Происхождение и эволюция органического мира

происходило тайно, исподволь. Снующие козявки и осклизлый налет на скалах –

отважные в своем неразумии предвестники далеких дней – внушали почтение…»

В течение докембрия природа сделала еще целый ряд замечательных

«изобретений». В какой-то момент в клетках образовалось ядро. Примерно

тогда же возникло половое размножение, резко ускорившие темпы эволюции.

Появились первые многоклеточные существа.

К концу докембрия земные моря населяли разнообразные животные: медузы,

плоские черви, губки, полипы. Все они были мягкотелыми, лишенными скелета.

Возникновение у животных скелета – раковин, панцирей и т. д. – обозначило

начало новой геологической эры.

ЭРА ДРЕВНЕЙ ЖИЗНИ (ПАЛЕОЗОЙСКАЯ). Палеозойская эр, начавшаяся 570 млн.

лет назад, длилась 340 млн. лет. Ученые делят ее на шесть периодов.

Самый ранний из них – кембрий (он продолжался 70 млн. лет). В этот

период у самых разнообразных животных начинает развиваться скелет, будь то

раковина, панцирь или просто колючие шипики. Видимо, мягкотелость

становится к этому моменту слишком небезопасной.

Творчество природы, создающей новые формы жизни, в кембрии необычайно

плодотворно и разнообразно: почти все типы животного царства получают своих

первых представителей. Хордовых, например, представляют существа, похожие

на современного ланцетника. Пропуская воду через жаберные щели, они таким

образом процеживают из ила съедобные частички.

Как ни трудно нам представить моря без рыб, но в морях кембрия их еще

не было. Моря были густо заселены знаменитыми трилобитами – вымершими

предками пауков, скорпионов и клещей.

За кембрием следует ордовик (он длился 60 млн. лет). В море по-прежнему

процветают трилобиты. Появляются первые круглоротые – родичи современных

миног и миксин. Челюстей у них еще нет, но строение рта позволяет хватать

живую добычу, что, конечно, гораздо выгоднее бесконечного процеживания ила.

В следующем периоде – силуре (30 млн. лет) на сушу выходят первые

растения (псилофиты), покрывая берега зеленым ковром высотой до 25 см.

Вслед за ними на сушу начинают переселятся животные, приучаясь дышать

атмосферным воздухом, - многоножки, черви, пауки и скорпионы.

В морях трилобитов уже теснят гигантские ракоскорпионы, длина которых

превышает порой 2 м. У позвоночных появляется новый, неизвестный прежде

орган – челюсти, развившиеся из безобидных жаберных щелей бесчерепных

(например, ланцетника). Чтобы добыча не ускользнула из этих челюстей, рыбы

приобретают одновременно парные плавники, увеличивающие маневренность.

Следующий период – девон (60 млн. лет). Сушу заселяют плауны,

папоротники, хвощи, мхи. В их зарослях уже живут первые насекомые.

Выбираются на сушу и позвоночные. Как и почему это происходит? Климат в

девоне был сухой, температура в течение года резко изменялась. Многие

водоемы пересыхали. Некоторые рыбы стали на время засухи зарываться в ил.

Для этого нужно было уметь дышать атмосферным воздухом. Но особенно

многообещающей для дальнейшей эволюции оказалась группа кистеперых рыб.

Помимо легочного дыхания они имели подвижные мускулистые плавники, похожие

на лапы. С их помощью они ползали по дну. Чтобы не погибнуть в пересохшем

водоеме, кистеперые рыбы отправлялись в сухопутные странствия в поисках

воды. При этом они путешествовали на довольно большие расстояния.

Естественно, выживали те, которые лучше могли двигаться по суше. Правда,

слабых легких для дыхания было недостаточно. Как еще дышать, если жабры на

суше не годятся? Только через кожу. Поэтому рыбья чешуя уступила место

гладкой влажной коже.

Так в девоне кистеперые рыбы постепенно покинули родную стихию и дали

начало первым земноводным – стегоцефалам (панцирноголовым).

Вслед за девоном наступил карбон, или каменноугольный период (65 млн.

лет). Впервые огромные пространства суши покрылись болотистыми лесами из

древовидных папоротников, хвощей и плаунов.

Глядя на современные небольшие плауны, трудно поверить, что их предки

(например, чешуедрев, или лепидодендрон) достигали 40 м в высоту и 6 м в

обхвате.

