Новоженов В.А. Концепции современного естествознания

Подождите немного. Документ загружается.

287

Кру пнейшим представителем неоламаркизма в нашей

стране был Т.Д. Лысенко, согласно которому наследственность

рассматривалась как свойство всего организма.

Телеологическая концепция эволюции (телеогенез) идейно

была связана с ортоламаркизмом, так как исходила из той же

идеи Ламарка о внутреннем стремлении всех живых организмов

к прогрессу. Наиболее видным представителем телеологическо-

го течения был русский естествоиспытатель К. Бэр.

Модификацию телеологической концепции представляли

взгляды сторонников сальтационизма, заложенного в 1860 –1870

годах А. Зюссом и А. Келликером. По их мнению, уже на заре

появления жизни возник весь план будущего развития, а влияние

внешней среды определяло лишь частные моменты эволюции.

Все крупнейшие эволюционные события – от возникновения

новых видов до смены биот в геологической истории Земли –

происходят в виде скачкообразных изменений, прежде всего

преобразований эмбриогенеза (сальтациях или макромутациях).

По сути дела, это модифицированная дополнительными аргу-

ментами теория катастроф. Но эти взгляды существуют до сих

пор.

Ценность этого направления заключается в том, что оно

обращает внимание на специфичность макроэволюции, на зна-

чение внутренней конституции организмов как факторов, ограни-

чивающих возможные пути дальнейшего эволюционного разви-

тия, а также на неравномерность темпов эволюции и возмож-

ность замены в ее ходе одних факторов другими.

В начале двадцатого века возникает учение о наследст-

венности и наследуемости измененных признаков (генетика).

Основателем генетики считается Г. Мендель, ставивший свои

опыты еще в 1860-х годах. Но датой рождения генетики счита-

ется 1900 г., так как в это время Г. де Фриз, К. Корренс и Э Чер-

мак вторично установили правила наследования признаков в

поколениях гибридных форм, открытые Менделем еще в 1865 г.

Выступление генетиков против учения Дарвина вылилось в ши-

рокий фронт, в результате чего в эволюционной теории возник

глу бокий кризис. Возник так называемый генетический антидар-

винизм, объединяющий несколько течений: мутационизм, гибри-

догенез, преадапционизм и др. Открытие устойчивости генов

трактовалось как их неизменность, что способствовало распро-

странению антиэволюционизма. Мутационная изменчивость

отождествлялась с эволюционными преобразованиями, что ис-

288

ключало необходимость процесса отбора, как главной причины

эволюции.

Вершиной антидарвиновских выступлений генетиков была

теория номогенеза Л.С. Берга, разработанная в 1922 году. В

основе ее лежит идея, о том что эволюция есть запрограммиро-

ванный процесс реализации внутренних, имманентных живому

организму закономерностей. Берг считал, что живым организмам

присуща внутренняя сила неизвестной природы, действу ющая

целенаправленно, независимо от внешней среды, в сторону ус-

ложнения организмов. В доказательство Берг приводил много

данных по конвергентной и параллельной эволюции разных

групп растений и животных.

Современные представления об эволюции

Теория эволюции, предложенная Дарвином и Уоллесом,

была расширена и разработана в свете современных данных

генетики, палеонтологии, молекулярной биологии, экологии и

этологии и получила название неодарвинизма. Неодарвинизм

можно определить как теорию органической эволюции путем

естественного отбора признаков, детерминированных генетиче-

ски.

Термин «эволюция» может означать как сам этот процесс,

так и его результат; соответственно разные аспекты неодарви-

низма опираются на доказательства разного типа. Для того что-

бы признать сформулированную выше неодарвинистскую эво-

люционную теорию, необходимо:

1) установить факт изменения форм жизни во времени

(эволюция в прошлом);

2) выявить механизм, производящий эволюционные изме-

нения (естественный отбор генов);

3) продемонстрировать эволюцию, происходящую в на-

стоящее время («эволюция в действии»).

