Эволюционная биология

Содержание

Как называется историческое развитие организмов?

Филогенез, или филогения — историческое развитие организмов. В биологии филогенез рассматривает развитие биологического вида во времени. Биологическая классификация основана на филогенезе, но методологически может отличаться от филогенетического представления организмов.

Филогенез рассматривает эволюцию в качестве процесса, в котором генетическая линия — организмы от предка к потомкам — разветвляется во времени, и её отдельные ветви могут приобретать те или иные изменения или исчезать в результате вымирания.

Анализ филогении далёк от завершения, поскольку представляет собой выявление однократных неповторимых эволюционных событий, произошедших в прошлом, и поэтому может осуществляться только косвенными методами. Для реконструкции и филогении необходимо максимально полное знание о разнообразии видов; однако в настоящее время науке всё ещё известна лишь малая часть видов живых организмов, обитающих на Земле, и ничтожно малая часть видов, обитавших на Земле в прошлом.

История биологии

Участники VII Международного зоологического конгресса (Бостон) на групповой фотографии в Нью-Йорке (1907)

История биологии исследует развитие биологии — науки, изучающей фундаментальные (наиболее общие) свойства и законы эволюционного развития живых существ. Предметом истории биологии являются выявление и обобщённый анализ основных событий и тенденций в развитии биологического знания.

До XIX века зоология, ботаника, анатомия и физиология были частью «пакета знаний», называвшегося «натуральная философия» и соединявшего позитивные сведения о природных явлениях с умозрительными фантазиями и ошибочными заключениями о причинах этих явлений. История биологии как самостоятельной науки оформляется в XIX веке с появлением эволюционной биологии и клеточной теории.

В XX веке жизнь стала активно изучаться не только на клеточном уровне (и всего организма), но также на молекулярном, и на уровне популяций, сообществ, и экосистем. Появились синтетическая теория эволюции, молекулярная биология, и теория стресса. Но количество нерешённых проблем биологии по-прежнему велико, и это стимулирует деятельность биологов по дальнейшему развитию данной науки.

История науки

По тематике

Математика

Естественные науки

Астрономия

Биология

Ботаника

География

Геология

Почвоведение

Физика

Химия

Экология

Общественные науки

История

Лингвистика

Психология

Социология

Философия

Экономика

Технология

Вычислительная техника

Сельское хозяйство

Медицина

Навигация

Категории

Ранние представления о жизни

Античность

См. также: История медициныЧерника из «De materia medica» Педания Диоскорида

Основы знаний о животных и растениях были заложены в трудах Аристотеля и его ученика Теофраста. Важную роль сыграли сочинения Диоскорида, составившего описания лекарственных веществ (и среди них около 600 растений), и Плиния, попытавшегося собрать сведения обо всех природных телах в своей «Естественной истории».

От Аристотеля (384—322 до н. э.) осталось значительное количество сочинений, посвящённых животным. В трактатах «О частях животных» и «История животных» Аристотель рассмотрел вопрос о том, каким образом следует заниматься познанием животных, заниматься одним животным за другим по отдельности или же сначала познавать общее для всех, а потом все более и более частное, и сделал выбор в пользу второго способа. В развитие этого замысла, он, с одной стороны, разработал принципы, которыми следует руководствоваться, когда формулируешь определения тех или иных групп животных, перечисляя их сущностные свойства. С другой стороны, он сделал ряд наблюдений в поисках необходимых связей между отдельными свойствами животных. Например, о том, что все животные, у которых ноги раздвоены (парнокопытные) жуют жвачку. В работе «О порождении животных» Аристотель рассмотрел вопросы о размножении и развитии животных. Кроме этого, ему же принадлежит ещё ряд небольших зоологических трактатов. К зоологическим произведениям Аристотеля, с одной стороны, примыкают сочинения по логике, с другой — трактат «О душе». Описания строения и образа жизни различных животных в работах Аристотеля порой были весьма точны, но многие места впоследствии пострадали от ошибок при переписывании и переводах через несколько языков. Среди прочего, он первым описал так называемый «аристотелев фонарь» — обызвествленное вооружение ротового аппарата морских ежей и живорождение у акул.

Книга Теофраста (370—280-е до н. э.) «Исследования о растениях» развивала идеи Аристотеля о необходимости формулировать определения на основе сущностных свойств, но на этот раз — в отношении растений.

Средние века

См. также: Медицина в СредневековьеФридрих II (император Священной Римской империи). De arte venandi., известный средневековый труд по естественной истории, в котором была описана морфология птиц

Упадок Римской империи сопровождался исчезновением или деградацией прежнего знания, хотя врачи включили многое из достижений античности в свою практику. Завоевание значительной части территорий империи арабами привело к тому, что труды Аристотеля и других античных авторов сохранились в переводе на арабский.

