Эволюционные теории

Аристотель высказал мысль о постепенном развитии живых форм, которое он называл «лестницей природы». При этом он исходил из предположения о существовании некоего стремления природы от простого и несовершенного к более сложному и совершенному. Мысли об эволюции живого мира высказывали многие философы и естествоиспытатели в период с XIV по XIX в. Так, французский естествоиспытатель Ж. Ламарк выдвинул в 1809 г. теорию эволюции, основанную на представлении о передаче по наследству приобретенных признаков. Однако, лишь после того, как Ч. Дарвин опубликовал в 1859 г. свою книгу «Происхождение видов путем естественного отбора», теория биологической эволюции привлекла к себе всеобщее внимание. Теория Дарвина стала результатом обобщения им огромного количества разнообразных фактических данных, которые он собирал, путешествуя в качестве натуралиста на небольшом корабле «Бигль», отправившемся в пятилетнее плавание вокруг света. Дарвина поразило огромное разнообразие видов растений и животных, обнаруженное им в разных районах мира. Именно эти наблюдения и заставили его в конце концов отвергнуть концепцию божественного творения, на которую опиралась традиционная биология, и искать иное объяснение собранным фактам. Однако на осмысление и обобщение огромной массы фактических данных ему понадобилось около 20 лет, в результате чего и появился его фундаментальный труд «Происхождение видов...». Сущность своего великого открытия сам автор излагал следующим образом: «Так как особей каждого вида рождается гораздо больше, чем может выжить, и так как, следовательно, часто возникает борьба за существование, то из этого вытекает, что всякое существо, которое в сложных и нередко меняющихся условиях его жизни хотя незначительно варьирует в выгодном для него направлении, будет иметь больше шансов выжить и, таким образом, подвергнется естественному отбору. В силу строгого принципа наследственности отобранная разновидность будет склонна размножаться в своей новой модифицированной форме».

Это объяснение Дарвиным процесса эволюции можно свести к следующим положениям.

1. Любой группе животных и растений свойственна изменчивость. Изменчивость одно из свойств, внутренне присущих живым организмам. Теперь биологи в свете генетической теории различают среди многообразных изменений, претерпеваемых живыми организмами, изменения двух различных типов — наследственные и ненаследственные. Для эволюции, возникновения устойчивых качеств, передающихся последующим поколениям, важны не все приобретенные организмом в течение жизни изменения, а только те, которые наследуются, передаются последующим поколениям. Причем источником таких наследуемых изменений являются возникающие на генном уровне мутации,которые в условиях внешней среды лишь закрепляются. Только естественный отбор изменений, основанных на генетических различиях, может повлиять на характер последующих поколений данной популяции.

2. Число организмов каждого вида, рождающихся на свет, значительно больше того их числа, которое может найти себе пропитание, выжить и оставить потомство. Большая часть потомства в каждом поколении гибнет.

3. Поскольку рождается больше особей, чем может выжить, существует конкуренция, борьба за пищу и место обитания. Она может носить как явный, так и скрытый характер. Это может быть активная борьба не на жизнь, а на смерть или же менее явная, но столь же действенная конкуренция, как, например, при переживании растениями и животными засухи, холода, наводнений или других неблагоприятных условий.

4. Наследственные изменения, облегчающие организму выживание в определенной среде, дают своим обладателям преимущество перед другими, менее приспособленными организмами. Выживающие особи дают начало следующему поколению и таким образом «удачные» изменения передаются потомству. Это положение о выживании, отборе наиболее приспособленныхпредставляет собой ядро теории естественного отбора Дарвина.

В результате каждое новое поколение оказывается все более приспособленным к своей среде. В итоге многолетнего воздействия естественного отбора отдаленные потомки могут оказаться настолько несхожими со своими предками, что они образуют новый, самостоятельный вид. Именно таким образом от одного предкового вида возникают два и более видов, а в конечном счете сформировалось все многообразие ныне существующих видов растений и животных.

