Эволюция - поиск удачного решения путём проб и ошибок - ЭВОЛЮЦИЯ - РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРОЦЕСС

Изучая эту главу учебника, вы научитесь:

а) объяснять причины и характер биологической эволюции.

Для этого вы должны овладеть следующими умениями:

- объяснять эволюцию органического мира и её закономерности (свидетельства эволюции, основные положения теории естественного отбора Ч. Дарвина, учения о виде и видообразовании, о главных направлениях эволюционного процесса А.Н. Северцова, теорию искусственного отбора Ч. Дарвина, методы селекции и их биологические основы);

- приводить примеры приспособлений у растений и животных;

- характеризовать происхождение и основные этапы эволюции жизни;

в) использовать в быту элементарные генетические знания и умения.

Для этого вы должны овладеть следующими умениями:

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

Проверьте себя:

• Выберите фразы, которые описывают приспособления, возникшие в результате ЭВОЛЮЦИИ:

- брови защищают глаза от пота;

- привычка носить шапку предохраняет от простуды;

- умение читать и писать отличает грамотного человека;

- рука - хватательная конечность;

- коленный рефлекс - особенность, свойственная здоровому человеку.

Темы исследовательских проектов (анализ литературы в библиотеке и в Интернете):

1. Нерешенные проблемы возникновения и развития жизни на Земле.

2. Эволюционное приспособление видов - вредителей урожая к химическим средствам борьбы с ними.

3. С помощью Интернета подготовьте доклад по проблеме, которая вас особенно заинтересовала.

§ 39. Эволюция - поиск удачного решения путём проб и ошибок.

Постановка проблемы урока

39.1. Теория наследования благоприобретённых признаков.

Жираф хочет достать листья верхних ветвей деревьев и тянется к ним. В результате упражнения шея вытягивается. Потомки наследуют это приспособление.

39.2. Теория естественного отбора.

Жирафы слегка различаются по длине шеи. Преимущество на стороне длинношеих форм: они лучше питаются и оставляют больше потомков. Свойства родителей наследуются потомками. Поэтому длина шеи увеличивается в ряду поколений.

• Какая из теорий кажется вам более убедительной? Сформулируйте главный вопрос урока. (Сравните с авторским вариантом на с. 350.)

Необходимые базовые знания

• Может ли изменчивость наследоваться? (§ 36)

• Приведите примеры приспособлений. (§ 20)

Решение проблемы

Первая эволюционная теория Ж.-Б. Ламарка

На протяжении всей истории натуралисты, сталкиваясь с ошеломляющим разнообразием живой природы, пытались его систематизировать и объяснить.

Большим успехом пользовалось линейное построение, получившее название “лестницы существ”. Эту последовательность всегда читали сверху вниз, от высших ступеней к низшим (рис. 39.4).

39.4. “Лестница существ” Аристотеля.

На протяжении веков искали объяснение в религиозных доктринах. Бог представлялся всемогущим мастером. Он создал мир, живых существ и человека. В христианской традиции ему потребовалось для этого 6 дней. Такое объяснение получило название креационизма (рис. 39.5).

39.5. Креационистская теория.

Ж.-Б. Ламарк (1744-1829) был пораждением Великой Французской революции, впервые в истории отделившей церковь от государства. Он первым прочёл “лестницу существ” снизу-вверх и предложил её рациональное (не религиозное) объяснение, полагая, что живые существа изменяются в соответствии с четырьмя законами (рис. 39.6).

39.6. Эволюционная теория Ламарка.

1. Закон градации: все живые организмы стремятся к совершенству. Такое стремление Ламарк считал главным фактором эволюции. По его теории живое происходило из неживого прежде и происходит по сей день. Те организмы, которые произошли давно (например, млекопитающие), сильно продвинулись по пути прогресса. Возникшие недавно не успели этого сделать (например, инфузории и черви). Такое объяснение находилось в согласии с “лестницей существ”.

Принципом градаций Ламарк пытался объяснить прогрессивный аспект эволюции, но приспособительное разнообразие в пределах каждой ступени “лестницы существ” оставалось необоснованным. Для этого Ламарк выдвинул ещё три закона.

2. Закон упражнения органа: упражнение органа усиливает его, а неупражнение ослабляет. Так, интенсивное упражнение руки может её усилить.

3. Закон прямого влияния среды: среда изменяет организм в направлении наибольшего приспособления к ней. Например, в холодном климате увеличиваются длина и густота шерсти.

Эти закономерности и в самом деле действуют, но лишь в пределах приспособительной части нормы реакции организма. Чтобы эти же закономерности имели эволюционные последствия, приспособительные достижения родителей должны быть унаследованы их потомками. Поэтому Ламарк вводит свой четвёртый закон.

4. Закон наследования благоприобретённых признаков:приспособительные черты, приобретённые родителями в процессе индивидуальной жизни, непосредственно 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.

