gorelov_a_a_socialnaya_ekologiya

матические модели роста отдельной популяции и ди-

намики популяций, связанных отношениями конкурен-

ции и хищничества. Исследование систем «хищник –

жертва» показало, что типичной для популяции жертв

эволюцией является увеличение рождаемости, а для

популяции хищников – совершенствование способов

ловли жертвы.

К интересным результатам привело изучение сис-

темы «паразит – хозяин». Казалось бы, отбор должен

вести к уменьшению вредности паразита для хозяина,

но это не так. И в этой паре идет конкурентная борьба,

в результате которой усложняются и те, и другие. Ги-

бель одного ведет к гибели другого, а сосуществование

увеличивает сложность всей системы.

На изучении эволюции системы «паразит – жертва»

основана гипотеза, объясняющая значение полов. Беспо-

лое размножение, с точки зрения теории Дарвина, – зна-

чительно более эффективный процесс. Двойная стоимость

полового размножения (поскольку мужские особи не

включают в создание и выращивание потомства столько,

сколько женские) вызывала трудности в объяснении это-

го феномена. Системное изучение биологических процес-

сов предлагает следующее объяснение: половые разли-

чия дают хозяевам уникальные преимущества, поскольку

позволяют обмениваться частями генетического кода

между особями. Рекомбинация больших блоков гене-

тической информации в результате полового размно-

жения позволяет изменять признаки в потомстве быст-

рее, чем при мутациях. Поэтому потомки в этом случае

могут быть более резистентными к паразитам, чем их

родители. Паразиты же вследствие краткости периода

воспроизводства и быстрого хода эволюционных изме-

нений меньше нуждаются в наличии полов и обычно

бесполы. И здесь конкурентная борьба является фак-

тором естественного отбора.

41

В науке Нового времени преобладал редукционизм,

т.е. объяснение функционирования высших структур-

ных уровней с помощью низших. Развитие биологии в

XX веке как будто укрепило позиции редукционизма.

Молекулярная биология выяснила, что все многообра-

зие форм жизни и жизненных процессов, повадок и

инстинктов зависит от особенностей чередования 4-х

нуклеотидов в цепочке ДНК.

С другой стороны, экология показала наличие си-

стемных закономерностей. «Вся совокупность современ-

ных биохимических данных показывает, что отдельные,

индивидуальные реакции, протекающие в живых телах,

сравнительно просты и однообразны. Это хорошо из-

вестные и легко воспроизводимые в пробирке и колбе

химика реакции окисления, восстановления, гидроли-

за... Ни в одной из них нет ничего специфически жиз-

ненного. Специфическим для живых тел является то,

что в них эти отдельные реакции определенным обра-

зом организованы во времени, сочетаются в единую

целостную систему, наподобие того, как отдельные звуки

сочетаются в какое-либо музыкальное произведение,

например симфонию. Стоит только нарушить последо-

вательность звуков – получится дисгармония, хаос.

Аналогичным образом и для организации живых тел

важно то, что в них эти отдельные реакции протекают

не случайно, не хаотически, а в строго определенном

гармоничном порядке... весь этот порядок закономер-

но обусловливает самосохранение и самовоспроизведе-

ние всей жизненной системы в целом в данных услови-

ях внешней среды, в поражающем соответствии с эти-

9

ми условиями» .

Необходимость системного подхода в исследова-

нии живого в противоположность редукционизму хо-

рошо изложена в словах Мефистофеля из «Фауста» Г¸те,

обращенных к его ученику:

42

Иль вот: живой предмет желая изучить,

Чтоб ясное о нем познанье получить, –

Ученый прежде душу изгоняет,

Затем предмет на части расчленяет

И видит их, да жаль: духовная их связь

Тем временем исчезла, унеслась!

(øòå È.Â. Ñîáð. ñî÷. Ì., 1947. Ò. 5. Ñ. 119)

Синтетическая теория эволюции

Применительно к живой природе эволюция пони-

мается как развитие сложных организмов и видов из

более простых. Как оно происходит? Существует ли

целесообразность в природе? Какова роль случайнос-

ти? Что является источником развития: 1) тренировка

органов, как считал Ламарк; 2) борьба за существова-

ние и выживание наиболее приспособленных (естествен-

ный отбор, по Дарвину); 3) способность к взаимопомо-

щи (П.А.Кропоткин); 4) природные катастрофы: коме-

ты, изменения температуры и пр. (Кювье)?

