Биологический прогресс и пути его достижения

 Биологический прогресс проявляется  в том, что та или иная  группа животных сильно размножается, расселяется и захватывает новые  ареалы. Это происходит при особенно  благоприятных обстоятельствах,  когда данная группа имеет  обильный корм, у нее мало врагов  и нет серьезных препятствий  для размножения. 

 Непрерывно возрастающее число  особей данного вида служит  признаком биологически прогрессивной  эволюции этого вида. Например, в  надклассе рыб, включающем более  20 тысяч видов, 95 % составляют биологически  прогрессивные костистые рыбы, а  современные двоякодышащие рыбы  представлены всего 6 видами, очень  малочисленными. Первые освоили  различные места обитания, вторые  обитают только в пресной воде  на ограниченных участках. Итак, биологический прогресс, по Северцову, характеризуется тремя признаками:

1) численным увеличением особей  данной систематической группы;

2) прогрессивным расселением и  захватом новых ареалов; 

3) распадением группы на соподчиненные  систематические единицы (разновидности,  подвиды, виды и т. д.).

 А. Н. Северцов подчеркивает, что содержание, которое он вкладывает в выражение «биологический прогресс», равнозначно дарвинскому понятию «победы в борьбе за существование». Оно обозначает, что потомки какого-либо прогрессивного вида занимают доминирующее положение в природе по сравнению с представителями родственной им группы, которая не прошла подобной эволюции. Возникает вопрос, почему же количество «низших», непрогрессивных организмов значительно больше, чем высокоорганизованных и прогрессивных. Так, например, в 1 мᶾ почвы живет до 20 миллиардов особей простейших. А. Н. Северцов пришел к выводу, что биологический прогресс как успех группы в борьбе за существование может достигаться разными путями - усложнением или упрощением организации; следовательно, «носителями биологического прогресса могут быть как высоко - так и низкоорганизованные формы. На знаменитый вопрос Дж. Хаксли «кто прогрессивнее, туберкулезная бацилла или человек» можно дать такой ответ: и туберкулезная бацилла, и человек - формы биологически прогрессивные, поскольку не сокращается занимаемый ими ареал и не падает их численность.

 Таким образом, пути достижения  биологического прогресса (по  Северцову) следующие:

1) Морфофизиологический прогресс - ароморфоз - такие значимые изменения  строения организма и его функций,  которые поднимают энергию жизнедеятельности  на новый качественный уровень.  То есть морфофизиологический  прогресс является лишь частным  способом биологического прогресса,  одним из способов его достижения.

2) Морфофизиологическое приспособление (адаптация в узком смысле слова,  или идиоадаптация).

3) Эмбриональные приспособления (ценогенезы).

4) Морфофизиологическая дегенерация  (упрощение строения).

 Для организма паразита, обитающего  внутри тела хозяина, большинство  систем органов оказываются бесполезными. Упрощение строения при паразитизме  объясняется переходом животных  и растений от активного способа  питания к пассивному, от активного образа жизни к сидячему. При этом у организмов редуцируются органы, несущие активные функции (конечности, нервная система, корни, листья), но значительного развития достигают такие органы, как присоски, крючья, половая система. То есть упрощение строения ведет к увеличению численности вида и его экологическому процветанию. Например, водные цветковые растения, растения-паразиты и полупаразиты, животные-паразиты, усоногие раки, некоторые оболочники являются биологически процветающими формами.

 Практически нельзя найти  особь животного и растения, у  которой не были бы обнаружены  те или иные паразиты. Паразитические  существа есть во всех классах  одноклеточных, в 13 из 14 классов  червей, в 5 классах членистоногих,  есть паразиты и среди позвоночных  животных. Среди высших растений  паразитические виды встречаются  более чем 2 000 родов (повилика, заразиха и т. д.).

 Упрощение строения или общая  дегенерация - один из путей  достижения биологического прогресса,  является не чем иным, как следствием  вторичной утраты потомками ароморфозов,  приобретенных предками. Ароморфозы  представляют собой кардинальные  морфологические перестройки, которые  обеспечивают организмам переход  на новый уровень организации.  Крупными ароморфозами являются  возникновение внутреннего скелета  у хордовых, поперечно исчерченной  мускулатуры у членистоногих,  трахейной системы у насекомых. 

 Рассмотрим в качестве примера  ароморфных изменений класс головоногих моллюсков. Известно, что завоевание новых мест обитания связано с развитием подвижности организмов. Головоногие моллюски произошли от малоподвижных животных - моноплакофор, живших в придонном слое свыше полумиллиарда лет назад, в конце кембрийского периода. Моноплакофоры считались вымершими, пока в начале 1950-х годов в глубинах Тихого океана не был открыт первый современный представитель - неопилина.