В своей теории французский естествоиспытатель предложил первую попытку естественного объяснения происхождения организмов, их приспособлений и прогрессивной эволюции. Однако остались неясными три обстоятельства.

Во-первых, на одной “ступени” оказались чрезвычайно несходные, далёкие друг от друга формы. Закон градации Ламарка, ориентированный на объяснение “лестницы существ”, причисляет все организмы к одному общему направлению. Это противоречит фактам, известным из курса зоологии, которые доказывают существование по крайней мере трёх направлений прогрессивной эволюции. Одно из них ведёт к головоногим моллюскам, другое — к насекомым, третье — к птицам и млекопитающим. Таким же образом разошлись пути развития и в других группах организмов.

Во-вторых, ламарковские законы прямого влияния среды и упражнения органов предполагают, что 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”. Это не соответствует нашему опыту (“Если б знал, где упаду, — соломки подстелил бы”). Черепаха в соответствии с теорией Ламарка должна была каким-то фантастическим образом упражняться в наращивании панциря, вынашивая сложный проект защиты от врага, с которым (поскольку жива) не встречалась ни она сама, ни её предки.

В-третьих, нам не известны пути преобразования наследственности от признака к гену и передачи признака от фенотипа к генотипу в пределах одного поколения организмов. Нам хорошо знакомы примеры модификационной изменчивости. Так, из семян одной сосны в разных условиях вырастут деревья различной высоты, толщины, с различной формой кроны и длиной хвоинок. Наоборот, из семян болотной сосны на обычной почве вырастут нормальные, а не угнетённые деревья. Кроме того, дети спортивных чемпионов, знаменитых учёных или музыкантов не смогут повторить успехи своих родителей, если сами не будут заниматься избранной деятельностью столь же упорно. Из генетики мы знаем, что наследственные изменения не имеют приспособительной направленности.

Заслуга Ламарка в том, что он в своей теории впервые объединил идею изменяемости видов с идеей прогрессивной эволюции. Однако Ламарк не смог обнаружить истинные механизмы эволюционного процесса. Предложенные им объяснения были умозрительны и потому неубедительны, а порой даже вызывали улыбку у современников.

Истоки взглядов Дарвина

39.7. Чарлз Дарвин.

ЕСЛИ ДЛЯ Ламарка основой в создании эволюционной теории служила “лестница существ”, то для великого английского натуралиста Чарлза Дарвина (1809-1882) толчком стали наблюдения, сделанные им во время кругосветного путешествия на корабле “Бигль”. В Южной Америке он наблюдал ленивцев, обитающих только на этом континенте, и там же нашёл ископаемые останки гигантского ленивца (рис. 39.8). Вспомнив о других подобных примерах, Дарвин задался вопросом: в чём причина сходства распространения современных и вымерших форм? Нельзя ли предположить, что современные и древние организмы одного материка связаны родством?

39.8. Скелеты ископаемого гигантского ленивца и близкого ему современного вида.

Посетив Галапагосские острова, он обратил внимание на разнообразие местных вьюрков. Одни из них встречались повсюду, другие — лишь на отдельных островах. Неужели Создатель для каждого, даже маленького острова сотворил особые виды? Не проще ли предположить, что на некогда пустынный архипелаг были занесены ветром отдельные виды мелких птиц? Постепенно изменяясь, на разных островах они смогли приспособиться к питанию различными массовыми кормами (рис. 39.9).

39.9. Дарвиновы вьюрки и их предполагаемые родственные связи.

Теория эволюции путём естественного отбора

Основы этой теории английские натуралисты Чарлз Дарвин и Альфред Уоллес высказали на заседании Линнеевского общества в Лондоне в 1858 году. В 1859 году вышла знаменитая книга Ч. Дарвина “Происхождение видов путём естественного отбора”, в которой он представил первый подробный вариант своей теории эволюции. Отдавая должное гению Дарвина, Уоллес назвал свою главную эволюционную книгу “Дарвинизм”.

Опираясь на передовые научные знания, тщательно проанализированный опыт селекционеров и собственные наблюдения в природе, Дарвин сделал три эмпирических обобщения — три вывода из собранных фактов, следствия из которых легли в основу его теории (рис. 39.10).

39.10. Схема, отражающая основные положения теории Дарвина – Уоллеса.

Все организмы обладают избыточностью размножения: они приносят больше потомков, чем необходимо для простой смены поколений. Обратить внимание на это Дарвину помогла брошюра священника Томаса Мальтуса, в которой приводились статистические данные о геометрической прогрессии роста народонаселения на протяжении истории. В самом деле, только высокая смертность сдерживает геометрический рост популяций растений и животных в природе. Если бы пара родителей в течение жизни оставляла себе на смену лишь двух потомков, то гибель некоторых из них до размножения неизбежно и быстро привела бы к вымиранию популяции. Как нам известно, избыточность размножения некоторых видов достигает астрономической величины, но рост их численности сдерживается столь же высокой смертностью. И это не удивительно, поскольку жизненное пространство ограниченно и количество ресурсов в нём из года в год остаётся достаточно постоянным.

