X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Под эволюцией (лат. evolutio от evolvo – разворачиваю) понимают процесс исторического развития органического мира и увеличение разнообразия растений и животных путем новообразования, постепенного приспособления живых систем к беспрерывно меняющимся условиям существования под контролем естественного отбора.

Биологическая эволюция – естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

Существует несколько эволюционных теорий, отличающихся друг от друга объяснением механизмов лежащих в основе эволюционных процессов. В данный момент общепринятой является синтетическая (современная) теория эволюции, являющаяся развитием теории Дарвина.

Макроэволюция

Макроэволюция – процесс образования из видов новых родов, из родов – семейств, из семейств – отрядов и т. д. называется макроэволюцией. В отличие от микроэволюции, протекающей внутри популяции, макроэволюция – эволюция надвидовая. Тем не менее, в макроэволюции действуют всё те же процессы: борьба за существование, естественный отбор.

Прямой эксперимент по подтверждению существования макроэволюции поставить практически невозможно. Однако существует большое количество косвенных доказательств, полученных благодаря различным наукам: морфологии, эмбриологии, палеонтологии, генетики и других.

Графическим представлением эволюции является систематика организмов. Каждая систематическая группа, стоящая выше по рангу, объединяет группы, стоящие по рангу ниже и имеющие общего предка. Так, род объединяет виды, которые произошли от одного предка и приобрели в результате естественного отбора какие-то различия в фенотипе. При построении таксономических систем учитываются признаки родства групп организмов как с ныне живущими группами, так и с уже вымершими. В целом, родословное древо отчётливо показывает общий характер макроэволюции: совершенствование организации организмов от более простой к более сложной, дивергентный (проявляющийся в расхождении признаков) и приспособительный характер эволюции.

Можно выделить три основных направления биологического прогресса.

- Ароморфоз – это эволюционные изменения, приводящие к качественно новому уровню организации, но не к узкому приспособлению к внешней среде. Ароморфоз даёт возможность к переходу в новую среду обитания, способствует расширению популяции и её местообитания. Благодаря ароморфозу возникают новые крупные таксономические единицы: типы (отделы), классы.

- Идиоадаптация представляет собой небольшие эволюционные изменения, выражающиеся в приспособлении к окружающим условиям обитания. Повышения уровня организации при этом не происходит. Благодаря идиоадаптации образуются мелкие таксономические группы: виды, роды, семейства.

- В отличие от двух предыдущих направлений дегенерация ведёт к упрощению организации, нередко сопровождающейся потерей ряда органов. Очень часто дегенерация связана с переходом к паразитическому образу жизни. Благодаря дегенерации также образуются новые таксомические группы.

В природе существует и процесс, обратный прогрессу, – биологический регресс. Он заключается в уменьшении количества особей популяции, сужении территорий, которые занимает популяция, уменьшении числа видов. Регресс, как правило, ведёт к вымиранию видов.

Микроэволюция

Микроэволюция – процесс преобразования популяции или популяций под действием факторов эволюции. Термин Филипченко (1927). В разработке концепции микроэволюции большую роль сыграли работы С.С. Четверикова, Дж. Холдейна, Р. Фишера, С. Райта, Н.В. Тимофева-Ресовского, Е. Форда, Ф.Г. Добжанского, Э. Майра, Д.Г Симпсона, И.И. Шмальгаузена.

Под действием элементарных факторов на генофонд популяции происходит изменение частот отдельных генов. Это приводит к элементарному эволюционному явлению – изменению генотипического и фенотипического состава популяции. При длительном однонаправленном воздействии естественного отбора наблюдается дифференциация популяций.

Такой процесс изучен Кэмином и Эрлихом. Они изучали популяции ужей на островах западной части озера Эри. Там было выявлено 4 класса ужей, которые отличались цветом. У змей типа А полосы отсутствуют, у типа Б полосы слабо выражены, у типа В полосы имеются, у типа Г полосы выражены лучше всего. Вокруг озера обитают ужи, относящиеся к типу Г. На островах много особей без полос. Единственным подходящим местообитанием для ужей на островах являются плоские известковые скалы, известковые обрывы и галечные отмели. С островов брали большие выборки взрослых ужей. Брали оплодотворенных самок и сравнивали соотношение типов рисунка среди потомства и среди взрослых особей. Процент особей типа А и Б в популяции взрослых особей был выше, чем в потомстве. Поэтому гипотеза возрастной изменчивости была отвергнута, так как у потомства, выращенного в лаборатории, не наблюдалось никакой возрастной изменчивости.