Дарвиновская теория биологической эволюции оказалась настолько хорошо обоснованной, что большинство биологов очень скоро признали ее. Эта концепция занимала центральное место в биологической науке на протяжении последующих ста лет; с некоторыми поправками, внесенными в нее позднейшими открытиями в области генетики и эволюции, ее принимает и большинство современных биологов. Однако эти поправки, связанные прежде всего с открытиями в области генетики, оказались настолько существенными, что их совокупность составила содержание особого, нового этапа в развитии теории биологической эволюции — этапа синтетической биологической эволюции. Новое в ее содержании состоит главным образом в том, что она под биологической эволюцией стала понимать не только и не столько результат действия естественного отбора, сколько следствие стихийных, ненаправленных мутаций генных структур, которые и создают первооснову, первичное сырье для естественного отбора. Синтетическая теория эволюции строится на следующих принципахи понятиях:

+ элементарной «клеточкой» биологической эволюции является не организм, не вид, а популяция. Именно популяция — та реальная целостная система взаимосвязи организмов, которая обладает всеми условиями для саморазвития, прежде всего способностью наследственного изменения в системе биологических поколений. Популяция — это элементарная эволюционная структура. Через изменение ее генотипического состава осуществляется эволюция вида;

+ элементарный эволюционный материал — это мутации (мелкие дискретные изменения наследственности), обычно случайно образующиеся. В настоящее время выделяют генные, хромосомные, геномные (изменения числа хромосом и др.), изменения внеядерных ДНК и др.;

+ наследственное изменение популяции в каком-либо определенном направлении осуществляется под воздействием элементарных эволюционных факторов, таких как: мутационный процесс, поставляющий элементарный эволюционный материал; популяционные волны (колебания численности популяции в ту или иную строну от средней численности входящих в нее особей); изоляция (закрепляющая различия в наборе генотипов и способствующая делению исходной популяции на несколько новых, самостоятельных популяций); естественный отбор;

+ четко разграничивает микроэволюцию и макроэволюцию (впервые эти термины были введены в 1927 г. Ю.А. Филипченко, а дальнейшее уточнение и развитие получили в трудах выдающегося биолога-генетика Н.В. Тимофеева-Ресовского).

Микроэволюция – это совокупность эволюционных изменений, происходящих в генофондах популяций за сравнительно небольшой период времени и приводящих к образованию новых видов.

Макроэволюция связана с эволюционными преобразованиями за длительный исторический период, которые приводят к возникновению надвидовых форм организации живого.

Изменения, изучаемые в рамках микроэволюции, доступны непосредственному наблюдению, тогда как макроэволюция происходит на протяжении длительного периода, и ее процесс может быть только реконструирован, мысленно воссоздан. Как микро- так и макроэволюция происходят, в конечном итоге, под влиянием изменений в окружающей среде.

Естественный отбор — ведущий эволюционный фактор; именно он направляет эволюционный процесс. Отбор действует на всех стадиях онтогенеза особей данного вида. Существуют разные формы естественного отбора: движущий — благоприятствующий лишь одному направлению изменчивости, когда происходит дивергенции дочерних форм; дизруптивный — разрывающий, благоприятствующий двум или нескольким направлениям изменчивости; стабилизирующий — благоприятствующий сохранению в популяции оптимального фенотипа и действующий против проявлений изменчивости.

Таким образом, популяции являются подвижными динамическими системами, испытывающими непрерывное и неравновесное воздействие мутационного процесса, флуктуаций численности («волн жизни»), полной или частичной изоляции, естественного отбора.

Основные законы эволюции. Многочисленные исследования, проведенные в рамках вышеупомянутых наук, позволили сформулировать следующие основные законы эволюции.

1. Скорость эволюции в разные периоды неодинакова и характеризуется тенденцией ускорения. В настоящее время она протекает быстро, и это отмечается появлением новых форм и вымиранием многих старых.

2. Эволюция различных организмов происходит с разной скоростью. Новые виды образуются не из наиболее высокоразвитых и специализированных форм, а из относительно простых, неспециализированных форм.

3. Эволюция не всегда идет от простого к сложному. Существуют примеры «регрессивной» эволюции, когда сложная форма давала начало более простым (некоторые группы организмов, например, бактерии, сохранились только благодаря упрощению своей организации).

4. Эволюция затрагивает популяции, а не отдельные особи и происходит в результате мутаций, естественного отбора и дрейфа генов.

Последнее весьма важно для понимания различия между дарвиновской теории эволюции и современной теорией (неодарвинизмом).

