Страница - 29

§ 54. Основные принципы эволюционной теории Ч. Дарвина

Цель изучения этой темы: объяснить роль трудов Ч. Дарвина в создании уче­ния об эволюции.

Как вы понимаете словосочетание «биологическая эволюция»? Кто из ученых впервые попытался обосновать представления об изменяемости живых ор­ганизмов в течение длительного времени? Что вы знаете о Чарлзе Дарвине? Что такое наследственность и изменчивость?

Что нужно повторить для успешного изучения темы? § 53 данного учебника.

Чарлз Дарвин ответил на вопрос, почему происходит эволюция, и сформулировал верную эволюционную теорию. С момента ее появления в биологии господствует эволюционный принцип, т. е. все последующие открытия рассматриваются с эволюционных по­зиций. Открытие Ч. Дарвина предопределило весь дальнейший ход развития биологической науки.

Основы своей теории Ч. Дарвин наложил в рабо­те «Происхождение видов путем естественного отбо­ра» (1859). До сих пор этот труд не утратил актуаль­ности. Генетические открытия, сделанные в XX в., подтвердили, дополнили и развили теорию Ч. Дар­вина. В 20-х годах XX в. в результате обобщения знаний генетики и классического дарвинизма сфор­мировалась синтетическая эволюционная теория. Идея рассмотреть эволюционные закономерности, учитывая законы наследственности, принадлежит С. С. Четверикову. Основной заслугой Ч. Дарвина является то, что он четко назвал три главные причины (движущие силы) эволюции:

• борьба за существование;
• естественный отбор;
• наследственная изменчивость.

Одним из общих свойств живых организмов является избыточная численность. Это общее свойство живых организмов производить потом­ства больше, чем способно выжить в данных конкретных условиях. При­меров неограниченности размножения существует множество.

В одной головке мака содержится 3000 семян. Если все они прорастут и дадут урожай, то на следующий год мы получим 3000х3000 = 9 000 000 семян. На третий год количество семян составит 9 000 000х3000 = = 27 000 000 000. Таким образом, если исключить гибель потомков толь­ко одного растения мака, через 5 лет на планете не осталось бы уголка суши, где росло бы хоть одно другое растение. Всю территорию заняли бы выжившие потомки одного мака. Для одуванчика, у которого 100­200 семян, такой финал наступил бы через 9 лет.

Аналогичный пример можно привести и с комнатной мухой. При бла­гоприятных условиях она откладывает примерно 120 яиц каждые 20 дней. По статистике, из половины яиц должны появляться самки. Способность откладывать яйца у этих самок тоже появляется через 20 дней. Произ­ведя несложные расчеты, можно убедиться, что при условии полного, 100% -ного, выживания всех поколений потомков одной мухи их число за 5,5 месяца (с апреля по сентябрь) составит 335 923 200 000 000. Если учесть, что длина тела одной мухи равна 5 мм, то, расположив это количе­ство насекомых одно за другим, мы получим расстояние в 2500 млн. км. Это чуть ли не в 20 раз превышает расстояние от Земли до Солнца.

Явление избыточной численности ведет к конкуренции между особя­ми. А конкуренция оформляется в борьбу за существование, где кто-то обязательно победит, т. е. выживет, а кто-то проиграет и погибнет. Часто говорят: «В борьбе за существование выживает сильнейший*. Это не совсем верно. Например, белый медведь физически значительно сильнее тушкан­чика. По если он попадет в пустыню, то вряд ли «победит» тушканчика и выживет. Более верна такая формулировка: «В борьбе за существование выживает тот, кто лучше приспособлен к условиям окружающей среды».

Борьба за существование приводит к естественному отбору. Дарвин считал отбор главным эволюционным фактором, т. е. главной причиной эволюции. Даже саму эволюционную теорию Дарвина, или дарвинизм, называют теорией естественного отбора. Благодаря отбору в историческое время не только выживают самые приспособленные особи, но сохраняют­ся наиболее приспособленные виды и классы животных и растений.