Гипотеза избирательной элиминации была подтверждена. У змей на островах есть враги, выискивающие жертву с помощью глаз: чайки, цапли, ястребы. Коэффициент отбора для полосатых па островах – 0,75, для белых — 0,20, т.к. ужи без полос плохо различимы на фоне белесых плоских известковых скал. Полосатые же ужи очень заметны. Интенсивность отбора очень высокая. Вероятность выживания полосатых в 4 раза меньше вероятности выживания ужей без полос.

Микроэволюционные процессы, связанные с применением инсектицидов, привели к тому, что 350 видов насекомых стали устойчивыми к инсектицидам. У сотни видов насекомых обнаружен индустриальный меланизм. Микроэволюционные процессы, начавшиеся сотни тысяч лет назад в районе Берингии, привели к формированию трёх видов чаек: клуши, серебристой чайки, хохотуньи.

Социальная эволюция

Социальная эволюция – «процесс структурной реорганизации во времени, в результате которой возникает социальная форма или структура, качественно отличающаяся от предшествующей формы». Частным случаем социальной эволюции является социальное развитие. Основы общей теории социальной эволюции были заложены Г. Спенсером ещё до разработки Ч. Дарвином общей теории биологической эволюции.

Социальная эволюция – это скачок, переворот, прежде всего, в индивидуальном поведении, который закрепляется затем в общественных нормах и политических институтах. Вслед за этим с полным правом можно говорить об изменении форм общественного развития, закреплении и реализа­ции новых ценностей и целей. Эволюция имеет историю в том смысле, что она лишена линейности, цикличности, про­шлое и будущее в ней несимметричны. Неопределенность, непредсказуемость, необратимость – это те фундамен­тальные понятия, составляющие суть философии неста­бильности, без которых невозможно рассмотрение законов социальной эволюции.

В общем случае система представляет собой множество иерархически организованных подсистем, между которыми существуют некоторые взаимодействия. Таким образом, поведение индивидуума является «подсистемой» поведе­ния социума. Элементы этого поведения оказывают влия­ние на существование популяции.

Два основных критерия связывают индивидуальный и коллективный опыт, определяя все дальнейшее поведе­ние: объем информации и характер ценностей опреде­ляются через культурную матрицу и индивидуальный вы­бор. Все социальные свойства индивида основываются на этих критериях. Любой социум представляет собой систе­му, в которой каналы распространения информации и фор­мирования ценностей работают при наличии определенных социальных механизмов. Некоторый объём информации воспринимается индивидуумом тем адекватней, чем более высокой когнитивной сложностью мышления он обладает. Характер ценностей влияет на определение целей дея­тельности, мотивацию поведения (направление и точки при­ложения активного поведения) и определение потребнос­тей (что считать необходимым, достаточным и возможным для обеспечения нормальной жизни организма, развития человеческой личности и общества в целом).

Нестабильность самоорганизующихся систем (в силу свойства фрактальности) в социальном мире востребует та­кое качество индивида, как высокая вариативность пове­дения. Неравновесностьпредполагает наличие бифурка­ционных и адаптационных механизмов в индивидуальном поведении и поведении социума. При понимании общей непредсказуемости поведения сложной системы и неопределенности мы всё же предполагаем наличие опре­делённых элементов детерминизма. Это означает, что ис­следование «механики события» имеет принципиально важ­ное значение для понимания законов социальной эволюции.

Заключение

Жизнь представляет собой форму существования сложных органических соединений – нуклеопротеидов, структурно организованных в виде биологических систем разного ранга. Структурными единицами живой материи являются интегрированные целостные системы – организмы. Сложность живых систем сама по себе повышает их уязвимость, снижает устойчивость перед лицом изменений внешней среды.

Эволюция организмов представляет собой процесс исторических преобразований всех уровней организации биологических систем – от молекулярного до биосферного. Эволюция является неизбежным следствием, вытекающим из основных свойств организмов – размножения и редупликации аппарата наследственности. В изменчивых внешних условиях эти процессы неизбежно сопровождаются возникновением мутаций, поскольку устойчивость любой системы имеет свои пределы. Наличие наследственных вариаций строения и функций организмов при борьбе за существование ведёт к возникновению естественного отбора – преимущественного выживания и преимущественного оставления потомства организмами, лучше приспособленными к условиям существования. Результатом действия естественного отбора является приспособительная эволюция организмов. Можно сказать, что эволюция есть форма существования организмов в изменяющейся внешней среде.

Помимо основных факторов эволюции (мутации и отбор) на характер протекания микроэволюционных процессов оказывают влияние различные дополнительные факторы (изоляция популяций, изменения их численности, дрейф генов, молекулярный драйв, гибридизация).

