6.Современное состояние проблемы происхождения жизни

В настоящее время центральной проблемой в вопросе о происхождении жизни на Земле является описание эволюции механизма наследственности. Ученые убеждены, что жизнь возникла только тогда, когда начал действовать механизм репликации. Любая, даже очень сложная комбинация аминокислот и других органических соединений — это еще не жизнь. Вместе с тем появление праДНК вместо коацерватной капли тоже не может считаться началом жизни на Земле, ибо современная ДНК может функционировать только при наличии белковых ферментов.

Таким образом, ученые-биологи, занимающиеся сегодня решением вопроса о происхождении жизни, сводят его к характеристике доклеточного предка — протобионта, его структурных и функциональных особенностей.

Концепции голобиоза и генобиоза. Трудность решения этого вопроса объясняется хорошо известным фактом: для саморепродукции нуклеиновых кислот — основы генетического кода — необходимы ферментные белки, а для синтеза белков — нуклеиновые кислоты. Данная ситуация аналогична той, что происходит при постройке дома, для которого одновременно нужны как материалы, так и чертежи и планы.

Конечно, проще всего было бы предположить, что нуклеиновые кислоты и белки-ферменты появились одновременно, объединились в единую систему в пределах протобионта, после чего началась их коэволюция — одновременная и взаимосвязанная эволюция. К сожалению, этот компромиссный вариант не получил признания ученых. Дело в том, что белковые и нуклеиновые макромолекулы структурно и функционально глубоко различны. В силу этого они не могли появиться одновременно, в результате одного скачка в ходе химической эволюции. Таким образом, невозможно и их сосуществование в протобиологической системе (протобионте)

В результате на протяжении большей части XX в. ученые вели дискуссию о том, что было первичным — белки или нуклеиновые кислоты, а также о том, как и на каком этапе произошло их объединение в единую систему, способную к передаче генетической информации и регуляции биосинтеза белков, т.е. являющуюся живым организмом. В зависимости от ответа на вопрос, что является первичным — белки или нуклеиновые кислоты, все существующие гипотезы и концепции можно разделить на две большие группы — голобиоза и генобиоза.

Рассмотренная ранее концепция Опарина относится к группе концепцийголобиоза — методологического подхода, утверждающего первичность структур, способных к элементарному обмену веществ при участии ферментных белков. Появление нуклеиновых кислот в этой концепции считается завершением эволюции, итогом конкуренции протобионтов. Данную точку зрения можно назвать субстратной.

Сторонники генобиоза исходят из убеждения в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода. Эту группу гипотез и концепций можно назвать информационной. Примером этой точки зрения может служить концепция американского генетика Дж. Холдейна, выдвинутая им в 1929 г. Согласно концепции Холдейна первичной была не структура, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, подобная гену и способная к саморепродукции (и поэтому названная им «голым геном»).

Вплоть до 1980-х гг. имело место четко выраженное противостояние гипотез голобиоза и генобиоза, после чего чаша весов стала склоняться в пользу концепции генобиоза. Во многом это произошло благодаря новому истолкованию открытого еще Л. Пасте-ром свойства молекулярной хиральности живых организмов, которое считается изначальным и фундаментальным признаком живой материи. Считается, что свойство молекулярной хиральности зародилось столь же рано, как и способность к генетической саморепродукции. Причем это кодирование производится с помощью молекул ДНК или РНК.

Но оставался нерешенным вопрос о том, какая из этих информационных молекул появилась первой и сыграла роль матрицы для первичной комплиментарной полимеризации. Кроме того, по-прежнему стоял вопрос, как могла функционировать протобиотиче-ская система в отсутствие ферментных белков, если мы допускаем, что они появились позже?

Ответ на эти вопросы был получен к концу 1980-х гг. Он гласил, что первичной была молекула РНК, а не ДНК. Признание этого факта было связано с открытием у РНК уникальных свойств. Оказалось, что она наделена такой же генетической памятью, как и молекула ДНК. Далее была установлена настоящая вездесущность РНК — стало ясно, что нет организмов, в которых отсутствовала бы РНК, хотя есть множество вирусов, геном которых не содержит ДНК. Также, вопреки устоявшейся догме, утверждавшей, что перенос генетической информации идет в направлении от ДНК к РНК и белку, оказался возможным перенос информации от РНК к ДНК при участии фермента, открытого в начале 1970-х гг.

В начале 1980-х гг. была установлена способность РНК к саморепродукции в отсутствие белковых ферментов, т.е. открыта ее автокаталитическая функция. Это объясняло все нерешаемые ранее вопросы.

Таким образом, сегодня считается, что протобионт представлял собой молекулу РНК. Древняя РНК была транспортной и совмещала в себе черты как фенотипа, так и генотипа. Иными словами, она могла подвергаться как генетическим преобразованиям, так и естественному отбору. Уже очевидно, что процесс эволюции шел от РНК к белку, а затем к образованию молекулы ДНК, у которой С-Н связи более прочны, чем С-ОН связи РНК.

Очевидно, что возникновение хиральности, а также первичных молекул РНК не могло произойти в ходе плавного эволюционного развития. Судя по всему, имел место скачок со всеми характерными чертами самоорганизации вещества, об особенностях которой говорилось выше.

В 1990-е гг. появился еще ряд версий, в соответствии с которыми жизнь могла появиться в геотермальных источниках, на морском дне, в тонких пленках органического вещества, адсорбированного на поверхности кристаллов пирита или апатитов. Их появление вызвано некоторыми недостатками концепции генобиоза, но они еще не получили достаточного обоснования и развития.

Образование древнейшей клетки.Следующим этапом в процессе появления жизни стало рождение настоящей живой клетки. Сегодня о первичной клетке (архек-летке) известно намного больше, чем раньше.

Археклетка явилась первым живым организмом. Очевидно, ар-хеклетка была отграничена от внешней среды двухслойной оболочкой (мембраной), обладала способностью всасывать через нее протоны, ионы и маленькие молекулы, а ее метаболизм основывался на низкомолекулярных углеродных соединениях. Для строения археклетки характерно наличие клеточного скелета, отвечавшего за целостность клетки, а также обеспечивавшего возможность ее деления. Жизнедеятельность клетки осуществлялась за счет АТФ (аде-нозинтрифосфорной кислоты).Возможно, археклетки были схожи с недавно открытыми архе-бактериями и представляли собой прото-эукариотную систему, дальнейшая эволюция которых шла как по линии приобретения новых свойств эукариотами, так и по пути их утраты прокариотами. Данный процесс занял несколько миллиардов лет. Считается, что первые прокариоты появились более 4 млрд. лет назад. Это были бактерии и сине-зеленые водоросли — практически бессмертные организмы, жившие в очень сложных условиях. Эукариоты появились около 2,6 млрд. лет назад, они уже не были бессмертными, и с их появлением процесс эволюции жизни начал ускоряться.

Появление жизни на Земле.

Как было отмечено выше, в вопросе появления жизни на нашей планете еще много остается неясного и неопределенного. Эта проблема далека от своего окончательного решения. Тем не менее, современная наука дает возможность выдвинуть некоторые гипотезы, отвечающие на вопросы о том, как, когда и в какой форме появилась жизнь на Земле.

