9) Эволюция по Дарвину

Идея постепенного и непрерывного изменения всех видов растений и животных высказывалась многими учеными задолго до Дарвина. Поэтому само понятие эволюции - процесс длительных, постепенных, медленных изменений, которые, в конечном итоге, приводят к коренным, качественным изменениям — возникновению новых организмов, структур, форм и видов, проникло в науку еще в конце XVIII в.

Однако именно Дарвин выдвинул совершенно новую гипотезу в отношении живой природы, обобщив отдельные эволюционные идеи в одну, так называемую теорию эволюции, получившую широчайшее распространение в мире.

Во время кругосветного путешествия Ч. Дарвин собрал богатейший материал, свидетельствовавший об изменчивости видов растений и животных. Особенно поразительной находкой был огромный скелет ископаемого ленивца, обнаруженный в Южной Америке. Сравнение с современными, небольшими по размерам ленивцами, натолкнуло Дарвина на мысль об эволюции видов.

Богатейший эмпирический материал, накопленный к тому времени в географии, археологии, палеонтологии, физиологии, систематике и т.п., позволил Дарвину сделать вывод о длительной эволюции живой природы. Свою концепцию Дарвин изложил в работе «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859 г.). Книга Ч. Дарвина имела феноменальный успех, ее первый тираж (1250 экз.) был продан уже в первый день. В книге речь шла об объяснении возникновения живых существ без апелляции к идее Бога.

При этом следует отметить, что, несмотря на огромную популярность у читающей публики, идея постепенного появления в живой природе новых видов для научного сообщества того времени оказалась столь необычной, что была принята не сразу.

Дарвин предположил, что в популяциях животных существует конкуренция, благодаря которой выживают только те особи, которые обладают выгодными в данных конкретных условиях свойствами, позволяющими оставить потомство. Основу эволюционной теории Дарвина составляют три принципа: а) наследственности и изменчивости; б) борьбы за существование; в) естественного отбора. Изменчивость является неотъемлемым свойством всего живого. Несмотря на похожесть живых организмов одного вида, внутри популяции невозможно обнаружить две совершенно одинаковые особи. Эта вариантность признаков и свойств создает преимущество одних организмов перед другими.

В обычных условиях различие свойств остается незаметным и не оказывает существенного влияния на развитие организмов, однако при изменении условий, особенно в неблагоприятную сторону, даже малейшее различие может дать одним организмам значительное преимущество перед другими. Только особи с соответствующими условиям свойствами оказываются способными выжить и оставить потомство. Дарвин различает неопределенную и определенную изменчивость.

Определенная изменчивость, или адаптивная модификация, — способность особей одного вида одинаковым образом реагировать на изменения окружающей среды. Подобные групповые изменения не передаются по наследству, поэтому не могут поставлять материал для эволюции.

Неопределенная изменчивость, или мутация, — индивидуальные изменения в организме, передаваемые по наследству. Мутации не связаны напрямую с изменениями условий окружающей среды, однако именно неопределенная изменчивость играет важнейшую роль в эволюционном процессе. Случайно появившиеся позитивные изменения передаются по наследству. В итоге выживает и достигает зрелости лишь небольшая часть потомства, обладающая полезными наследственным и свойствами.

Между живыми существами, как считает Дарвин, разворачивается борьба за существование. Конкретизируя это понятие, Дарвин указывал, что внутри вида рождается больше особей, чем доживает до взрослого состояния.

Естественный отбор — ведущий фактор эволюции, объясняющий механизм образования новых видов. Именно этот отбор выступает движущей силой эволюции. Механизм отбора приводит к избирательному уничтожению тех особей, которые менее приспособлены к условиям окружающей среды.

10) Признаки и условия существования жизни

В.Ф.Попов, О.Н.Толстихин

Жизнь, ее происхождение и развитие всегда, с древнейших времен волновали мысль человека. П.Кемп и К. Армс (1988) намечают 7 признаков живого организма:

1. Живые организмы характеризуются высокоупорядоченным строением. Химические вещества, из которых состоят живые, организмы сложны и обладают уровнями организации превышающими таковые у большинства веществ неживой (или косной) природы.

