсекает» крайние варианты признака, благоприятствуя среднему, и приводит к увеличению доли гетерозигот в популяции. Генетическая структура популяции оказывается в устойчивом состоянии равновесия.

Например, длина шерсти у животных. В зонах умеренного климата, где преобладает средний температурный режим, преимущество будут получать особи со средним проявлением признака — не очень длинная и не очень короткая шерсть. Особи с более длинной шерстью будут страдать от паразитов, а особи с короткой шерстью будут страдать от холода. Таким образом, распределение признака сужается, особи с крайними значениями признака отсеиваются. 

2. Движущая форма отбора, или движущий отбор, реализуется при постепенном изменении условий среды, в которых существует популяция. 

В этих условиях преимущество получают новые измененные фенотипы, которые дают особям лучшую приспособленность к новым условиям, в результате чего признаки популяции меняются.

Например, при длительном похолодании преимущество могут получить особи с более сильным развитием волосяного покрова. Через несколько поколений этих особей станет больше, особей со средним развитием шерсти станет меньше, а особи с наименьшим проявлением признака и вовсе исчезнут. Кроме того, в небольшом количестве могут появиться особи с чрезвычайно сильным проявлением признака. Таким образом, происходит смещение среднего значения, причем окончательное распределение признака может значительно отличаться от изначального, вплоть до противоположного.

Кому завидуют альпинисты? Если вы были в деревне, то наверняка видели коз. Вы когда-то видели, чтобы они легко взбирались на каменистую наклонную поверхность? Даже если они очень постараются взобраться на гору, у них просто не получится, так как изначально их предки и они сами живут на равнине. У них нет необходимости бегать по горам.  Но есть необычные горные козлы, где сама природа их наградила особыми копытами, помогающими взбираться без особого труда на любую гору. Их копыта по краям жесткие и шершавые, а в середине есть мягкая подушечка. Такая конструкция копыта позволяет прочно удержаться на каменистой поверхности (жесткие края копыта) и скользить по ней прилипая (мягкая подушечка).

3. Разрывающий или дизруптивный отбор приводит к появлению нескольких фенотипов и направлен против средних промежуточных форм. 

Разрывающий (дизруптивный) отбор проявляется тогда, когда условия среды резко изменяются. Основная масса вида утрачивает адаптивность, а преимущественными становятся особи с крайними отклонениями от средней нормы.

Например, до ледникового периода в Европе жила большая популяция слонов, а после наступления ледника южная часть этой популяции мигрирует в более южные широты — в итоге преимущество получают слоны с меньшей длиной шерсти. Так появляются обычные африканские слоны. Среди слонов из северной части ареала преимущество получают слоны с самой длинной шерстью и доля этого признака из поколения в поколение растет. Таким образом, появляются мамонты и мы видим, как из одной популяции появилось два вида.

Борьба за существование — это один из движущих факторов эволюции, наряду с естественным отбором и наследственной изменчивостью, совокупность многообразных и сложных взаимоотношений, существующих между организмами и условиями среды.

Формы борьбы за существование 

Форма борьбы	Характеристика	Результат борьбы	Примеры
Межвидовая	Возникает между особями разных видов.	Происходит либо вытеснение одного из видов, либо приспособление видов к разным условиям в пределах единого ареала, либо их территориальное разобщение.	— борьба за пищу между видами одного рода — серой и черной крысами; — поедание хищниками жертв; — вытеснение европейской пчелой местной австралийской.
Внутривидовая	Происходит между особями, принадлежащими к одному виду.	Выживают и размножаются только те, что лучше приспособлены к условиям, которые существуют в популяции.	— турнирные бои самцов за право обладать гаремом; — борьба деревьев в хвойном лесу за свет.
С неблагоприятными факторами среды	В изменяющихся условиях внешней среды выживают наиболее приспособленные особи.	Выживание в крайних или изменившихся условиях наиболее приспособленных форм.	— способы ловли насекомых у болотных растений; — впадание в спячку у животных; — изменение окраски шерсти некоторых животных зимой.

Борьба за самца: возможно ли это? В стаде крошечной обезьяны, или обезьяны талапойн, размножаются только доминирующие самки. Альфа самки постоянно унижают младших самок так, что половая активность у них подавляется, и они становятся неспособными размножаться.

Элементарные факторы эволюции. Исследования С.С. Четверикова

Ч. Дарвин в своих трудах уделял значительное внимание аргументации и подобрал огромное количество примеров описываемых им процессов. Но все же в его теории были некоторые недостатки. И сам Дарвин никогда этого не скрывал. 

Оппонентом  Ч. Дарвина был английский инженер Флеминг Дженкинс. Он критиковал саму идею естественного отбора как движущею силу эволюции. Дженкинс указал на то, что если в популяции появляется какая-то одна особь с выдающимися признаками, эти признаки в скором времени «растворятся» в средних значениях остальной популяции, а не сохранятся и распространятся.