 Моноплакофоры ползали по дну, имели широкую ногу и высококоническую колпачковидную раковину. Верхняя часть внутренностного мешка, включавшего пищеварительную и половую железы, занимала примакушечную часть раковины и отделялась от нее несплошной перегородкой. Затем образовалась целая серия таких как бы вставленных друг в друга колпачковидных перегородок, пронзенных отверстием, в которое входила вершина внутренностного мешка. Пространство между ними и стенкой раковины - незамкнутые камеры - заполняла жидкость, мало чем отличающаяся от морской воды.

 И вот тут-то произошло  событие, которое сразу отделило  образовавшуюся новую форму от  моноплакофор. Обычный в мембранах клеток самых разных организмов фермент - мембранная натрий-калиевая аденозинтрифосфатаза, или Nа+-К+-атфаза, регулирующий обмен одновалентных ионов через мембрану, - стал откачивать из внутрикамерной жидкости ионы натрия (калия в морской воде мало), а с ними стали выходить и ионы хлора. Жидкость в камерах опреснялась и становилась легче морской воды. Ионы перекачивались через мембрану в кровь, кровь осолонялась, между нею и камерной жидкостью создавалась разница осмотического давления, которая выгоняла жидкость из камер в кровь. В камерах создавалось разрежение (конечно, относительно гидростатического давления на той глубине, где жил моллюск), и туда пассивно диффундировали растворенные в крови газы. Кислород быстро поглощался тканями, а азот оставался.

 В камерах появлялись газовые  пузыри. Моллюск становился легче  воды и мог всплывать над  дном. Активно плавающих в толще  воды хищников тогда не было, и оторвавшийся от дна моллюск  оказывался в безопасности. Откачивать  ионы нужно было непрерывно, поэтому когда ему нужно было опуститься на дно, он просто прекращал это делать. Соленая вода через кровь поступала в камеры, и моллюск становился тяжелее.

 Так возник механизм регуляции  плавучести жесткого жидкостного  типа («подводная лодка»): прочная  структура, способная противостоять  раздавливающему гидростатическому  давлению морской воды, и в  ней камеры, которые могут либо  пассивно заполняться морской  водой, либо активно опустошаться  и впоследствии пассивно заполняться  газом. Это был первый важнейший  ароморфоз на пути эволюционного  развития головоногих. Он положил начало самому классу. На основе этого ароморфоза - и только после него - возникли новые приспособления очень широких возможностей: ползательная нога моллюска превратилась в воронковидную трубку, соединенную с мантийной полостью. Возникло, стало быть, сопло нового - гидрореактивного движителя. Основным источником движущей силы стали парные мускулы. Быстро втягивая голову моллюска в мантийную полость, они тем самым выжимали воду из мантийной полости через воронку и создавали реактивный толчок назад или вниз в зависимости от того, куда было направлено подвижное устье воронки. Эластичные коллагеновые волокна, растянувшиеся при сокращении мышц, подобно пружине, возвращали голову в первоначальное положение, а мантийная полость пассивно заполнялась водой - холостой ход движителя.

 Эти два независимых и  существенно разных ароморфоза, из которых второй мог возникнуть только после первого, и привели к возникновению основного плана строения головоногих моллюсков. За ними последовали другие, менее масштабные, но не менее важные приспособления. Щупальца моноплакофор преобразовались в руки головоногого моллюска, способные удерживать добычу. Усовершенствовались органы дыхания, кровоснабжения и пищеварения.

 Таким образом, от малоподвижности  путем ароморфоза моллюски перешли  к подвижному образу жизни.  Головоногие развивались одновременно  с рыбами, которые охотились на  них. Поэтому, чтобы успешно  выжить в мире рыб, надо было  сравняться с рыбами в бросковой  скорости и маневренности, либо  уйти в глубины океана. А для  этого необходим был полный  отказ от раковины не только  как от средства пассивной  защиты, но и от механизма плавучести. Отсюда головоногих моллюсков  ждал еще один ароморфоз - переход  к внутренней раковине и далее  полный отказ от нее. В настоящее  время головоногие моллюски - наиболее  высокоразвитые беспозвоночные, которых  недаром называют приматами моря. Это одна из бурно развивающихся  групп. 

