Предпосылки теории эволюции

Результаты современных  экспериментов показывают, что фундаментальные  законы природы – законы сохранения массы и энергии – в живых  системах выполняются в пределах точности эксперимента. При окислении  Сахаров, жиров или белков в организме  высвобождается то же количество энергии, что и при превращении их в  лабораторных условиях, и в таком  смысле организм человека или животного  подобен неживой химической системе. При этом ясно, что если и существует некая «жизненная сила», присущая только живой материи, то она по природе  своей не способна нарушить основополагающие законы – законы сохранения массы  и энергии. Можно констатировать и более сильное утверждение: многочисленные опыты показывают, что  в биологических системах ни один закон физики и химии не нарушается. Однако из этого утверждения рано делать вывод, что живые системы  подчиняются только законам физики и химии.

Характеризуя отличия  живого от неживой материи, кроме  уже упомянутой целесообразности, следует  назвать и осмысленность действий живых систем. Смысл не может существовать в форме полностью бестелесного «духа». Он исчезает, если не воплощен в некоторой материальной системе, включающей, например, вполне определенную конфигурацию нервных связей в мозгу. В то же время смысл может не зависеть от конкретной физической системы  его реализации. Например, исходящий  от человека смысл одного и того же лозунга не зависит от технических  средств его воспроизведения.

Итак, с весьма большой  степенью осторожности можно утверждать: живое – это материальная система, наделенная свойством целесообразности. Конечно, данное утверждение не претендует на полное, исчерпывающее определение  живых систем, и, безусловно, с развитием естествознания и науки в целом оно непременно будет конкретизироваться, дополняться и, следовательно, видоизменяться.

Если дать наиболее общее  определение эволюции, как некому не чудотворственному процессу, в результате которого возникают новые формы жизни, то подобные идеи возникали во все периоды расцвета человеческой цивилизации. Упоминания о них мы можем встретить в трудах древних ученых и философов Индии, Китая, Месопотамии, Египте, античной Греции. Даже, казалось бы, такая "современная" идея о происхождении человека от обезъяноподобных предков была впервые высказана за одну тысячу лет до нашей эры в "Аюрведе" ( Яблоков, Юсуфов, 2006). В древнем Китае за две тысячи лет до нашей эры проводилась мощная селекция животных, растений и рыб. В конце первого тысячелетия до нашей эры здесь уже были широко распространены представления о возможности превращения одних животных в другие. В XI-V тысячелетии до нашей эры в Средиземноморье, в Передней и Центральной Азии, Месопотамии, Египте, Индии и Китае уже были выведены многие домашние животные (собака, овца, свинья, коза, кошка, буйвол, бык лошадь и др.) и культурные растения (рис, пшеница, ячмень, просо, чечевица, лен, хлопчатник, виноград, дыня и мн. др.). В античной Греции Анаксимандр Милетский в труде «О природе» (около 540 г. до н. э.) писал, что животные возникли в воде, а потом защищенные твердыми покровами от высыхания освоили сушу. Человек, по его мнению, произошел от животных, первоначально подобных рыбе. Гераклит Эфесский (VI в. до н. э.) считал, что все живые существа, и человек в том числе, развились естественным путем из первичной материи. У "великана мысли" Аристотеля (IV в. до н. э.) встречаются высказывания о развитии живой природы, основанные на знании общего плана строения высших животных, гомологии и корреляции органов. Аристотель, видимо, одним из первых высказал предположение о существовании переходных форм. Подробнее ознакомиться с основными этапами развития эволюционных идей можно здесь и в книге Г.М. Длусского " История и методология биологии" (М.: Анабасис, 2006).

Таким образом представление о постепенном видоизменении живых форм существует с древних времен.

С древних времен существует представление о постепенном  видоизменении живых форм. Эту мысль достаточно определенно выразил еще древнегреческий философ Эмпедокл, живший в V в. до н. э. И все же на протяжении многих веков представление о неизменности форм органического мира оставалось господствующим, и причина этого, скорее всего, в том, что человек, по меткому выражению Чарлза Дарвина (1809–1882), смотрел на органический мир, «как дикарь смотрит на корабль, то есть как на нечто превышающее его понимание».