Условия, необходимые для появления жизни. История жизни и история Земли неотделимы друг от друга, так как именно в процессах развития нашей планеты как космического тела закладывались определенные физические и химические условия, необходимые для появления и развития жизни.

Прежде всего, следует отметить, что жизнь (во всяком случае в той форме, в которой она функционирует на Земле) может существовать в достаточно узком диапазоне температур, давлений и радиации. Также для появления жизни на Земле нужны вполне определенные материальные основы — химические элементы-органогены и в первую очередь углерод, так как именно он лежит в основе жизни. Этот элемент обладает рядом свойств, делающих его незаменимым для образования живых систем. Углерод способен образовывать разнообразные органические соединения, число которых достигает нескольких десятков миллионов. Среди них — насыщенные водой, подвижные, низкоэлектропроводные, скрученные в цепи структуры. Соединения углерода с водородом, кислородом, азотом, фосфором, серой и железом обладают хорошими каталитическими, строительными, энергетическими, информационными и иными свойствами.

Наряду с углеродом к «кирпичикам» живого относятся кислород, водород и азот. Ведь живая клетка состоит на 70% из кислорода, углерода в ней — 17%, водорода — 10%, азота — 3%. Элементы-органогены принадлежат к наиболее устойчивым и распространенным во Вселенной химическим элементам. Они легко соединяются между собой, вступают в реакции и обладают малым атомным весом. Их соединения легко растворяются в воде. Эти элементы, очевидно, поступили на Землю вместе с космической пылью, которая стала материалом для «строительства» планет Солнечной системы. Еще на стадии формирования планет возникли углеводороды, соединения азота, в первичных атмосферах планет было много метана, аммиака, водяного пара и водорода. Они, в свою очередь, стали сырьем для получения сложных органических веществ, входящих в состав белков и нуклеиновых кислот (аминокислот и нуклеотидов).

Огромную роль в появлении и функционировании живых организмов играет вода, ведь они на 90% состоят из воды. Поэтому вода является не только средой, но и обязательным участником всех биохимических процессов. Вода обеспечивает метаболизм клетки и терморегуляцию организмов. Кроме того, водная среда как уникальная по своим упругим свойствам структура позволяет всем определяющим жизнь молекулам реализовать свою пространственную организацию. Поэтому жизнь зародилась в воде, но даже выйди из моря на сушу, она сохранила внутри живой клетки океаническую среду. Наша планета богата водой и расположена на таком расстоянии от Солнца, что необходимая для жизни основная масса воды находится в жидком, а не в твердом или газообразном состоянии, как на других планетах. На Земле поддерживается оптимальная температура для существования жизни, основанной на углероде.

Какой была древнейшая жизнь?Наши знания о ранее живших организмах невелики. Ведь миллиарды особей, представлявших самые разные виды, исчезли, не оставив после себя никаких следов. По оценкам некоторых палеонтологов, в ископаемом состоянии до нас дошли останки только 0,01% всех видов живых организмов, населявших Землю. Среди них — только те организмы, которые могли сохранить структуру своих форм путем замещения или в результате сохранности отпечатков. Все прочие виды до нас просто не дошли, и о них мы не сможем узнать ничего и никогда.

Долгое время считалось, что возраст древнейших отпечатков живых организмов, к которым относятся трилобиты и другие высокоорганизованные водные организмы, составляет 570 млн. лет. Позже были найдены следы намного более древних организмов — минерализовавшихся нитчатых и округлых микроорганизмов примерно десятка различных видов, напоминающих простейших бактерий и микроводорослей. Возраст этих останков, найденных в кремнистых пластах Западной Австралии, был оценен в 3,2—3,5 млрд. лет. Эти организмы, видимо, имели сложную внутреннюю структуру, в них присутствовали химические элементы, соединения которых были способны участвовать в процессе фотосинтеза. Данные организмы бесконечно сложны по сравнению с самым сложным из известных органических соединений абиогенного происхождения. Нет сомнений, что это не самые ранние формы жизни и что существовали их более древние предшественники.

Таким образом, истоки жизни на Земле уходят в тот «темный» первый миллиард лет существования нашей планеты, который не оставил следа в ее геологической летописи. Данную точку зрения подтверждает и тот факт, что известный биогеохимический цикл углерода, связанный с фотосинтезом, в биосфере стабилизировался более 3,8 млрд. лет назад. Это позволяет считать, что фотоавто-трофная биосфера существовала на нашей планете не менее 4 млрд.лет назад. Однако по данным цитологии и молекулярной биологии, фотоавтотрофные организмы были вторичными в процессе эволюции живого вещества. Автотрофному способу питания живых организмов должен был предшествовать гетеротрофный способ как более простой. Автотрофные организмы, строящие свое тело за счет неорганических минеральных веществ, имеют более позднее происхождение. Об этом свидетельствуют следующие факты: все современные организмы обладают системами, приспособленными к использованию готовых органических веществ как исходного строительного материала для процессов биосинтеза; преобладающее число видов организмов в современной биосфере Земли может существовать только при постоянном снабжении готовыми органическими веществами; у гетеротрофных организмов не встречается никаких признаков или рудиментарных остатков тех специфических ферментных комплексов и биохимических реакций, которые характерны для автотрофного способа питания.

Таким образом, можно сделать вывод о первичности гетеротрофного способа питания. Древнейшая жизнь, вероятно, существовала в качестве гетеротрофных бактерий, получавших пищу и энергию за счет органического материала абиогенного происхождения, образовавшегося еще раньше, на космической стадии эволюции Земли. Следовательно, начало жизни как таковой отодвигается еще дальше, за пределы каменной летописи земной коры, более чем на 4 млрд. лет назад.

Говоря о древнейших организмах на Земле, также следует отметить, что по типу своего строения они были прокариотами, возникшими вскоре после появления археклетки. В отличие от эука-риотов они не имели оформленного ядра, и ДНК располагалась в клетке свободно, не отделяясь от цитоплазмы ядерной мембраной. Различия между прокариотами и эукариотами гораздо глубже, чем между высшими растениями и высшими животными: и те и другие относятся к эукариотам. Представители прокариотов живут и сегодня. Это бактерии и сине-зеленые водоросли. Очевидно, первые организмы, жившие в очень жестких условиях первоначальной Земли, были похожи на них.

Ученые также не сомневаются в том, что древнейшие организмы, населявшие Землю, были анаэробами, получавшими необходимую им энергию за счет дрожжевого брожения. Большая часть современных организмов являются аэробными и используют кислородное дыхание (окислительные процессы) как способ получения энергии.

Таким образом, прав был В. И. Вернадский, предположивший, что жизнь сразу возникла в виде примитивной биосферы. Только разнообразие видов живых организмов могло обеспечить выполнение всех функций живого вещества в биосфере. Ведь жизнь является мощнейшей геологической силой, вполне сравнимой как по энергетическим затратам, так и по внешним эффектам с такими геологическими процессами, как горообразование, извержение вулканов, землетрясения и т.д. Жизнь не просто существует в окружающей ее среде, но активно эту среду формирует, преобразуя ее «под себя». Не следует забывать, что весь лик современной Земли, все ее ландшафты, осадочные и метаморфические породы (граниты, гнейсы, образовавшиеся из осадочных пород), запасы полезных ископаемых, современная атмосфера являются результатом действия живого вещества.