Основные факторы эволюции. Современная теория эволюции, обобщая данные многочисленных биологических исследований, позволила сформулировать основные факторы и движущие силы эволюции.

1. Первым важнейшим фактором эволюции является мутационный процесс, который исходит из признания факта, что основную массу эволюционного материала составляют различные формы мутаций, т.е. изменений наследственных свойств организмов, возникающих естественным путем или вызываемых искусственно.

2. Второй важнейший фактор – популяционные волны, часто называемые «волнами жизни». Они определяют количественные флуктуации (отклонения от среднего значения) численности организмов в популяции, а также области ее обитания (ареала).

3. Третьим основным фактором эволюции признается обособленность группы организмов.

Принцип универсального эволюционизма. Если кратко охарактеризовать современные тенденции синтеза научных знаний, то они выражаются в стремлении построить общенаучную картину мира на основе принципов универсального эволюционизма. Принцип эволюции получил наиболее полную разработку в рамках биологии. Однако до наших дней он не был доминирующим в естествознании. Во многом это было связано с тем, что длительное время лидирующей научной дисциплиной выступала физика. Парадигмальная несовместимость классической физики и биологии обнаружилась в XIX столетии как противоречие между положениями эволюционной теории Дарвина и второго начала термодинамики.

Согласно эволюционной теории, в мире происходит непрерывное появление все более сложно организованных живых систем. Второе начало термодинамики демонстрировало, что эволюция физических систем приводит к ситуации, когда изолированная система целеустремленно и необратимо смещается к состоянию равновесия.

Универсальный эволюционизм характеризуется как принцип, обеспечивающий экстраполяцию эволюционных идей, получивших обоснование в биологии, на все сферы действительности и рассмотрение материи как единого универсального эволюционного процесса.

Универсальный эволюционизм представляет собой соединение идеи эволюции с идеями системного подхода. Определяющее значение сыграли три направления: теория нестационарной Вселенной; синергетика; теория биологической эволюции. Антропный принцип: предположение о существовании множества Вселенных, а жизнь возникает там, где складываются для этого особые условия. Согласно одному из вариантов антропного принципа, “то, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдателей.

Универсальный эволюционизм позволяет рассмотреть во взаимосвязи не только живую и социальную материю, но и включить неорганическую материю в целостный контекст развивающегося мира. Он создает основу для рассмотрения человека как объекта космической эволюции.

Принципы универсального эволюционизма демонстрируют свою ценность именно сейчас, когда наука перешла к изучению саморазвивающихся систем. На современном этапе общенаучная картина мира, базирующаяся на принципах глобального эволюционизма, выступает в качестве основания будущей науки, объединяющего науки о природе и науки о духе.

Вопросы семинарских занятий

Занятие 1 (2 часа).

Тема: Особенности развития естествознания и его место в культуре.

Вопросы для обсуждения:

1. Предмет и социальные функции курса «Концепции современного естествознания». Основная терминология.

2. Наука. Характерные черты науки. Классификация наук. Структура научного познания. Научные революции.

3. Краткая история развития естествознания.

4. Возникновение натурфилософии. Понятие натурфилософии.

5. Геоцентрическая система мира К. Птолемея. Гелиоцентрическая система мира Н. Коперника.

6. Химия как наука о веществе: постулаты и основные законы. Развитие знаний о веществе.

Занятие 2 (2 часа).

Тема: Пространство и время. Космология.

1. Развитие представлений о пространстве и времени. Определение структуры окружающего мира. Пространство и время в микро- макро и мегамире.

2. Принципы относительности. Специальная теория относительности. Релятивистские эффекты.

3. Принцип эквивалентности. Общая теория относительности. Черные дыры.

4. Классификация, строение и эволюция звезд и галактик. Структура и эволюция Вселенной.

5. Солнечная система: состав, строение, характеристики. Планетарные системы. Земля среди других планет Солнечной системы.

6. Теория большого взрыва. Расширение Вселенной и распад вещества. Закон Хаббла.

Занятие 3 (2 часа).

Тема: Особенности биологического уровня организации материи. Генетика.

Вопросы для обсуждения:

1. Особенности живых систем. Существенные черты живых организмов.

2. Проблема происхождения жизни. Концепции происхождения жизни.