2. Живые организмы используют энергию окружающей их среды для поддержания и усиления своей высокой упорядоченности. Большая часть из них прямо или косвенно использует солнечную энергию. Зеленые растения используют эту энергию для синтеза питательных веществ, потребляемых как самими растениями, так и подавляющем большинством всех других организмов, обитающих на Земле.

3. Живые организмы активно реагируют на состояние окружающей среды и происходящие в ней изменения. Способность реагировать на внешние раздражения - универсальное свойство всех живых веществ.

4. Живые организмы развиваются. Рост, например, кристалла и рост органов любого живого существа принципиально отличны по структуре, сложности и многообразию свойств формирующихся органов.

5. Все живое размножается. Новые организмы возникают только в результате размножения других таких же организмов.

6. Каждому организму для того, чтобы выжить, развиваться и размножаться, необходима информация, заложенная в нем самом, в его генетическом аппарате, которая расщепляется и передается от каждого индивидуума к его потомкам. Генетический материал предопределяет возможные пределы развития организма, его структур, функций и реакции на окружающую его среду.

7. Живые организмы адаптированы к среде их обитания. Они сами и все их органы приспособлены своему образу жизни.

Каковы же условия этой внешней среды обитания, благоприятствующие возникновеию, сохранению и развитию жизни?

Экология рассматривает пять таких условий, совокупность которых определяет эти возможности (Мамедов и Суравегина, 1966).

1. Достаточное количество кислорода и углекислого газа. А.С.Монин (1977) отмечает, что с биологической точки зрения критический уровень содержания свободного кислорода в атмосфере, при котором организмы переходят от анаэробного обмена веществ, к энергетически более эффективному окислению при дыхании, составляет около одной сотой от количества кислорода в современной атмосфере. Такое его содержание в атмосфере Земли было достигнуто, вероятно, в конце венда, около 600 млн. лет тому назад. С этого момента в морской среде происходит массовый взрыв биологической продуктивности и разнообразия организмов, однако, их выход на сушу еще долгое время сдерживался отсутствием озонового экрана атмосферы. Формирование последнего состоялось около 400 млн. лет тому назад, при содержании кислорода в приземном слое атмосферы порядка 10% от современного. С появлением озонового экрана резко интенсифицируется освоение континентов лесной растительностью с ее бурным фотосинтезом и в относительно короткий срок, в несколько миллионов лет содержание свободного кислорода достигло современного уровня. Стоит отметить, что в настоящее время всеми растениями мира продуцируется около 100-150 млрд.т. кислорода, примерно в равных долях на суше и в океанических пространствах. Почти весь он расходуется на дыхание животных, окисление органических остатков, вулканических газов и горных пород. Углекислый газ первоначально попадал в атмосферу и гидросферу земли из земных недр, с продуктами дегазации мантии, а затем - с вулканическими газами. Можно представить каталитическую реакцию графита с водой, происходящую при высоких температурах: (3C+H2O ® CH4+2CO; C+H20 ® CO+H2; C+2H2O ® CO2 +H2) или температурную диссоциацию первичных карбонатов CаCO3 ® CаO+CO2. Одновременно, удаление углекислого газа из атмосферы происходило и происходит главным образом за счет образования карбонатного скелета морских организмов и накопления на морском дне карбонатных отложений и органического вещества растений.

2. Достаточное количество жидкой воды, недостаток которой встречается на земле лишь в Антарктиде, Гренландии, высокогорьях и экваториальных пустынях. История формирования земной гидросферы также достаточно интересна. В момент образования нашей планеты из протопланетного облака все элементы ее будущей гидросферы, как и атмосферы, находились в составе твердых веществ (Монин, 1977): вода в гидроокислах, азот - в нитридах, кислород в окислах металлов, углерод - в графитах, карбидах и карбонатах. Возникновение гидросферы связано уже с последующими выплавками базальтов, водяного пара и газов, в первые 0,5-1,5 млрд. лет существования Земли, в результате прогревания недр планеты за счет гравитационного сжатия и распада радиоактивных изотопов. Подтверждением тому служат современные вулканические газы, содержащие водяной пар в количествах не менее 70-80 весовых процентов. Обнаружение осадочных образований в древнейших из известных горных пород Земли свидетельствует о весьма раннем возрасте ее гидросферы.