Эти данные позволили Вернадскому утверждать, что с самого начала существования биосферы входящая в нее жизнь должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, так как биогеохимические функции жизни в силу своего разнообразия и сложности не могут быть связаны только с какой-то одной формой жизни. Таким образом, первичная биосфера изначально была представлена богатым функциональным разнообразием. Поскольку организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте, то первое появление жизни должно было произойти не в виде какого-то одного вида организмов, а в их совокупности. Иными словами, сразу должны были появиться первичные биоценозы. Состояли они из простейших одноклеточных организмов, так как все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть выполнены ими.

И, наконец, следует сказать, что первичные организмы и биосфера могли существовать только в воде. Выше мы уже говорили, что все организмы нашей планеты теснейшим образом связаны с водой. Именно связанная вода, не теряющая своих основных свойств, является их важнейшим составным компонентом и составляет 60—99,7% веса.

Именно в водах первичного океана образовался «первичный бульон». Ведь морская вода сама по себе представляет естественный раствор, содержащий все известные химические элементы. В ней образовались вначале простые, а затем и сложные органические соединения, среди которых были аминокислоты и нуклеотиды. В этом «первичном бульоне» и произошел скачок, давший начало жизни на Земле. Немаловажное значение для появления и дальнейшего развития жизни имела радиоактивность воды, которая тогда была в 20—30 раз большей, чем сейчас. Хотя первичные организмы были намного устойчивее к радиации, чем современные, мутации в те времена происходили намного чаще, поэтому естественный отбор шел интенсивнее, чем в наши дни.

Кроме того, не следует забывать о том, что первичная атмосфера Земли не содержала свободного кислорода, поэтому в ней отсутствовал озоновый экран, защищающий нашу планету от ультрафиолетовой радиации Солнца и жесткого космического излучения. В силу этих причин на суше жизнь просто не могла возникнуть, жизнь возникла в первичном океане, воды которого служили достаточным препятствием для этих лучей. Итак, подводя итоги, следует отметить, что первичные организмы, возникшие на Земле более 4 млрд. лет назад, обладали следующими свойствами: они были гетеротрофными организмами, т.е. питались готовыми органическими соединениями, накопленными на этапе космической эволюции Земли; они были прокариотами — организмами, лишенными оформленного ядра; они были анаэробными организмами, использующими в качестве источника энергии дрожжевое брожение; они появились в виде первичной биосферы, состоящей из биоценозов, включающих различные виды одноклеточных организмов; они появились и долгое время существовали только в водах первичного океана.

Начало жизни на Земле. Поскольку жизнь неразрывно связана со средой своего обитания, то начало жизни следует изучать в тесной связи с теми космическими и геологическими процессами, в ходе которых образовалась и развивалась наша планета.

Завершение этапа космической эволюции Земли, в ходе которой она сложилась из планетезималий, произошло около 4,5 млрд. лет назад. После этого наша планета стала постепенно остывать и начала формироваться земная кора, а также атмосфера и гидросфера за счет дегазации лав, выплавлявшихся из верхней мантии при интенсивном вулканизме. Мы имеем все основания полагать, что при этом на поверхность Земли поступали, прежде всего, пары воды и газообразные соединения углерода, серы и азота.

Первичная атмосфера Земли была очень тонкой, разреженной, атмосферное давление у поверхности не превышало 10 мм ртутного столба. Состав первичной атмосферы формировался из тех газов, которые выбрасывались при извержении вулканов. Это подтверждает анализ пузырьков газа, обнаруженных в протоархейских породах (60% — углекислота, 40% — соединения серы, аммиака, метана, другие окислы углерода, а также пары воды). Первичная атмосфера не содержала свободного кислорода, поскольку его не содержали вулканические газы. Воды первичного океана имели примерно такой же состав, как и сегодня, но в них, как и в атмосфере, отсутствовал свободный кислород. Таким образом, свободный кислород, а значит, и химический состав современный атмосферы, как и свободный кислород океанов Земли, не были первоначально заданы при рождении нашей планеты как небесного тела, а являются результатом жизнедеятельности первых живых организмов, составивших первичную биосферу Земли. Под действием солнечных и космических лучей, проникавших через разреженную атмосферу, происходила ее ионизация, превращавшая атмосферу в холодную плазму. Поэтому атмосфера ранней Земли была насыщена электричеством, в ней вспыхивали частые разряды. В таких условиях шел быстрый одновременный синтез разнообразных органических соединений, в том числе и весьма сложных. Эти соединения, как и те, что попали на Землю в уже готовом виде из космоса, представляли собой подходящее сырье, из которого на следующей стадии эволюции могли образоваться аминокислоты и нуклеотиды.

Радиоактивный разогрев недр Земли пробудил тектоническую активность, заработали вулканы, выделявшие огромное количество вулканических газов. Это уплотнило атмосферу, отодвинув границу ионизации в ее верхние слои. При этом процесс образования органических соединений продолжался.

Частые грозы с длительными ливнями приносили образовавшиеся органические вещества в водоемы, покрывавшие нашу планету, добавляя их к тем, что уже были растворены в водах первичного океана. Таким образом, оказались накоплены большие запасы органического сырья. По некоторым подсчетам, его масса оценивается в 1016 кг, что всего на 2—3 порядка меньше массы современной биосферы. Согласно расчетам, растворение органических веществ в водах океана дало раствор, концентрация которого составляла 1%.

После того, как углеродистые соединения образовали «первичный бульон», уже могли организовываться биополимеры — аминокислоты и нуклеотиды, «кирпичики» белков и нуклеиновых кислот. Необходимая концентрация веществ для образования биополимеров могла возникнуть в результате осаждения органических соединений на минеральных частицах, например на глине или гидроокиси железа, образующих ил водоемов. Кроме того, органические вещества могли образовывать на поверхности океана тонкую пленку, которую ветер и волны гнали к берегу, где она собиралась в толстые слои. В химии известен также процесс объединения родственных молекул в разбавленных растворах.

Дальнейший этап биогенеза связан с концентрацией органических веществ и появлением протобионта — молекулы РНК в результате скачка, приведшего к образованию живого из неживого. Протобионты представляли собой системы органических веществ, покрытые оболочкой и способные взаимодействовать с окружающей средой, т.е. расти и развиваться за счет поглощения из окружающей среды богатых энергией веществ. Кроме того, протобионты обладали способностью к размножению, передавая полезные признаки своим потомкам.

К сожалению, механизм перехода от сложных органических веществ к простым живым организмам наукой пока не установлен. Теория биохимической эволюции предлагает лишь общую схему. В соответствии с ней между первичными сгустками органических веществ (коацерватов) могли выстраиваться молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей данным сгусткам стабильность. Именно с появлением мембраны можно говорить о рождении клетки — основной структурной единицы жизни, способной к росту и размножению.

Вопросы для контроля усвоения материала:

1.Перечислите ранние научные концепции происхождения жизни.

2.Каковы особенности современных научных концепций происхождения жизни?

3.Назовите уровни организации живых систем.

4.В чём особенности эволюционного учения Дарвина -Уоллеса?

5.Какова взаимосвязь генетических и экологических факторов эволюции?

Лекция 9, 10

Современная экология и учение о биосфере (4 часа)

План:

1.Многообразие живых организмов – основа организации и устойчивости биосферы.

2. Живое вещество: распределение, классификация, миграция и распределение, миграция и распределение живого вещества.