Средневековая арабская медицина, наука и философия сделали важный вклад в развитие знания о жизни в VIII—XIII веках, в период так называемого золотого века ислама, или исламской аграрной революции. Например, в зоологии Аль-Джахиз (781—869 гг.) уже тогда высказывал идеи об эволюции и пищевых цепях. Он же был ранним представителем географического детерминизма, философского учения о влиянии природных условий на национальный характер и развитие национальных государств. Иранский автор Абу Ханифа ад-Динавари (828—895) считается основателем арабской ботаники. В своей «Книге растений» он описал более 637 видов растений и обсуждал фазы роста и развития растения. В анатомии и физиологии персидский врач Ар-Рази (865—925 гг.) экспериментально опроверг учение Галена о «четырех жизненных соках». Прославленный врач Авиценна (980—1037 гг.) в своем труде «Канон врачебной науки», до XVII в. остававшемся настольной книгой европейских медиков, ввел понятие о клинических исследованиях и фармакологии. Испанский араб Ибн Зухр (1091—1161 гг.), путём вскрытия доказал, что чесотку вызывает подкожный паразит, а также ввел экспериментальную хирургию и медицинские исследования на животных. Во время голода в Египте в 1200 году Абд аль-Латиф аль-Багдади наблюдал и изучал строение человеческих скелетов.

Лишь немногие европейские учёные приобрели известность в Средние века. Среди них Хильдегарда Бингенская, Альберт Великий и Фридрих II (император Священной Римской империи) составили канон естественной истории для ранних европейских университетов, в которых медицина значительно уступала преподаванию философии и богословия.

Возрождение

Сравнение скелета птицы и человека из книги Пьера Белона «L’Histoire de la nature des oyseaux» (1555)

Лишь эпоха Возрождения по-настоящему возродила в Европе интерес к естественной истории и физиологии. В 1543 году с книги Везалия «De humani corporis fabrica» началось развитие современной анатомии, основанной на вскрытии человеческих тел. Везалий и его последователи постепенно заменили в медицине и физиологии средневековую схоластику эмпиризмом, полагаясь не столько на авторитет учебников и абстрактное мышление, сколько на личный опыт. Через лечение травами медицина также подпитывала интерес к изучению растений. Брунфельс, Фукс и другие авторы ранних изданий о диких растениях положили начало полномасштабному описанию растительной жизни. Средневековый жанр литературы, бестиарий, о животных и их повадках, с работами Конрада Геснера и других авторов XVI столетия превратился в подлинно научное направление.

Художники, такие как Альбрехт Дюрер и Леонардо да Винчи часто работали бок о бок с натуралистами и также интересовались строением тела человека и животных, давая детальные описания их анатомии. Традиции алхимии, поддерживаемые такими учёными, как Парацельс, вносили свой вклад в исследование природы, вдохновляя исследователей на опыты как с минеральными, так и с биологическими источниками фармакологических препаратов. Развитие фармакологии внесло свой вклад и в зарождение механицизма.

XVII век

См. также: История ботаники

Наиболее важные события XVII века — становление методической естественной истории, заложившей основы систематики животных и растений; развитие анатомии и открытие второго круга кровообращения; начало микроскопических исследований, открытие микроорганизмов и первое описание клеток растений, сперматозоидов и эритроцитов животных.

К XVII веку относится завершение традиции «травников». Швейцарский врач и ботаник Каспар Баугин в своем труде «Pinax Theatri Botanici» собрал все известные на тот момент виды растений (около 6000), уточнив синонимы. Это была последняя сводка такого размаха, в которой все ещё использовались приемы «народной таксономии». Группы растений в работе Боэна не имели характеристик, указывавших на их отличительные признаки. Названия растений формировались, по-прежнему, без строгих правил, иногда путём добавления слов-модификаторов к названию, данному древнегреческими или древнеримскими авторами, иногда путём латинизации туземных названий растений. Боэн был знаком с книгой Чезальпино, но не видел смысла в применении метода, считая установление синонимики более важной задачей. Вместе с тем, с середины XVII века появляется все больше работ, написанных в традиции методической естественной истории, отталкивавшейся от труда Чезальпино.

Значительные перемены наблюдаются в области анатомии и физиологии животных и растений. Английский врач Уильям Гарвей (1578—1657), производя опыты с кровообращением и вскрытия животных, сделал ряд важных открытий. Он обнаружил венозные клапаны, создающие препятствие для тока крови в обратном направлении, показал изоляцию правого и левого желудочков сердца и открыл малый круг кровообращения (аналогичное открытие сделал незадолго до него Мигель Сервет, сожженный кальвинистами за свои богословские взгляды). Ян Сваммердам (1637—1680) и Марчелло Мальпиги (1628—1694) описали внутреннее строение многих беспозвоночных животных. Мальпиги описал сосуды растений и путём экспериментов показал наличие восходящего и нисходящего тока в разных сосудах.

Первое изображение растительных клеток на срезе пробки в «Micrographia» Роберта Гука (1665)

Итальянский естествоиспытатель Франческо Реди (1626—1698) экспериментально доказал невозможность самозарождения мух из гнилого мяса (затянув часть горшков с гнилым мясом кисеей, он смог воспрепятствовать откладке яиц мухами). Уже упоминавшийся Уильям Гарвей сделал детальное описание развития цыпленка и ряда других животных и высказал предположение, что все они так или иначе развиваются из яиц, хотя наблюдать яйца непосредственно он и не мог.