Противоречие между избыточным размножением и ограниченностью ресурсов неизбежно приводит особей к борьбе за существование. В это понятие входит вся совокупность способов выжить и оставить полноценное потомство. Выражаясь современным языком, под борьбой за существование Дарвин понимал всю совокупность взаимоотношений организма со средой обитания — то есть всё многообразие экологических взаимоотношений.

Организмам свойственно отличаться друг от друга: изменчивость — всеобщее свойство. Дарвин убедился в этом, изучая работу селекционеров. Мы теперь можем добавить, что даже наиболее сходные организмы — потомки одних и тех же родителей — непременно различаются благодаря комбинативной или хотя бы (при бесполом размножении) мутационной изменчивости.

Если хотя бы часть отличительных особенностей организма влияет на успешность его выживания и размножения, то борьба за существование неизбежно должна приводить к естественному отбору— избирательному выживанию и размножению организмов. При этом вероятность выжить и дать потомство будет выше у более приспособленных особей — тех, чьи отличия дают преимущество в данной среде обитания.

Всем организмам свойственна наследственность — способность родителей передавать потомкам свои отличительные особенности или хотя

бы некоторые из них. Это следует из наблюдаемого более высокого сходства детей с родителями, а не с другими, неродственными организмами. Теперь нам известны глубокие причины такого сходства.

Если последствия естественного отбора наследуются из поколения в поколение, это с неизбежностью приводит к эволюции популяции — постепенному необратимому преобразованию организмов в процессе смены поколений. Так как естественный отбор благоприятствует более приспособленным организмам, то и эволюция в целом имеет адаптивный характер.

В каждом поколении популяции признаки особей служат датчиком, по которому оценивается качество популяции. В борьбе за существование все особи проходят контроль со стороны условий среды обитания. Устраняются преимущественно те из них, признаки которых сильнее отклоняются от требований среды. Особи, прошедшие фильтр естественного отбора, вступают в размножение и вносят свой вклад в численность следующего поколения. Чем меньше отклонение признаков особи от оптимального сочетания в данных условиях среды, тем больше её вероятность пополнить популяцию своими потомками. Так, с помощью этой обратной связи происходит обновление популяции и изменение её качества под постоянным контролем требований среды. Механизмом обратной связи служит естественный отбор (рис. 39.11).

39.11. Схема регуляции качества популяции естественным отбором особей, соответствующих требованиям среды обитания.

Изменчивость, наследственность и естественный отбор Дарвин назвал основными факторами эволюции. Среди них изменчивость и наследственность играют пассивную роль, создавая условия для преемственных преобразований. Активная, направляющая роль в этом процессе принадлежит естественному отбору, создающему формы жизни, приспособленные к среде обитания. Его Дарвин выделял как движущую силу эволюции.

Обобщение новых знаний

Разнообразие видов рассматривается креационизмом как следствие акта Божественного творения, недоступного для познания. Ж.-Б. Ламарк предложил первую эволюционную теорию, но она не опиралась на реальный механизм, обеспечивающий эволюционные изменения. Теория Дарвина - Уоллеса объяснила происхождение и эволюцию видов путём естественного отбора как приспособление организмов к условиям жизни.

Креационизм. Эволюция. Борьба за существование.

Естественный отбор. Факторы эволюции

Применение знаний

1. В чём отличие взглядов на происхождение видов креационистов и Ж.-Б. Ламарка?

2. Как объяснял Ж.Б. Ламарк прогрессивное развитие живых организмов и приспособление к среде обитания внутри каждой ступени “лестницы существ”?

3. Какие противоречия содержало учение Ламарка?

4. В чём разница подходов в объяснении приспособительной эволюции у Ламарка и Дарвина? (Используйте пример с жирафом.)

5. С помощью каких факторов Ч. Дарвин объяснял процесс эволюции? Какой из них можно назвать движущей силой?

6. Знаменитый натуралист П.Н. Кропоткин считал, что учение Дарвина о борьбе за существование надо дополнить представлениями о взаимопомощи между организмами и видами. Как ему можно возразить?

7. Что необходимо, чтобы естественный отбор имел эволюционные последствия?

8. Надо ли тренироваться сыну знаменитого спортсмена, чтобы достичь его результатов, или достаточно того, что тренировался отец?

9. Поработайте в паре (один - в роли учёного, другой - его оппонента, 1^1 затем поменяйтесь). Объясните с помощью теории Дарвина - Уоллеса, как могли возникнуть такие приспособления, как летучки у клёна, густая шерсть у северных животных, колючки у кактуса, стрекательные клетки у крапивы.