На пути к объяснению эволюции - ЭВОЛЮЦИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

В этой главевы научитесь

объяснять сточки зрения науки причины и характер биологической эволюции.

Для этого выдолжны уметь:

- объяснять эволюцию органического мира и её закономерности (следствия эволюционной теории, основные положения теории естественного отбора Ч. Дарвина, синтетической теории эволюции, учения о виде и видообразовании, о путях эволюции А.Н. Северцова);

- приводить примеры приспособлений у растений и животных и объяснять их биологический смысл;

- характеризовать происхождение и основные этапы эволюции жизни;

- объяснять место человека среди животных и биологические предпосылки происхождения человека;

- характеризовать основные этапы происхождения человека.

Использоватьв быту знания закономерностей эволюции.

Для этого выдолжны уметь:

- использовать знания по теории эволюции для оптимальной организации борьбы с инфекционными заболеваниями, вредителями домашнего и приусадебного хозяйства.

Проверьте себя!

• Приведите сведения, которые, на ваш взгляд, убедят собеседников в том, что человек произошёл путём биологической эволюции.

§ 39. На пути к объяснению эволюции

Постановка проблемы урока

Гипотеза 1.Если виды организмов созданы Творцом, то и сходство между ними должно ограничиваться поверхностными чертами.

Гипотеза 2.Если виды организмов имеют общее происхождение, превращаются друг в друга или хотя бы изменяются с течением времени, то сходство между ними должно нести черты преемственности.

• Что может послужить причиной для изменения точки зрения? Какая из гипотез могла возникнуть раньше?

Как проверить эти гипотезы?

• Сформулируйте вопрос для обсуждения на уроке.

Сравните его с вариантом авторов на с. 397.

Необходимые базовые знания

• Чем отличаются точки зрения Ж.Б. Ламарка и Ч. Дарвина? (9 класс)

• Какова роль К. Линнея в развитии биологии? (9 класс)

• Что такое систематика?

• Что такое адаптивная модификация и почему её относят к ненаследственной изменчивости? (§ 32-33)

Решение проблемы

Система организмов К. Линнея

• Что значит “система организмов” и почему она плохо увязывается с Божественным сотворением разнообразия видов?

Представление о неизменяемости видов в ряду поколений берёт начало от религиозных учений о Сотворении мира, имеющих в своей основе житейский опыт: мир для человека выглядит неизменной в существенных чертах данностью, крупномасштабная эволюция на наших глазах не происходит. Но если все виды, по словам Карла Линнея (1707 — 1778), были созданы “в самом начале бесконечным Существом”, независимо друг от друга, то их ничего не должно связывать.

Для К. Линнея сама возможность различения и диагностики видов была главным аргументом в пользу их постоянства. Однако он счёл возможным построить иерархическую систему организмов путём последовательного объединения близких видов по общим признакам в один род, а близких родов животных — по общим признакам в один отряд и т.д. (рис. 39.1). Построенная система явно свидетельствовала о наличии близких и удалённых друг от друга видов организмов, т.е. о наличии определённых связей между ними.

39.1. Иерархичность систематических категорий, установленная К. Линнеем

• Приведите примеры иерархически соподчинённых систематических групп среди растений или животных.

На дальнейшее развитие систематики большое влияние оказалиосновные подходы К. Линнея:

1. Последовательное проведение иерархического принципа соподчинения систематических категорий.

2. Отделение научной задачи построения естественной системы организмов от уточнения искусственной системы, носящей прикладной характер.Естественнаясистемастроится по многим существенным признакам, отражающим свойства, присущие той или иной группе организмов “по их природе”, как выражался Линней. Искусственная система служит для определения организмов по немногим постоянным и удобным для определения признакам. К. Линней создал лучшую искусственную систему своего времени. В создании естественной системы растений он сделал лишь первые шаги.

3. Последовательное разделение функции названий и диагнозов систематических групп. Названия — “клички”, по выражению Линнея, — должны быть краткими и легко запоминаемыми. Диагнозы — более пространные характеристики систематических групп. Они либо позволяют различать виды (искусственная система), либо содержат их существенные особенности с достаточной полнотой (естественная система).

4. Введение биологической номенклатуры. Высшим систематическим группам, начиная от рода и выше, предлагалось давать названия, состоящие из одного слова. Виды получали бинарную номенклатуру из двух слов: родового названия и видового эпитета (как, например, Ноmоsapiens-человек разумный). Во времена К. Линнея латынь была интернациональным языком науки. Поэтому все системы научных названий организмов со времен К. Линнея состоят из латинских или латинизированных слов, заимствованных из других языков. Видовой эпитет присваивается виду при первом научном описании. Если оно признано научным сообществом, то данное название закрепляется за видом раз и навсегда.

Накопление фактов

• Какие факты для будущей победы эволюционного учения собрали честные учёные, не разделявшие легкомысленных, по их мнению, эволюционных воззрений?