Наконец, в XVII веке сформировалась совершенно новая область исследований, связанная с изобретением микроскопа. Опубликованный Робертом Гуком (1635—1703) трактат «Микрография», посвященный описанию наблюдений при помощи микроскопа ряда объектов живой и неживой природы (срез пробки, блоха, муравей, кристаллы соли и др.), а также материальной культуры (острие иглы, лезвие бритвы, точка в книге и др.), вызвал широкий общественный резонанс. Помимо того, что он служил источником вдохновения Джонатана Свифта в некоторых фрагментах «Путешествий Гулливера», он создал моду на микроскопические исследования, в том числе и биологических объектов. Одним из ревностных любителей-микроскопистов стал голландский ремесленник Антони ван Левенгук (1632—1723), который вел наблюдения при помощи изготовленных им простых микроскопов и отсылал результаты наблюдений для публикации в Лондонское королевское общество. Левенгуку удалось описать и зарисовать целый ряд микроскопических существ (коловраток, инфузорий, бактерий), красные кровяные тельца, сперматозоиды человека.

XVIII век

Таблица Царства животных из первого издания «Systema Naturae» Карла Линнея (1735)

Параллельное развитие естественной истории с одной стороны и анатомии и физиологии с другой подготовило почву для возникновения биологии. В области естественной истории наиболее значимыми событиями стали публикация «Системы природы» Карла Линнея и «Всеобщей естественной истории» Жоржа Бюффона.

Исследования Альбрехта фон Галлера и Каспара Фридриха Вольфа значительно расширили знания в области эмбриологии животных и развития растений. В то время как Галлер придерживался концепции преформизма, Вольф отстаивал идеи эпигенеза. Наблюдения за ранним развитием цыпленка позволили Вольфу на примере образования трубчатой кишки из первоначально плоского зачатка показать, что развитие нельзя свести к чисто количественному росту без качественных преобразований.

Зарождение биологии

Слово «биология» время от времени появлялось в работах естествоиспытателей и до XIX века, однако смысл его был в то время совершенно иным. Карл Линней, например, называл «биологами» авторов, составлявших жизнеописания ботаников. На рубеже XVIII и XIX веков сразу три автора (Бурдах, Тревиранус, Ламарк) использовали слово «биология» в современном смысле для обозначения науки о общих особенностях живых тел. Готфрид Рейнгольд Тревиранус даже вынес его в заглавие научного труда «Biologie; oder die Philosophie der lebenden Natur» (1802).

Набросок родословного древа в «Первой записной книжке о трансмутации видов» Чарльза Дарвина (1837)

Наиболее значимыми событиями первой половины XIX века стали становление палеонтологии и биологических основ стратиграфии, возникновение клеточной теории, формирование сравнительной анатомии и сравнительной эмбриологии, развитие биогеографии и широкое распространение трансформистских представлений. Центральными событиями второй половины XIX века стали публикация «Происхождения видов» Чарльза Дарвина и распространение эволюционного подхода во многих биологических дисциплинах (палеонтологии, систематике, сравнительной анатомии и сравнительной эмбриологии), становление филогенетики, развитие цитологии и микроскопической анатомии, экспериментальной физиологии и экспериментальной эмбриологии, формирование концепции специфического возбудителя инфекционных заболеваний, доказательство невозможности самозарождения жизни в современных природных условиях.

Химики того времени усматривали принципиальное различие между органическими и неорганическими веществами, в частности, в таких процессах как ферментация и гниение. Со времен Аристотеля они считались специфически биологическими. Однако Фридрих Вёлер и Юстус Либих, следуя методологии Лавуазье, показали, что органический мир уже тогда часто мог быть проанализирован физическими и химическими методами. В 1828 году Вёлер химически, то есть без применения органических веществ и биологических процессов, синтезировал органическое вещество мочевину, представив тем самым первое доказательство для опровержения витализма. Затем было обнаружено каталитическое действие бесклеточных экстрактов (ферментов) на химические реакции, благодаря чему к концу XIX в. была сформулирована современная концепция ферментов, хотя математическая теория ферментативной кинетики появилась только в начале XX века.

Физиологи, такие как Клод Бернар, с помощью вивисекции и другими экспериментальными методами исследовали химические и физические свойства живого тела, закладывая основы эндокринологии, биомеханики, учения о питании и пищеварении. Во второй половине XIX в. разнообразие и значимость экспериментальных исследований как в медицине, так и в биологии непрерывно возрастали. Главной задачей стали контролируемые изменения жизненных процессов, и эксперимент оказался в центре биологического образования.

XX век

В XX веке с переоткрытием законов Менделя начинается бурное развитие генетики. К 1920-м гг. не только формируется хромосомная теория наследственности, но и появляются первые работы, ставящие своей задачей интеграцию нового учения о наследственности и теории эволюции. После Второй мировой войны начинается развитие молекулярной биологии. Во второй половине XX века был достигнут значительный прогресс в изучении жизненных явлений на клеточном и молекулярном уровне.

Классическая генетика

Схематическое изображение кроссинговера из работы Т. Х. Моргана

1900 год ознаменовался «переоткрытием» законов Менделя. Де Фриз и другие исследователи независимо друг от друга пришли к пониманию значимости работ Менделя.Вскоре после этого цитологи пришли к выводу, что клеточными структурами, несущими генетический материал, скорее всего являются хромосомы. В 1910—1915 гг. Томас Хант Морган и его группа, работавшая на плодовой мушке дрозофиле, разработала «менделевскую хромосомную теорию наследственности». Следуя примеру Менделя, они исследовали явление сцепления генов с количественной точки зрения и постулировали, что в хромосомах гены расположены линейно, как бусы на нитке. Они начали создавать карты генов дрозофилы, которая стала широко используемым модельным организмом сначала для генетических, а затем и молекулярно-биологических исследований.