Зарождение  эволюционной идеи

Что поражает нас при знакомстве со строением любого живого организма? Прежде всего его целесообразность. Гончар ритмичным нажатием педали вращает гончарный круг; его искусные пальцы на наших глазах превращают бесформенный кусок глины в изящный кувшин. Сосуд предназначен для определенной цели – хранить воду, и все устройство его таково, чтобы выполнять эту задачу наилучшим образом. Давайте приглядимся к нему: дно широкое – чтобы кувшин был устойчивым, не опрокидывался от первого толчка; а горлышко у него узкое – чтобы уменьшить нагрев и испарение влаги. Только самый верх горлышка расширен в виде воронки – иначе в кувшин было бы трудно наливать воду. Если кувшин сделан подлинным мастером, он красив и вместе с тем целесообразен, мы называем его совершенным творением. Что же думает человек, когда знакомится с целесообразной организацией живого организма? Возьмем любую болотную птицу, например цаплю. У нее длинные оголенные ноги, что позволяет ей, оставаясь сухой, ходить по мелководью. Длинный клюв дает возможность добывать из-под воды пищу. У плавающей же птицы (уток, гусей) лапы короткие, снабженные плавательными перепонками: у нее есть специальные железы, которые выделяют жир и делают оперение непромокаемым. И когда человек знакомился со всем этим, невольно возникал вопрос: кто же создал птиц, столь удачно приспособленных к жизни на болоте или озере? Конечно, не люди. Значит? Значит, это сотворил другой, более могущественный творец!

И все же дерзкие умы  не могли смириться с таким  объяснением, французский натуралист XVIII в. Ж. Бюффон склонялся к мысли  о постепенном совершенствовании  живых организмов, а его последователь  Ж.-Б. Ламарк (1744–1829) впервые попытался  создать стройную теорию эволюции жизни  на Земле. Основным фактором эволюции Ламарк считал упражнение одних органов  и пассивность других под действием  условий жизни. Если орган упражняется, рассуждал Ламарк, он постепенно усиливается, а если не упражняется, то ослабевает и отмирает. На первый взгляд, здесь  все ясно. Сравните гимнаста с человеком, не занимающимся спортом. У первого  мышцы упруги и эластичны, они  так и играют под кожей. У второго  мышцы дряблые, под кожей изрядный слой жира. И если мы зададим вопрос, каким же образом гимнаст достиг такого состояния, то на него без особого  труда сможет ответить каждый: путем  упражнений!

Однако наш вопрос не покажется  столь простым, если мы перейдем к  детям этих людей. Конечно, они могут  пойти по стопам своих отцов, тогда  различия между ними будут такими же. Ну а если и те, и другие одновременно начнут заниматься спортом под руководством одного и того же тренера и с  равным прилежанием? Можем ли мы утверждать, что в этом случае дети гимнаста обязательно добьются лучших спортивных результатов, чем их товарищи? В общем  виде этот вопрос можно сформулировать так: передаются ли детям те признаки, которые у родителей выработались в процессе жизни путем упражнений или в результате приспособления к внешним условиям? Ламарк на этот вопрос отвечал: передаются! Если вернуться  к нашему примеру с болотными  и плавающими птицами, то, по мнению Ламарка, их предки, ничем не отличавшиеся от обычных птиц, попав в силу обстоятельств в особые условия, например на болото, стали усиленно упражнять свои ноги, которые начали удлиняться и постепенно достигли длины  ног современной цапли. Другие же птицы, вынужденные жить и питаться на озерах и реках, пытались плавать, быстро разводя и соединяя пальцы. От этого кожица у оснований пальцев растягивалась, и в результате через много поколений образовались плавательные перепонки.

