Чарльз Дарвин и его теория эволюции

Чарлз Роберт Дарвин (1809-1882) – основоположник эволюционной биологии. Ч.Дарвин является также автором ряда крупных работ по вопросам ботаники, зоологии, геологии и сравнительной психологии.

Жизнь и труды Ч. Дарвина. Чарльз Дарвин родился 12 февраля 1809 г. в семье врача. Во время обучения в университетах Эдинбурга и Кембриджа Дарвин получил глубокие знания в области зоологии, ботаники и геологии, навыки и вкус к полевым исследованиям. Большую роль в формировании его научного мировоззрения сыграла книга выдающегося английского геолога Чарльза Лайеля «Принципы геологии». Лайель утверждал, что современный облик Земли складывался постепенно под влиянием тех же естественных сил, что действуют и в настоящее время. Дарвин был знаком с эволюционными идеями Эразма Дарвина, Ламарка и других ранних эволюционистов, но они не казались ему убедительными.

 Решающим поворотом в его судьбе стало кругосветное путешествие на корабле «Бигль» (1832—1837). По словам самого Дарвина, в ходе этого путешествия на него произвели самое сильное впечатление: «1) открытие гигантских ископаемых животных, которые были покрыты панцирем, сходным с панцирем современных броненосцев; 2) то обстоятельство, что по мере продвижения по материку Южной Америки близкородственные виды животных замещают одни других; 3) тот факт, что близкородственные виды различных островов Галапагосского архипелага незначительно отличаются друг от друга. Было очевидно, что такого рода факты, так же как и многие другие, можно было объяснить только на основании предположения, что виды постепенно изменялись, и проблема эта стала преследовать меня».

По возвращении из плавания Дарвин начинает обдумывать проблему происхождения видов. Он рассматривает разные идеи, в том числе идею Ламарка, и отвергает их, так как ни одна из них не дает объяснения фактам поразительной приспособленности животных и растений к условиям их обитания. То, что ранним эволюционистам казалось изначально заданным и не требующим объяснений, представляется для Дарвина самым важным вопросом. Он собирает данные об изменчивости животных и растений в природе и в условиях одомашнивания. Через много лет, вспоминая, как возникла его теория, Дарвин напишет: «Вскоре я понял, что краеугольным камнем успехов человека в создании полезных рас животных и растений был отбор. Однако в течение некоторого времени для меня оставалось тайной, каким образом отбор мог быть применен к организмам, живущим в естественных условиях». Как раз в то время в Англии бурно обсуждались идеи английского ученого Т. Мальтуса о возрастании численности популяций в геометрической прогрессии. «В октябре 1838 г. я прочитал книгу Мальтуса «О народонаселении»,— продолжает Дарвин,— и так как, благодаря продолжительным наблюдениям над образом жизни животных и растений, я был хорошо подготовлен к тому, чтобы оценить значение повсеместно происходящей борьбы за существование, меня сразу поразила мысль, что при таких условиях благоприятные изменения должны иметь тенденцию сохраняться, а неблагоприятные — уничтожаться. Результатом этого и должно быть образование новых видов».

Алфред Рассел Уоллес (1823 – 1913) создал одновременно с Ч. Дарвином теорию естественного отбора. Один из основателей зоогеографии.

Итак, идея о происхождении видов путем естественного отбора возникла у Дарвина в 1838 г. В течение 20 лет он работал над ней. В 1856 по совету Лайеля он начал готовить свою работу к публикации. В 1858 г. молодой английский ученый Альфред Уоллес прислал Дарвину рукопись своей статьи «О тенденции разновидностей к неограниченному отклонению от первоначального типа». Эта статья содержала изложение идеи происхождения видов путем естественного отбора. Дарвин был готов отказаться от публикации своего труда, однако его друзья геолог Ч. Лайель и ботаник Г. Гукер, которые давно знали об идее Дарвина и знакомились с предварительными набросками его книги, убедили ученого, что обе работы должны быть опубликованы одновременно.

