Введение
Эволюция (от латинскогоevolutio- развертывание), в широком смысле синоним развития, в более узком смысле — один из основных типов развития — медленные, постепенные количественные и качественные изменения. При этом каждое новое состояние объекта имеет по сравнению с предшествующим более высокий уровень организации и дифференциальной функцией.
Эволюционное учение — комплекс знаний об историческом развитии (эволюции) живой природы. Эволюционное учение занимается анализом становления адаптаций (приспособлений), эволюции индивидуального развития организмов (онтогенеза), факторов направляющих эволюцию, и конкретных путей исторического развития (филогенеза) отдельных групп организмов и органического мира в целом. Основу эволюционного учения составляет эволюционная теория. К эволюционному учению относятся также концепции происхождения жизни и происхождения человека.
Особый смысл приобретает понятие эволюции в естествознании, где исследуется преимущественно биологическая эволюция. Биологическая эволюция – это необратимое и в известной степени направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, образованием и вымиранием видов, преобразованиями биогеоценозов и биосферы в целом. Иными словами, под биологической эволюцией следует понимать процесс приспособительного исторического развития живых форм на всех уровнях организации живого.
Принимая во внимание все вышеизложенное, можно с уверенностью говорить о том, что данная тема контрольной работы, на сегодняшний момент является весьма актуальной, и далее будет более подробно изучена автором.
1.Развитие эволюционных идей.
Под эволюцией живого мира понимают процесс развития природы со времени возникновения жизни до настоящего времени. В ходе эволюции менялись и возникали новые виды, появлялись все более сложные формы живых организмов, причем живое приспосабливалось к изменениям окружающей среды.
Первые попытки как-то систематизировать знания о животном и растительном мире относятся еще к временам античности. Карл Линней описал более 8 тысяч растений, ввел терминологию и строп иерархический порядок описания видов. Хотя его классификация была основана на внешних признаках, деление на вид, класс, род практически сохранено. ВXVIIIв. считалось, что живой мир неизменен и создан Богом. Ламарк обратил внимание на сходство некоторых черт у животных разных видов и распределил их по классам несколько иначе, чем Линней. Опираясь на многочисленные факты изменяемости видов, он в книге "Философия зоологии"(1809) выдвинул гипотезу о механизме эволюции, в основе которой были две предпосылки: наследование приобретенных признаков и упражнение или неупражнение частей организма. Но основной является врожденная способность к самосовершенствованию, фактор явно нематериальной природы.
По его мнению, изменения во внешней среде могут изменить формы поведения, поэтому органы или структуры способны приобрести новые функции, а эти новые функции органов и изменения в них могут быть переданы потомкам. Так вытянулась шея у жирафа, увеличились перепонки у водоплавающих, развивается мускулатура при занятиях спортом. Эта часть учения Ламарка была вскоре отвергнута поскольку противоречила новым знаниям о механизме наследования. Большую роль в возникновении новых видов Ламарк отводил переменам климата и гидрогеологического режима на Земле. Ему принадлежит самоназвание науки —биология.
Еще до него идеи эволюции возникли в чисто умозрительных построениях Бюффона, который высказал мнение, что разные типы животных имеют разное происхождение и возникли в разное время. От него шли идеи о влиянии внешней среды и наследовании приобретенных признаков. Но общество не восприняло его взгляды, тем более что обсуждались масштабы времен, не доступные для проверки.
Впоследствии оказалось, что приобретенные признаки не передаются по наследству. Чтобы доказать это, немецкий зоолог Август Вейсман (1834—1914) на протяжении многих последовательных поколений отрезал мышам хвосты. По теории Ламарка, хвосты должны были хотя бы укоротиться, но этого не происходило. Приобретаемые признаки не оказывали влияния на половые клетки(гаметы),с помощью которых признаки передаются следующим поколениям. Вейсман создал теорию "непрерывности зародышевой плазмы". После Вейсмана роль среды фактически сводилась к сортированию возникающих независимо от нее наследственных изменений.
Примерно в это же время французский зоолог Жорж Кювье (1769-1832), используя палеонтологическую летопись Земли, истолковал ископаемые останки как результаты "катастроф" в ее истоки, порождающих новые виды. Против идей Кювье возражал английский инженер Уильям Смит (1769—1838), один из основоположников биостратиграфии, основывая свои возражения на непрерывности распространения сходных видов в близких по возрасту слоях. Чарльз Лайель продемонстрировал прогрессивные изменения ископаемых останков.