Де Фриз пытался соединить новую генетическую теорию с теорией эволюции. Он первым предложил термин мутация для изменений генов. В 1920—1930-х годах появилась популяционная генетика. В работах Фишера, Холдейна и других авторов теория эволюции, в конце концов, объединилась с классической генетикой в синтетической теории эволюции.

Во второй половине XX века идеи популяционной генетики оказали значительное влияние на социобиологию и эволюционную психологию. В 1960-х годах для объяснения альтруизма и его роли в эволюции через отбор потомков, появилась математическая теория игр. Дальнейшей разработке подверглась и синтетическая теория эволюции, в которой появилось понятие о дрейфе генов и других процессах, важных для появления высокоразвитых организмов, которая объясняла причины быстрых эволюционных изменений в исторически короткое время, ранее составлявших базу для «теории катастроф». В 1980 году Луис Альварес предложил метеоритную гипотезу вымирания динозавров. Тогда же в начале 1980-х годов были статистически исследованы и другие явления массового вымирания в истории земной жизни.

Биохимия

К концу XIX в. были открыты основные пути метаболизма лекарств и ядов, белка, жирных кислот и синтеза мочевины. В начале XX в. началось исследование витаминов. Улучшение техники лабораторных работ, в частности, изобретение хроматографии и электрофореза стимулировало развитие физиологической химии, и биохимия постепенно отделилась от медицины в самостоятельную дисциплину. В 1920-х — 1930-х годах Ханс Кребс, Карл и Герти Кори начали описание основных путей метаболизма углеводов: цикла трикарбоновых кислот, гликолиза, глюконеогенеза. Началось изучение синтеза стероидов и порфиринов. Между 1930-ми и 1950-ми годами Фриц Липман и другие авторы описали роль аденозинтрифосфата как универсального переносчика биохимической энергии в клетке, а также митохондрий как её главного источника энергии. Эти традиционно биохимические области исследования продолжают развиваться до сих пор.

Происхождение молекулярной биологии

Уэнделл Мередит Стэнли в 1935 году опубликовал эту фотографию кристаллов вируса табачной мозаики. Они представляют собой чистые нуклеопротеиды, что убедило многих биологов в том, что наследственность должна иметь физико-химическую природу

В связи с появлением классической генетики многие биологи, в том числе, работающие в области физико-химической биологии, пытались установить природу гена. Для этой цели Фонд Рокфеллера учредил несколько грантов, а чтобы обозначить задачу, глава научного отдела Фонда Уоррен Уивер ещё в 1938 году использовал термин молекулярная биология. Он и считается автором наименования этой области биологии.

Как и биохимия, смежные дисциплины бактериология и вирусология (позже объединённые в виде микробиологии) в то время бурно развивались на стыке медицины и других естественных наук. После выделения бактериофага начались исследования вирусов бактерий и их хозяев. Это создало базу для применения стандартизированных методов работы с генетически однородными микроорганизмами, которые давали хорошо воспроизводимые результаты, и позволило заложить основы молекулярной генетики.

Кроме микроорганизмов объектами генетических экспериментов стали мушка дрозофила, кукуруза и хлебная плесень, нейроспора густая, что позволило применять также методы биохимии, а появление электронного микроскопа и высокоскоростных центрифуг позволило пересмотреть даже само понятие «жизнь». Понятие о наследственности у вирусов, воспроизведение внеядерных нуклеопротеиновых структур усложнили ранее принятую теорию менделевских хромосом.

В 1941 году Бидл и Тейтем сформулировали свою гипотезу «один ген — один фермент». В 1943 году Освальд Эйвери, продолжая работу, начатую Фредериком Гриффитом, показал, что генетическим материалом в хромосомах является не белок, как думали ранее, а ДНК. В 1952 году этот результат был подтвержден в эксперименте Херши — Чейз, и это был лишь один из многих важных результатов, достигнутых так называемой фаговой группой Дельбрюка. Наконец, в 1953 году Уотсон и Крик, основываясь на работе Мориса Уилкинса и Розалинды Франклин, предложили свою знаменитую структуру ДНК в виде двойной спирали. В своей статье «Molecular structure of Nucleic Acids» («Молекулярная структура нуклеиновых кислот») они заявили: «От нашего внимания не укрылось то, что специфическое спаривание, которое мы постулировали, одновременно позволяет сделать предположение о механизме копирования генетического материала». Когда через несколько лет механизм полуконсервативной репликации был подтвержден экспериментально, большинству биологов стало ясно, что последовательность оснований в нуклеиновой кислоте каким-то образом определяет и последовательность аминокислотных остатков в структуре белка. Но идею о наличии генетического кода сформулировал не биолог, а физик Георгий Гамов.

Развитие биохимии и молекулярной биологии во второй половине XX века

Расшифровка генетического кода заняла несколько лет. Эта работа была выполнена главным образом Ниренбергом и Кораной и закончена к концу 1960-х годов. Тогда же Перуц и Кендрю из Кембриджа впервые применили рентгеноструктурный анализ в сочетании с новыми возможностями вычислительной техники для исследования пространственной структуры белков. Жакоб и Моно из Института Пастера исследовали строение lac оперона и открыли первый механизм регуляции генов. К середине 1960-х годов основы молекулярной организации метаболизма и наследственности были установлены, хотя детальное описание всех механизмов только начиналось. Методы молекулярной биологии быстро распространялись в другие дисциплины, расширяя возможности исследований на молекулярном уровне. Особенно это было важно для генетики, иммунологии, эмбриологии и нейробиологии, а идеи о наличии «генетической программы» (этот термин был предложен Жакобом и Моно по аналогии с компьютерной программой) проникли и во все остальные биологические дисциплины.