При этом отбор является основным движущим фактором эволюции, без участия которого невозможна реализация каких бы то ни было потенций развития, обусловленных системными свойствами организмов. Отбор движет эволюцию и придает эволюционным преобразованиям характер приспособлений к изменениям внешней среды, а организменные направляющие факторы определяют конкретные направления и формы происходящих эволюционных перестроек.

Закономерный и направленный характер макроэволюции позволяет поставить вопрос о возможности прогнозирования эволюции. Решение этого вопроса связано с анализом соотношений необходимых и случайных явлений в эволюции организмов. Как известно, в философии категориями необходимости и случайности обозначают разные типы связи явлений. Необходимые связи определяются внутренней структурой взаимодействующих явлений, их сущностью, коренными особенностями. Напротив, случайные связи имеют внешний характер по отношению к данному явлению, будучи обусловлены побочными факторами, не связанными с сущностью этого явления. При этом случайное, конечно, не беспричинно, но его причины лежат вне причинно-следственного ряда, определяющего сущность данного явления. Случайность и необходимость относительны: случайное для одного причинно-следственного ряда является необходимым для другого, и при изменении условий случайные связи могут превратиться в необходимые, и наоборот. Статистическая закономерность представляет собой выявление необходимых, т.е. внутренних, существенных связей среди многочисленных внешних случайных взаимодействий.

По отношению к развитию жизни на Земле эти выводы сделаны, так сказать, «задним числом» и не имеют прогностического характера. Однако на их основе мы можем с высокой достоверностью предсказать, что после возникновения жизни на любой планете организмы должны претерпеть дивергентную, приспособительную и арогенетическую эволюцию.

Эволюционистика далеко еще не разрешила всего огромного круга стоящих перед нею проблем и продолжает стремительное развитие. Помимо традиционного обобщения и переосмысливания данных, полученных в области других биологических наук, начинают формироваться ее собственные методы. Среди них следует упомянуть постановку экспериментов на природных популяциях различных видов для изучения действия естественного отбора, внутри- и межвидовых отношений и их эволюционной роли. Аналогичные проблемы решаются и на модельных лабораторных популяциях с использованием методов популяционной генетики. Развиваются методы математического моделирования различных эволюционных процессов. Вероятно, в недалеком будущем важную роль в решении эволюционных проблем будут играть методы генной инженерии и экспериментального вмешательства в онтогенез.

Среди центральных проблем современной теории эволюции следует назвать коэволюцию разных видов в естественных сообществах и эволюцию самих биологических макросистем – биогеоценозов и биосферы в целом. Продолжаются оживленные дискуссии о роли в эволюции нейтральных мутаций и дрейфа генов, о соотношениях адаптивных и неадаптивных эволюционных изменений, о сущности и причинах типогенеза и типостаза в макроэволюции, неравномерности ее темпов, морфофизиологическом прогрессе и т.д. Многое еще предстоит сделать даже в наиболее разработанных областях эволюционистики – таких, как теория отбора, учение о биологическом виде и видообразовании.

Насущной задачей эволюционистики является переосмысливание и интеграция новейших данных и выводов, полученных в последние годы в области молекулярной биологии, онтогенетики и макроэволюции. Некоторые биологи говорят о необходимости «нового синтеза», подчеркивая устарелость классических представлений синтетической теории эволюции, являющейся, в сущности, в основном теорией микроэволюции, и необходимость преодоления характерного для нее узкоредукционистского подхода. Однако важнейшие положения классической синтетической теории о естественном отборе, факторах микроэволюции, механизмах видообразования и адаптациогенеза, без всякого сомнения, останутся основой обновленной эволюционной теории. Интегрирующим началом в ней может стать системный подход, плодотворность которого уже продемонстрировали современные достижения в понимании механизмов макроэволюции. В связи с этим некоторые ученые предлагают именовать формирующуюся в результате современного синтеза эволюционную теорию «системной». Приживется ли это название, покажет будущее.

Список использованных источников

1. Грант В. Эволюционный процесс: Критический обзор эволюционной теории. – М.: Мир, 1991. – 448 с.

2. Еськов К.Ю. История Земли и жизни на ней: Экспериментальное учебное пособие для старших классов. – М.: МИРОС, 1999.

3. Иорданский Н.Н. Эволюция жизни. – М.: Академия, 2001. – 425 с.

4. Марков А.В. Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы. – АСТ Астрель, 2016. – 527 с.

5. Френкель, Е.Н. Концепции современного естествознания : физические, химические и биологические концепции : учеб. пособие / Е.Н. Френкель. – Ростов н/Д : Феникс, 2014. – 246 с.

Код для цитирования: Скопировать