В1788 г. английский экономист Томас Мальтус (1766—1834), опубликовал"Трактат о народо населении", в котором убедительно и обрисовал, к чему может привести ничем не сдерживаемый ростнаселения. Он привлек внимание к репродуктивному потенциалу человека и указал на экспоненциальный рост численности населения. Благодаря Дарвину выражение Мальтуса "борьба за существование" приобрело широкую известность. Они оба считали ее результатом несоответствия между быстрым ростом популяций и ограниченностью ресурсов.
Идеи Мальтуса и Лайеля оказали большое влияние на Дарвина. 'Принял пятилетнее морское путешествие на корабле "Бигль",во время которого занимался геологическими исследованиями. Дарвин собрал обширный материал об изменчивости организмов и видов и, перенеся идеи Мальтуса на живые организмы, отметил почти всегда постоянную численность популяций. Способность к размножению, свойственная всему живому, обеспечивает сохранение вида. Численность всех популяций на Земле контролируется различными факторами среды (пространство, свет, пища, тепло). Исследуя и сопоставляя огромный материал, Дарвин начал понимать что в условиях интенсивной конкуренции между членами популяции любые изменения, благоприятные для выживания в данных условиях повышают способность особи к размножению и оставлению плодовитого потомства. Эти соображения послужили остовом для сформулированной им теории эволюции путем естественного отбора (1839).
Альфред Рассел Уоллес (1823—1913), один из осноположников зоогеографии, много путешествовавший по Южной Америке и Юго-Восточной Азии, внимательно прочел Мальтуса, пришел к идеям близким к теории Дарвина, о чем сообщил ему, прислав брошюру в 20 страниц. В 1858г. Уоллес и Дарвин выступили с сообщениями на заседании Линнеевского общества в Лондоне, а в. Дарвин опубликовал свою книгу "Происхождение видов путем естественного отбора ".Естественный отбор рассматривался ими как механизм эволюции, а материалом для отбора служила наследственная изменчивость.
2.Современные представления об эволюции.
Современная теория эволюции построена на теории Дарвина, поэтому ее называют неодарвинизмом. Главной заслугой Дарвина было установление механизма эволюции, состоящего в естественном отборе организмов, наиболее приспособленных к внешним условиям, и постепенном накоплении приобретенных признаков. То, что эти признаки не рассеиваются в последующих поколениях, было объяснено дискретным наследованием генов по законам Менделя. Идеи Дарвина широко обсуждались — частично из-за неточностей в определении и понимании терминов (наследственность и приспособляемость), частично из-за неправильного истолкования этих слов популяризаторами. Кроме того, естественный отбор должен был занимать достаточно большие промежутки времени.
Недавно Джон Эндлериз Калифорнийского университета в Сан-ха-Барбаре составил список более ста исследований, в которых естественный отбор проявляется за более короткие времена. Например, некоторые травы, растущие вблизи шахт, стали толерантны к высоким концентрациям свинца в грунте. Появляется невосприимчивость к определенным видам лекарств, которая передается следующему поколению.
Кроме естественного отбора, безусловно важнейшего фактора эволюции существуют и другие. Один из них —случайность. Источниками изменчивости служат случайные генные или хромосомные мутации. Особенно важную роль играют случайные процессы в маленьких популяциях. Фактически каждое поколение потомков содержит выборку из генов, имевшихся в предыдущем поколении. Если скрещивающаяся популяция невелика, то частоты некоторых генов могут внезапно и резко измениться за одно или несколько поколений. Такое изменение частоты генов называется генетическим дрейфом.
В 30-е годы XX века Четвериков, Фишер, Холдейн, Райт пришли к выводу, что генетика может служить фундаментом дарвиновской идее. Они стали исследовать генетические процессы, происходящие внутри вида и завершающиеся образованием разновидностей, приводящих потом к появлению нового вида. Так сформировалось учение омикроэволюции. Изменчивость внутри вида бывает трех типов: генотипическая(это, в основном, изменчивость ДНК из-за мутаций), фенотипическая (изменчивость конкретных признаков развивающихся организмов) и модификационная изменчивость, вызванная неоднородностью условий развития.
Решающая роль принадлежит, конечно, генотипической изменчивости, которую в конце 60-х годов исследовали Н.В. Тимофеев-Ресовский, Н.Н. Воронцов, А.В. Яблоков. В их теории элементарной единицей является популяция, тогда как у Ламарка таковой является особь. Для возникновения стойких эволюционных сдвигов требуется действие не менее четырех эволюционных факторов: мутации, флуктуаций численности особей ("волны жизни"), изоляции и естественного отбора.