3. Учение В.И. Вернадского о биосфере.

1. Многообразие живых организмов – основа организации и устойчивости биосферы. Огромное видовое разнообразие живых организмов обеспечивает постоянный режим биотического круговорота. Каждый из организмов вступает в специфические взаимоотношения со средой и играет свою роль в трансформации энергии. Это сформировало определенные природные комплексы, имеющие свою специфику в зависимости от условий среды в той или иной части биосферы. Живые организмы населяют биосферу и входят в тот или иной биоценоз — пространственно ограниченные части биосферы — не в любом сочетании, а образуют определенные сообщества из видов, приспособленных к совместному обитанию. Такие сообщества называются биоценозами.

Важное экологическое правило состоит в том, что чем разнороднее и сложнее биоценозы, тем выше устойчивость, способность противостоять различным внешним воздействиям. Биоценозы отличаются большой самостоятельностью. Одни из них сохраняются в течение длительного времени, другие закономерно изменяются. Озера превращаются в болота — идет образование торфа, а в итоге на месте озера вырастает лес.

Процесс закономерного изменения биоценоза называется сукцессией. Сукцессия — это последовательная смена одних сообществ организмов (биоценозов) другими на определенном участке среды. При естественном течении сукцессия заканчивается формированием устойчивой стадии сообщества. В ходе сукцессии увеличивается разнообразие входящих в состав биоценоза видов организмов, вследствие чего повышается его устойчивость.

Повышение видового разнообразия обусловлено тем, что каждый новый компонент биоценоза открывает новые возможности для вселения. Например, появление деревьев позволяет проникнуть в экосистему видам, живущим в подсистеме: на коре, под корой, строящим гнезда на ветвях, в дуплах.

В ходе естественного отбора в составе биоценоза неизбежно сохраняются лишь те виды организмов, которые могут наиболее успешно размножаться именно в данном сообществе. Формирование биоценозов имеет существенную сторону: «соревнование за место под солнцем» между различными биоценозами. В этом «соревновании» сохраняются лишь те биоценозы, которые характеризуются наиболее полным разделением труда между своими членами, а следовательно, более богатыми внутренними биотическими связями.

Так как каждый биоценоз включает в себя все основные экологические группы организмов, он по своим возможностям приравнивается биосфере. Биотический круговорот в пределах биоценоза — своеобразная уменьшенная модель биотического круговорота Земли.

Основа организации и устойчивости биосферы. Термин "биосфера" был введен для обозначения общего облика поверхности Земли, обусловленного наличием на ней всей массы живых организмов. Два главных компонента биосферы — живые организмы и среда их обитания (включая нижние слои атмосферы, водную среду) — сосуществуют в постоянном взаимодействии, образуя целостную систему. Отдельные популяции живых организмов не являются изолированными от окружения. В ходе эволюции образуются биоценозы - сообщества животных, растений, микроорганизмов, В совокупности со средой обитания биоценозы образуют биогеоценозы. В них происходит непрерывный обмен веществом и энергией, которые реализуются множеством трофических цепочек и биогеохимических циклов. Биогеоценозы служат элементарными ячейками биосферы, которые, взаимодействуя между собой, устанавливают динамическое равновесие в ней. Живое вещество выполняет системообразующую роль в суперсистеме жизни - биосфере. Высокая степень согласованности всех видов жизни в биосфере есть результат совместно протекающей эволюции взаимодействующих биологических систем — коэволюции. Коэволюционное развитие проявляется в тонкой взаимной приспособляемости видов, во взаимодополнении живых систем. В конечном итоге коэволюция приводит к увеличению разнообразия и сложности в природе. В этом представлении состоит суть концепции коэволюции. Согласно ей многообразие живых организмов — это основа организации и устойчивости биосферы. Каждый биологический вид выполняет свою функцию в биосферном циркулировании вещества, энергии, в обмене информацией и осуществлении обратных связей. В связи с этим очевидна опасность уменьшения численности видов живых организмов и сокращение генофонда, которые непрерывно происходят под давлением человеческой цивилизации на природу. Таким образом: 1. Устойчивость биосферы в целом, ее способность эволюционировать определяется тем, что она представляет собой систему относительно независимых биоценозов. Взаимосвязь между ними ограничивается связями посредством неживых компонентов биосферы: газов, атмосферы, минеральных солей, воды и т.д.

2. Биосфера представляет собой иерархически построенное единство, включающее следующие уровни жизни: особь, популяция, биоценоз, биогеоценоз. Каждый из этих уровней обладает относительной независимостью, и только это обеспечивает возможность эволюции всей большой макросистемы.

3. Многообразие форм жизни, относительная устойчивость биосферы как среды обитания и жизни отдельных видов создают предпосылки для морфологического процесса, важным элементом которого является совершенствование реакций поведения, связанных с прогрессивным развитием нервной системы. Сохранились лишь те виды организмов, которые в ходе борьбы за существование стали оставлять потомство, несмотря на внутренние перестройки биосферы и изменчивость космических и геологических факторов. Распределение живого вещества. «Быть живым, — отмечал В.И. Вернадский, — значит, быть организованным». На протяжении миллиардов лет существования биосферы организованность создается и сохраняется благодаря деятельности живых организмов. Живая природа является основной чертой проявления биосферы, она резко отличает ее тем самым от других земных оболочек. Строение биосферы прежде всего и больше всего характеризуется жизнью. Эта самая мощная геологическая сила, живое вещество планеты, представляет собой совокупность весьма хрупких и нежных живых организмов, по массе составляющих ничтожную часть созданной ими биосферы. Если живое вещество равномерно распределить по поверхности нашей планеты, то оно покроет ее слоем всего в 2 см толщиной. Химический состав элементов живого вещества нашей планеты характеризуется преобладанием немногих элементов: водород, углерод, кислород, азот являются главными элементами земного живого вещества и поэтому названы биофильными. Атомы их создают в живых организмах сложные молекулы в сочетании с водой и минеральными солями. Живые вещества нашей планеты существуют в виде огромного множества организмов со своими индивидуальными признаками, разнообразных форм и размеров. Среди живых организмов встречаются мельчайшие по форме микроорганизмы и многоклеточные животные и растения крупных размеров. Размеры колеблются от микрометров (малые бактерии, инфузории) до десятков метров.

Население биосферы в видовом и морфологическом отношении так же чрезвычайно разнообразно. Подсчеты количества видов, населяющих нашу планету, проводились различными авторами, но их все же можно считать только приближенными.

Согласно современным оценкам, на Земле существует около 3 млн видов организмов, из которых на долю растений приходится 500 тысяч видов, а на долю животных — 2,5 млн видов. Весь органический мир нашей планеты со времен Аристотеля традиционно разделяется на растения и животных. В настоящее время, благодаря изучению структуры организации живых существ, можно провести более совершенную классификацию, чем это было раньше.

Живое вещество, по В.И. Вернадскому, «растекается по земной поверхности и оказывает определенное давление на окружающую среду, обходит препятствия, мешающие его продвижению, или ими овладевает, их покрывает». Внутренняя энергия, производимая жизнью, проявляется в переносе химических элементов и в создании из них новых тел. По мнению В.И. Вернадского, геохимическая энергия жизни выражается в движении живых организмов путем размножения, идущего в биосфере непрерывно. Размножение организмов производит «давление жизни», или «напор жизни». В этой связи между организмами возникает борьба за площадь, питание и в особенности «за газ», нужный для дыхания свободный кислород.

