Открытие законов и механизмов эволюции

В результате многочисленных исследований процесса эволюции учеными было выявлено два класса механизмов эволюции: адаптационные и катастрофические, или пороговые.

Адаптационные механизмы.Они связаны с приспособлением организмов к окружающей среде. При этом происходит самонастройка системы, обеспечивающая ей стабильность в определенных условиях. Таким образом, изучая особенности среды, можно предвидеть, в каком направлении будут действовать механизмы адаптации. Этим пользуются селекционеры, проводя искусственный отбор.

Сегодня можно утверждать, что никакие внутренние или внешние возмущения не способны вывести изучаемую систему за пределы того канала эволюции, который предусмотрен для нее природой. Поэтому все возможные изменения системы, ее развитие можно предсказать с большой точностью. Таким образом, с точки зрения неравновесной термодинамики адаптационный механизм относится к эволюционному этапу в развитии систем.

Катастрофические механизмы.Пороговые механизмы эволюции имеют другую природу. Они связаны со скачком в развитии систем, происходящим при переходе через точку бифуркации. Обычно это связано с резким изменением условий окружающей среды. При этом старая структура системы разрушается и образуется качественно новая структура. Переход через точку бифуркации всегда идет случайно, поэтому заранее предсказать, как пойдет развитие, невозможно. В биосфере Земли периодически происходят катастрофические события, стимулирующие вымирание старых видов растений и животных и появление новых.

Законы эволюции.Тем не менее, общим правилом является непрерывное усложнение и рост разнообразия органического мира после каждого перехода через критические точки в развитии биосферы. Это правило носит название закона дивергенции, который объясняет, почему первоначально близкие группы организмов разошлись в процессе эволюции, создав огромное разнообразие видов.

К началу XX века были открыты и другие законы эволюции. Так, Ш. Делере установил правило прогрессирующей специализации, в соответствии с которым группа, вступившая на путь специализации, как правило, в своем дальнейшем развитии будет идти по пути все более глубокой специализации.

И.И. Шмальгаузен открыл процесс автономизации онтогенеза, который говорит о сохранении определяющего значения физико-химических факторов внешней среды, что ведет к возникновению относительной устойчивости развития.

К. Уолдингтон сформулировал принцип гомеостаза, показывающий способность организмов к саморегуляции и поддержанию стабильности внутренней среды организма.

Наконец, Л. Долло открыл правило необратимости, по которому эволюция является необратимым процессом, и организм не может вернуться к прежнему состоянию, в котором находились его предки.

Антидарвинизм

В результате развития эволюционной теории во второй половине XIX в. основные успехи были достигнуты в решении двух первых вопросов. Но как ни велико было значение этих исследований, они лишь косвенным образом подтверждали правильность дарвиновской теории эволюции. Ведь довольно долго экспериментальная база дарвинизма была слаба, что не позволяло убедительно доказать роль отбора как основной движущей силы эволюции и видообразования и во многом способствовало формированию антидарвинизма, отрицавшего творческую роль отбора.

Антидарвинизм второй половины XIX – начала XX в. был представлен двумя главными течениями – неоламаркизмом и концепциями телеогенеза. Борьба с ними, а также поиск экспериментальных доказательств отдельных факторов естественного отбора составили основное содержание биологии этого времени.

Критика дарвинизма велась со дня его возникновения. Многим ученым не нравилось, что изменения, по Дарвину, могли идти во всех возможных направлениях и случайным образом. Рост антидарвинистских настроений имел вполне объективные причины – из поля зрения дарвинистов выпал ряд фундаментальных, важных для эволюционной теории вопросов, ради решения которых она создавалась. Среди них – причины сохранения в историческом развитии системного единства организма, механизмы включения в эволюционный процесс онтогенетических перестроек, неравномерность темпов эволюции, причины макроэволюции, крупномасштабные события в эпохи биотических кризисов.

Первым крупным антидарвинистским учением стал неоламаркизм, возникший в конце XIX в. Он основывался на признании адекватной изменчивости, возникающей под непосредственным или косвенным влиянием факторов окружающей среды, вызывающих прямое приспособление организма к ним. Также неоламаркисты говорили о наследовании приобретенных таким образом признаков, отрицали созидательную роль естественного отбора.

Как видно из названия этого направления, основу неоламаркизма составили идеи Ламарка, о которых ученые забыли в начале века, но вспомнили после появления дарвиновской теории эволюции. Неоламаркизм не был единым течением, а объединял в себе несколько направлений, каждое из которых пыталось развить ту или иную сторону учения Ламарка. В неоламаркизме выделяются:

– механоламаркизм – концепция эволюции, согласно которой целесообразная организация создается путем прямого или «функционального» приспособления, или упражнения органов, по Ламарку. Вся сложность эволюционного процесса, таким образом, сводилась к простой теории равновесия сил, заимствованной, по существу, из ньютоновской механики. Сторонниками этого направления были Г. Спенсер и Т. Эймер;

– психоламаркизм – основу этого направления составила идея Ламарка о значении в эволюции животных таких факторов, как привычки, усилия воли, сознание. Считалось, что эти факторы присущи не только организму животного в целом, но и составляющим его клеткам. Таким образом, эволюция представлялась как постепенное усиление роли сознания в развитии от примитивных существ до разумных форм жизни. Это развивало учение о панпсихизме, всеобщей одушевленности. Сторонниками этого направления были А. Паули и А. Вагнер;

– ортоламаркизм – совокупность гипотез, развивающих идею Ламарка о стремлении организмов к совершенствованию как внутренне присущей всему живому движущей силе эволюции. Сторонниками ортоламаркизма были К. Нэгели, Э. Коп, Г. Осборн. Они считали, что именно это стремление определяет прямолинейность эволюции.