Процесс эволюции считался медленным, мутантные гены возникали редко и еще реже оказывались благоприятнее уже существующих. Но палеонтологическая летопись показывает, что в эволюции живого существовали резкие скачки, и ископаемые виды оказывались сходными с существующими видами. Сейчас многие эволюционисты считают, что у некоторых видов эволюция происходит по типу "прерывистого равновесия",т. е. долгое время виды практически неизменяются или частоты разных генов остаются вблизи некоторого положения равновесия, определяемого общими селективными факторами. Затем происходит какое-то резкое изменение окружающей среды или крупная генетическая мутация, изменяющая генофонд, и за несколько тысяч лет (быстро в эволюционных масштабах времени) появится новый вид со своим генетическим равновесием.
Вероятно, так происходила эволюция жизни на Земле, а после таких скачков члены нового вида распространялись по большим пространствам, и появлялись почти внезапно крупные группы организмов. Гипотеза прерывистой эволюции объясняет отсутствие непрерывного развития в ископаемых останках промежуточных форм, с чем не могла справиться модель постепенной эволюции. Поэтому видообразование может происходить разными способами.
Современная эволюционная теория часто называется "синтетической теорией эволюции". Она включает данные генетики, палеонтологии, молекулярной биологии, экологии, этологии. Хотя пока не создано твердо установленных законов эволюции, но есть хорошо подкрепленные опытными фактами гипотезы, составляющие в совокупности теорию.
3.Связь эволюции живого с эволюцией Земли.
Для изучения этапов развития жизни на Земле ученые собрали огромный материал. Считается, что первые живые организмы появились на Земле около 3,5 млрд.лет назад. Именно к этому времени относят следы микроорганизмов, найденных в Южной Африке. Этобыли одноклеточные существа, напоминающие сине-зеленые водоросли, какие-то комочки протоплазмы с неоформленным ядром, которые уже содержат много структур, необходимых для жизни одноклеточного существа.
Палеонтология занимается изучением любых сохранившихся остатков, которые предположительно принадлежали каким-то живым организмам. Одних ископаемых останков недостаточно для обоснования теории эволюции, но они подтверждают факт прогрессивного возрастания сложности организмов и отвергают представление о неизменяемости видов. Останки эти были известны давно. Некоторые считали их остатками существ, сотворенных ранее, другие —артефактами, помещенными Богом в горные породы.
Всамых древних горных породах встречаются организмы очень простого строения и небольшого числа типов, тогда как в более поздних породах ископаемые останки имеют более сложное строение. Многиевиды возникали на каком-то стратиграфическом уровне иисчезали на другом. Это истолковывается как возникновение и вымирание видов в разные эпохи.
Распространение животных и растений на земном шаре носит прерывистый характер, что объясняется многими причинами. Например, в Австралии не было кроликов, но после того, как их завезли, численность кроликов резко выросла, т.е. местные условия им подошли. Аналогичные примеры можно привести из распространения разных растений и домашних животных. Наиболее приспособлены для распространения споры и семена, переносимые ветром, и летающие насекомые. Некоторые виды оказались более распространенными, чем этого можно было ожидать. Еще одну странность распространения отражает такой пример: в оперении нелетающих страусовых — страуса в Африке, панду в Южной Америке и эму в Австралии — обитают близкородственные нелетающие насекомые.
Тот факт, что встречаются сходные особи в удаленных частях суши, может быть объяснен тем, что когда-то распределение суши на Земле было иным.
Гипотезу о дрейфе континентов впервые выдвинул Снайдер(1858г.),ее поддерживали и развивали Тейлор и Вегенер(рис. 1).
Рис.1 Схема гипотезы дрейфа континентов.
Они считали, что в карбоне единый материк Пангея "плавал" в более плотном расплавленном веществе внутренних частей планеты. В 1912г.Вегенервыдвинул теорию дрейфа континентов.
Считается, что континенты раздвинулись под действием глубинных конвекционных течений, направленных вверх и в стороны тянущих за собой плиты, на которых плавают континенты. Такая гипотеза позволяет объяснить непрерывное перемещение массивов и современное распространение некоторых редких животных.
Если обратиться к суперконтиненту, разрушенному 600 млн. лет назад, то в это время появились раковидные организмы. После разрушения супер континента происходит взрыв разнообразия. При низком уровне мирового океана ослабляется парниковый эффект (из-за удаления углекислого газа из атмосферы в океан), на Земле холодает, наступает оледенение.
Дрейф континентов и периодические оледенения влияли на эволюционный процесс, меняя условия жизни.