Полученные генноинженерными методами линии бактерии Escherichia coli — важнейший инструмент современной биотехнологии и многих других областей биологии

В иммунологии в связи с достижениями молекулярной биологии появилась теория клональной селекции, которую развивали Ерне и Бёрнет. В биотехнологии появление генной инженерии, начиная с 1970-х годов, привело к появлению широкого спектра продуцентов новых продуктов, в частности, лекарственных препаратов, таких как треонин и инсулин.

Генетическая инженерия основана прежде всего на применении техники рекомбинантных ДНК, то есть таких молекул ДНК, которые искусственно перестроены в лаборатории путём рекомбинации их отдельных частей (генов и их фрагментов). Для разрезания ДНК применяют специальные ферменты рестриктазы, которые были открыты в конце 1960-х годов. Сшивание кусков ДНК катализирует другой фермент, лигаза. Так можно получить и ввести в бактерии ДНК, содержащую, например, ген резистентности к определённому антибиотику. Если бактерия, получив рекомбинантную ДНК, переживет трансформацию, она начнет размножаться на среде, содержащей данный антибиотик, и это будет обнаружено по появлению колоний трансгенного организма.

Принимая во внимание не только новые возможности, но и потенциальную угрозу от применения таких технологий (в частности, от манипуляций с микроорганизмами, способными переносить гены вирусного рака) научное сообщество ввело временный мораторий на научно-исследовательские работы с рекомбинантными ДНК до тех пор, пока в 1975 году на специальной конференции не были выработаны рекомендации по технике безопасности при такого рода работах. После этого наступил период бурного развития новых технологий.

Штатив амплификатора — устройства, позволяющего проводить полимеразную цепную реакцию одновременно в 48 препаратах

К концу 1970-х годов появились методы определения первичной структуры ДНК, химического синтеза коротких фрагментов ДНК (олигонуклеотидов), введения ДНК в клетки человека и животных (трансфекция). Чтобы работать с генами человека и животных, необходимо было разобраться с различиями в устройстве генов прокариот и эукариот. Эта задача была в целом решена благодаря открытию сплайсинга.

К 1980-м годам определение первичных последовательностей белков и нуклеиновых кислот позволило использовать их как признаки для систематики и особенно кладистики; так появилась молекулярная филогенетика. К 1990 г на основании сравнительного анализа нуклеотидных последовательностей 16S рРНК Карл Вёзе предложил новую систему живых существ: царство монер было разделено на два домена эубактерий и архей, а остальные четыре царства (протист, грибов, растений и животных) — объединены в один домен эукариот.

Появление в 1980-х годах техники ПЦР значительно упростило лабораторную работу с ДНК и открыло возможность не только для открытия новых ранее неизвестных генов, но и для определения всей нуклеотидной последовательности целых геномов, то есть для исчерпывающего описания структуры всех генов организма. В 1990-х годах эта задача была в целом решена в ходе выполнения международного проекта «Геном человека».

XXI век и новые рубежи

См. также: Нерешённые проблемы биологии

По мнению Карла Вёзе (шире — по мнению Вёзе и Голденфельда), биология XXI века — это фундаментальная наука, основанная на эволюционных взглядах, подходящая к изучению жизни не при помощи редукционизма, как в XX веке, а при помощи холизма. После завершения проекта «Геном человека» было начато и проведено множество международных проектов: ENCODE, 1000 геномов (англ.), «Протеом человека», FANTOM — связанных с системной биологией, а также такие проекты как OpenWorm, Human Brain Project, и т. д.

Одной из отличительных черт биологии XXI века является гражданская наука, ранее куда менее развитая. Примером могут служить такие проекты как EyeWire и Foldit.

Историография биологии

По мнению историка науки Даниила Лебедева, отношение к изучению источников знаний в различных разделах исторической науки сильно отличается, но относительно биологии можно сказать, что по уровню развития историографии эта дисциплина занимает одно из последних мест.

> Примечания

Литература

  • Бабий Т. П., Коханова Л. Л., Костюк Г. Г. и др. Биологи: Биографический справочник. — Киев, 1984.
  • История биологии с древнейших времен до наших дней. т. 1-2. М., 1972—1975.
  • Мирзоян Э. Н. Этюды по истории теоретической биологии. 2-е изд., расш. — М., 2006. — 371 с. ISBN 5-02-033737-4.

Ссылки

  • International Society for History, Philosophy, and Social Studies of Biology — сайт общества истории, философии и социальных исследований в биологии
  • История биологии на Historyworld.net
  • История биологии на Bioexplorer.Net — коллекция ссылок по истории биологии

Нормативный контроль

NKC: ph484317

Понятие биологическая эволюция

Биологическая эволюция определяется как любое генетическое изменение в популяции, которое происходило в течение нескольких поколений. Эти изменения могут быть небольшими или большими, сильно заметными или не значительными.