Из падавших в воду и постепенно превращавшихся в уголь стволов

образовывались залежи каменного угля. Самый ценный уголь (антрацит)

получился из скоплений множества спор, которые роняли в воду деревья того

времени.

Сжигая в печке каменный уголь, мы чувствуем тепло солнечных лучей,

падавших на Землю без малого треть миллиарда лет назад. Под ними грелись

наши далекие предки – земноводные, царствовавшие в карбоне.

Впервые жизнь, освоившая воду и сушу, сделала шаг и в третью стихию –

воздух. Первыми и единственными, кто поднялся в воздух в лесах

каменноугольного периода, были насекомые. Порой они вырастали до

невероятных размеров. Размах крыльев некоторых стрекоз достигал 70 см. А в

зарослях помимо пауков и скорпионов стали встречаться, например, тараканы

(размером иногда с морскую свинку).

Жизнь сумела окончательно оторваться от породившей ее водной стихии.

Почти одновременно это удалось рептилиям и семенным папоротникам, предкам

хвойных. У растений появились семена вместо спор, у яиц рептилий –

скорлупа. Зародыши в семени и яйце были защищены оболочками, обеспечены

пищей. Из яиц рептилий вылуплялся уже не беспомощный головастик, а

уменьшенная копия родителя.

Рептилиям уже не нужна была голая кожа для дыхания – вполне хватало

легких. Они «заковались обратно в панцирь» из чешуи или роговых щитков.

Последний период эры древней жизни – пермь, или пермский период (55

млн. лет). Климат стал холоднее и суше. Влажные леса из папоротников и

плаунов исчезали. Вместо них появились и широко разрослись хвойные.

Земноводных все больше теснили рептилии, шедшие к своему господству на

планете.

ЭРА СРЕДНЕЙ ЖИЗНИ (МЕЗОЗОЙСКАЯ). Мезозойская эра наступила 230 млн. лет

назад и длилась 163 млн. лет. Она делится на 3 периода: триас (35 млн.

лет), юру, или юрский период (58 млн. лет), и мел, или меловой период (70

млн. лет).

В морях еще в пермский период окончательно вымерли трилобиты. Но это не

было закатом морских беспозвоночных. Напротив: на смену каждой форме

приходило несколько новых. В течение мезозойской эры океаны Земли

изобиловали моллюсками: белемнитами, похожими на кальмаров (их ископаемые

раковины зовут «чертовыми пальцами»), и аммонитами. Раковины некоторых

аммонитов достигали 3 м в диаметре. Ни у кого больше на нашей планете, ни

до того, ни позднее, не было таких колоссальных раковин!

В лесах мезозоя господствовали хвойные, похожие на современные сосны и

кипарисы, а также саговники. Мы привыкли видеть насекомых, вьющихся над

цветами. Но такое зрелище стало возможным лишь с середины мезозоя, когда на

Земле расцвел первый цветок. К меловому периоду цветковые растения уже

начали теснить хвойные и саговники.

Мезозой, особенно юру, можно назвать царством рептилий. Но еще в самом

начале мезозоя, когда рептилии только шли к своему господству, рядом с ними

появились мелкие, покрытые шерстью теплокровные животные – млекопитающие.

Долгие 100 млн. лет они жили рядом с динозаврами, почти незаметные на их

фоне, терпеливо дожидаясь своего часа.

В юре у динозавров появились и другие теплокровные соперники –

первоптицы (археоптериксы). Они имели еще очень много общего с рептилиями:

например, челюсти, усеянные острыми зубами. В меловом периоде от них

произошли и настоящие птицы.

В конце мелового периода климат на Земле стал холоднее. Природа уже не

могла прокормить животных, весивших боле десяти килограммов. (Правда, есть

научные теории, иначе объясняющие вымирание динозавров). Началось массовое

вымирание (растянувшееся, однако, на миллионы лет) гигантов-динозавров.

Теперь освободившееся место могли занять звери и птицы.

ЭРА НОВОЙ ЖИЗНИ (КАЙНОЗОЙСКАЯ). Кайнозойская эра, начавшаяся 67 млн.

лет назад, стала царством птиц, млекопитающих, насекомых и цветковых

растений. Она продолжается и сейчас.

Ученые разделяют ее на 3 периода: палеоген, неоген и антропоген.

Последний из этих периодов, в котором появляется человек, начался около 2

млн. лет назад.