3. Определенный интервал благоприятных температур: не слишком низких для протекания биохимических реакций с участием ферментов и не слишком высоких, не более 1000 ° С, выше которых белок свертываются.

4. Необходимый минимум минеральных веществ в почвенном слое, доступных для освоения микроорганизмами и растениями.

5. Ограничение солености среды: при концентрации солей примерно в 10 раз выше чем морская вода, а ее соленость составляет в среднем 35 г/кг, жизнь в воде исчезает, подземные же воды лишены жизни при их минерализации свыше 270 г/л. К этим пяти условиям необходимо добавить:

6. Отсутствие загрязняющих веществ, которые по своим свойствам и концентрации превышают допустимые для биосферных объектов уровни.

Таковы, меняющиеся под влиянием человека, необходимые условия существования живого вещества Земли.

ДАВЛЕНИЕ ЖИЗНИ

1) степень влияния биотического потенциала (прежде всего потенциала размножения) на окружающуюсреду, которая, в свою очередь, действует как лимитирующий фактор, препятствующий неограниченномуразмножению организмов;

2) у В. И. Вернадского — давление живого вещества, означающее, что в процессе эволюции биосферыживое вещество, по мере захвата жизнью все новых зон обитания, усилило свое преобразующее давлениена окружающую неживую природу и на самое себя (например, воздействие жизни на симметрию атомов, наабиогенные химические элементы).

11) В додарвиновский период (до 1859г.) в естество-знании господствовали метафизические взгляды на природу, которые рассматривали явления и тела природы как раз и навсегда данные, неиз-менные, изолированные и не связанные между собой. Эти представления были тесно связаны с креационизмом (лат. Creatio – сотворение) и теологией (греч. Teos – Бог, logos – слово, учение, наука) которые рассматривают многооб-разие органического мира как результат творения его Богом. Креационисты (К. Линей, Ж. Кювье) доказывали, что виды живой природы реальны и неизменны со времени своего появления, при этом К. Линей утверждал, что видов существует столько, сколько их было создано во время «творения мира». К концу 18 века в биологии накопился огромный описательный материал, показавший, что: 1)даже внешне очень далекие виды по внутреннему строению обнаруживают определенные черты сходства; 2)современные виды отличаются от давно живших на земле ископаемых; 3)внешний вид, строение и продук-тивность с/х растений и животных могут суще-ственно изменятся с изменением условий их выращивания и содержания. Появившиеся сомнения в неизменяемости видов привели к возникновению трансформизма – системы взглядов об изменяемо-сти и превращении форм растений и животных под влиянием естественных причин. И хотя трансформисты, наиболее яркими представителя которых были Ж.А. Бюффон, К.Ф. Рулье, Эразм Дарвин, А. А. Кавезнев, были далеки от понима-ния развития природы как исторического процесса, однако их деятельность способствовала зарождению эволюционной идеи.

12) Аксиомы теоретической биологии по Б.М. Медникову «Аксиомы теоретической биологии - особенности живого, сформулированные Б.М. Медниковым (1982). (Первая публикация была в журнале «Наука и жизнь» в 1980 году – Прим. И.Л. Викентьева). Аксиомы названы им именами учёных, впервые описавших данное яачение, однако сами формулировки аксиом принадлежат Б.М. Медникову: 1. Все живые организмы оказываются единством фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающейся по наследству из поколения в поколение (аксиома Вейсмана). 2. Генетическая программа образуется матричным путём. Как матрица, на которой строится ген будущего поколения, используется ген предшествующего поколения (аксиома Н.К. Кольцова). 3. В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате различных причин изменяются случайно и ненаправленно, и лишь случайно такие изменения могут оказаться удачными в данной среде (1-я аксиома Ч. Дарвина). 4. Случайные изменения генетических программ при становлении фенотипа многократно усиливаются (аксиома Н.В. Тимофеева-Ресовского). 5. Многократно усиленные изменения генетических программ организма подвергаются отбору условиями внешней среды (2-я аксиома Ч. Дарвина)».