При этом происходит биогенная миграция атомов: атомы, захваченные растениями, переходят к травоядным животным, затем — к хищникам, которые питаются травоядными. Мертвые растения и животные служат пищей для микроорганизмов, а выделяемые микроорганизмами в результате жизнедеятельности минеральные вещества снова потребляются растениями. Из этого биологического круговорота выпадает лишь небольшой процент атомов. Эти вышедшие из жизненного процесса биогенные атомы попадают в косную (неживую) природы, тем самым играя огромную роль в истории биосферы.

Процесс размножения замирает только при недостатке кислорода в окружающей среде, действии низких температур и отсутствии места для обитания новых организмов.

В.И. Вернадский вычислил время, необходимое различным организмам для «захвата» поверхности планеты.

Таким образом, он сделал вывод о том, что мелкие организмы размножаются быстрее крупных, а домашние животные размножаются быстрее диких. Классификация живого вещества. Весь мир живых существ в настоящее время подразделяют на две большие систематические группы: прокариоты и эукариоты. Прокариоты (от лат. pro — вперед, вместо и греч. кагуоп — ядро) — организмы, не обладающие, в отличие от эукариотов, оформленным клеточным ядром и типичным хромосомным аппаратом. Наследственная информация у них реализуется и передается через ДНК, типичный половой процесс отсутствует. К ним относятся бактерии, например, сине-зеленые водоросли. В системе органического мира прокариоты составляют над-царство.

Эукариоты (от греч. еu — хорошо, полностью и karyon — ядро) — организмы, обладающие в отличие от прокариотов, оформленным клеточным ядром, отделенным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал у них заключается в хромосомах, характерен половой процесс. К ним относится все, кроме бактерий.

Самыми низкоорганизованными живыми организмами являются те, у которых отсутствует истинное ядро клетки, ДНК располагается в клетке свободно, не отделяясь от цитоплазмы ядерной мембраной. Эти организмы получили название прокариоты. Все остальные организмы называются эукариоты.

Именно прокариотам обязана наша планета появлением атмосферы. Прокариоты могли существовать в совершенно немыслимых условиях, которые сложились на нашей планете 3 млрд лет назад — интенсивная ультрафиолетовая радиация, не удерживаемая озоновым слоем, активнейший вулканизм — и были одними из самых приспособленных живых существ. Их потомки, например, сине-зеленые водоросли и сейчас обладают необыкновенной живучестью.

Огромный шаг в эволюции живого вещества был сделан, когда появились эукариоты с их кислородным дыханием. На переход от прокариотов к эукариотам, вызвавшем грандиозную перестройку биосферы, ушло еще около миллиарда лет. За обретение кислородного голодания прокариоты заплатили тем, что они стали смертны в обычном смысле слова, в отличие от эукариотов, которые, по-видимому, не имели естественной смерти. Но вместе с этим они приобрели и значительно большую, чем у прокариотов, эффективность использования энергии, благодаря чему смогли гораздо быстрее эволюционировать и стали способны к самосовершенствованию.

Миграция и распределение живого вещества. В связи с действием солнечной энергии и внутренней энергии Земли в биосфере совершаются постоянные процессы движения и перераспределения вещества. В ней осуществляется массовый перенос твердых, жидких и газообразных тел при различных температурах и давлениях. На Земле ежегодно разрушатся 1012 тонн живого вещества из общего запаса 1013 тонн. Такой интенсивный круговорот веществ, создавший биосферу и определяющий ее устойчивость и целостность, связан с жизнедеятельностью биомассы планеты. В отличие от мертвой, материи живое вещество способно к аккумуляции энергии, размножению и обладает огромной скоростью реакций. На Земле нет силы более постоянно действующей, а поэтому и более могущественной по своим последствиям, чем живые организмы, взятые вместе. Жизнь на Земле невозможна без круговорота веществ. Аккумуляция и минерализация происходит в биоценозах. Основной круговорот углерода состоит в превращении СO2 в живое вещество, из которого при разложении бактериями и дыханием вновь образуется СО2 Круговорот азота связан с превращением в нитраты молекулярного азота атмосферы за счет деятельности некоторых бактерий и энергии грозовых разрядов. Нитраты усваиваются растениями. В составе их белков азот попадает к животным, а после отмирания растений и животных — в почву, где гнилостные бактерии разлагают органические остатки до аммиака, который затем окисляется бактериями в азотную кислоту. Таким образом, накопление химических элементов в живых организмах и освобождение их в результате разложения мертвых — характерная особенность биогенной миграции. Обновление биомассы на суше происходит в среднем за 15 лет, причем для лесной растительности эта величина значительно больше, а для травянистой — значительно меньше. В океане общая масса живого вещества обновляется в среднем через каждые 25 дней. Обновление всей биомассы Земли осуществляется за 7—8 лет.

Постоянство биомассы живого вещества. Количество биомассы живого вещества приобретает тенденцию к определенному постоянству. Это достигается тем, что в природе есть противоположная направленность процессов. Важнейшим звеном биохимического круговорота является фотосинтез — мощный естественный процесс, вовлекающий ежегодно в круговорот огромные массы вещества биосферы и определяющий ее высокий кислородный потенциал. Этот процесс выступает как регулятор основных геохимических процессов в биосфере и как фактор, определяющий наличие свободной энергии верхних оболочек земного шара. За счет углекислоты и воды синтезируется органическое вещество и выделяется свободный кислород. Фотосинтез происходит на всей поверхности Земли и создает огромный геохимический фактор, который может быть выражен количеством массы углерода, ежегодно вовлекаемой в построение органического живого вещества всей биосферы. Продуктивность планетарного фотосинтеза может быть выражена в количестве масс углекислоты и воды, потребляемых всеми растениями земного шара в течение года. Учитывая то, что воды мирового океана прошли через биогенный цикл, связанный с фотосинтезом, не менее 300 раз, свободный кислород атмосферы обновлялся не менее одного миллиона раз.

При гибели организма происходит обратный процесс — разложение органического вещества путем окисления, гниения и т.п. с образованием продуктов разложения.

Напряженность жизни выражается в росте и размножении организмов. За все время развития биосферы энергия Солнца превращалась в биохимическую энергию размножения живых организмов. При этом поглощенная энергия разделялась на два компонента: компонент роста, приводящий к определенной массе данного тела, и компонент размножения, определяющий увеличение числа организмов данного вида.

Функции живого вещества в биосфере Земли. Функции живого вещества в атмосфере Земли довольно разнообразны. В.И. Вернадский выделял пять таких функций:

1. Газовая функция. Осуществляется зелеными растениями. Для синтеза органических веществ растения используют углекислый газ, выделяя при этом в атмосферу кислород. Весь остальной органический мир использует кислород с процессе дыхания и пополняет при этом запасы углекислого газа в атмосфере. По мере увеличения биомассы зеленых растений изменяется газовый состав атмосферы: снижается содержание углекислого газа и увеличивается концентрация кислорода. Таким образом, живое вещество качественно изменило состав атмосферы — геологической оболочки Земли.