Для того чтобы событие считалось примером эволюции, изменения должны происходить на генетическом уровне вида и передаваться от одного поколения к другому. Это означает, что гены, или, более конкретно, аллели в популяции изменяются и передаются. Эти изменения отмечаются в фенотипах (выраженных физических чертах, которые могут быть замечены) популяции.

Изменение генетического уровня популяции определяется как мелкомасштабное изменение и называется микроэволюцией. Биологическая эволюция также включает идею о том, что все живые организмы связаны и могут происходить от одного общего предка. Это называется макроэволюцией.

Что не относится к биологической эволюции?

Биологическая эволюция не определяет простое изменение организмов во времени. Многие живые существа испытывают изменения со временем, такие как потеря или увеличение размеров. Эти изменения не рассматриваются в качестве примеров эволюции, поскольку они не являются генетическими, и не могут быть переданы следующему поколению.

Теория эволюции

Эволюция — это научная теория, предложенная Чарльзом Дарвином. Научная теория дает объяснения и прогнозы для естественных явлений, основанных на наблюдениях и экспериментах. Этот тип теории пытается объяснить, как происходят события в естественном мире.

Определение научной теории отличается от ее общего смысла, которая определяется как предположение о конкретном процессе. Напротив, хорошая научная теория должна быть проверкой, фальсификацией и обоснованием фактических данных.

Когда дело доходит до научной теории, нет абсолютного доказательства. Это скорее подтверждение обоснованности принятия теории как жизнеспособного объяснения конкретного события.

Что такое естественный отбор?

Естественный отбор — это процесс, посредством которого происходят биологические эволюционные изменения. Естественный отбор действует на популяцию, а не на отдельных особей. Он основан на следующих концепциях:

  • Особи в популяции имеют разные черты, которые могут быть унаследованы.
  • Эти особи производят больше потомства, чем окружающая среда может поддерживать.
  • Особи из популяции, которые лучше всего подходят для их окружающей среды, оставят больше потомства, что приведет к изменению генетического состава вида.
  • Генетические вариации, возникающие в популяции, происходят случайно, но процесс естественного отбора не происходит. Естественный отбор является результатом взаимодействия между генетическими вариациями в популяции и окружающей среде.

Окружающая среда определяет, какие варианты более благоприятные. Особи с чертами, которые лучше подходят для окружающей среды, выживут, чтобы произвести больше потомства, чем другие организмы. Таким образом, более благоприятные черты передаются виду в целом. Примеры генетической изменчивости среди популяции включают модифицированные листья плотоядных растений, полосатых гепардов, летающих змей, животных, которые напоминают листья и т.п.

Как генетическое разнообразие происходит в популяции?

Генетическая вариация происходит главным образом через мутацию ДНК, поток генов (перемещение генов из одной популяции в другую) и половое размножение. Из-за того, что среда нестабильна, генетически изменчивые популяции смогут адаптироваться к изменяющимся ситуациям лучше, чем те, которые не содержат генетических вариаций.

Половое размножение позволяет генетическим изменениям проходить через генетическую рекомбинацию. Рекомбинация происходит во время мейоза и обеспечивает способ получения новых комбинаций аллелей на одной хромосоме.

Половое размножение может создавать благоприятные комбинации генов в популяции или удалять неблагоприятные.

Популяция с более благоприятными генетическими комбинациями выживет в своей среде и воспроизведет больше потомства, чем особи с менее благоприятными генетическими комбинациями.

Биологическая эволюция и креационизм

Теория эволюции вызвала споры со времени ее возникновения, которые длятся по сегодняшний день. Биологическая эволюция противоречит религии в отношении потребности в божественном творце. Эволюционисты утверждают, что эволюция не затрагивает вопрос о том, существует ли Бог, но пытается объяснить, как происходят естественные процессы.

При этом, однако, не избежать того факта, что эволюция противоречит некоторым аспектам определенных религиозных убеждений. Например, эволюционный учет существования жизни и библейский рассказ о творениях совершенно разные.

Эволюция предполагает, что вся жизнь связана и может быть прослежена до одного общего предка. Буквальное толкование библейского творения предполагает, что жизнь была создана всемогущим сверхъестественным существом (Богом).

Тем не менее, другие пытались объединить эти два понятия, утверждая, что эволюция не исключает возможности существования Бога, а просто объясняет процесс, посредством которого Бог создал жизнь. Однако этот взгляд все еще противоречит буквальной интерпретации творчества, представленной в Библии.

По большей части эволюционисты и креационисты согласны с тем, что микроэволюция действительно существует и она заметна в природе.

Тем не менее макроэволюция относится к процессу эволюции, который находится на уровне видов, и где один вид эволюционирует от другого вида. Это резко контрастирует с библейским мнением о том, что Бог лично участвовал в формировании и создании живых организмов.

Пока что дискуссия по эволюции/креационизму продолжается, и кажется, что различия между этими двумя взглядами вряд ли будут урегулированы в ближайшее время.

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Эволюционная биология

Ископаемый археоптерикс, обнаруженный вскоре после публикации «Происхождения видов». Археоптерикс занимает по морфологии промежуточное положение между пресмыкающимися и птицами, то есть является переходной формой

Эволюцио́нная биоло́гия — раздел биологии, изучающий происхождение видов от общих предков, наследственность и изменчивость их признаков, размножение и разнообразие форм в ходе эволюционного развития. Развитие отдельных видов обычно рассматривается в контексте глобальных преобразований флор и фаун, как компонентов биосферы. Эволюционная биология начала оформляться в качестве раздела биологии с широким признанием идей об изменчивости видов во второй половине XIX века.