ЭВОЛЮЦИОННАЯ ТЕОРИЯ: ДРАМА В БИОЛОГИИ

Эволюционная идея имеет очень древнюю историю: в разной форме мысли о

последовательном появлении на Земле живых организмов с постепенно

усложняющейся их организацией содержатся и в Книге Бытия, и в «Ригведе», и

в произведениях философов древнего Китая и Греции.

Следует заметить, что закономерности эволюционного процесса могут быть

выявлены в ходе ключевых проблем. Проблема первая: как возникает

многообразие живого – из одного источника (монофилия) или из многих

(полифилия)? Вторая: каков характер возникновения этого многообразия –

складывается ли оно медленно и постепенно (градуалистская концепция) или

внезапно и быстро (сальтационная концепция)? Третья: имеют ли эволюционные

события случайный, ненаправленный, нецелесообразный характер (тихогенез)

или они идут направленно, к определенной цели (моногенез)?

Ответы Ламарка и Дарвина на первые два вопроса совпадают. Достаточно

взглянуть на таблицу Ламарка («Философия зоологии» т. 1 –2), объясняющую

происхождение разных видов животных, чтобы убедиться в его приверженности

идеям монофилетизма и дивергентному принципу эволюции).

С этим же принципом тесно связана у Ламарка и Дарвина гипотеза о

постепенном, медленном, градуальном характере эволюции.

Но вот в третьем пункте у них есть определенные расхождения.

В отличие от Ламарка, Дарвин допускал участие в эволюции случайных

изменений и тем самым отвергал телеологический принцип. Эволюция по Дарвину

– не направлена, ее ход непредсказуем. Естественный отбор способен

произвести такие формы, появление которых мы можем и не предвидеть.

По Ламарку, организм заранее нацелен на совершенствование и,

следовательно, ведет себя более активно. Он – не глина, из которой природа

лепит с помощью естественного отбора любые формы, лишь бы они были

приспособлены к данным условиям среды. Он, организм, обладает некой

собственной внутренней силой, позволяющей ему самому выбирать путь

приспособления на основе присущего ему потенциала. Заметим, однако, что

этот потенциал не безграничен, он допускает движение только в каких-то

ограниченных пределах. То есть эволюция по Ламарку в известной степени

телеологична.

Итак, на начальных этапах развития эволюционной теории ламаркизм и

дарвинизм фактически не противостояли друг другу. Противостояние возникло

позднее. И определила его генетика в ранний период своего становления.

Датский биолог Вильгельм Иогансен писал в начале нашего века, что

«генетика вполне устранила основу дарвиновской теории подбора, которая не

находит себе никакой поддержки в генетике». Аналогичным образом обстоит

дело с гипотезами, которые оперируют такими понятиями, как «наследственные

приспособления», «наследование приобретенных свойств» и тому подобными

идеями, примыкающими к воззрениям Ламарка. А вот мнение основоположника

современной генетики Т. Моргана: «… Естественный отбор не играет созидающей

роли в эволюции». Как было упомянуто, еще раньше категорически отверг

дарвинизм Грегор Мендель.

Что же заставило этих великих ученых занять столь отрицательную позицию

по отношению к дарвинизму и ламаркизму? Прежде всего те открытия, которые

вошли в генетику в качестве основополагающих ее постулатов.

Во-первых, генетики выделили два типа изменчивости: модификационную,

ненаследственную, и мутационную, наследственную. Наследуются только те

признаки, которые возникают в результате изменений в генетическом материале

– то есть в результате мутаций. Те же признаки, которые возникают под

воздействием условий внешней среды, не передаются потомству. Это –

модификации, флюктуации.

Второй, чрезвычайно важный вывод, в корне изменивший взгляды и вошедший

в число фундаментальных положений генетики, предельно четко сформулировал

Иогансен: «Главным результатом моей маленькой работы является то, что я

считаю селекцию флюктуаций совершенно безрезультатной».

Из этих двух заключений логически выводится третье: благоприобретенные

признаки не наследуются. Бесчисленные попытки доказать возможность

наследования таких признаков потерпели полный крах. Работы Штанфуса,

Гаррисона, Тоуэра, Каммерера, Пржибрама, Дюркена в 20-е годы, а Лысенко с

сотрудниками в 30-50-е, были экспериментально опровергнуты. В этих работах

допускалась одна и та же ошибка: их авторы игнорировали открытия Иогансена

и использовали не чистолинейный, а неоднородный в генетическом отношении

материал. (Кстати, были опровергнуты и недавние попытки американских

иммунологов Горчинского и Стила показать возможность передачи по наследству

некоторых приобретенных иммунологических свойств – см. «Nature», 1981,

т.259, с.678-681; т.290, с.508-512).