Книга Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь» вышла в 1859 г., и ее успех превзошел все ожидания. Его идея эволюции встретила страстную поддержку одних ученых и жесткую критику других. Этот и последующие труды Дарвина «Изменения животных и растений при одомашнивании», «Происхождение человека и половой отбор», «Выражение эмоций у человека и животных» немедленно после выхода переводились на многие языки. Примечательно, что русский перевод книги Дарвина «Изменения животных и растений при одомашнивании» был опубликован раньше, чем ее оригинальный текст. Выдающийся русский палеонтолог В. О. Ковалевский переводил эту книгу с издательских гранок, предоставленных ему Дарвином, и публиковал ее отдельными выпусками.

 

 

 

Основные принципы эволюционной теории Ч. Дарвина. Сущность дарвиновской концепции эволюции сводится к ряду логичных, проверяемых в эксперименте и подтвержденных огромным количеством фактических данных положений:

1.                              В пределах каждого вида живых организмов существует огромный размах индивидуальной наследственной изменчивости по морфологическим, физиологическим, поведенческим и любым другим признакам. Эта изменчивость может иметь непрерывный, количественный, или прерывистый качественный характер, но она существует всегда.

2.                              Все живые организмы размножаются в геометрической прогрессии.

3.                              Жизненные ресурсы для любого вида живых организмов ограничены, и поэтому должна возникать борьба за существование либо между особями одного вида, либо между особями разных видов, либо с природными условиями. В понятие «борьба за существование» Дарвин включил не только собственно борьбу особи за жизнь, но и борьбу за успех в размножении.

4.                              В условиях борьбы за существование выживают и дают потомство наиболее приспособленные особи, имеющие те отклонения, которые случайно оказались адаптивными к данным условиям среды. Это принципиально важный момент в аргументации Дарвина. Отклонения возникают не направленно — в ответ на действие среды, а случайно. Немногие из них оказываются полезными в конкретных условиях. Потомки выжившей особи, которые наследуют полезное отклонение, позволившее выжить их предку, оказываются более приспособленными к данной среде, чем другие представители популяции.

5.                              Выживание и преимущественное размножение приспособленных особей Дарвин назвал естественным отбором.

6.                              Естественный отбор отдельных изолированных разновидностей в разных условиях существования постепенно ведет к дивергенции (расхождению) признаков этих разновидностей и, в конечном счете, к видообразованию.

На этих постулатах, безупречных с точки зрения логики и подкрепленных огромным количеством фактов, была создана современная теория эволюции.

Главная заслуга Дарвина в том, что он установил механизм эволюции, объясняющий как многообразие живых существ, так и их изумительную целесообразность, приспособленность к условиям существования. Этот механизм — постепенный естественный отбор случайных ненаправленных наследственных изменений.

Формирование синтетической теории эволюции. Проблема наследования изменений была ключевой для судьбы дарвиновской теории. Во времена Дарвина господствовали представления о слитной наследственности. Наследственность объяснялась слиянием «кровей» предковых форм. «Крови» родителей смешиваются, давая потомство с промежуточными признаками. Именно с этой позиции выступал против теории Дарвина математик Ф. Дженкин. Он считал, что накопление благоприятных уклонений невозможен, так как при скрещивании они растворяются, разбавляются, становятся пренебрежимо малыми и, наконец, исчезают вовсе. Дарвин, который нашел ответы на большинство возражений против своей теории, выдвинутых его современниками, этим возражением был поставлен в тупик.

Выход из этого тупика давала теория корпускулярной, дискретной наследственности, созданная Грегором Менделем (1822—1884). Наследственность дискретна. Каждый родитель передает своему потомку одинаковое количество генов. Гены могут подавлять или модифицировать проявления других генов, но не способны изменять информацию, записанную в них. Иначе говоря, гены не изменяются при слиянии с другими генами и передаются следующему поколению в той же форме, в какой они получены от предыдущего. В случае неполного доминирования мы действительно наблюдаем у потомков первого поколения промежуточное проявление признаков родителей. Но во втором и последующих поколениях родительские признаки могут вновь проявиться в неизменном виде (вспомните § VI-3).