Эволюционная биология — междисциплинарная область исследований, поскольку она включает в себя как полевые, так и лабораторные направления различных наук. Вклад в эволюционную биологию вносят исследования в таких узкоспециальных областях, как териология, орнитология или герпетология, которые обобщаются для получения ясной картины развития всего органического мира. Палеонтологи и геологи анализируют окаменелости, чтобы получить сведения о темпах и формах эволюции, а популяционная генетика исследует эти же вопросы теоретически. Экспериментаторы используют селекцию дрозофил для лучшего понимания многих проблем эволюционной биологии, например эволюции старения. В 1990-х годах биология развития вернулась в эволюционную биологию после длительного забвения в виде новой синтетической дисциплины — эволюционной биологии развития.

История

См. также: История эволюционного учения

Эволюционная биология как академическая дисциплина стала общепризнанной в результате синтеза дарвиновской теории и генетики в 1930-х и 1940-х годах. Основу новой теории заложили работы Четверикова, Фишера, Райта и Холдейна, в которых рассматривалось воздействие естественного отбора на частоту аллелей в популяциях. Характер этих работ был скорее теоретическим, чем экспериментальнообоснованным. Ситуацию исправила монография Феодосия Добжанского «Генетика и происхождение видов». В основу проблемы автор положил экспериментальную популяционную генетику. Теоретическая работа предшествующих авторов сопоставлялась с данными по изменчивости и отбору, полученными в ходе различных экспериментов. Добжанский полагал, что макроэволюционные процессы могут быть объяснены в терминах микроэволюции, которые протекают достаточно быстро, чтобы человек мог наблюдать их в экспериментах или в природе.

Генетические идеи проникли в систематику, палеонтологию, эмбриологию, биогеографию. Из названия книги Джулиана Хаксли «Evolution: The Modern synthesis» в научную литературу проник термин «современный синтез», обозначивший новый подход к эволюционным процессам. Выражение «синтетическая теория эволюции» в точном приложении к данной теории впервые было использовано Джорджем Симпсоном в 1949 году. Эта теория стала основой для развития эволюционной биологии во второй половине XX века. Подавляющее число новых идей в этой области рождалось из дискуссий вокруг синтетической теории, причём как из её защиты, так и из критики.

Методы эволюционной биологии

Эволюционная биология широко использует методы смежных наук. Опыт, накопленный палеонтологией, морфологией, генетикой, биогеографией, систематикой и другими дисциплинами, стал той базой, которая позволила превратить метафизические идеи о развитии живых существ в научный факт. Далее приводится описание различных методов приблизительно в той последовательности, в которой они входили в исследования по эволюции.

Палеонтологические методы

Практически все методы палеонтологии применимы для изучения эволюционных процессов. Наибольшую информацию палеонтологические методы дают о состоянии биосферы на различных этапах развития органического мира вплоть до современности, о последовательности смен флор и фаун. Важнейшие из этих методов: выявление ископаемых промежуточных форм, восстановление филогенетических рядов и обнаружение последовательности ископаемых форм.

Биогеографические методы

Биогеографические методы основаны на анализе распространения ныне существующих видов, что даёт информацию о местонахождении очагов происхождения таксонов, путях их расселения, влиянии климатических условий и изоляции на развитие видов. Особое значение имеет изучение распространения реликтовых форм.

Морфологические методы

Морфологические (сравнительно-анатомические, гистологические и др.) методы позволяют на основе сравнения сходств и различий в строении организмов судить о степени их родства. Методы сравнительной анатомии, наряду с палеонтологическими, были одними из первых, позволивших поставить эволюционные представления на рельсы биологической науки.

Молекулярно-генетические методы

Макромолекулярные данные, под которыми имеется в виду последовательности генетического материала и белков, накапливаются всё быстрыми темпами благодаря успехам молекулярной биологии. Для эволюционной биологии быстрое накопление данных последовательностей целых геномов имеет значительную ценность, потому что сама природа ДНК позволяет использовать его как «документ» эволюционной истории. Сравнения последовательности ДНК разных генов у разных организмов могут сказать учёному много нового об эволюционных взаимоотношениях организмов, которые не могут иначе быть обнаружены на основе на морфологии, или внешней форме организмов, и их внутренней структуре. Поскольку геномы эволюционируют через постепенное накопление мутаций, количество отличий последовательности нуклеотидов между парой геномов разных организмов должно указать, как давно эти два генома разделили общего предка. Два генома, которые разделились в недавнем прошлом, должны иметь меньшие отличий, чем два генома, чей общий предок очень давний. Потому, сравнивая разные геномы друг с другом, возможно получить сведения об эволюционном взаимоотношения между ними. Это является главной задачей молекулярной филогенетики.

Теоретическая эволюционная биология

В современной эволюционной биологии сосуществует несколько теорий, описывающих эволюционные процессы. Такое сосуществование, хотя и не всегда мирное, объясняется тем, что каждая из теорий уделяет основное внимание ограниченной группе факторов. Так синтетическая теория делает упор на популяционно-генетические процессы, а эпигенетическая — на онтогенетическое развитие. Проблемы, связанные с эволюцией биоценозов как целого, освещает экосистемная теория эволюции, находящаяся в начальной стадии разработки. В то же время теория прерывистого равновесия даёт представление о сменах режимов эволюционного процесса, хотя мало что может сказать об их причинах.