Свидетельствами эволюции, происходившей в прошлом,

служат ископаемые остатки организмов и стратиграфия. Данные

о механизме эволюции получают путем экспериментальных ис-

следований и наблюдений, касающихся естественного отбора

наследуемых признаков и механизма наследования, демонстри-

руемого классической генетикой (работы Менделя на горохе и

др.). Наконец, сведения о действии этих процессов в наше время

289

дает изучение популяций современных организмов, например,

исследование видообразования у серебристой чайки, а также

результаты искусственного отбора и генной инженерии, такие как

создание новых сортов пшеницы или получение моноклональ-

ных антител.

Не существует пока твердо установленных законов эволю-

ции; у нас есть лишь хорошо подкрепленные фактическими дан-

ными гипотезы, которые в совокупности составляют достаточно

обоснованную теорию. Преждевременное принятие современ-

ных концепций как неких догматических истин на достигнутом

сейчас уровне, равно как и на любом уровне научного исследо-

вания, может подавить интеллектуальный рост и поиски истины.

Некритическое принятие ряда представлений эволюционной

теории служит тому примером. Некоторые из событий, приводи-

мых в качестве доказательств эволюционной теории, могут быть

воспроизведены в лаборатории, однако это не значит, что они

действительно имели место в прошлом; они просто свидетель-

ствуют о возможности таких событий. В современных научных

дискуссиях об эволюции обсуждается не сам факт ее существо-

вания, а то, что она происходит путем естественного отбора слу-

чайно возникающих мутаций.

Подтверждения теории эволюции

Сведения, подтверждающие современные сведения об эво-

люции, поступают из самых разных источников, среди которых

главное место занимают палеонтология, биогеография, система-

тика, селекция растений и животных, морфология, изучение

адаптивной радиации, сравнительная эмбриология и сравни-

тельная биохимия.

Большую часть данных, приводимых в этой главе, не была

доступна Дарвину и Уоллесу в то время, когда они публиковали

свои статьи о происхождении видов путем естественного отбора.

Многие великие ученые обладают большими способностями к

индукции, чем к дедукции, основанной на наблюдении и экспе-

рименте, однако у Дарвина и Уоллеса, по-видимому, имелось

удачное сочетание того и другого. Дарвин так пишет о совмеще-

нии этих двух подходов:

«В октябре 1838 г., т.е. спустя 15 месяцев после того, как я

начал свое систематическое исследование, я взялся читать про-

290

сто для развлечения работу Мальтуса о народонаселении, и

поскольку длительные наблюдения над жизнью животных и рас-

тений вполне подготовили меня к тому, чтобы оценить происхо-

дящую повсеместно борьбу за существование, я вдру г понял, что

в таких условиях благоприятные изменения должны сохранять-

ся, а неблагоприятные отметаться. Результатом всего этого

должно быть формирование новых видов. Итак, я, наконец, по-

лу чил теорию, с которой можно работать».

Представленные здесь данные в значительной мере под-

тверждают теорию эволюции путем естественного отбора, хотя и

не могут быть бесспорными доказательствами. Эти данные по-

лу чены в разных областях знания, и их интерпретация во всех

случаях исходит из предположения о достоверности принятой

здесь концепции эволюции. Большая часть этих данных под-

тверждает доводы в ее пользу, полученные из других источни-

ков. Среди них немало также доказательств, в свою очередь

нуждающихся в подтверждении, а также исключений или сведе-

ний, которым можно дать иную интерпретацию; однако концеп-

ция эволюции в широком смысле основана на огромном количе-

стве научных сведений, которые на нашем уровне изложения

трудно представить в понятной и притом совершенно свободной

от догматизма форме.

Современная теория эволюции значительно отличается от

дарвиновской по целому ряду важнейших научных положений

- в ней ясно выделяется элементарная структура, с кото-

рой начинается эволюция. Такой элементарной структурой при-

нято считать популяцию, а не отдельную особь или вид, который

включает в себя несколько популяций. Популяция – это совокуп-

ность всех представителей данного вида, занимающих опреде-

ленную область в одно и то же время;

- в качестве элементарного проявления процесса эволю-

ции современная теория рассматривает устойчивое изменение

генотипа популяции;

- она более аргументированно и обоснованно истолковы-

вает факторы и движущие силы эволюции, выделяя из них ос-

новные и неосновные.