2. С газовой функцией тесно связана окислительно-восстановительная функция. В процессе своей жизнедеятельности и после своей гибели организмы, обитающие в разных водоемах, регулируют кислородный режим и тем самым создают условия, благоприятные для растворения ряда металлов, что приводит к образованию осадочных пород.

3. Концентрационная функция проявляется в способности живых организмов накапливать различные химические элементы, например, в таких растениях-накопителях, как осока, хвощ, содержится много кремния. Благодаря осуществлению концентрационной функции живые организмы создали многие осадочные породы: залежи мела, известняка и т.п.

4. Биохимическая функция связана с ростом, размножением и перемещением живых организмов в пространстве. Размножение приводит к быстрому распространению живых организмов и расползанию живого вещества в разные географические области.

5. Биохимическая деятельность охватывает все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства и бытовых потребностей человека.

3. Учение В.И. Вернадского о биосфере.

Экосистемой высшего ранга на Земле является биосфера – оболочка планеты, населенная живым веществом.

Понятие биосферы появилось в биологии в ХУIII веке, однако первоначально оно имело совсем иной смысл, чем теперь. Биосферой именовали небольшие гипотетические глобулы (ядра органического вещества), которые якобы составляют основу всех организмов. К середине ХIХ ст. в биологии уточняются позиции научных представлений о реальных органических клетках, и термин «биосфера» утрачивает свой прежний смысл. К идее биосферы в ее современной трактовке пришел Ж.–Б.Ламарк (1744–1829 гг.), основатель первой целостной концепции эволюции живой природы, однако данный термин он не использовал. Впервые в близком к современному смыслу понятие «биосфера» ввел австрийский геолог Э.Зюсс, который в книге «Происхождение Альп» (1873 г.) определил ее как особую, образуемую организмами оболочку Земли. В настоящее время для обозначения этой оболочки используются понятия «биота», «биос», «живое вещество», а понятие «биосфера» трактуется так, как его толковал академик В.И.Вернадский (1863–1945 гг.).

Целостное учение о биосфере представлено в его ставшей классической работе «Биосфера» (1926 г.). В.И.Вернадский определил биосферу как особую охваченную жизнью оболочку Земли. В физико-химическом составе биосферы Вернадский выделяет следующие компоненты:живое вещество – совокупность всех живых организмов;косное вещество – неживые тела или явления (газы атмосферы, горные породы магматического, неорганического происхождения и т.п.);биокосное вещество – разнородные природные тела (почвы, поверхностные воды и т.п.);биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живых организмов (гумус почвы, каменный уголь, торф, нефть, сланцы и т.п.);

Согласно воззрениям Вернадского весь облик Земли, все ее ландшафты, атмосфера, химический состав вод, толща осадочных пород обязаны своим происхождением живому веществу. Жизнь – это связующее звено между Космосом и Землей, которое используя энергию, приходящую из космоса, трансформирует косное вещество, создает новые формы материального мира. Так, живые организмы создали почву, наполнили атмосферу кислородом, оставили после себя километровые толщи осадочных пород и топливные богатства недр, многократно пропустили через себя весь объем Мирового океана. Вернадский не занимался проблемой возникновения жизни, он понимал ее как естественный этап самоорганизации материи в любой части космоса, приводящий к возникновению все новых форм ее существования.

Учение Вернадского нацеливало на изучение живых, косных и биокосных тел в их неразрывном единстве, что сыграло значительную роль в подготовке естествоиспытателей к целостному восприятию природных систем.

С учетом современных представлений, биосфера включает оболочку Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов и часть вещества планеты, находящуюся в непрерывном обмене с этими организмами. Иными словами, биосфера – это область активной жизни, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние горизонты литосферы.

Структура биосферы представляет собой совокупность газообразной, водной и твердой оболочек планеты и живого вещества, их населяющего. Масса биосферы составляет приблизительно 0,05% массы Земли, а ее объем – 0,4% объема планеты. Границы биосферы определяет распространение в ней живых организмов. Несмотря на различную концентрацию и разнообразие живого вещества в разных районах земного шара, считается, что горизонтальных границ биосфера не имеет. Верхняя же вертикальная граница существования жизни обусловлена не столько низкими температурами, сколько губительным действием ультрафиолетовой радиации и космического излучения солнечного и галактического происхождения, от которого живое вещество планеты защищено озоновым экраном. Максимальная концентрация молекул озона (трехатомарного кислорода) приходится на высоту 20–25 км, где толщина озонового слоя составляет  2,5–3 мм. Озон интенсивно поглощает радиацию на участке солнечного спектра с длиной волны менее 0,29 микрон.

Поскольку граница биосферы обусловлена полем существования жизни, где возможно размножение, то она совпадает с границей тропосферы (нижнего слоя атмосферы), высота которой от 8 км над полюсами до 18 км над экватором Земли. Однако в тропосфере происходит лишь перемещение живых организмов, а весь цикл своего развития, включая размножение, они осуществляют в литосфере, гидросфере и на границе этих сред с атмосферой.

В состав биосферы полностью входит вся гидросфера (океаны, моря, озера, реки, подземные воды), мощность которой составляет 11 км. Наибольшая концентрация жизни сосредоточена до глубины 200 м, в так называемой эвфотической зоне, куда проникает солнечный свет и возможен фотосинтез. Именно здесь сконцентрированы все фотосинтезирующие растения и продуцируется первичная биологическая продукция. Глубже начинается дисфотическая зона, где царит темнота и отсутствуют фотосинтезирующие растения, но активно перемещаются представители животного мира, непрерывным потоком опускаются на дно отмершие растения и останки животных.Нижняя граница биосферы в пределах литосферы лежит в среднем на глубине 3 км от поверхности суши и 0,5 км ниже дна океана. О более глубоком проникновении жизни в толщи литосферы сведений нет.На границе атмо-, гидро - и литосферы сконцентрирована наибольшая масса живого вещества планеты, и эта земная оболочка названа биогеосферой, или пленкой жизни. Только в ее пределах возможна жизнедеятельность и существование человека.Суммарная биомасса живого вещества биосферы составляет  2–3 трлн т, причем 98% ее – это биомасса наземных растений. Биосферу населяют около 1,5 млн видов животных и 500 тыс. видов растений. Однако, если мысленно равномерно распределить все живое вещество по поверхности планеты, то получится слой толщиной всего около 2 см. Вместе с тем в процессах самоорганизации биосферы живое вещество играет сегодня ведущую роль и выполняет следующие функции:

Живое вещество находится в постоянном энергетическом обмене с внешним миром. Оно является основным организующим элементом в поддержании круговорота веществ, обеспечении динамического равновесия экологических систем.

Процесс создания органического вещества в биосфере происходит одновременно с противоположными процессами потребления и разложения его гетеротрофными организмами на исходные минеральные соединения (вода, углекислый газ и др.). Так осуществляется круговорот органического вещества в биосфере при участии всех населяющих ее организмов, получивший название малого, или биологического, (биотического) круговорота веществ в отличие от вызываемого солнечной энергией большого, или геологического, круговорота, наиболее ярко проявляющегося в круговороте воды и циркуляции атмосферы. Большой круговорот происходит на протяжении всего геологического развития Земли и проявляется в переносе воздушных масс, продуктов выветривания, воды, растворенных минеральных соединений, загрязняющих веществ, в том числе радиоактивных.