Естественный отбор является результатом борьбы за существование. Он не ограничен данным местом и временем. Это не конкретные кон­курентные взаимоотношения двух особей в данный момент. Ч. Дарвин писал: «Отбор действует ежесекундно и повсеместно». Он оказывает свое влияние на каждый организм в отдельности и на все живое вместе.

Представим себе, что жизнь, зародившись в виде бактерий, подверг­лась бы действию только борьбы за существование и естественного от­бора. Лучшие из лучших бактерий выжили бы. 11 именно они, самые приспособленные из приспособленных, оставили бы потомство. От этого потомства осталось бы точно такое же потомство. Эволюция на этом за­кончилась бы, а жизнь осталась бы в виде самых лучших и наиболее при­способленных бактерий.

Предположим, что вы выступаете в роли естественного отбора. Из мешка фасоли вы выбрали самые лучшие, крупные и здоровые семена. Посадили их и получили таких же безупречных потомков, являющихся точной копией родителей. Других видов фасоли у вас больше нет. Ведь те, кто погиб в ходе отбора, не оставив потом­ства, потеряны для эволюции навсегда и не могут больше участвовать в размно­жении. Внуки ваших отборных семян были такими же отборными, как и их предки. И так все поколения до бесконечности. Так, благодаря отбору удалось создать луч­шую фасоль. Но вы никогда не создадите что-то другое, например фасоль другого цвета, формы или размера.

Тем, кто хоть раз занимался разведением растений или животных, ясно, что в ре­альной жизни потомки никогда не будут точной копией родительских форм. Ведь существует такое общее свойство всех живых организмов, как наследственная из­менчивость.

Если особь получила какие-либо новые полезные изменения (мутации или комбинации), она получает преимущества в борьбе за существова­ние, сохраняется при естественном отборе и дает более многочисленное и жизнеспособное потомство, чем другие особи того же вида. Если же особь в ходе изменчивости приобрела вредные в данных условиях каче­ства (наследственные изменения), она с большой долей вероятности либо погибнет, либо не будет участвовать в размножении. В конечном итоге эволюционный успех - это успех в размножении. Для эволюции, как исторического процесса, не важно, сколько проживет та или иная особь. Важно, сколь многочисленное потомство она оставит, какому количеству потомков будут переданы ее гены и признаки.

Если вы читали сказку М. Е. Салтыкова-Щедрина «Премудрый пескарь», то пом­ните, что ее герой всего боялся, всю жизнь осторожничал, прожил долго, но по­томства не оставил. Это яркая иллюстрация эволюционной неудачи, проигрыша в борьбе за существование.

Таким образом, конкуренция между особями приводит к борьбе за существование. В ходе этой борьбы выживают и оставляют потомство особи и виды, лучше приспособленные к условиям окружающей среды. Результатом борьбы за существование является естественный отбор. Со­вокупность всех видов и форм борьбы за существование на протяжении всего исторического времени составляет основу естественного отбора. Па­раллельно происходят наследственные изменения (мутации или комби­нации сочетания новых признаков). Появляющиеся на свет организмы отличаются от своих предков. Отбор сохраняет тех, чьи наследственные изменения более благоприятны в данных условиях. Кто обладает худ­шими качествами — погибает и (или) не оставляет потомства. Полезные наследственные изменения постепенно накапливаются у определенной группы живых организмов. Такое накопление изменений в ряде поколе­ний может привести к появлению новой жизненной формы, систематиче­ской группы (вид, семейство, класс и т. д.).

Знание и понимание

1. Что такое естественный отбор?
2. Назоните три причины эволюции.

Применение

1. Определите связь между естественным отбором и наследственной из­менчивостью.
2. Объясните, почему живые организмы конкурируют на нашей планете. Анализ
3. Докажите па примерах, к чему приводит генетическое разнообразие видов и особей одного вида.
4. Оцените значение явления. Каким было бы сейчас суждение обще­ства о процессах усложнения жизненных форм, если бы Ч. Дарвин и все последующие ученые после него так и не объяснили бы причины эволюции?