Последователи К. Линнея находили всё больше черт сходства и закономерных различий между организмами. Идея творения не давала последовательного объяснения этим фактам. Между тем разнообразие организмов постепенно складывалось в естественную систему. Наиболее известный продолжатель его работ, Жорж Кювье (1769 — 1832), первым обратил внимание на важность внутреннего строения (анатомии) животных для определения их места в систематике. Он заметил, что существенные признаки сходства организмов образуют взаимосвязанные комплексы(корреляции).Самые крупные группы животного царства (теперь мы их называем типами) имеют общие планы строения основных систем органов. Существование четырёх не сводимых друг к другу планов строения животных было, по мнению Ж. Кювье, важным аргументом против линейной упорядоченности организмов, которую его противники считали доводом в пользу эволюции существ от простых к сложным. Наличие комплексов признаков позволило ему приступить к восстановлению облика ископаемых животных по их фрагментарным ископаемым остаткам. А это, в свою очередь, позволило Ж. Кювье последовательно включать ископаемых животных в общую естественную систему с современными животными.

К началу XIX в., благодаря успехам геологии и палеонтологии, стало ясно, что в ходе истории Земли организмы изменялись. Для объяснения этого феномена Ж. Кювье предложил теорию катастроф. Она гласила: медленные постепенные преобразования в истории Земли время от времени прерывались относительно кратковременными резкими переворотами (“революциями”, по его выражению): море наступало на сушу, или, наоборот, возникали крупные горные системы, менялся климат и т.п. Катаклизмы такого рода сопровождались новыми актами творения, с чем были связаны и крупные перемены в органическом мире. Последователи Ж. Кювье насчитали 27 таких переворотов.

На главный недостаток теории катастроф указал великий английский геолог Чарлз Лайель, старший друг Чарлза Дарвина. Если в наше время катастрофы, или “революции” Кювье, не имеют аналогов, то мы не можем восстановить эти события. Прошлое мы способны реконструировать лишь постольку, поскольку оно сходно с событиями современности: “Настоящее — ключ к пониманию прошлого”. Этот необходимый принцип, лежащий в основе любых исторических реконструкций, Ч. Лайель назвалпринципом актуализма.

В те же годы российский учёный Карл Бэр открылзакон зародышевого сходства,т.е. наличие фундаментального сходства эмбрионов животных. Замечательно, что выделенные им четыре типа индивидуального развития совпали с четырьмя планами строения Ж. Кювье. Вместе с тем он обнаружил у всех многоклеточных три основных типа эмбриональных тканей (позже их стали называть зародышевыми листками), указывающих на преемственность строения всех животных.

Все упомянутые фундаментальные признаки сходства организмов требовали естественно-научного объяснения. Они получили наконец обобщённое выражение в трудах английского сравнительного анатома Ричарда Оуэна, считавшего себя учеником и последователем Жоржа Кювье, - в его представлении огомологияхианалогиях.Под гомологией понималось существенное, под аналогией — поверхностное сходство.

Таким образом, учёными, не разделявшими эволюционную точку зрения на происхождение организмов, были выявлены и документированы факты поразительного сходства живых организмов разных систематических групп, которые были признаны их потомками как доказательства эволюции.

Первая эволюционная теория

• Почему теория Ламарка считается первой теорией эволюции?

К началу XIX в. идея трансформизма — исторического изменения и превращения растений и животных — уже разделялась многими учёными. Но лишь Ж.Б. Ламарк (1744 — 1829) предпринял попытку объяснить накопившиеся факты. Он изложил свою теорию эволюции в книге “Философия зоологии”, опубликованной в 1809 году.

Занимаясь систематикой животных, Ламарк расположил выделенные им 14 классов животных в виде ступеней лестницы существ (рис. 39.2) в соответствии с развитием у них нервной и кровеносной систем. Такой подход был популярен в науке ещё со времён Аристотеля, но при этом всегда последовательность читали сверху вниз, от высших ступеней к низшим. Ламарк прочёл свою лестницу существ наоборот, предположив наличие непрерывного поступательного прогрессивного движения от низших форм к высшим, которое он назвал градацией, илизаконом градации.

Причины градации живых организмов

• Какими причинами Ламарк объяснял изменения в органическом мире?

Для объяснения градации Ламарк предложил существование особого механизма -стремления к самосовершенствованию.Но почему же тогда ещё существуют просто устроенные формы? Пришлось допустить постоянное самозарождение жизни: выходит, предки сложно устроенных форм появились на Земле раньше, вот и успели пройти длительную эволюцию по пути прогресса. Значит, самые просто устроенные формы жизни, по Ламарку, - наиболее молодые.

39.2. Лестница существ Ламарка

• Объясните устройство лестницы существ с позиции Ламарка и его предшественников.

Закон градации предлагает объяснение прогресса в живой природе, но не даёт ключа к раскрытию феномена ошеломляющего разнообразия живого. Кошка и собака имеют одинаковый уровень организации, в чём же причина их различий? Для объяснения многообразия внутри одной ступени Ламарк предлагает другой механизм - прямое или косвенноевлияние внешней среды.

