Принципы эволюции в биологии

Принципы  эволюции в биологии 
 
 

Интенсивное проникновение эволюционной парадигмы  в биологию началось в конце XVIII в. благодаря работам французского биолога Ламарка. Ламарк объяснил изменчивость видов взаимодействием двух факторов: влияния внешней среды (питание, климат, упражнение органов) и наследственности. Проблемы, поставленные Ламарком, были успешно разрешены Ч. Дарвином в его работе «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859), которая заложила основу учения о биологической эволюции. Это наука о причинах, движущих силах и закономерностях изменения и развития живых организмов. Эволюционное учение является теоретической основой современной биологии. С точки зрения теории эволюции все многообразие живой природы является результатом действия трех взаимосвязанных факторов: наследственности, изменчивости и естественного отбора. Эти выводы теории эволюции базируются на следующих наблюдениях. Во-первых, в любой популяции животных наблюдается изменчивость составляющих ее особей. Во-вторых, некоторые из этих изменений получены от родительских особей, другие являются результатом приспособления к окружающей среде и приобретены в течение жизни. В-третьих, рождается, как правило, гораздо большее число организмов, чем доживает до стадии размножения. Причем выживают те организмы, которые обладают сочетанием признаков, повышающих вероятность их выживания и размножения. Если эти признаки закреплены в генах, они передаются потомству. Наиболее ярко эволюционные процессы проявляются на уровне популяций (длительно существующих групп особей, устойчиво сохраняющихся на протяжении жизни многих поколений). Виды, как правило, состоят из нескольких популяций, хотя бывают и исключения. Появление элементарных эволюционных изменений в популяции, то есть ее новых устойчивых признаков, передающихся по наследству через несколько поколений зависит от следующих эволюционных факторов. Первое. Перестройка генов - мутационный процесс. Является основой разнообразия особей в популяциях, но он основан на случайности и не определяет направление эволюции. Второе. Популяционные волны - резкие колебания численности особей, они могут резко менять число встречающихся мутаций, создавая те или иные предпосылки для эволюционных изменений. Третье. Изоляция - возникновение препятствий, уменьшающих возможности обмена генетической информацией с другими группами особей данного вида. Она выступает как фактор, закрепляющий начальную стадию дифференциации генофонда обособившейся группы. Четвертое. Естественный отбор - выживание и оставление потомства. Этот фактор действует на всех стадиях развития особи, причем отбор закрепляет именно те особенности, которые полезны данному виду как целому. Эти признаки могут быть вредны для особи, но полезны для популяции. Таким образом, весь ход эволюции видов ведет к тому, что признаки, обеспечивающие выживание в данных условиях, встречаются в популяции все чаще от поколения к поколению, определяя направление развития вида. Эволюция есть направленный процесс исторического изменения живых организмов. Указанные факторы действуют не только на популяционном и видовом уровне как микроэволюции, но также и на надвидовом уровне как макроэволюция, образуя новые виды и классы живого. Современная сложная структура живого является результатом продолжавшейся миллионы лет макро- и микроэволюци. 

Комплекс  представлений о макро- и микроэволюции, сложившийся к середине ХХ в., стали  называть синтетической теорией  эволюции. 

Генетика - это биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Она является научной основой для разработки методов селекции, то есть создания новых пород животных, видов растений и т.д.  

Основными направлениями исследований ученых-генетиков  в ХХ в. стали: 

Изучение  элементарных материальных структур, которые являются носителями генетической информации, единицами наследственности.

Исследование  механизмов и закономерностей передачи генетической информации.

Изучение  механизмов реализации генетической информации, ее претворение в конкретные признаки и свойства организма.

Выяснение причин и механизмов изменения генетической информации на разных этапах развития организма. 

Крупнейшие  открытия современной генетики связаны  с установлением способности  генов к перестройке - мутирование. Мутации могут быть полезными, вредными или нейтральными. Одним из результатов мутаций может быть появление организма нового вида - мутанта. Причины мутаций (изменения генной информации) до конца не выяснены. Однако установлены основные факторы, вызывающие мутации, так называемые мутагены. Известно, например, что мутации могут вызываться некоторыми общими условиями, в которых находится организм: его питанием, температурным режимом и т.д. или действием экстремальных факторов, например, некоторых химических веществ или радиоактивных элементов. Одним из наиболее опасных видов мутагенов являются вирусы. 
 