К основным факторам процесса эволюции Дарвин и по-

следующие теоретики относили изменчивость, наследственность

и борьбу за существование. Сейчас к этим факторам добавляют

множество других неосновных факторов, которые также оказы-

291

вают свое влияние на процесс эволюции. К основным факторам

относят также мутационные процессы, популяционные волны

численности и изоляцию. В целом историю развития эволюцион-

ных взглядов можно привести в виде таблицы 4.2.

Таблица 4.2

История эволюционных идей

ДРЕВНИЙ КИТАЙ

Конфуций Жизнь возникла из одного источника путем

постепенного развертывания и разветвле-

ния

АНТИЧНАЯ ЭПОХА И СРЕДНЕВЕКОВЬЕ

Диоген Все вещи – результат дифференциации

одной и той же вещи и подобны ей

Эмпедокл Возду х, земля, огонь и вода – четыре кор-

ня всего сущего. Жизнь возникла в резуль-

тате действия сил притяжения и отталки-

вания между этими четырьмя элементами.

Пытался объяснить происхождение Все-

ленной, растений, животных и человека

(впервые высказал зачатки идеи об эво-

люции органического мира)

Демокрит Живые существа возникли на Земле пу-

тем самозарождения из ила

Анаксагор Организмы возникли из «зародышей»,

носящихся в воздухе

Фалес (640–546 гг.

до н.э.)

Все живое происходит из воды

Анаксимандр Растения, затем животные и, наконец,

человек возникли из тины на формиро-

вавшейся Земле

Аристотель (640–

546 гг. до н.э.)

Сформулировал теорию непрерывного и

постепенного развития живого из неживой

материи, основанную на его наблюдениях

над животными. Создал представление о

«лестнице природы» применительно к

292

миру животных

СРЕДНЕВЕКОВЬЕ

(400–1400

н.э.)

Теории, основанные на более ранних кон-

цепциях, перечисленных выше, или при-

знание креационизма

ВРЕМЯ УМОЗРИТЕЛЬНЫХ ПОСТРОЕНИЙ (1400–1790)

Джон Рей

(1627–1705)

Создал концепцию вида

Карл Линней

(1707–1778)

Ввел биномиальную систему номенклату-

ры. Считал, что роды были созданы по от-

дельности, а виды представляют собой

варианты родов

Бюффон

(1707–1788)

Высказал мнение, что разные типы живот-

ных имеют различное происхождение и

возникли в разное время. Признавал

влияние внешней среды и наследование

приобретенных признаков

Джеймс Хаттон

(1726–1797)

Теория униформизма. Исчислял возраст

Земли миллионами лет

ВРЕМЯ СОЗДАНИЯ ТЕОРИЙ (1790–1900)

Эразм Дарвин

(1731–1802)

Жизнь возникла из одной «нити», создан-

ной богом. Не признавал отдельного со-

творения человека. «Нить» эволюциони-

ровала в результате наследования приоб-

ретенных признаков

Жан-Батист Ла-

марк (1744–1829)

Наследование приобретенных признаков

(воздействие внешней среды на организ-

мы и передача фенотипических признаков

потомству). Концепция упражнения и не-

упражнения органов

Жорж Кювье

(1762–1832)

Использование палентологической лето-

писи. Ископаемые остатки – результаты

«катастроф», после которых создавались

новые виды

Уильям Смит Возражал против теории катастроф Кю-

293

(1797–1875) вье, основываясь на непрерывном рас-

пространении сходных видов в близких по

возрасту слоях

Чарлз Лайель

(1795–1875)

Продемонстрировал прогрессивные изме-

нения ископаемых остатков

Чарлз Дарвин

(1809–1882)