Ознакомившись с возражениями Дженкинса, Дарвин счел, что их правильность «едва ли может быть подвергнута сомнению» и называл их «кошмаром Дженкинса».

Лишь в начале XX века становятся ясны механизмы и проявляется роль хромосом, а затем и ДНК в наследственности. Вместе с этим разрешается и кошмар Дженкинса.

Признаки определяются генами. Каждый ген может быть представлен доминантным и рецессивным аллелем. Новый аллель появляется в результате мутации, и чаще всего является рецессивным. При этом гетерозиготы (Аа) являются носителем этого аллеля, хотя фенотипически это никак не проявляется. Таким образом, рецессивный аллель может распространиться у большого количества особей и проявляться лишь иногда в результате случайного скрещивания двух его носителей. 

Если этот новый признак повышает приспособленность особей, они будут более успешны и он будет распространяться. Если нет — этот признак будет отсеиваться отбором и аллель может постепенно исчезнуть из популяции. 

Этот механизм впервые описал Сергей Сергеевич Четвериков в своей статье 1926 года. Эта работа дала начало новой теории — синтетической теории эволюции (СТЭ), которая объясняет дарвиновские закономерности с точки зрения популяционной генетики и молекулярной биологии.

Положения синтетической теории эволюции

1. Единица эволюции — популяция, это группа живых организмов одного вида, которые способны свободно скрещиваться.
2. Материал эволюции — гены и генотипы (сочетания генов). Они возникают в результате случайных процессов — мутаций и рекомбинаций.
3. Факторами эволюции являются: наследственная изменчивость, популяционные волны, дрейф генов, изоляция, естественный отбор.
4. Эволюция не имеет конечной цели. Если условия изменяются, организм вынужден адаптироваться к ним, а это может привести к появлению новых признаков.
5. Изменения генов накапливаются. Постепенно эти изменения приводят к образованию новых видов, родов и т.д.

Основываясь на положениях СТЭ, можно выделить следующие факторы эволюции:

Название фактора	Роль фактора
Мутационный процесс	приводит к изменению генофонда
Изоляция	препятствует обмену генетической информации между популяциями
Дрейф генов	приводит к изменению частот аллелей в популяции
Популяционные волны	приводят к изменению частот аллелей в популяции
Естественный отбор	способствует сохранению особей с генотипами, соответствующими среде обитания

Более подробно об изоляции, дрейфе генов и популяционных волнах вы сможете узнать в статье «Вид и его критерии. Популяция».

Фактчек 

• Ж.-Б. Ламарк предложил первую эволюционную теорию, но она не опиралась на реальный механизм, обеспечивающий эволюционные изменения.
• Теория Ч. Дарвина объяснила происхождение и эволюцию видов путем естественного отбора как приспособление организмов к условиям жизни.
• Естественный отбор является главным фактором эволюции, направляющим изменения генофонда на создание приспособлений к среде обитания популяции.
• Движущий отбор изменяет норму, стабилизирующий отбор поддерживает ее, а дизруптивный отбор способствует разделению популяции на две разновидности с противоположными признаками особей. 
• Выделяют следующие формы борьбы за существование: межвидовая, внутривидовая, борьба с абиотическими условиями среды. Самая острая борьба происходит между особями одного вида.
• СТЭ объясняет дарвиновские закономерности с точки зрения популяционной генетики и молекулярной биологии.

Проверь себя

Задание 1. 
Выберите признак, характерный для движущей формы естественного отбора:

1. Сохраняет среднее значение признака.
2. Приводит к сужению нормы реакции.
3. Изменяет среднее значение признака.
4. Выживают особи с крайними признаками.

Задание 2.
Выберите пример, иллюстрирующий дизруптивный естественный отбор:

1. Постепенная редукция шерстяного покрова у морских котиков.
2. Гибель организма со слишком маленькой массой тела или слишком большим весом.
3. Существование раннецветущих и позднецветущих подвидов погремка.
4. Выживание волков с густым шерстяным покровом.

Задание 3.
Выберите положение синтетической теории эволюции:

1. Единица эволюции — популяция.
2. Единица эволюции — вид.
3. Факторами эволюции являются борьба за существование, естественный отбор, наследственность.
4. Естественный отбор — это преимущественное выживание и размножение наименее приспособленных особей.

Задание 4.
Кто из перечисленных ученых сформулировал теорию катастроф?

1. Ж.-Б. Ламарк
2. Ч. Дарвин
3. С.С. Четвериков
4. Ж. Кювье

Ответы: 1. — 3; 2. — 3; 3. — 1; 4. — 4.