Малый (биологический) круговорот начинается с возникновения органического вещества в результате фотосинтеза зеленых растений, то есть образования живого вещества из углекислого газа, воды и простых минеральных соединений с использованием лучистой энергии Солнца. Растения (продуценты) извлекают из почвы в растворенном виде серу, фосфор, медь, цинк и другие элементы. Растительноядные животные (консументы I порядка) поглощают соединения этих элементов в виде пищи растительного происхождения. Хищники (консументы II порядка) питаются растительноядными животными, потребляя пищу более сложного состава, включая белки, жиры, аминокислоты и т.д. Останки животных и отмершие растения перерабатываются насекомыми, грибами, бактериями (редуцентами), превращаясь в минеральные и простейшие органические соединения, поступающие в почву и вновь потребляемые растениями. Так начинается новый виток биологического круговорота.

В отличие от большого круговорота малый имеет разную продолжительность: различают сезонные, годовые, многолетние и вековые малые круговороты.

Биосфера является чрезвычайно сложной экосистемой, работающей в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов. Как свидетельствуют данные исследований, по крайней мере последние 600 млн. лет характер основных круговоротов на Земле существенно не менялся, изменялись лишь скорости геохимических процессов. Стабильное состояние биосферы обусловлено в первую очередь деятельностью живого вещества, обеспечивающей определенную скорость трансформации солнечной энергии и биогенной миграции атомов.

Вместе с тем вмешательство человека в природные круговороты приводит к серьезным изменениям в состоянии биосферы. Возвращаясь к учению В.И.Вернадского, необходимо отметить, что он оценил появление человека на Земле, как огромный шаг в эволюции планеты. Ученый считал, что с возникновением человека и развитием его производственной деятельности человечество становится основным геологическим фактором всех происходящих в биосфере планеты изменений, приобретающих глобальный характер («Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой»). Дальнейшее неконтролируемое развитие деятельности людей таит в себе большую опасность и потому, считал В.И.Вернадский, биосфера должна постепенно превращаться в ноосферу, или сферу разума (от греческих noos – разум, sphaira – шар).

Основателями концепции ноосферы можно считать трех уче-  ных – видного французского математика, антрополога и паленонтолога Э. Леруа (1870–1954), французского геолога и антрополога П.Тейяра де Шардена (1881–1955) и выдающегося российского ученого-естествоиспытателя В.И.Вернадского. Все они одинаково подходили к оценке человеческой истории, органично продолжающей естественную историю. В концепции ноосферы разум человека предстает природным, космическим явлением.

Но наибольший вклад в развитие идей ноосферы как закономерного этапа не только в истории общества, но и биосферы в целом внес В.И.Вернадский, поэтому учение о ноосфере ассоциируется именно с его именем. Под понятием «ноосфера» ученый подразумевал высшую форму развития биосферы, определяемую гармонично сосуществующими процессами развития общества и природы. Учение В.И. Вернадского о ноосфере утверждает принцип совместной эволюции человечества и природной среды (сейчас этот процесс называют коэволюцией), нацеливает на поиск практических путей обеспечения общественно-природного равновесия.

Понятие «ноосфера» отражает будущее состояние рационально организованной природы, новый этап развития биосферы, эпоху ноосферы, когда дальнейшая эволюция планеты будет направляться разумом в целях обеспечения необходимой гармонии в сосуществовании природы и общества.

Следующий этап в развитии концепции ноосферы должен состоять в том, чтобы понять, как достичь этой гармонии. По–видимому, процесс совместного (коэволюционного) гармоничного развития человеческого общества и биосферы может быть обеспечен только благодаря науке, позволяющей оценить экологические последствия воздействия крупномасштабных природопреобразующих проектов и найти пути экологобезопасного существования.

Вопросы для контроля усвоения материала:

1.Почему многообразие живых организмов – основа организации и устойчивости биосферы?

2.Что такое экосистема, популяция, вид?

3.Укажите основные признаки живого, раскройте его сущность.

4.Перечислите основные уровни живого, покажите особенности каждого из них.

5.Каковы закономерности развития экосистем?

6.В чем особенности теории Вернадского о биосфере?

7.Каковы современные концепции биосферы?

8.Опишите круговороты вещества и энергии в биосфере.

Лекция 11, 12

Естественные науки о человеке (4 часа)

План:

1. Сходство и отличие человека от животных

2. Этология и человек.

3. Основы биоэтики.

4. Ноосфера.

1.Сходство и отличие человека и животных.

В науке накоплено достаточно большое число фактов, свидетельствующих о поразительном сходстве человека и животных, что позволяет сделать вывод о единстве происхождения живых существ. Элементный состав живых организмов на Земле одинаков, то есть в составе тел живых организмов присутствуют одни и те же химические элементы. В клетках животных содержатся похожие белки и нуклеиновые кислоты, выполняющие одинаковые функции. Особенно большое сходство выявлено между человеком и обезьянами: так, ДНК человека и макаки содержат 66 % сходных генов, а ДНК человека и шимпанзе – 92 %. Сходны и иммунологические свойства крови: и у человека, и у человекообразных обезьян различаются группы крови и имеется резус-фактор.

В строении тела человека и животных выделяют аналогичные органы и части тела. Сходство общего плана строения человека и животных доказывает родство и общность происхождения животных. Причем чем выше на эволюционной лестнице находится животное, тем большее сходство с человеком можно наблюдать. Как и у всех обезьян, передние конечности человека хватательные, имеют кисть, свободно сгибающуюся и разгибающуюся; большой палец противопоставлен остальным; концевые фаланги снабжены сводчатыми ногтями. В плечевом поясе хорошо развиты ключицы, обеспечивающие разнообразные и сложные движения передних конечностей. Черепная коробка крупная. Глазницы расположены на фронтальной стороне черепа и обращены вперед. Поля видимости каждого глаза не изолированы, как у большинства млекопитающих, а перекрываются одно другим, что обеспечивает бинокулярное, объемное зрение.

Человек и приматы, в отличие от других млекопитающих, обладают высокоразвитым головным мозгом, имеющим затылочную долю и выделяющиеся лобные доли. Наличие затылочных долей связано с развитием зрения, а лобных – с интеллектуальными способностями. Весь же комплекс – способные к манипуляциям передние конечности, высокоразвитые органы зрения и головной мозг обезьян – фундаментальная предпосылка способности к труду.

Развитие зародышей животных одного типа во многом сходно. У всех хордовых на ранних стадиях эмбриогенеза закладывается осевой скелет (хорда), появляется нервная трубка, образуются жаберные щели. Строение сердца зародыша человека напоминает строение сердца рыб – одно предсердие и один желудочек. Исследование эмбрионального развития различных животных привело к выводу, что человек в своем эмбриональном развитии проходит все стадии эволюции вида. Такая особенность была сформулирована во второй половине XIX в. немецкими учеными Ф. Мюллером и Э. Геккелем как биогенетический закон – «в онтогенезе повторяется филогенез», согласно которому индивидуальное развитие особи (онтогенез) представляет собой краткое повторение филогенеза (исторического развития вида).

Черты поведения человека и животных во многом схожи. У животных, так же как у человека, развита система общения с помощью соответствующих сигналов. Механизмы поведения человека как биологического вида и животных едины. Выдающиеся русские ученые И. М. Сеченов (1863) и И. П. Павлов (1926) создали рефлекторную теорию поведения, базирующуюся на сложных и многообразных проявлениях деятельности нервной системы, функциональной единицей которой является рефлекс.