3. Эволюция живых систем. Теория эволюции Ламарка и Дарвина. Синтетическая теория эволюции.

4. Основные законы Менделя. Рецессивные и доминантные гены. Рецессивные и доминантные признаки человека.

5. Генная инженерия. Примеры использования генной инженерии. Клонирование.

6. Состав, структура и функции молекул ДНК и РНК. Репликация ДНК, трансляция, транскрипция.

Занятие 4 (2 часа).

Тема: Современная научная картина мира

1. Биосфера и предотвращение экологической катастрофы. Космическое и внутрипланетарное воздействие на биосферу. Радиоактивное воздействие на биосферу.

2. Экологические проблемы городов и особенности мегаполисов. Решение проблем загрязнения и утилизации отходов.

3. Кибернетика – наука о сложных системах.

4. Синергетика. Понятие сложных систем. Флуктуации. Бифуркация.

5. Современная физическая картина мира. Развитие нанотехнологий.

Литература

1. Дубнищева, Т. Я. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие для соц.-экон. специальностей. - М. : Академия, 2012.

2. Карпенков, С. Х. Концепции современного естествознания :учеб. для студентов вузов- М : КНОРУС, 2012

3. Садохин, А.П. Концепции современного естествознания : учебник - М. : Юнити-Дана, 2015. URL://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=115397

4. Рыбалов, Л.Б. Концепции современного естествознания : учебное пособие / Л.Б. Рыбалов, А.П. Садохин. - М. : Юнити-Дана, 2015. - URL://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=115179

5. Естественно-научная картина мира: учебник/ Э.В. Дюльдина – М.: Академия, 2012г.

6. Концепции современного естествознания: учебник/под ред. В.Н. Лавриненко. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2011..

7. Концепции современного естествознания: учебно-методический комплекс - СПб : РГПУ им. А. И. Герцена, 2011. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=428352

8. Дмитриева, В.Ф. Концепции современного естествознания [Текст]: программа, метод. указания и контрол. задания для студентов, обучающихся по гуманитар. направлениям / Валентина Феофановна, Ю. Б. Искренникова, М. А. Михайлов ; В. Ф. Дмитриева, Ю. Б. Искренникова, М. А. Михайлов. - М. : Высшая школа, 2003. - 145 с. - Библиогр.: с. 133. - ISBN 5060044661 : 93.00.

9. Концепции современного естествознания [Текст] : учеб. пособие для студентов вузов / под общ. ред. С. И. Самыгина. - 6-е изд. ; перераб. и доп. - Ростов н/Д. : Феникс, 2005. - 448 с. - (Высшее образование). - ISBN 5222030342 : 87.00; 105.00.

10. Солопов, Е. Ф. Концепции современного естествознания [Текст] : учеб. пособие для студентов вузов / Евгений Фролович ; Е. Ф. Солопов. - М. : ВЛАДОС, 2001. - 232 с. - (Учебное пособие для вузов). - ISBN 5-691-00185-Х : 39.00; 94.00; 57.00.

11. Найдыш, В. М. Концепции современного естествознания [Текст] : учебник / Вячеслав Михайлович ; В. М. Найдыш. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Альфа-М : Инфра-М, 2005. - 622 с. - ISBN 598281061 : 130.00. - ISBN 5160016600.

12. Горелов, А. А. Концепции современного естествознания : учеб. пособие для студентов вузов / Анатолий Алексеевич ; А. А. Горелов. - М. : Высшее образование, 2005. - 335 с. - (Основы наук). - ISBN 5969200034 : 82.00.

13. Данилова, В. С. Основные концепции современного естествознания [Текст] : учеб. пособие для студ. вузов / Вера Софроновна, Николай Николаевич ; В. С. Данилова, Н. Н. Кожевников. - М. : Аспект Пресс, 2001. - 256 с. - ISBN 5-7567-0249-0 : 77.00; 84.00; 44.00; 102.00.

14. Канке, В. А. Концепции современного естествознания [Текст] : учеб. для студентов вузов / Виктор Андреевич ; В. А. Канке. - Изд. 2-е ; испр. - М. : Логос, 2003. - 367 с. : ил. - Библиогр.: с. 357-361. - ISBN 5-94010-048-1 : 102.00; 102.90; 140.00.