Синтез

1. Порассуждайте, происходил ли бы процесс эволюции без изменчиво­сти, если существуют только борьба за существование и естественный отбор.
2. Смоделируйте ситуацию. У рыжей пары львов в потомстве из трех котят рождается один белый львенок. Примером чего это является?

Оценка

1. Выскажите мнение, как изменились бы условия жизни, если бы чис­ленность потомства живых организмов не превышала численности ро­дителей? Сохранилась бы жизнь? Происходила бы эволюция?
2. Обсудите. Возможен ли процесс эволюции, если бы изменчивость существовала, а наследственность нет? То есть все приобретенные (в ходе мутаций, комбинаций и модификаций) изменения носили бы ненаследственный характер.

§ 55. Возникновение современной теории эволюции

Цель изучения этой темы: объяснить роль трудов Ч. Дарвина в создании уче­ния об эволюции

Почему происходит эволюция? Можно ли утверждать, что все живое - ре­зультат эволюции? Почему в опытах Г Менделя от желтых и гладких «роди­телей» у гибридов 2-го поколения родилось около 6% зеленых и морщинистых «потомков», не похожих ни на одного из родителей?

Что нужно повторить для успешного изучения темы? § 54 данного учебника.

Повторимся еще раз, что основная заслуга Ч. Дарвина не в формиро­вании эволюционной теории как таковой, а в раскрытии причин эволю­ции. То, что эволюция как процесс изменения видов в сторону их приспо­собления к окружающей среде и постепенного усложнения существует, доказал в своей теории еще Ж. Б. Ламарк. Роль Дарвина в биологии за­ключается в том, что он верно объяснил причины эволюции.

Согласно его теории, эволюция живой природы происходит по трем взаимосвязанным причинам: борьба за существование и естественный от­бор, с одной стороны, и наследственная изменчивость - с другой (рис. 81).

Каждое живое существо дает потомков больше, чем способно прокор­миться на данной территории. Это явление называется избыточной чис­ленностью. В результате между всеми живыми существами возникает конкуренция, названная Дарвином борьбой за существование. Резуль­татом всех видов борьбы за существование является естественный отбор, т. е. выживание одних (более приспособленных к окружающей среде) ор­ганизмов и вымирание других (менее приспособленных). Дарвин считал естественный отбор главным эволюционным фактором.

Параллельно эволюцию обеспечивают такие общие свойства живого, как наследственность и изменчивость. Благодаря наследственности потомки сохраняют некоторые признаки своих предков. Однако они очень редко бывают точной копией кого-то из родителей, так как существу­ет явление изменчивости. Изменчивость - это общее свойство живых организмов чем-либо отличаться от своих предков. Наследственность и изменчивость неразделимы и являются двумя сторонами одной медали. У них одни и те же молекулярно-генетические механизмы, во времена Дарвина науке еще не известные.

Если у живых организмов появляются какие-либо изменения, благо­приятные в данных условиях, то эти организмы получают преимущество в борьбе за существование и будут сохраняться в ходе естественного от­бора. Потомство, оставленное такими особями, будет более многочислен­ным. Даже если не все потомки унаследуют полезные признаки, все равно живых организмов с новыми полезными изменениями будет становиться все больше и больше с каждым поколением. Так через некоторое время (возможно, через тысячелетия) появятся новые виды живых организмов. Накопив различные изменения, полезные в данных условиях, эти новые виды будут более совершенными по сравнению с материнскими.

Если же появятся какие-то вредные в данных условиях изменения, то организмы с такими изменениями погибнут в ходе естественного от­бора или будут очень малочисленными (рис. 81). Реагируя на изменения условий окружающей среды, живым организмам приходится «перепри- спосабливаться» или «переадаптироваться».

В процессе искусственного отбора человек специально скрещивает организмы с полезными для него признаками и исключает из процесса размножения особей с вредными или бесполезными признаками. Конечно, в результате искусственного отбора образуются не новые виды, а только сорта растений и породы животных. Однако процесс искусственного отбора идет гораздо быстрее естественного. Его результаты проявляются уже через 3-4 поколения Это происходит потому, что скрещиваются только те организмы, которые обладают признаками, нужными че­ловеку. Все остальные либо уничтожаются, либо не допускаются к размножению. Ведь никому в голову не придет специально разводить коров, дающих мало мо­лока, или выращивать плодовые деревья, не дающие плодов. Скорее всего, от них быстро избавятся.