Гипотеза супер континентального дрейфа открывает новый путь к пониманию не только геологической и климатической истории Земли, но и эволюции жизни на Земле. Эти эффекты через оледенения, усиление или ослабление океанических циркуляции и другие факторы регулируют скачки в биологическом развитии, определяющие ход эволюции. В этом смысле указанный цикл можно считать пульсом нашей планеты — при каждом его биении меняются климат, геологическое строение и популяция живых организмов на Земле.
4. Молекулярные основыэволюции.
Благодаря изучению генетических процессов в популяции эволюционная теория интенсивно развивалась. Современная генетика считает главной причиной возникновения наследственных свойственные мутации. Они являются основными предпосылками эволюции, постоянно действующим источником наследственной изменчивости. Мутации могут быть доминантными, полудоминантными и рецессивными в зависимости от состояния гена, в котором она произошла.
Мутации как бы нащупывают экологические условия, способствующие выживанию и размножению особей с данной мутацией. При этом одновременно идет отбор генотипов, в которых она наиболее благоприятна. Важно влияние мутации и на норму реакции организма. Так мутантный признак закрепляется в наиболее подходящих местах, где мутанты становятся постоянной частью природной популяции. На следующей стадии сосуществования мутантов с немутантами происходит приспособление популяции к более эффективному использованию среды обитания. При этом эволюционная пластичность популяции высока и позволяет при стойких изменениях среды быстро перестроиться.
Известно, что все функции клетки и организма определяются белками, т.е. цепями, построенными из 20 типов аминокислотных остатков, иначе говоря, текстов, составленных из 20-буквенного алфавита. Для синтеза белков необходимы РНК и ДНК, служащие матрицами для сборки цепей. Нуклеиновые кислоты записаны четырехбуквенным алфавитом, т.е. состоят из четырех сортов нуклеотидов. Участок цепи ДНК, ответственный за синтез одной белковой цепи, называется структурным геном. Нуклеиновые кислоты представляет законодательную власть клетки, тогда как белки — исполнительную.
Рис.2 Биологическая эволюция и эволюция макромолекул.
а – эволюционное древо универсального белка, построенное на основе различий в составе аминокислот цитохрома;
Итак, молекулярная эволюция отлична от эволюции биологической, изменения белков сопровождают эволюциювидов и косвенно с ней связаны. Современная теория эволюции — активно и интенсивно развивающаяся область науки.
Заключение
В заключение хотелось бы отметить, что отцом теории эволюции является Чарльз Дарвин и его теория, известная под названием теории естественного отбора, является одной из вершин научной мысли XIX в. В теории Дарвина присутствуют нечеткости и отдельные ошибочные утверждения, однако все эти не вполне отчетливые или даже неверные представления по некоторым вопросам отнюдь не умаляют исторической значимости гениального труда Дарвина и его роли для современной биологии. Указанные неточности соответствуют уровню развития науки вовремя создания теории Дарвина.
Еще раз стоит подчеркнуть, что все указанные неточности и ошибки не искажают основных идей Ч.Дарвина. Остановиться на них следовало для того, чтобы, во-первых, понимать их действительное место в теории Дарвина и, во-вторых, чтобы яснее видеть корни ряда ошибочных концепций позднейшего времени, авторы которых нередко ссылаются на авторитет Дарвина.
Значение теории Дарвина выходит далеко за пределы своего века и за рамки биологии: теория Дарвина стала естественно-исторической основой материалистического мировоззрения. Идеи Дарвина вызвали бурные дискуссии в обществе и церкви. Книга Дарвина разошлась в первый же день, и, говорят, по своему воздействию на человеческое мышление уступала только Библии.
Список использованной литературы
- Данилова В.С., Кожевников Н.Н. Основные концепции естествознания. – М.: Аспект Пресс, 2000. – 256 с.
- ДубнищеваТ.Я. Концепции современного естествознания. Учебник под ред. акад. Жукова М.Ф. 3-е издание. – М.: ИКЦ «Маркетинг», Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2001.-832с.
- ЛавриненкоВ.Н.,РатниковаВ.П. Концепции современного естествознания /– М.: ЮНИТИ, 2000. – 203 с.
- Лемеза Н.А.,КамлюкЛ.В., Лисов Н.Д. Биология в экзаменационных вопросах и ответах. – М.:Рольф, Айрис-пресс, 1998. – 496с
- Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Курс лекций. – М.: Проект, 2002. – 336 с.
- Самыгин С.И.Концепции современного естествознания /– Ростов н/Д.: Феникс, 1997. – 448 с.
- Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. – М.:Владос, 1999. – 232 с.
- Хорошавина С.Г. Концепции современного естествознания: Курс лекций. – Ростов н/Д.: Феникс, 2002. – 480 с.
