Механизмы и закономерности эволюции живой природы

Механизмы эволюции живой природы определены Ч. Дарвиным в его классической триаде: наследственность, изменчивость, естественный отбор.

Термином «наследственность» обозначается способность материи сохранять свои особенности при переходе в новое состояние, нерушимость «остова» системы, сохранения основных характеристик структуры всей системы, сложности организации частей системы. Наследственность отражает влияние прошлого на будущее, и часто, не зная хорошо прошлого, мы считаем наблюдаемые факты случайными или привлекаем для их объяснения потусторонние силы. Является ли наследственность свойством присущим абсолютно всем объектам природы? Скорее всего, да. Любой сегодня существующий объект - есть следствие взаимодействия и взаимопревращения до него существовавших тел, поэтому какие-то характеристики предшествовавших систем наследованы ныне существующими системами.

Под изменчивостью будем понимать случайное и неопределенное появление новых свойств. Изменчивость любой системы обусловлена её открытостью. «Все течет, все меняется, потому что взаимодействует». Случайность и неопределенность составляют естественное содержание всех процессов микромира, это объективная реальность нашего мира, они пронизывают все уровни организации материи. Процессы, протекающие в неживой природе, (броуновское движение, турбулентное течение); процессы биологические (мутагенез), социальные (конфликты) – все они подвержены действию случайностей. Хотя глубинный смысл изменчивости часто бывает неясен, именно она создает то «поле возможностей», из которого возникает многообразие форм, наблюдаемых и изучаемых нами. Изменчивость вместе с тем служит и причиной разрушения возникших образований. Одни и те же факторы изменчивости стимулируют и созидание, и разрушение. Мы далеко не всегда можем понять источник случайностей, тем более их учесть и прогнозировать события.

Пожалуй, самое трудное понятие дарвинской триады – естественный отбор. Естественный отбор – это закрепление свойств, появившихся в результате изменения или исчезновения систем со свойствами, не отвечающими внешним условиям. Его можно рассматривать как фильтр, пропускающий в будущее те признаки, те особенности, которые, возникнув в результате действия случайных факторов (мутаций), передаются следующим поколениям за счет действия механизма наследственности.

При описании механизмов самоорганизации материи можно выделить два класса механизмов эволюции: адаптационный и бифуркационный.

Адаптационный механизм эволюции – это постепенное, непрерывное количественное изменение свойств системы, это механизм естественного отбора. Основная особенность его в том, что он позволяет с определенной точностью предвидеть результат его действия. Адаптация, т.е. самонастройка, обеспечивает развивающейся системе определенную стабильность в данных конкретных условиях внешней среды. Значит, изучая условия, особенности среды, можно предсказать тенденции в изменении параметров системы.

Бифуркационный (пороговый, катастрофический, революционный) механизм эволюции - это резкий перевод системы в качественно новое состояние, с новой структурой и новыми непредсказуемыми процессами в ней. Причем, очень важно подчеркнуть, что переход системы в новое состояние в этой пороговой ситуации, неоднозначен, так же как и характер новой организации, Т.е., после бифуркации существует множество возможных структур, но предсказать, какая их этих структур будет реализована, нельзя. Нельзя в принципе, ибо это зависит от флуктуаций начальных условий и флуктуаций внешних воздействий.

По современным понятиям элементарной единицей эволюции биосферы считается популяция особей – совокупность индивидов одного вида, способных скрещиваться между собой. Закрепление признака, возникшего случайно в результате мутации, означает, что частота его появления в популяции превышает пороговый уровень. Другими словами, число особей, обладающих возникшими особенностями, превышает некоторое значение (по некоторым данным это 35%-40%).

Достижения генетики, молекулярной биологии, общие положения теории самоорганизации способствовали появлению мнения о том, что процессы и закономерности макроэволюции невозможно объяснить исходя из учения о микроэволюции (частота мутации всего от 10^-4 до 10^-7), то есть возникновение родов, семейств, видов происходит на основе иных факторов и закономерностей. У сторонников такого мнения нет достоверных естественно-научных факторов. Нет основания отрицать возможность объяснения эволюционных явлений крупного масштаба процессами, протекающими на микроэволюционном уровне. На основе действия одних и тех же микроэволюционных сил может возникнуть изменение видового ранга, а может возникнуть изменение, впоследствии определяющее образование отряда или другой крупной группы. Известно, что существуют гены структурные и регуляторные. Структурные гены человека и шимпанзе крайне сходны, а регуляторные – различны. Может быть, мутации этих групп генов имеют разное значение для видообразования.

Следует обратить внимание еще на следующее обстоятельство: не всякая мутация гена вызывает изменчивость связанного с ним признака. Существует механизм стабилизации генома целиком и даже реставрация поврежденных участков. Известны случаи изменения признака, вызванные внезапным изменением положения, так называемых, скачущих генов. Скачущие гены (они составляют до 10% генома) не занимают в хромосоме раз и навсегда заданного места, а могут неожиданно менять свое положение в ней. Предполагается, что мутации и перемещения скачущих генов не совсем случайны, а регулируются и управляются пока не известным нам механизмом.

Эволюционный процесс в биосфере носит многоуровневый характер. Эволюция протекала, и протекает в наши дни, на молекулярном, клеточном, тканевом уровнях, на уровне органов, организмов, популяций, биоценозов. Эволюционные процессы в биосфере есть частный случай единого процесса развития природы, который охватывает все три уровня организации материального мира – неживую природу, живое вещество и общество.

Наряду с дарвиновским процессом видообразования, существуют представления о сальтационном, внезапном образовании новых видов, путем крупных скачков, вне действия естественного отбора. В древности эта была идея внезапного появления сложных организмов из неорганических веществ или сотворения их сверхестественным путем.

В последние годы идея о скачкообразном характере возникновения видов вновь находит сторонников. Выдвинута гипотеза прерывистого равновесия или пунктуализма, то есть эволюция идет скачками, в промежутках между которыми застой, стазис, равновесие. Стазис занимает 10⁵-10⁷ поколений, скачок - 10³-10⁴ поколений. По мнению сторонников сальтационизма так образовалось до 95% видов. Подтверждением своей идеи они считают отсутствие данных о переходных формах. Некоторые факты указывают на возможность такого механизма эволюции. Но истина, по-видимому, в том, что пути и механизмы эволюции различны и все они имеют место в истории Земли.