Генетика опровергла представления Ламарка о на-

следовании приобретенных при жизни признаков с по-

мощью очень простых опытов. Вейсман последовательно

на протяжении нескольких поколений отрезал мышам

хвосты. Он постулировал, что признаки, приобретае-

мые организмом и приводящие к изменению феноти-

па, не оказывают прямого воздействия на половые клет-

ки, передающие признаки следующему поколению.

Тем не менее эволюция идет. Ч.Дарвин во время

своего кругосветного плавания на корабле «Бигль» со-

брал множество данных, свидетельствующих о том, что

виды нельзя считать неизменными. После возвраще-

ния в Англию он изучал практику разведения голубей и

43

других домашних животных, что натолкнуло его на идею

естественного отбора. Т.Мальтус обрисовал, к чему при-

вел бы рост населения, если бы он ничем не сдержи-

вался. Дарвин перенес его рассуждения на природу и

обратил внимание на то, что, несмотря на высокий реп-

родуктивный потенциал, численность популяций оста-

ется относительно постоянной. Дарвин предположил,

что при интенсивной конкуренции внутри популяции

любые изменения, благоприятные для выживания в

данных условиях, повышают способность особей раз-

множаться и оставлять потомство.

Другим основанием теории эволюции послужил

принцип униформизма английского геолога Ч.Лайеля

(1797–1875), в соответствии с которым медленные нич-

тожные изменения приводят к поразительным резуль-

татам, если происходят долго в одном направлении.

Точно так же небольшие изменения на протяжении

миллионов лет приводят к образованию новых видов.

Непосредственно натолкнуло Дарвина на мысль об

эволюции органических форм обнаружение в одном и

том же регионе – в Южной Америке – ископаемого и

современного скелета ленивца, огромного в прошлом и

маленького сейчас.

Теория эволюции сформулирована Дарвином в

1830 году. Наибольший вклад Дарвина в науку заклю-

чался не в том, что он доказал существование эволю-

ции, а в том, что он объяснил, как она может происхо-

дить. В 1859 году Дарвин опубликовал труд «Происхож-

дение видов путем естественного отбора». Гипотеза

Дарвина основана на трех наблюдениях и двух выво-

дах. «Н.1. Особи, входящие в состав популяции, обла-

дают большим репродуктивным потенциалом. Н.2. Чис-

ло особей в каждой данной популяции примерно по-

стоянно. В.1. Многим особям не удается выжить и

оставить потомство. В популяции происходит «борьба

за существование». Н.3. Во всех популяциях существу-

44

ет изменчивость. В.2. В «борьбе за существование» те

особи, признаки которых наилучшим образом приспо-

соблены к условиям жизни, обладают «репродуктивным

преимуществом» и производят больше потомков, чем

менее приспособленные особи. Вывод 2 содержит ги-

потезу о естественном отборе, который может служить

10

механизмом эволюции» .

Не столь важно, какая конкуренция имеет место –

внутриили межвидовая. Решающий фактор, опреде-

ляющий выживание, – это приспособленность к среде.

Любое, пусть самое незначительное физическое, физи-

ологическое или поведенческое изменение, дающее

одному организму преимущество перед другим, будет

действовать в «борьбе за существование» как селектив-

ное преимущество. Благоприятные изменения будут

передаваться следующим поколениям, а неблагоприят-

ные элиминироваться отбором, так как они невыгодны

организму. Действуя таким образом, естественный от-

бор ведет к повышению «мощности» вида, а в филоге-

нетическом плане – обеспечивает его выживание.

Данные в поддержку гипотезы Дарвина дают раз-

личные науки. Палеонтология, которая занимается изу-

чением ископаемых останков, подтверждает факт про-

грессивного возрастания сложности организмов. В са-

мых древних породах встречаются организмы немногих

типов, имеющих простое строение. Постепенно разно-

образие и сложность растут. Многие виды, появляю-

щиеся на каком-либо стратиграфическом уровне, ис-

чезают затем. Это истолковывают как возникновение и

вымирание видов.