«Недостатки» теории Дарвина. В этом пункте речь пойдет не об ошибках тео­рии естественного отбора, а о ее «недостатках» в значении «недостаточность». Во времена Дарвина сами данные биологической науки были недостаточны. Они еще не позволяли судить о механизмах передачи признаков по наследству. И хотя Г. Мендель совершил свои гениальные открытия в 1865 г., они не получили еще широкой известности. Мендель умер в 1884 г., гак и не узнав, что с 1901 г. он станет считаться основателем новой науки о закономерностях наследования признаков - генетики Во времена Дарвина никто из ученых так и не смог до конца осмыслить и доказать, как и почему те или иные изменения передаются в следующих по­колениях. Таким образом, самым слабым местом в теории естественного отбора оставались наследственные механизмы появления и передачи полезных призна­ков следующим поколениям.

Роль генетических открытий в формировании современной эволюци­онной теории. Ранее вы изучили генетические закономерности и меха­низмы передачи признаков по наследству. Вы хорошо знаете, что матери­альным носителем наследственных признаков являются молекулы ДПК, которые входят в состав хромосом всех живых организмов.

Иногда генетическая информация, записанная в ДНК, может ме­няться. Если появившиеся изменения отсутствовали у родителей - это мутация. Причины мутаций различны. Это могут быть ионизирующая радиация, вирусы, ультрафиолетовое излучение, высокочастотные элект­ромагнитные поля, некоторые химические вещества (в том числе и ле­карственные препараты) и многое другое. Возникшие вследствие мута­ций изменения всегда случайны. Они скорее похожи на «ошибки» при переписывании (репликация, или самокопирование) ДНК, чем на кем-то продуманные изменения. Поэтому большинство мутаций (более 99%) яв­ляются вредными, но встречаются и полезные.

Главное понять, что, возникнув однажды в виде изменения ДНК, му­тация уже не исчезнет. Она будет передаваться следующим поколениям при размножении. Изменения, возникшие в ДНК, не «разбавляются» и не исчезают сами собой, пока живы особи, содержащие в клетках му­тировавшую молекулу ДНК. Если в ходе мутаций возникли новые изменения, полезные в дан­ных условиях окружающей среды, особи-мутанты сохраняются отбо­ром. Они оставляют более многочисленное потомство, обладающее данной полезной мутацией и обеспеченными ею полезными свойствами.

Если же особи получают вредные мутации, они либо погибают, либо их потомство становится все более малочисленным.

В формировании современной синтетической эволюционной теории большую роль сыграли несколько ученых. Первым был русский генетик- эволюционист С. С. Четвериков (1880-1959). В 1926 г. он впервые объяс­нил процесс эволюции с учетом генетических механизмов. В 1930 г. вы­шла работа английского исследователя Р. Фишера «Генетическая теория естественного отбора». Фишер объединил в одном учении достижения генетики и дарвинизма, утвердив таким образом синтетическую эволю­ционную теорию. В середине XX в. американский ученый Дж. Симпсон и англичанин Дж. Хаксли показали в своих работах, что естественный отбор - более важный фактор эволюции, чем мутации. Тем самым они еще раз подтвердили верность идей Ч. Дарвина.

Знание и понимание

1. Назовите главную, по мнению Ч. Дарвина, причину эволюции.
2. Перечислите причины эволюции по Ч. Дарвину.

Применение

1. Какова роль наследственности и изменчивости в процессе эволюции?
2. Почему естественный отбор считается следствием борьбы за существо­вание? Какова его роль в процессе эволюции?

Анализ

1. Как взаимосвязаны движущие силы эволюции?
2. Почему происходит процесс постепенного усовершенствования живого в зависимости от условий окружающей среды?