Телеологическая концепция эволюции, или телеогенез, идейно смыкалась с ортоламаркизмом, так как исходила из все той же идеи Ламарка о внутреннем стремлении всех живых организмов к прогрессу. Наиболее видным представителем этого направления стал русский естествоиспытатель, основатель эмбриологии Карл Бэр.

Своеобразную модификацию телеогенеза представляли взгляды сторонников салътационизма, заложенного в 60–70-е годы XIX в. А. Зюссом и А. Келликером. По их мнению, уже на заре появления жизни возник весь план будущего развития, а влияние внешней среды определяло лишь частные моменты эволюции. Все крупнейшие эволюционные события – от возникновения новых видов до смены биот в геологической истории Земли – происходят в результате скачкообразных изменений, сальтаций, или макромутаций. По сути дела, это был катастрофизм, усиленный дополнительными аргументами.

Ценность этого направления в том, что оно обращает внимание на специфичность макроэволюции, на значение внутренней конституции организмов как факторов, ограничивающих возможные пути дальнейшего эволюционного развития, а также на неравномерность темпов эволюции и возможность замены в ее ходе одних факторов другими.

В начале XX века возникла генетика – учение о наследственности и изменчивости. Казалось бы, ее появление должно было решить многие вопросы эволюционной теории, до сих пор остававшиеся без ответа. Но первые генетики противопоставили данные своих исследований дарвинизму, в результате чего в эволюционной теории возник глубокий кризис. Выступление генетиков против учения Дарвина породило целый ряд течений – мутационизм, гибридогенез, преадаптационизм и др., которые объединились под общим названием генетического антидарвинизма.

Так, открытие устойчивости генов трактовалось как их неизменность. Это способствовало распространению антиэволюционизма. Мутационная изменчивость отождествлялась с эволюционными преобразованиями, что исключало необходимость отбора как главной причины эволюции.

Венцом этих построений стала теория номогенеза Л. С. Берга. В основе ее лежала идея, что эволюция есть запрограммированный процесс реализации внутренних, присущих всему живому закономерностей. Он считал, что организмы обладают внутренней силой неизвестной природы, действующей целенаправленно, независимо от внешней среды, в сторону усложнения организации. В доказательство этого Берг приводил множество данных по конвергентной и параллельной эволюции разных групп растений и животных.

Из всех этих споров со всей очевидностью следовало, что генетика и дарвинизм должны были найти общий язык. Но прежде чем приступать к рассмотрению дальнейшего развития теории эволюции, следует подробнее остановиться на основных положениях генетики, без которой современный дарвинизм был бы невозможен.

Основы генетики

Генетика как наука возникла в начале XX века, хотя один из ее основоположников, австрийский естествоиспытатель Грегор Мендель, проводил свои опыты еще в 60-х годах XIX в. В 1868 г. он поставил опыты по скрещиванию гороха, в которых доказал, что наследственность не имеет промежуточного характера, а передается дискретными частицами. Сегодня мы называем эти частицы генами. Результаты своих наблюдений Мендель отразил в опубликованной им научной статье, которая, к сожалению, осталась незамеченной.

Те же самые выводы были вновь получены в 1900 г., когда три исследователя – X. Де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак – провели свои эксперименты, в которых переоткрыли правила наследования признаков. Поэтому основателями новой науки считаются вышеназванные ученые. А свое название генетика получила в 1906 г., дал его английский биолог У. Бетсон.

Огромную роль в становлении генетики сыграл датский исследователь В. Иогансен, который ввел основные термины и определения, используемые в этой науке.

Среди них важнейшим является понятие гена – элементарной единицы наследственности. Он представляет собой внутриклеточную молекулярную структуру. Как мы знаем сегодня, ген – это участок молекулы ДНК, находящийся в хромосоме, в ядре клетки, а также в ее цитоплазме и органоидах. Ген определяет возможность развития одного элементарного признака или синтез одной белковой молекулы. Как мы говорили выше, число генов в крупном организме может достигать многих миллиардов. В организме гены являются своего рода «мозговым центром». В них фиксируются признаки и свойства организма, передающиеся по наследству. Совокупность всех генов одного организма называется генотипом.

Совокупность всех вариантов каждого из генов, входящих в состав генотипов определенной группы особей или вида в целом, называется генофондом.

Совокупность всех признаков одного организма называется фенотипом. Фенотип представляет собой результат взаимодействия генотипа и окружающей среды.

Генетика изучает два фундаментальных свойства живых систем – наследственность и изменчивость, то есть способность живых организмов передавать свои признаки и свойства из поколения в поколение, а также приобретать новые качества. Наследственность создает непрерывную преемственность признаков, свойств и особенностей развития в ряду поколений. Изменчивость обеспечивает материал для естественного отбора, создавая как новые варианты признаков, так и бесчисленное множество комбинаций прежде существовавших и новых признаков живых организмов.