На растения и низших животных окружающая среда влияет прямо, изменяя организм в направлении наибольшего приспособления к ней -закон прямого влияниясреды.Так, благоприятные весенние условия (тепло, влага) приводят к распусканию листьев, осенью при похолодании листья желтеют и опадают.

На высших животных, ведущих более активный образ жизни, среда действует иначе. В реакции на её воздействие участвует нервная система. Изменение среды приводит к изменению потребностей и поведения животного. В результате упражнение органа усиливает его, а неупражнение ослабляет. В этом и проявляется действиезакона упражнения органа.Так Ламарк объяснял длинную шею жирафа, пытающегося достать листья с деревьев (упражнение органа), исчезновение глаз у крота в связи с подземным образом жизни (неупражнение органа).

Чтобы эти закономерности имели эволюционные последствия, приспособительные достижения родителей должны наследоваться их потомками. Поэтому теория Ламарка включаетзакон наследования благоприобретённых признаков:приспособительные черты, приобретённые родителями в процессе индивидуальной жизни, наследуются их потомками. В поддержку закона Ламарк приводил следующее соображение: белый человек загорает на солнце, приобретая тёмный цвет кожи, а у чернокожих жителей жарких стран этот признак превратился в наследственный.

Недостатки теории Ламарка

• Какие противоречия в теории Ламарка привели к тому, что она так и не была принята современниками?

Ламарк создал первую целостную эволюционную теорию, в которой противопоставил идею исторического развития живой природы господствующим идеям неизменяемости видов. Он правильно представлял общую картину исторического развития, впервые употребил термины “родство”, “родственные связи” в традиционном ныне смысле — для обозначения единства происхождения живых существ. Но ошибочное определение движущих сил эволюции привело его теорию к противоречиям, несоответствию фактам и практически перечеркнуло её объяснительное значение.

Внутреннее стремление к прогрессу, “заложенное в организмах самой природой”, подразумевает существование каких-то сверхъестественных сил, наделяющих организмы знанием того, к чему они должны стремиться, и способностью к достижению цели. К тому же это стремление предполагает для всех одну и ту же цель совершенства — видимо, в образе человека, стоящего на верхней ступени. Но примеры из зоологии показывают, что есть, по крайней мере, два других пути прогрессивного усложнения и развития в совершенно ином направлении: к плану строения головоногих моллюсков и насекомых.

Законы прямого влияния среды и упражнения органов также предполагают изначальную целесообразность действий: любой организм замечательным образом “знает” наперёд, как лучше реагировать на новые условия, с которыми он раньше не сталкивался. Например, существо, никогда не имевшее шерсти, попав в холодный климат, “догадывается”, что нужно “одеваться”.

Наивность “законов” Ламарка очевидна для современного человека. Предполагая “стремление к совершенству”, Ламарк наделял живые существа чисто человеческой способностью к разумным действиям, которой они не обладают. Теория Ламарка не способна объяснить, какие “упражнения” приводят к развитию покровительственной окраски или изменению кровеносной системы. К тому же упражнение органа должно было каким-то образом влиять на половые клетки, чтобы передаться потомству. Наследование приобретённых признаков не подтвердилось дальнейшими исследованиями биологов.

• Вспомните, чьи признаки составляют основную, наибольшую часть наследственной информации.

• Вспомните, имеют ли наследственные изменения (комбинации, мутации) приспособительную направленность.

• В любых ли условиях модификации адаптивны?

• Что наследуется: конкретная модификация или способность организма целесообразно реагировать на нормальные изменения среды?

Таким образом, доказательства эволюционной теории, выдвинутые Ламарком, оказались недостаточными, и поэтому она не получила всеобщего признания.

Обобщение новых знаний

Гипотеза независимого творения всех видов организмов вошла в противоречие с лавиной исследований, обнаруживших глубокие черты сходства групп организмов по строению и эмбриональному развитию. Естественно-научное объяснение этим наблюдениям могла дать только теория, предполагающая изменяемость видов организмов и единство их происхождения. Ж.Б. Ламарк предложил первую эволюционную теорию, но из-за неполного соответствия фактам она не получила широкого признания.

Естественная система организмов.Принцип актуализма

Применение знаний

1. Чем гипотеза независимого сотворения видов не удовлетворяла натуралистов?

2. В чём прав, а в чём не прав оказался Ламарк в своей теории?

3. Почему обнаружение черт фундаментального сходства у внешне непохожих организмов приводило мысли натуралистов в эволюционное русло?

4. Поспорьте с товарищем об изменяемости форм организмов. Пусть один из_васприводит факты в поддержку этой точки зрения, а другой - находит противоположные примеры.

5. Почему многие люди верят в наследование благоприобретённых изменений несмотря на то, что в школе учат иному? Какие явления в окружающем мире заставляют их так думать?