Предположение Ламарка о  развитии и совершенствовании имеющихся  органов совершенно не отвечало на такой важный вопрос: каковы причины появления совершенно новых органов? В самом деле, каким «упражнением» можно объяснить появление рогов у некоторых животных? Чтобы найти выход из создавшейся ситуации, Ламарк наделил живые существа особым свойством – «стремлением к совершенствованию». Весь органический мир, полагал французский ученый, непрерывно изменяется, улучшается сам по себе благодаря присущему живым организмам стремлению к прогрессу.

Взгляды Ламарка, изложенные им в 1809 г., не нашли признания у  современников. Куда большей популярностью  пользовались воззрения его соотечественника Ж. Кювье (1769–1832). Пока Ламарк размышлял  о причинах целесообразности живых  организмов, Кювье избрал эту целесообразность основным орудием исследования. Он исходил из того, что все органы в организме взаимообусловлены  и соотнесены. Возьмем травоядное животное. Растительная пища малопитательна, для удовлетворения потребностей организма  ее требуется большое количество. Значит, желудок травоядного животного  должен быть большим. Размер желудка  обусловливает размеры других внутренних органов: позвоночника, грудной клетки. Массивное тело может держаться  на мощных ногах, снабженных твердыми копытами, а длина ног обусловливает  длину шеи, чтобы животное могло  свободно щипать траву. Зубы у него должны быть широкими, плоскими, с большой  истирающей поверхностью.

Иное дело хищники. Пища у  них более питательна, значит, желудок  может быть небольшим. Хищнику нужны  мягкие лапы с подвижными когтистыми пальцами, чтобы незаметно подкрадываться к добыче и хватать ее. Шея у хищника должна быть короткой, зубы острыми и т. д.

Свой метод Кювье довел  до такого совершенства, что нередко  по одному найденному зубу ему удавалось  восстанавливать облик всего  животного. Если же он располагал скелетом или хотя бы его частью, то успех  был обеспечен. Так Кювье открыл целый мир ископаемых животных. Гигантские ящеры, некогда обитавшие на Земле, мамонты и мастодонты – если мы сейчас хорошо осведомлены о них, то заслуга в этом принадлежит прежде всего Жоржу Кювье. Своими открытиями ученый внес огромный вклад в будущую эволюционную теорию, но сам он об этом не подозревал.

Изучая вымерших животных, Кювье обнаружил, что останки  одних видов приурочены к одним  и тем же геологическим напластованиям и не встречаются в соседних пластах, для которых свойственны совершенно другие организмы. Отсюда он сделал вывод, что животные, некогда населявшие нашу планету, погибали почти мгновенно  от каких-то неизвестных причин, а  позднее на их месте появлялись новые, не имевшие ничего общего со своими предшественниками. К тому же, по данным Кювье, многие нынешние участки суши некогда были морским дном, причем море здесь наступало и отступало  по нескольку раз. При этом осадочные  породы, которые обычно должны быть расположены горизонтально, часто оказывались изломанными, смятыми в гигантские складки. Все эти факты заставили Кювье предположить, что на Земле время от времени происходили гигантские катастрофы, уничтожавшие целые материки, а вместе с ними и всех их обитателей. Позднее на их месте появлялись новые организмы. Как ни странно сейчас звучит эта теория катастроф, в начале XIX в. она выглядела вполне убедительной.

В то время, когда теория Кювье считалась абсолютно достоверной, к геологическим исследованиям  приступил англичанин Ч. Лайель (1797–1875). Он скорее интуитивно, чем сознательно, сразу почувствовал произвольный характер теории катастроф. Много путешествуя, он обращал особое внимание на те геологические процессы, которые постоянно происходят вокруг нас. Чтобы понять прошлое Земли, надо изучить ее настоящее – вот что стало основным принципом научных исследований Ч. Лайеля. Наблюдая за отложениями в дельтах рек, за деятельностью ветра, морских приливов и отливов, изучая образование мелей, кратеры вулканов, Лайель пришел к убеждению, что медленные, ничтожные изменения на Земле могут и сегодня привести к самым поразительным результатам, если будут происходить достаточно долго и в одном направлении. Особенно тщательно Лайель изучал отложения третичной эпохи, которая в истории развития Земли непосредственно предшествует нашей. Он отметил, что многие организмы, обитавшие тогда, встречаются на Земле и сейчас. При этом в одно и то же время нарождались новые виды и доживали свой век старые. Такие выводы в корне подрывали теорию Кювье. Сам Лайель не утверждал, что одни виды происходят от других, – подобная мысль не приходила ему в голову. Но, доказав медленный, постепенный характер геологических изменений, он создал еще одну предпосылку развития эволюционной идеи.