Вместе с тем в строении и физиологии человека имеются существенные отличия от животных. Прямохождение стало возможным вследствие сильного развития мускулатуры нижних конечностей, появления в позвоночнике выраженных изгибов (шейный, грудной, поясничный, крестцово-копчиковый), изменения положения таза (под углом 60° к горизонтали), формирования сводчатой стопы с хорошо развитым первым пальцем. В соответствии с вертикальным положением тела изменилось и расположение внутренних органов.

Следует отметить функциональное разделение верхних и нижних конечностей человека. Рука человека характеризуется высокой степенью развития – гибкая подвижная кисть руки, наличие большого количества мелких мышц, большой палец противопоставлен ладони, что позволяет крепко удерживать предметы. Рука человека неспецифична, она может выполнять разнообразные сложные и тонкие движения.

Главным отличием в строении человека и животного является развитие головного мозга – материальной основы мышления, сознания, речи. Головной мозг человека не только значительно крупнее, но и гораздо более сложно устроен, чем мозг животных. Это связано с появлением новых структур, ансамблей нейронов, регулирующих сложные движения, речь, мышление. Полушария головного мозга человека неравноценны, они функционально асимметричны. Ученые доказали, что левое полушарие связано с логическим мышлением, целенаправленностью действий, а правое – с эмоциональной сферой, с интуицией.

К морфофункциональным особенностям тела человека можно также отнести преимущественно развитый мозговой отдел черепа по сравнению с лицевым, большой объем головного мозга, бинокулярное зрение, кожу, лишенную волосяного покрова, малую плодовитость и другие.

Результатом эволюции стали фундаментальные биосоциальные отличия человека, которые появляются в процессе онтогенеза при условии жизни человека среди людей, в социуме. Эти особенности касаются и физиологии, и поведения, и образа жизни человека.

Развитие разума. Человек в отличие от животных обладает особой формой мышления – понятийным мышлением. В понятии заключаются наиболее важные существенные признаки и свойства, понятия абстрактны. Отражение действительности животными всегда конкретно, предметно, связано с определенными предметами окружающего мира. Только мышление человека может быть логичным, обобщающим, отвлеченным. Животные могут совершать очень сложные действия, но в их основе лежат инстинкты – генетические программы, передающиеся по наследству. Набор таких действий строго ограничен, определена последовательность, которая не меняется с изменением условий, даже если действие становится нецелесообразным. Человек же вначале ставит цель, составляет план, который может измениться при необходимости, анализирует результаты, делает выводы.

Речь. И. П. Павлов (1925), исследуя особенности высшей нервной деятельности человека, выявляет ее качественные отличия от нервной деятельности животных – наличие второй сигнальной системы, то есть речи. Органами чувств животные и человек способны улавливать различные изменения качеств и свойств окружающих предметов и явлений (звук, цвет, свет, запах, вкус, температуру и т. д.). Именно работа сенсорных механизмов лежит в основе действия первой сигнальной системы, общей у человека и животных. В то же время у человека развивается вторая сигнальная система. Сигналами здесь служат слова, речь, отделенная от самого предмета, абстрактная и обобщенная. Слово заменяет непосредственные раздражители, является «сигналом сигналов». Многочисленные наблюдения показали, что вторая сигнальная система может быть развита только при общении с людьми, то есть развитие речи имеет социальный характер.

Трудовая деятельность. Многие животные способны к определенной созидательной деятельности. Но только человек способен изготавливать сложные орудия труда, планировать трудовую деятельность, корректировать ее, предвидеть результаты и активно изменять окружающий мир.

Использование огня. Огромное значение для развития человека и общественных отношений имело освоение огня. Этот факт позволил человеку выделиться из мира природы, стать свободным, не зависеть от условий стихии. Положительным в развитии человечества стали тепловая обработка пищи и использование огня для изготовления более совершенных орудий труда.

Разделение труда. Уже на начальных этапах развития человеческого общества происходило разделение труда по возрастным и половым признакам. Это привело к развитию общественных отношений, к росту производительности труда, позволило передавать опыт и знания новому поколению.

Семейно-брачные отношения. Регулирование брачных отношений обществом явилось положительным фактором не только для развития социума, но и для биологической эволюции человека. Запрет родственных браков предупреждает накопление негативных мутаций, приводит к обогащению генофонда общества.

2.Этология и человек.

Методологической базой этологии человека являются эволюционная биология, общая этология, когнитивная и социальная психология, психолингви­стика, семиотика, культурная антропология. Однако этология чело­века не дублирует эти дисциплины и имеет свою собственную сферу ком­петенции и собственный предмет исследования. Несмотря на исходное скептическое отношение к этой области знания, к настоящему времени многие специалисты признают за нею полное право на существование. То обстоятельство, что в этологии чело­века применяется сравнительно-эволюционный подход, делает ее просто незаменимой в обшей системе наук о человеке и определяет ее место в этой системе.

Что такое этология человека? И. Айбл-Айбесфельдт исходно определяет этологию человека как биологию человеческо­го поведения, так как она изучает основы формирования поведения чело­века в онто- и филогенезе, функции определенных форм поведения, физи­ологические механизмы поведения, пытается восстановить селективные процессы , приведшие к формированию конкретной поведенческой стратегии.

Важным аспектом исследований в этой области является также изу­чение человеческих взаимодействий в повседневной жизни и сравни­тельный кросс-культурный анализ поведенческих универсалий, их непосредственных механизмов и первичных причин возникновения. Этология человека исследует также и культурно­-специфические формы поведения, особенно в тех случаях, когда их проявление входит в реальное противоречие с предсказаниями эволюци­онной биологии. 3ти обстоятельства заставляют пересмотреть первичное определение данной науки. По нашему мнению, этология человека являет собой поведенческую антропологию - науку, изучающую взаимодействие биологического и социального в поведе­нии человека. Этологи изучают, каким образом общие эволюционные тенденции реализуются в условиях различных культур. В перспективе этология человека может способствовать взаимопониманию между естественно-научными и гуманитарными дисциплинами. 3та наука, как область знаний о поведении человека, заполняет, в сущности, лакуны, которые оставались пустыми до последнего времени и были вне поля зре­ния психологии, культурной антропологии или социологии. Она изучает поведение человека в ином, эволюционном ракурсе.

Приведем в качестве примера данные об одном из направлений этоло­гии человека - этологической психиатрии. Исходной базой для него послужила собственно этологии (наука о биологических основах поведения) и кинесика (наука о языке тела). Причина, по которой этологические методы приобрели большую популярность среди психиатров, заключается в том, что этот подход обеспечивал хорошее знание нормы (например, этограмма - набор элементов невербальной коммуникации), наблюдения за внешними поведенческими отклонениями от которой значительно облегчили диагностику патологии, связанной с конкретными психическими заболеваниями. Это особенно актуально, когда речь идет о пациентах, страдающих отсутстви­ем речи и во многом неадекватно реагирующих на опросы и тестирование. В.П. Самохвалов указывает, что благодаря это­логии предоставляется реальная возможность провести типологический анализ и уяснить структуру невербального поведения для диагностики и прогноза; выявить причины конкретного поведения (генетические, биохи­мические).