Находился под влиянием идей Лайеля и

Мальтуса. Сформулировал теорию эволю-

ции в результате естественного отбора

Альфред Рассел

Уоллес (1823–1913)

Сформулировал теорию, сходную с дар-

виновской, но не включал в нее человека

Гуго де Фриз

(1848–1935)

Открыл существование наследуемых му-

таций, составляющих основу дискретной

изменичивости; считал, что виды возника-

ют в результате мутаций

Август Вейсман

(1834–1914)

Показал, что половые клетки обособлены

от остального организма и поэтому не

подвержены влияниям, действующим на

соматические ткани

Грегор Мендель

(1822–1884)

Генетические исследования (опубликова-

ны в 1865 г.), получившие признание толь-

ко после 1900 г. Открыл законы наследст-

венности

ДВАДЦАТЫЙ ВЕК (НЕОДАРВИНИЗМ)

И.Л. Иогансен Фенотипические признаки определяются

генотипом и факторами среды

Т. Хант Морган Создал хромосомную теорию наследст-

венности, основанную на генетических и

цитологических данных

Г. Дж. Меллер

(1927)

Генотип может изменяться под действием

рентгеновских лучей: индуцированные му-

тации

Р.А. Фишер (1930) Изменения, изучаемые генетиками, анало-

гичны изменениям, выявляемым в пале-

онтологической летописи

Дж.У. Бидл

и Э.Л. Татум (1941)

Продолжая работы А. Геррода (1909) и

Дж. Холдейна (1935), выявили генетичес-

ку ю основу процессов биосинтеза

Дж. Ледерберг Продемонстрировали ценность бактерий

294

и А.Д. Херши (1951) как объектов для изучения генотипических

изменений

Дж. Уотсон

и Ф. Крик (1953)

Предложили модель молекулярной струк-

туры ДНК и механизма ее репликации

Ф. Жакоб, Ж. Моно

(1961)

Открыли механизм регуляции генной ак-

тивности

Можно сделать вывод, что современное эволюционное уче-

ние свою главную задачу видит в возможности углубленного по-

знания механизма эволюционных процессов предсказать воз-

можности эволюционных преобразований и на этой основе

управлять процессами эволюции. Огромную роль для решения

этой задачи играет генетика.

Основы генетики

Центральным понятием генетики является «ген». Генами

называют многочисленные различные единицы, из которых сла-

гается вся совокупность генетической информации индивидуума.

Каждый живой организм представляет собой неповторимую ин-

дивиду альность, потому что неповторима имеющаяся у каждого

человека комбинация генов. Гены несут в себе информацию о

том, какие белки и в каком соотношении должны вырабатывать

наши клетки, а также о том, как будет сказываться на их образо-

вании и взаимодействии та среда, в которой развивается и жи-

вет организм. Ген - элементарная единица наследственности,

характеризующаяся рядом признаков. Ген – внутриклеточная

молеку лярная структура. По химическому составу - это нуклеи-

новые кислоты, в составе которых основную роль играют азот и

фосфор. Гены, как правило, располагаются в ядрах клеток. Они

имеются в каждой клетке. Поэтому их общее количество в круп-

ных организмах может достигать многих миллиардов.

Генетика изучает два фундаментальных свойства живых

систем: наследственность и изменчивость, то есть способность

живых организмов передавать свои признаки и свойства из поко-

ления в поколение, а также приобретать новые качества. На-

следственность создает непрерывную преемственность призна-

ков, свойств и особенностей развития в рядах поколений. Из-

менчивость обеспечивает материал для естественного отбора,

создавая как новые варианты признаков, так и бесчисленные

295

комбинации прежде существовавших и новых признаков живых

организмов.

Признаки и свойства организма, передающиеся по наслед-

ству, фиксируются в генах – участках хромосомы, определяющих

возможность развития одного элементарного признака или син-

тез одной белковой молекулы. Хромосомы состоят из белка и

дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Совокупность всех

внешних признаков организма называется фенотипом, а сово-

купность всех генов одного организма называется генотипом.