 
 
 

Отличие живого от неживого

Существует несколько  подходов к определению живого вещества: 

1. выделение  основных свойств, отличающих  живое от неживого - питание, дыхание,  самовоспроизводство, а также  различные оптические свойства живого и неживого: живое всегда оптически активно, т.е. молекулы обладают общей асимметрией и поляризуют свет, косное же вещество - минералы - имеют разные виды симметрии; 

2. витализм (греч. vita - жизнь, vitalis - жизненный) - всё живое обладает душой (некоторые религии, впрочем, лишь человека наделяют душой); сущность и явления жизни объясняются наличием в организмах некоего нематериального начала - жизненной силы, души, энтелехии (греч. entelecheia) - последний термин имеется в философии Аристотеля и означает достижение цели, осуществляемое нематериальным деятельным началом, движителем материи; 

3. редукционный  подход - основан на клеточном  строении организмов, клетка - это  основа единства живых организмов. 

Разумеется, этими  тремя путями не исчерпываются все мнения, в качестве альтернативного подхода можно процитировать В.Солдатова (статья «Вопросы вечные (опыты православной философии)», журнал «Свет - Природа и Человек», №5, 2001г.): 

«для живой  материи характерно различение добра  и зла, в то время как материя мёртвая в этом плане совершенно индифферентна. Конечно, на это можно возразить, что какие-либо примитивные формы вроде бактерий едва ли способны осознать различие между добром и злом... но... для тех же бактерий зло проявляет себя прежде всего как смерть, которой они активно сопротивляются. Поэтому и они вполне способны отличить добро от зла...

Добро и зло  нематериальны, т.к. согласно ленинскому определению материи, не даны нам  в ощущении. И различать нематериальные сущности способна лишь нематериальная субстанция. Поэтому природа жизни также нематериальна...» 
 

Основные  различия между растениями и животными 

3. Основные различия  между растениями, животными

Со  времен Аристотеля ученые делят мир живых  существ на два  царства – царство животных, царство растений.

К животным обычно относят  такие живые существа, которые питаются готовыми органическими  соединениями, синтезируемыми зелеными растениями. Органическую пищу животные поглощают, поедая растения или других животных. В зависимости от уровня организации животных делят на две основные группы. Первая группа объединяет так называемые простейшие, или одноклеточные, организмы (например жгутиковые, инфузории, т.п.). Вторая – многоклеточные (все остальные). В ходе развития органического мира у животных возникли двигательная, пищеварительная, дыхательная, кровеносная, нервная системы, органы чувств.

Большинство растений необходимые  для жизни вещества получают в результате «поглощения» минеральных  соединений. Растительные организмы, в отличие  от животных, как  правило, неподвижны. Так называемые зольные (неорганические) элементы питания  они «всасывают»  с помощью корневой системы. Поскольку содержание веществ, необходимых для жизни растений, на том или ином участке ограничено, растительные организмы постояно меняют точки контакта со средой, например, корневая система, крона деревьев растут, ветвятся на протяжении всей их жизни. А животные, отыскивая пищу, меняют место своего обитания. Размеры их тела увеличиваются лишь до определеного предела, характерного для даного вида.

Все живые существа (как  животные, так, растения) состоят из клеток. Из клеток строятся ткани, из тканей – различные органы, их системы. Клетки животных, растительных организмов имеют примерно одинаковое строение. Важнейшей их частью является ядро. Оно контролирует всю жизнедеятельность клетки: обмен веществ, рост, размножение. Удаление ядра из клетки приводит к ее гибели.

Ядро  клетки окружено колоидной  субстанцией –  цитоплазмой. Цитоплазма почти всех растений содержит небольшие  белковые тельца –  пластиды. В пластидах  заключен хлорофил –  вещество, которое  придает растениям  зеленую окраску. Благодаря наличию хлорофила, растения способны осуществлять процесс, называемый фотосинтезом. В ходе фотосинтеза растения, используя энергию солнечного света, превращают в органическое вещество громадное количество углерода (по подсчетам ученых около 200 милиардов тон ежегодно).