В соответствии с данными палеонтологии можно

считать, что в протерозойскую геологическую эру

(700 млн. лет назад) появились бактерии, простейшие

водоросли, примитивные морские организмы; в палео-

зойскую (365 млн. лет назад) – наземные растения, пре-

смыкающиеся; в мезозойскую (186 млн. лет назад) –

45

млекопитающие, птицы, хвойные растения; в кайно-

зойскую (70 млн. лет назад) – современные виды. Ко-

нечно, следует иметь в виду, что палеонтологическая

летопись неполна.

Теория эволюции знаменовала собой крупный про-

рыв в биологии, наряду с классификацией Линнея и

клеточной теорией. Но вопросы и сомнения оставались.

Всю жизнь Дарвина преследовал «кошмар Дженкина» –

возражение следующего содержания: если среди поля

красных маков появится белый, то после скрещивания

он даст розовое потомство, а через 2-3 поколения ис-

чезнет всякое воспоминание о белом цвете.

Лишь возникновение генетики дало возможность

отвергнуть это возражение. Опровергнув концепцию

Ламарка, генетика помогла дарвинизму, объяснив, что

появившийся признак не может исчезнуть, так как на-

следственный аппарат сохраняет случайно возникшее в

нем, подобно тому, как сохраняются опечатки в книгах

при их воспроизводстве.

Генетика привела к новым представлениям об эво-

люции, получившим название неодарвинизма, который

можно определить как теорию органической эволюции

путем естественного отбора признаков, детерминиро-

ванных генетически. Другое общепринятое название –

синтетическая, или общая, теория эволюции. Механизм

эволюции стал рассматриваться как состоящий из двух

частей: случайные мутации на генетическом уровне и

наследование наиболее удачных с точки зрения при-

способления к окружающей среде мутаций, так как их

носители выживают и оставляют потомство.

Мутация →появление нового признака → борьба за

существование →естественный отбор.

«Теория Дарвина в ее сегодняшней форме содер-

жит, собственно, два независимых утверждения. Соглас-

но одному из них в процессе воспроизведения испыты-

ваются все новые формы, которые в своем большин-

46

стве при данных внешних обстоятельствах снова исче-

зают как непригодные; сохраняются лишь немногие

приспособленные. Во-вторых, предполагается, что но-

вые формы возникают вследствие чисто случайных на-

11

рушений генной структуры» . Некоторые из событий,

приводимых в качестве доказательства эволюционной

гипотезы, воспроизводимы в лаборатории, однако это

не значит, что они действительно имели место в про-

шлом, а свидетельствует об их возможности. На многие

возражения до сих пор нет ответа. Поэтому концепцию

Дарвина точнее все же относить к гипотезам, которые

требуют дальнейшего подтверждения.

Концепция коэволюции

Критика дарвинизма велась со дня его возникно-

вения. Одним не нравилось, что изменения, по Дарви-

ну, могут идти во всех возможных направлениях и слу-

чайным образом. Концепция номогенеза утверждала,

что изменения происходят не беспорядочно и случай-

но, а по законам форм. Русский ученый и революцио-

нер П.А.Кропоткин придерживался точки зрения, в

соответствии с которой взаимопомощь является более

важным фактором эволюции, чем борьба.

Эти возражения не могли поколебать общей тео-

рии эволюции вплоть до появления под влиянием эко-

логических исследований концепции коэволюции, ко-

торая смогла объяснить возникновение полов и другие

феномены. Как химическая эволюция – результат вза-

имодействия химических элементов, так по аналогии

биологическая эволюция может рассматриваться как

результат взаимодействия организмов. Случайно обра-

зовавшиеся более сложные формы увеличивают разно-

47

образие и стало быть устойчивость экосистем. Удиви-

тельная согласованность всех видов жизни есть след-

ствие коэволюции.

Концепция коэволюции хорошо объясняет эволю-

цию в системе «хищник – жертва» – постоянное со-

вершенствование и того, и другого компонента систе-

мы. В системе «паразит – хозяин» естественный отбор

должен вроде бы способствовать выживанию менее ви-

рулентных (опасных для хозяина) паразитов и более

резистентных (устойчивых к паразитам) хозяев. Посте-

пенно паразит становится комменсалом, т.е. безопас-

ным для хозяина, а затем они могут стать мутуалами –

организмами, которые способствуют взаимному процве-

танию, как грибы и фотосинтезирующие бактерии, вме-

сте образующие лишайники. Но так происходит не все-

гда. Паразиты являются неизбежной, обязательной ча-

стью каждой экосистемы. Коэволюционная «гонка

вооружений» способствует большему разнообразию эко-

систем. Паразиты препятствуют уничтожению хозяева-

ми других видов.