7.9. Эволюция жизни

История возникновения теории эволюции Дарвина

В 1831 году, отправляясь в  кругосветное плавание, молодой англичанин Чарлз Дарвин прихватил с собой  только что вышедший первый том «Основ геологии» Лайеля, а через пять лет привез из плавания огромное количество материалов, подтверждающих правоту  его основополагающей идеи. Но это  не все: Дарвин привез и нечто большее  – убежденность в том, что виды живого изменчивы, что то животное и  растительное царство, каким мы его  знаем сегодня, – результат постепенного, очень длительного развития сложного органического мира.

Проблемой эволюции Ч. Дарвин начал вплотную заниматься в 1836 г. после  возвращения из кругосветного путешествия  на корабле «Бигль». Он обсуждал ее с немногими своими коллегами, в том числе и в переписке. Поэтому многим казалось, что он целиком погрузился в изучение и классификацию усоногих раков и исполняет обязанности секретаря Геологического общества. Коллеги советовали ему опубликовать свою гипотезу, но он не последовал их совету. И вот 14 июня 1858 г. Дарвин получил письмо от Альфреда Рассела Уоллеса (1823–1913) из Тернате на Молуккских островах. В письме находилась статья, которую Уоллес просил передать сэру Чарлзу Лайелю, известному геологу и другу Дарвина. В ней кратко излагалась сущность теории эволюции путем естественного отбора.

Предположение о том, что  виды могут изменятся, Уоллес опубликовал в одной из своих работ раньше – в 1855 г. Такая идея получила развитие после прочтения им в 1858 г. труда английского ученого Томаса Мальтуса (1766–1834) «Опыт о законе населения». Мальтус полагал, что каждая популяция стремится максимально размножиться без учета средств к существованию, и когда она достигает некой предельной численности, зависящей от условий жизни, дальнейшему росту начинает препятствовать нищета: излишняя численность популяции должна гибнуть. Это может происходить трагически и внезапно или в результате возрастания смертности с приближением к пределу возможного роста. Мальтус специально не занимался вопросом, кто выживет, а кто погибнет. Догадка Уоллеса состояла в том, что выживать будет не случайная выборка из популяции, а особи, которые лучше приспособлены к условиям существования. Если их приспособленность выше среднего уровня для всей популяции и она хотя бы частично наследуется, то вид в целом будет изменятся в направлении большей приспособленности, т. е. более высокой адаптации к среде обитания. Интересно, что Дарвин пришел к таким же выводам, прочитав труд Мальтуса.

Уоллес, в то время малоизвестный  натуралист, занимался сбором тропических  насекомых. Однако в сложившейся  ситуации его сообщение нельзя было игнорировать. Посоветовавшись со своими друзьями, прежде всего с Ч. Лайелем  и Джозефом Гукером (1817– 1911), известным ботаником, Дарвин решил, что нужно объединить выдержки из письма, которое он незадолго до этого отослал американскому ботанику А. Гресо, резюме неопубликованной статьи, написанной еще в 1844 г., и сообщение Уоллеса. Все это было оформлено в виде доклада, представленного 1 июля 1858 г. Линнеевскому обществу. Книга Дарвина «Происхождение видов» вышла в свет в ноябре 1859 г., и все 1250 экземпляров ее были распроданы в первый же день.