Создаваемое зелеными растениями органическое вещество служит продуктом  питания для животных.

Каждая  клетка животных, растений окружена плазматической мембраной. Мембрана играет чрезвычайно  важную роль в регулировании  содержимого клетки: через нее проходят все питательные вещества, все отходы (продукты секреции) клетки. Растительные клетки, кроме мембраны, снабжены еще плотной клеточной стенкой. Она во многих местах имеет мельчайшего размера отверстия, через которые вещество одной клетки переходит в другую. Клеточная стенка служит опорой растительного организма.

Основные  структурные различия между животными, растительными клетками немногочислены. Во-первых, животные клетки, в  отличие от растительных (исключая низшие растения), содержат небольшие тельца – центриоли, расположеные в цитоплазме, необходимые при митозе. Во-вторых, как уже говорилось, клетки растений имеют в цитоплазме белковые образования – пластиды, которых нет у животных. И в-третьих, клетки растений обладают упомянутой ранее клеточной стенкой, благодаря которой они сохраняют свою форму. Животные клетки располагают лишь тонкой плазматической мембраной, поэтому способны двигаться, менять форму.

Все живые организмы, т.е. растения, животные, характеризуются (в  той или иной степени) определеными размерами, формой, обменом веществ, подвижностью, раздражимостью, ростом, размножением, приспособляемостью. Перечисленые выше свойства отличают живое от неживых объектов. Определить же, какие существа относятся к растениям, а какие к животным, совсем не просто, как может показаться на первый взгляд. Конечно, знакомые большинству людей такие представители животного мира, как домашние животные, а растительного – различные виды деревьев, кустарников, трав не вызывают особых затруднений.

Однако в природе существует ряд организмов, которые находятся как бы посреди двух царств – растений, животных. Для примера назовем простейшее одноклеточное существо – эвглену зеленую. Она двигается как животное, а питается как растение. Таким образом, эвглена представляет собой как бы переходное звено между растительным, животным миром.

Приведем  еще некоторые  суждения о родстве  животных, растений.

«В  сущности, у растений, животных много общего:, те, другие состоят  из структурных, функциональных единиц – клеток, у тех, других много общих процессов обмена веществ. Однако между ними ряд явных, скрытых различий» (К. Вили «Биология»).

«Главный  признак, с помощью  которого мы отличаем животное от растения, – это способ питания,»  – пишет Б.М. Завидовский  в книге «Животное, растение».

В самом деле, кто  из нас не обращал  внимания на эту удивительную способность растений создавать свое тело как будто «из  ничего», т.е. из земли, воды, воздуха, в то время как человек, все другие животные для поддержания  жизни должны уничтожать другие живые существа.

Животные  могут питаться только «органической» пищей, т.е. той, которая  состоит из живых  или убитых частей (органов) живых существ  – животных или  растений. Если в  нашей пище, должны присутствовать такие  «минеральные» или  «неорганические» вещества, как соль или вода, то не они составляют главную часть нашей пищи. Что же касается воздуха, то ни одно животное не способно извлечь из него что-либо, кроме кислорода, который служит для дыхания, но не для питания.

Но  обратимся к растению. Посреди выжженых солнцем пустынь, или на тучных полях, или среди залитых водой болотистых пространств пробиваются из-под земли всевозможные растения. Чем питаются они? Опыты, повтореные бесчисленое количество раз, показали, что, произрастая на обычной почве, растения питаются исключительно за счет минеральных солей, используя фотосинтез.

«Животное, растение разделили  между собой труд: животное расходует  то вещество, ту энергию, которые запасаются растением: в свою очередь растение получает необходимую  для него энергию от солнца. Животное зависит от растения, растение зависит от солнца», – отмечал К.А. Тимирязев.

С древнейших времен человека удивляла приспособленость живых организмов к условиям существования. Как приспосабливались  к окружающим условиям растения? Что способствовало их выживаемости?