Совместная эволюция организмов хорошо видна

на следующем примере. Простейшие жгутиковые, жи-

вущие в кишечнике термитов, выделяют фермент, без

которого термиты не могли бы переваривать древесину

и расщеплять ее до сахаров. Встречая в природе симби-

оз, мы можем предполагать, что его конечной стадией

является образование более сложного организма. Тра-

воядные животные могли развиться из симбиоза жи-

вотных и микроскопических паразитов растений. Па-

разит уже обрел некогда способность производить фер-

менты для переваривания веществ, имевшихся в

организме его хозяина-растения. Животное же делится

с паразитом питательными веществами из раститель-

ной массы.

Концепция коэволюции объясняет и факты альт-

руизма у животных: заботу о детях, устранение агрес-

48

сивности путем демонстрации «умиротворяющих поз»,

повиновение вожакам, взаимопомощь в трудных ситу-

ациях и т.п.

Гипотеза Геи-Земли

Эта гипотеза возникла в последние два десятиле-

тия на основе учения о биосфере, экологии и концеп-

ции коэволюции. Авторами ее являются английский

химик Джеймс Лавлок и американский микробиолог

Линн Маргулис. Вначале была обнаружена химическая

неравновесность атмосферы Земли, которая рассмат-

ривается как признак жизни. По мнению Лавлока, если

жизнь представляет собой глобальную целостность, ее

присутствие может быть обнаружено через изменение

химического состава атмосферы планеты.

Лавлок ввел понятие геофизиологии, обозначаю-

щее системный подход к наукам о Земле. Согласно Гея-

гипотезе, сохранение длительной химической неравно-

весности атмосферы Земли обусловлено совокупностью

жизненных процессов на Земле. С начала жизни

3,5 млрд. лет назад существовал механизм биологичес-

кой автоматической термостатики, в котором избыток

двуокиси азота в атмосфере играл регулирующую роль,

препятствуя тенденции потепления, связанной с воз-

растанием яркости солнечного света. Другими слова-

ми, действует механизм обратной связи.

Лавлок сконструировал модель, в соответствии с

которой при изменении яркости потоков солнечного

счета растет разнообразие, ведущее к возрастанию спо-

собности регулировать температуру поверхности пла-

неты, а также к росту биомассы.

49

Суть Гея-гипотезы: Земля является саморегулиру-

ющейся системой, созданной биотой и окружающей

средой, способной сохранять химический состав атмос-

феры и тем самым поддерживать благоприятное для

жизни постоянство климата. По Лавлоку, мы – обита-

тели и часть квазиживой целостности, которая облада-

ет способностью глобального гомеостаза, компенсиру-

ющего нарушения в пределах своей способности к са-

морегуляции. Когда подобная система попадает в

состояние стресса, близкого к границам саморегуляции,

даже маленькое потрясение может толкнуть ее к пере-

ходу в новое стабильное состояние или даже полнос-

тью уничтожить.

В то же время Гея превращает отбросы в необхо-

димые элементы и, видимо, должна выжить, даже если

в результате ядерной войны будет уничтожено челове-

чество. Эволюция биосферы, по Лавлоку, может быть

процессом, который выходит за рамки полного пони-

мания, контроля и даже участия человека.

Подходя к Гея-гипотезе с биологических позиций,

Л.Маргулис полагает, что жизнь на Земле представляет

собой сеть взаимозависимых связей, позволяющих пла-

нете действовать как саморегулирующаяся и самопро-

изводящая система. В 60-х годах Маргулис предполо-

жила, что зукаристические клетки произошли в резуль-

тате симбиотического союза простых прокариотических

клеток, таких как бактерии.

Маргулис выдвинула гипотезу, что митоходрии

(клеточные органеллы, которые производят энергию из

кислорода и углеводов) произошли от аэробных бакте-

рий; хлоропласты растений когда-то были фотосинте-

зирующими бактериями. По мнению Маргулис, сим-

биоз – образ жизни большинства организмов и один

из наиболее созидательных факторов эволюции. Напри-

мер, 90% растений существуют вместе с грибами, по-

скольку грибы, связанные с корнями растений, необ-

50