Таким образом, с оформлением генетики как науки отрицание наследования

приобретенных признаков было строго экспериментально обосновано и

практически общепризнанно. А между тем учение о наследовании приобретенных

признаков составляло теоретическую основу представлений и Дарвина, и

Ламарка.

Генетики сформировали прямо противоположную концепцию наследственности,

в самых общих чертах выдвинутую еще Августом Вейсманом, одним из крупнейших

биологов XX века. Он провел резкую грань между сомой – совокупностью

клеток, тканей и органов – и клетками зародышевого пути, содержащими

зародышевую плазму. В ядрах половых клеток, в их специализированных

структурах – хромосомах – собраны гены, носители наследственности, которые

передаются от поколения к поколению. Какого-либо переноса частиц от

соматических элементов к половым не существует. Таким образом, материальные

основы наследственной и ненаследственной изменчивости, общие в теориях

Дарвина и Ламарка, в генетике были разделены. Наследственны только те

изменения, которые происходят в зародышевой плазме – в генах. Изменения,

происходящие в соме, ненаследственны, это – модификации.

Четвертое, важное для судеб эволюционного учения положения генетики,

было разработано голландским биологом Гуго де Фризом и русским ботаником

С.И. Коржинским. Вот как это формулировал де Фриз:

1) новые элементарные виды возникают внезапно, без переходов;

2) новые формы появляются сбоку главного ствола;

3) новые элементарные виды по большей части вполне постоянны с самого

начала своего возникновения;

4) некоторые из новых форм являются настоящими элементарными видами, тогда

как другие носят характер ретрогрессивных разновидностей;

5) эти новые формы появляются обыкновенно в большом числе особей;

6) мутационная изменчивость не связана непосредственно с модификациями и

независима от них;

7) мутации происходят почти во всех возможных направлениях;

8) способность к мутации наступает периодически.

И, наконец, пятое принципиальное положение, привнесенное генетикой, -

реабилитация понятия вида как такового: вид – не удобная выдумка биологов,

а реальная сущность, имеющая достаточно четкие границы и характеризующаяся

собственным набором морфофизиологических признаков (фенотипом).

Из изложенного совершенно очевидно, что взгляды родоначальников

генетики на движущие факторы эволюционного процесса, в особенности на

изменчивость и наследственность, существенно отличны от воззрений Ламарка и

Дарвина.

Тем не менее в 30-50-е годы трудами Добжанского, Симпсона, Майра и

других была предпринята попытка примирить генетику с дарвинизмом. Так

появилась синтетическая теория эволюции (СТЭ), создатели которой стремились

обобщить все накопленные генетикой факты и в приложении к эволюционному

учению объединить их с позиций Дарвина.

Основа построения синтетической теории эволюции – закон Харди –

Вайнберга. Он наглядно показал, что благодаря синтезу с генетикой

эволюционное учение постепенно утратило описательный характер и

превратилось в математизированную теорию.

Знакомству с законом должно предшествовать краткое вступление о

противоречивом пути развития синтетической теории эволюции, о преодолении

кризисов в научном познании, направленном на более полное и глубокое

понимание закономерностей развития органического мира.

Важно отметить, что основы научной теории эволюции заложил Ч. Дарвин.

Как господствующее эволюционное учение дарвинизм существовал с 1859 до 1900

гг., т.е. до переоткрытия законов Г. Менделя. До конца 20-х годов текущего

столетия данные генетики противопоставлялись эволюционной теории,

наследственная изменчивость (мутационная, комбинативная) рассматривалась в

качестве главного фактора эволюции, естественному отбору отводилась

второстепенная роль. Таким образом, уже в начальный период своего

становления генетика была использована для создания новых концепций

эволюции. Сам по себе этот факт знаменателен: он свидетельствовал о тесной

связи генетики с эволюционной теорией, но время их объединения было еще

впереди. Различного рода критика дарвинизма была широко распространена

вплоть до возникновения СТЭ.

Исключительную роль в развитии эволюционного учения сыграла

популяционная генетика, исследующая микроэволюционные процессы в природных

популяциях. Основана она выдающимися отечественными учеными С.С.

Страницы: 1, 2, 3, 4