 Кроме масштабных ароморфозов,  которые приводят к возникновению  новых таксономических групп  (например, классов, типов), существуют  и менее масштабные эволюционные  изменения, ведущие к биологическому  прогрессу, - это идиоадаптации. При  идиоадаптации происходит перестройка  признаков, характерных для предков. 

 В отличие от ароморфоза  идиоадаптации существенно не  меняют уровень организации и  происходят на уровне подвида,  вида, рода - все сводится к лучшему  приспособлению к условиям среды. 

 Например, черепахи отделились  от котилозавров еще в пермскую  эпоху и приобрели характерные  черты строения: плотный костный  спинной щит и брюшной щит.  Оба щита образовали прочный  защитный панцирь, в который  при опасности могут спрятаться  голова и конечности. Эти изменения  оказались очень стойкими, и в  таком виде черепахи дожили  до наших дней.

 Однако различные виды черепах  приспособились к различному  образу жизни. Одни из них  живут в сухих местностях - это  сухопутные черепахи (Testudo graeca), есть болотные формы (например, наша болотная черепаха - Emis lutaria), имеются пресноводные черепахи (Clemis) и чисто пелагические формы (Sphariis, Chelone), обитающие в открытой части водоемов.

 Существуют различия и по  способу питания: одни черепахи  употребляют только растительную  пищу, другие питаются животной  пищей. 

 Несмотря на все эти изменения  адаптивного характера, общий  уровень организации черепах  в течение многих миллионов  лет эволюции не повысился  - они остались всего лишь рептилиями. Разнообразие видов черепах возникло  не путем ароморфозов (повышающих  уровень организации), а путем  частных приспособлений к различным  условиям среды - идиоадаптаций. 

 Аналогичная картина наблюдается  у змей. Эти рептилии отделились  от общего предкового ствола  с ящерицами. От ящериц они  отличаются способом питания  и передвижения. Змеи - хищники, глотающие  добычу целиком. В связи с  этим у них произошло изменение  ротового аппарата, способного значительно  растягиваться. У змей атрофировались  передние и задние конечности, увеличилось число позвонков,  сильно удлинилось тело и произошли  другие изменения во внутренних  органах (например, редукция одного  легкого).

 Хотя змеи отличаются от  ящериц, их организация не выше, чем у ящериц.

 А. Н. Северцов считает, что идиоадаптации являются самым распространенным способом эволюции. Таким путем происходила эволюция внутри каждого класса животного мира. К идиоадаптациям относятся различные изменения окраски животных, включая случаи покровительственной и защитной окраски (полосатая зебра по уровню организации не выше, чем однотонно окрашенная дикая лошадь Пржевальского), мимикрия, различные изменения конечностей млекопитающих (стопохождение у енотовых, роющая конечность крота, летательная - у летучей собаки, лазательная конечность у ленивца, хватательная конечность у обезьяны, плавательная конечность кита, пальцеходная конечность у лошади).

 А. Н. Северцов отмечает, что прогрессивная эволюция идет путем чередования периодов ароморфоза и идиоадаптации. Периоды подъема уровня организации путем ароморфозов сменяются периодами, когда не происходит никакой морфофизиологической прогрессивной эволюции. Причем периоды ароморфозов значительно короче во временном плане, чем периоды идиоадаптаций. Во время идиоадаптаций, идущих следом за ароморфозом, прогрессивная группа распадается (дивергирует) на множество дочерних групп, которые отличаются друг от друга различными признаками, являющимися приспособлениями к разнообразной среде обитания.

 Например, млекопитающие произошли  от примитивных рептилий в  пермский период. В мезозое их  эволюция шла очень медленно. Она пошла быстрыми темпами  только с начала эоцена. Ароморфные изменения, появившиеся в этот период, были связаны с увеличением и усложнением легких, с образованием четырехкамерного сердца и с дифференцировкой зубов, обеспечившей лучший способ захватывания и пережевывания пищи. Волосяной покров уменьшил чувствительность к переменам температуры. К числу ароморфозов можно причислить и развитие млечных желез. Важным прогрессивным изменением мозга явилось увеличение и усложнение больших полушарий и мозжечка, что обеспечило развитие высших психических способностей млекопитающих. В своей работе «Эволюция и психика» А. Н. Северцов доказал, что психическая деятельность значительно повышает пластичность млекопитающих по отношению к быстрым изменениям внешней среды. Возникающие приспособительные механизмы происходят не путем видоизменения каких-либо органов, а путем изменения привычек, поведения, социальных отношений. Поэтому развитие мозга у млекопитающих - важнейший ароморфоз.