В 1920-х годах был осуществлен синтез дарвинизма и генетики. Решающую роль в осуществлении этого синтеза сыграл выдающийся отечественный генетик С.С. Ч е т в е р и к о в. На основании своих работ по анализу природных популяций он пришел к пониманию механизмов накопления и поддержания индивидуальной изменчивости. Одновременно с С. С. Четвериковым к синтезу идей корпускулярной генетики с классическим дарвинизмом пришли Р. Ф и ш е р, Дж. Х о л д е й н и С. Р а й т. Крупный вклад в формирование современной синтетической теории эволюции внесли зоолог Э. М а й р и палеонтолог Дж. С и м п с о н. Теория естественного отбора была развита в трудах выдающегося отечественного ученого И. И. Ш м а л ь г а у з е н а. Основы экологии, биогеографии, филогенетической систематики и этологии (науки о поведении животных), заложенные в трудах Дарвина, развились в самостоятельные науки и, в свою очередь, внесли важнейший вклад в формирование современных представлений о путях, механизмах и закономерностях эволюции. Важнейшие успехи эволюционной биологии в последние годы были достигнуты, благодаря активному применению в эволюционных исследованиях идей и методов молекулярной генетики и биологии развития.

1.                 Какие наблюдения привели Дарвина к мысли об изменяемости видов?

2.                 Как Дарвин пришел к идее естественного отбора.

3.                 В чем заключается сущность теории Дарвина?

4.                 В чем значение законов Менделя для понимания механизмов эволюции?

 

Палеонтологические
свидетельства эволюции

Данные палеонтологии, биогеографии, сравнительной анатомии, эмбриологии и молекулярной биологии содержат убедительные и, что очень важно, взаимодополняющие и непротиворечивые свидетельства эволюции.

Последовательное появление новых видов животных и растений в палеонтологической летописи Земли привело натуралистов XVIII-XIX к идее эволюции. В нижних слоях геологических отложений обнаруживались более примитивные организмы, в верхних, - все более и более сходные с современными. Дарвин писал «геология дает нам ясное доказательство, что все виды претерпели изменения, и притом эти изменения протекали медленно и постепенно. Мы это ясно усматриваем из того факта, что ископаемые остатки последовательных формаций неизменно гораздо более сходны друг с другом, чем ископаемые из формаций, далеко одна от другой отстоящих».

Археоптерикс и микрораптор гуи– переходные звенья в цепи эволюции от рептилий к птицам. В их строении сочетались признаки характерные для рептилий (наличие зубов, пальцев на передних конечностях, длинный хвостовой отдел позвоночника) и птиц (оперение).

Во времена Дарвина палеонтологическая летопись начиналась с Кембрийского периода (530 млн. лет назад) и в ней наблюдалось много пробелов. Сейчас эти пробелы постепенно заполняются. Палеонтологи нашли и охарактеризовали множество окаменевших останков животных, растений и микроорганизмов, живших на Земле в отдаленные эпохи. Современные методы физики и химии позволили очень точно датировать окаменелости по соотношению изотопов различных химических элементов в самих останках и окружающих их породах. Данные палеонтологии свидетельствуют, что микроорганизмы обитали на Земле 3,8 млрд. лет назад. Самые древние эукариотические клетки были обнаружены в породах, возраст которых превышает 2 млрд. лет. Чем ближе к нашему времени, тем меньше пробелов остается в палеонтологической летописи, тем более подробной она становится. Мы видим последовательное и постепенное появление новых форм. Более того, мы видим, как из прежних форм возникали новые. Между рыбами и амфибиями, амфибиями и рептилиями, рептилиями и млекопитающими найдено так много переходных форм, что зачастую трудно сказать, к какому классу позвоночных их следует относить. Рассмотрим некоторые примеры.