Фенотип представляет собой результат взаимодействия геноти-

па и окружающей среды.

В основу генетики положены законы наследственности, об-

наруженные Г. Менделем при проведении опытов по скрещива-

нию различных сортов гороха. Скрещивание двух организмов

называется гибридизацией. Потомство от скрещивания двух

особей с различной наследственностью называется гибридным,

а отдельная особь – гибридом. В честь заслуг Менделя законы

генетики названы его именем.

Первый закон Менделя говорит о том, что при скрещивании

дву х организмов, относящихся к двум разным чистым линиям

( двух гомозиготных организмов - в их генотипах есть два абсо-

лютно идентичных по последовательности нуклеотидов гена),

отличающихся друг от друга одной парой альтернативных при-

знаков, все первое поколение гибридов (FI) окажется единооб-

разным и будет нести признак одного из родителей. Выбор этого

признака зависит от того, какой из генов является доминантным,

а какой рецессивным. Мутация (замена или потеря части нуклео-

тида в молекуле ДНК) может возникнуть в разных частях одного

и того же гена. Это может происходить как в разных половых

клетках одного организма, так и в клетках разных организмов.

Таким путем образуется несколько аллелей одного гена и соот-

ветственно несколько вариантов одного признака (например,

несколько аллелей по гену окраски глаз). Совокупность всех ва-

риантов каждого из генов, входящих в состав генотипов опреде-

ленной группы особей или вида в целом, называется генофон-

дом. Это видовой, а не индивидуальный признак.

Второй закон Менделя говорит о том, что при скрещивании

дву х потомков первого поколения между собой (двух гетерози-

готных организмов – признак записывается как Аа) во втором

поколении наблюдается расщепление в определенном числовом

296

отношении: по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1 (Аа +Аа = АА +

2Аа +аа).

Третий закон Менделя гласит, что при скрещивании двух го-

мозитных особей, отличающихся друг от дру га по двум и более

парам альтернативным признаков, гены и соответствующие им

признаки наследуются независимо друг от дру га и комбиниру ют-

ся во всех возможных сочетаниях.

Важным этапом в развитии генетики было создание хромо-

сомной теории наследственности (Г. Морган). Морган выявил

закономерности наследования признаков, гены которых нахо-

дятся в одной хромосоме: они наследуются совместно. Это на-

зывается сцеплением генов (закон Моргана). Морган заметил,

что у любого организма признаков много, а число хромосом не-

велико. Следовательно в каждой хромосоме должно находиться

много генов.

Генетика ответила на вопрос о происхождении половых от-

личий. Так у человека из 23 пар хромосом 22 пары одинаковы и у

мужского и у женского организма, а одна пара – различна. Имен-

но благодаря этой паре и различаются два пола. Эту пару хро-

мосом называют половыми хромосомами (одинаковые хромосо-

мы называют аутосомами ). Половые хромосомы у женщин оди-

наковы и их называют Х-хромосомами. У мужчин половые хро-

мосомы различны: одна Х-хромосома, вторая – Y-хромосома.

Для каждого человека решающую роль в определении пола иг-

рает Y-хромосома. Если яйцеклетка оплодотворяется спермато-

зоидом, несущим Х-хромосому, развивается женский организм.

Если же в яйцеклетку проникает сперматозоид, несущий Y-

хромосому, то развивается мужской организм.

Следующим важным этапом в развитии генетики стало от-

крытие роли ДНК в передаче наследственной информации в 30-х

годах XX века. Началось раскрытие генетических закономерно-

стей на молекулярном уровне, зародилась новая дисциплина –

молеку лярная генетика. В ходе исследований было установлено,

что основная функция генов – в кодировании синтеза белков. В

результате исследований стало ясно, что для синтеза белков

вместе с ДНК необходимо наличие РНК. Это видно из того, что

ДНК остается в ядре эукариотических клеток, РНК находится в

протоплазме, т.е. там где протекает синтез белка. ДНК и РНК

построены из одних и тех же мономерных нуклеотидов, но между

ними имеются и некоторые различия: