Ритмичность – свойство присущее как живой, так и неживой природе, связанное с распространением в природе колебательных процессов; обусловлена космическими ритмами (повторяемостью, периодичностью): вращение Земли вокруг Солнца (сезонные ритмы) и своей оси (суточные ритмы), фазами Луны и т.д.

Энергозависимость – живые тела это открытые системы, в которых непрерывно происходит обмен веществом и энергией с окружающей средой.

Одно из определений жизни с материалистических позиций было дано более 100 лет назад немецким философом-марксистом Ф. Энгельсом (1820-1895):

Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел.

Современный отечественный ученый М.И. Волькенштейн (1912-1992) так определял это понятие: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот».

Американский физик Ф. Типлер в книге «Физика бессмертия» предложил самое краткое определение жизни: «Я определяю жизнь как некую закодированную информацию, которая сохраняется естественным отбором».

Принципы биологической эволюции

Издавна люди пытались найти объяснение многообразию и причудливости мира. На протяжении тысячелетий господствовало элементарное объяснение, которое состояло в том, что будто бы все виды организмов были созданы однажды в их нынешних формах и больше никогда не изменялись. Так сказано в Библии, таких же взглядов придерживался Аристотель. Церковь до сих пор проповедует, что все многообразие организмов, населяющих Землю, явилось результатом акта божественного творения мира за шесть дней, а любое другое объяснение она воспринимает как оскорбление веры.

Эта концепция, признающая неизменность видов живых существ и рассматривающая многообразие живого мира как результат его творения Богом, получила название креационизма (от лат. ... – создание, творение).

Под влиянием идеи о неизменности всего живого была предложена шведским натуралистом Карлом Линнеем искусственная классификация видов животных.

Однако, обнаруженные в разных местах Земли ископаемые останки странных животных и растений, совершенно непохожих на современных, позволили сделать некоторыми ученым вывод, что организмы, населяющие Землю, не неизменны, а претерпевают эволюцию.

Благодаря работам французского биолога Жана-Батиста. Ламарка (1744 – 1829), была объяснена изменчивость видов двумя факторами: влиянием внешней среды и наследственностью. Ж. Ламарк обнародовал свою теорию в классическом труде «Философия зоологии», которое опередило время на 60 лет и не было понято современниками. Жорж Кювье (1769 – 1832) – великий французский палеонтолог и основатель теории катастроф, считавший, что виды животных и растений возникли независимо один от другого и укладывавший историю Земли в 7 тыс. лет, был главным противником Ламарка. В «Философии зоологии Ламарк провозгласил принцип эволюции всеобщим законом живой природы, он верно понимал взаимодействие двух

84

сил в природе – приспособления и наследственности. Ему недоставало лишь дарвиновской идеи естественного отбора в борьбе за существование.

Наконец, Чарльз Дарвин в своей знаменитой работе «Происхождение видов путем естественного отбора», вышедшей в 1859 г., он обобщил отдельные эволюционные идеи, создал теорию эволюции. Суть эволюционной теории Дарвина состоит в следующем. Всему живому свойственен процесс размножения. Каждый вид с помощью этого процесса сохраняет себя на Земле. Так как организмов каждого вида рождается слишком много, не все могут обеспечить себя пищей и выжить. В действительности же заселение нашей планеты каким-нибудь одним видом растений или животных не происходит. Выживают лишь те особи, которые обладают признаками, дающими преимущества в борьбе за существование. Те, кто выжил, передают эти выгодные признаки своему потомству, и, таким образом, в природе происходит «переживание наиболее приспособленных», совершенствование. Изменчивость (новые признаки) закрепляются наследственностью, и естественный отбор приводит к прогрессивному развитию – к эволюции. Эволюция в природе всегда идет на пользу виду.

Теория Дарвина разгадала «священную тайну» природы; естественным выводом из нее было объяснение происхождения человека от высокоорганизованных млекопитающих животных. В 1871 г. выходит в свет работа Дарвина «Происхождение человека и половой отбор», которая вызвала бурю возмущения среди теологов.

Сегодня теория эволюции находит все новые области применения. К примеру, современная физика обосновывает концепцию универсальной эволюции: от Большого взрыва – до этапа исторической эволюции человека и общества.

С точки зрения теории эволюции, все многообразие живой природы является результатом действия трех взаимосвязанных факторов (основных принципов): наследственности, изменчивости и естественного отбора.

Весь ход эволюции видов ведет к тому, что генетические и иные признаки, обеспечивающие выживание, встречаются от поколения к поколению все чаще в данном виде (популяции), определяя главное направление его развития. Лучше всего эволюционные процессы проявляются на популяционном уровне.

Популяция – это длительно существующие группы особей, устойчиво сохраняющиеся на протяжении жизни многих поколений. Популяция, так или иначе, изолирована от соседних совокупностей особей данного вида.

Виды – как правило, состоят из нескольких популяций. Появление элементарных эволюционных изменений в популяции, передающихся по наследству через несколько поколений, зависит от следующих факторов: перестройки носителей наследственности

– генов, популяционных волн, изоляции и естественного отбора.

Перестройка генов, или мутационный процесс, является основой разнообразия особей в популяции. Но этот процесс не является решающим фактором эволюции.

Популяционные волны – резкие колебания численности особей из-за различных природных колебаний. Этот фактор тоже не определяет направление эволюции.

Изоляция – уменьшает возможность обмена генетической информацией с другими группами особей данного вида, выступает как фактор, закрепляющий начальную стадию дифференциации генофонда обособившейся группы. Также не задает направления эволюционному процессу.

Естественный отбор – является основным фактором, направляющим эволюционные изменения. Его результаты проявляются в ходе смены многих поколений. Он имеет

85

четкую направленность – повышение способности к выживанию, к оставлению потомства.

Таким образом, эволюция есть направленный процесс исторического изменения живых организмов.

Клетка - как «первокирпичик» живого. Так называемые «первокирпичики» имеются на каждом из уровней организации природы. В сфере физических наук такую роль играют фундаментальные частицы – кварки, которые не имеют внутренней структуры (экспериментально не открыты). В сфере химических наук – это более крупные частицы – атомы различных химических элементов, причем атом более устойчивая и стабильная частица, чем кварк.

Подобная фундаментальная частица есть и в биологии. Это – живая клетка. Именно она является мельчайшей системой, обладающей всем комплексом свойств живого, в том числе и носителем генетической информации. Создание клеточной теории (основатели нем. ученые Т. Шванн и М.Я. Шлейден), стало одним из крупнейших достижений биологии XIX в.

Исследования в области цитологии (учении о живой клетке) показали, что клетки имеют некоторые общие свойства в строении и функционировании (обмен веществ, саморегуляция, передача наследственной информации). Клетки весьма многообразны. Они могут существовать как одноклеточные организмы (амебы), а также и в составе многоклеточных. У клеток разный срок существования. Размеры клеток колеблются от одной тысячной сантиметра до 10 см (редко).

Клетки имеют сложную структуру. В живой клетке по массе содержится около 70% кислорода, 17% углерода, 10% водорода, 3 % азота - (органогены), фосфора, серы и др. хим. элементов – десятые доли процента, йод, фтор и др. элементы – тысячные и десятитысячные доли процента.

Она обособляется от внешней среды оболочкой, но через нее обеспечивается взаимодействие с внешним миром. Обмен веществ, обеспечиваемый клетками – важнейшее свойство всего живого, называемое метаболизмом клеток, который в свою очередь служит основой сохранения стабильности, устойчивости условий внутренней среды клетки. Это свойство клетки называют гомеостазом. Гомеостаз – постоянство состава клетки, поддерживается обменом веществ, или метаболизмом.

Обмен веществ – сложный, многоступенчатый процесс, от доставки в клетку исходных продуктов до выделения «отходов» из клетки.

К настоящему времени известно существование организмов с клеточным строением, но без ядра, так называемые прокариоты или безъядерные клетки. Они исторически являются предшественниками вполне развитых, имеющих ядро клеток, впервые появившихся около 3 млрд. лет тому назад – эукариотов. К прокариотам, т.е. древнейшим, относятся бактерии, сине-зеленые водоросли. Безъядерные клетки способны выполнять все свойственные типичным клеткам функции, включая обмен вещества, поддержание стабильности и т.п.

В последнее время к миру живого относят вирусы, которые не имеют клеточной структуры (бесклеточные организмы). Это один из наиболее опасных видов мутагенов, не случайно в переводе с лат. (Virus – яд). Эти мельчайшие живые организмы можно рассмотреть только в электронный микроскоп. Все необходимые для их жизнедеятельности вещества они получают, проникая в живую клетку и используя

86

чужие органические вещества и энергию. У человека вирусы вызывают множество заболеваний, включая грипп и спид (синдром приобретенного иммунодефицита). Зараженный вирусом СПИДа человек становится беззащитным перед любой инфекцией.

Ген. Кто и как в клетке обеспечивает управление всеми сложными процессами? Исчерпывающего ответа на этот вопрос пока нет. Но общепризнано, что нити управления внутриклеточным обменом находятся в особых структурах в ядре клетки, в очень длинных цепях молекул нуклеиновых кислот ДНК, РНК, исходной структурной единицей которых является ген.

Это своего рода природное кибернетическое устройство, содержащее инструкцию, информацию, коды, определяющие характер всей деятельности клетки, как по обмену вещества, так и по самовоспроизведению.

Открытие в XX в. структуры и функционирования генетического аппарата клетки в развитии биологии сыграло такую же роль, как и открытие атомного ядра в физике. Если открытие ядра позволило человеку овладеть практически неисчерпаемыми запасами энергии, то открытие генов дало возможность людям вмешиваться в свойства живой клетки, управлять механизмами наследственности, практически решать задачи клонирования (копирования) живых организмов.

Это крупнейшее открытие современной генетики также связано с установлением способности генов к перестройке, изменению. Эта способность называется мутированием. Результатом мутаций может быть появление организма нового вида – мутанта. Факторы, вызывающие мутации называются мутагенами.

В последние годы в связи с загрязнением окружающей среды, повышением фона радиации возрастает число стихийных вредных мутаций. К примеру, ежегодно в мире рождается около 75 млн. детей, из них около 2% (ок. 1,5 млн.) – с наследственными болезнями, вызванными мутациями.

По современным представлениям, живые организмы могут жить при температурах до 100°С. Но границы жизни до сих пор остаются неизвестными.

Биосфера – термин, появившийся в конце XIXв. и характеризующий область активной жизни, охватывающий нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Это активная оболочка Земли (В.И. Вернадский). В.И. Вернадским сформулированы три основных принципа эволюции биосферы как целостного образования.

Синтетическая теория эволюции. Популяционно-генетический подход

В XX в. динамичное развитие биологического познания привело к открытию молекулярных основ живого. Наука непосредственно приблизилась к решению величайшей проблемы – раскрытию сущности жизни.

Вступление в XX в. ознаменовалось в биологии зарождением генетики как науки. Исходным событием явилось переоткрытие законов Менделя в 1900 г., т.е. в начале XX в. биология поднялась до уровня понимания открытия Менделя (опыты по скрещиванию различных сортов гороха). Далее последовали эмпирические открытия в области генетических исследований. Генетические эксперименты начались проводиться на разных объектах, как растительных, так и животных (мушка дрозофилы). За относительно короткий срок учение о наследственности было поставлено на качественно иной уровень

87

ВРоссии становление генетики происходило несколько позже и уже в 20 – 30-е гг. XX в. отечественная генетика достигала выдающихся результатов.

Генетика – это биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Центральным понятием генетики является «ген». Это элементарная единица наследственности; по своему уровню – внутриклеточная молекулярная структура; по химическому составу – это нуклеиновые кислоты, в составе которых основную роль играют азот и фосфор.

Вершиной теоретического обобщения накопленного генетикой эмпирического материала в первые десятилетия XX в. стала хромосомная теория наследственности.

Непосредственно основания хромосомной теории наследственности были разработаны в 1902 – 1907 гг. нем. цитологом и эмбриологом Теодором Бовери и амер. генетиком Уолтером Саттоном, а завершенная полная формулировка была дана в работах амер. биолога Томаса Х. Моргана и его школы (А.Г. Стертевант, Г. Дж. Меллер, К. Бриджес и др.), удостоенных за разработку этой теории Нобелевской премии.

Хромосомная теория наследственности не снимала противоречий между дарвинизмом и генетикой. Шагом на пути их преодоления явилось создание синтетической теории эволюции (СТЭ) – синтеза классического дарвинизма, генетики, систематики, палеонтологии, экологии. Тем самым биология перешла с классического на неклассический уровень познания.

Идейные основы СТЭ сложились в научной школе русского генетика С.С. Четверикова (1880 – 1959), его исследования показали, что мутационный процесс происходит в природных популяциях и по мере старения вида в нем накапливается все больше мутаций, а полная изоляция популяции и естественный отбор приводят к образованию нового вида.

СТЭ строится на следующих принципах и понятиях:

Элементарной «клеточкой» биологической эволюции является не организм, не вид, а популяция. Популяция – это элементарная эволюционная структура.

Элементарный эволюционный материал – это мутации, обычно случайно образующиеся.

Наследственное изменение популяции в каком-либо определенном направлении осуществляется под воздействием элементарных эволюционных факторов, таких как: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естественный отбор.

Как уже отмечалось, естественный отбор – является ведущим эволюционным фактором, направляющим эволюционный процесс.

Популяция – это самовоспроизводящаяся и трансформирующаяся совокупность особей. Самовоспроизведение придает особую биологическую значимость популяции. При этом смерть является заключительным итогом жизни особи, а не популяции. Смерть

– участь особей. Популяция выступает как последовательная смена поколений и обладает интегративными свойствами, которые отсутствуют у особей. Другое название этого свойства – биологическая эволюция (от лат. evolution – развертывание). Строго говоря отдельный организм растет и развивается, но не эволюционизирует. Определяющий критерий эволюции – инфинитность, т.е. отсутствие конца (смерти). С этих позиций как раз популяция (а не особь) есть элементарная единица биологического эволюционного процесса.

88