Впервые ископаемые останки первоптицы - археоптерикса был найдены в Германии в 1861 году. Он имел перья и крылья, следовательно, относился к птицам. Но его скелет отличался рядом признаков, типичных для хищных динозавров: костистый хвост, зубы, пальцы с когтями на передних конечностях. Позднее в Испании и Китае были найдены на 30-40 млн. лет более молодые останки археоптериксов. Они еще больше похожи на птиц и меньше на динозавров. Их костистые хвосты стали короче, пальцы на крыльях редуцировались.

Археоптерикс не исторический курьез, а одно из звеньев в цепи эволюции. Совсем недавно был найден далекий предок археоптерикса– микрораптор гуи. Он имел маховые перья не только на передних, но и на задних конечностях. Таким образом, у него было четыре крыла, которые он использовал для парящего полета. До него в палеонтологической летописи находятся динозавры, которые становились с течением времени все более и более похожими на птиц, а после него – древние птицы, которые все более и более утрачивали признаки динозавров. В этой длинной цепи от динозавров к птицам, которая протянулась более чем на 140 млн. лет, не было разрывов. Не было момента, когда птица вдруг вылетела из яйца динозавра. Каждый предок имел потомка, в основном похожего на себя, и в то же время отличного в деталях.

Следует помнить, однако, что многие ископаемые останки, принадлежат боковым ветвям филогенетического древа. На Земле нет сейчас живых потомков тиранозавров. Эта ветвь оказалась эволюционным тупиком. Нет на Земле и четырехкрылых птиц, хотя такие родственники археоптериксов существовали на Земле десятки миллионов лет назад.

Происхождение современных китов от наземных млекопитающих. Шкала внизу рисунка в миллионах лет назад. Начала и концы линий показывают время возникновения и вымирания соответствующего вида.

Открытия 1990-х годов позволили восстановить интереснейшую историю постепенного превращения мелких (размером с белку) наземных копытных млекопитающих в гигантов моря – китов. Ископаемые останки свидетельствуют, что наиболее дальний предок современных китов жил на суше 65 млн. лет назад и кормился рыбой и трупами животных. Пакицетус, который жил около 50 млн. лет назад, уже перешел к полуводному образу жизни. Более молодой представитель этой линии амбулоцетус – ходячий кит - (45 млн. лет назад) был ростом с морского льва, имел довольно длинные конечности, хорошо приспособленные как для плавания, так и для хождения по дну, и длинный хвост, тоже полезный для плавания, хотя пока еще очень мало похожий на мощный хвостовой плавник кита. Родоцетус (43 млн. лет назад) сделал следующий и уже необратимый шаг в море. Его конечности сильно уменьшились, а тазовый пояс практически отделился от позвоночника. И, наконец, 40 млн. лет назад появился базилозаврус. Длина его тела достигала 15 метров. Конечности его уже полностью преобразовались в мощные плавники. Это был уже почти настоящий кит. Он еще сохранил явное сходство со своими сухопутными предками. Его ноздри уже сместились далеко назад, но им предстояло пройти еще полпути до того места на черепе, где сейчас располагается дыхальце настоящих китов. Он еще сохранил тазовый пояс, но на его рудиментарных ножках уже было не пять, а всего три крохотных пальчика.

Таким образом, палеонтологическая летопись дает нам свидетельства постепенного преобразования наземных млекопитающих в обитателей моря. Несмотря на ее явную неполноту и фрагментарность, мы видим в ней серию переходных форм. По существу, все ископаемые останки представляют собой переходные формы – все они является потомками ранее живших форм, а некоторые – предками ныне живущих форм. Таким образом, палеонтологическая летопись является летописью эволюции - наследственного изменения свойств живых организмов в ряду поколений.