Синтетическая теория эволюции

Основная статья: Синтетическая теория эволюции

Синтетическая теория в её нынешнем виде образовалась в результате переосмысления ряда положений классического дарвинизма с позиций генетики начала XX века. После переоткрытия законов Менделя (в 1901 г.), доказательства дискретной природы наследственности и особенно после создания теоретической популяционной генетики трудами Р. Фишера (1918—1930), Дж. Б. С. Холдейна-младшего (1924), С. Райта (1931; 1932), учение Дарвина приобрело прочный генетический фундамент.

Статья С. С. Четверикова «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» (1926) по сути стала ядром будущей синтетической теории эволюции и основой для дальнейшего синтеза дарвинизма и генетики. В этой статье Четвериков показал совместимость принципов генетики с теорией естественного отбора и заложил основы эволюционной генетики. Главная эволюционная публикация С. С. Четверикова была переведена на английский язык в лаборатории Дж. Холдейна, но никогда не была опубликована за рубежом. В работах Дж. Холдейна, Н. В. Тимофеева-Ресовского и Ф. Г. Добржанского идеи, выраженные С. С. Четвериковым, распространились на Запад, где почти одновременно Р. Фишер высказал очень сходные взгляды о эволюции доминантности.

Толчок к развитию синтетической теории дала гипотеза о рецессивности новых генов. Говоря языком генетики второй половины XX века, эта гипотеза предполагала, что в каждой воспроизводящейся группе организмов во время созревания гамет в результате ошибок при репликации ДНК постоянно возникают мутации — новые варианты генов.

Нейтральная теория молекулярной эволюции

Основная статья: Нейтральная теория молекулярной эволюции

В конце 1960-х годов Мотоо Кимурой была разработана теория нейтральной эволюции, предполагающая, что в эволюции важную роль играют случайные мутации, не имеющие приспособительного значения. В частности, в небольших популяциях естественный отбор, как правило, не играет решающей роли. Теория нейтральной эволюции хорошо согласуется с фактом постоянной скорости закрепления мутаций на молекулярном уровне, что позволяет, к примеру, оценивать время расхождения видов.

Теория нейтральной эволюции не оспаривает решающей роли естественного отбора в развитии жизни на Земле. Дискуссия ведётся касательно доли мутаций, имеющих приспособительное значение. Большинство биологов признают ряд результатов теории нейтральной эволюции, хотя и не разделяют некоторые сильные утверждения, первоначально высказанные Кимурой. Теория нейтральной эволюции объясняет процессы молекулярной эволюции живых организмов на уровнях не выше организменных. Но для объяснения прогрессивной эволюции она не подходит по математическим соображениям. Исходя из статистики для эволюции, мутации могут как возникать случайно, вызывая приспособления, так и те изменения, которые возникают постепенно. Теория нейтральной эволюции не противоречит теории естественного отбора, она лишь объясняет механизмы проходящие на клеточном, надклеточном и органном уровнях.

Сравнительная характеристика теорий филетического градуализма (вверху) с теорией прерывистого равновесия (внизу): прерывистое равновесие достигается за счёт быстрых изменений в морфологии

Теория прерывистого равновесия

Основная статья: Теория прерывистого равновесия

В 1972 году палеонтологами Нильсом Элдриджем и Стивеном Гулдом была предложена теория прерывистого равновесия, утверждающая, что эволюция существ, размножающихся половым путём, происходит скачками, перемежающимися с длительными периодами, в которых не происходит существенных изменений. Согласно этой теории, фенотипическая эволюция, эволюция свойств, закодированных в геноме, происходит в результате редких периодов образования новых видов (кладогенез), которые протекают относительно быстро по сравнению с периодами устойчивого существования видов. Теория стала своеобразным возрождением сальтационной концепции. Принято противопоставлять теорию прерывистого равновесия теории филетического градуализма, которая утверждает, что бо́льшая часть процессов эволюции протекает равномерно, в результате постепенной трансформации видов.

Эволюционная биология развития

Основная статья: Эволюционная биология развития

В последние десятилетия эволюционная теория получила импульс от исследований в области биологии развития. Открытие hox-генов и более полное понимание генетического регулирования эмбриогенеза стало основой для глубокого продвижения в теории морфологической эволюции, связи индивидуального и филогенетического развития, эволюции новых форм на основе прежнего набора структурных генов.

Экспериментальная эволюционная биология

Тля из подсемейства Aphidinae — объект опытов Шапошникова по искусственной эволюции

Опыты Шапошникова

Основная статья: Опыты Георгия Шапошникова по искусственной эволюции

В конце 1950-х — начале 1960-х годов советским биологом Георгием Шапошниковым была проведена серия экспериментов, в процессе которых проводилась смена кормовых растений у различных видов тлей. Во время опытов впервые наблюдалась репродуктивная изоляция использованных в эксперименте особей от исходной популяции, что свидетельствует об образовании нового вида.

Эксперимент по эволюции E. coli

Основная статья: Долговременный эксперимент по эволюции E. coli

Уникальный эксперимент по эволюции бактерии E. coli в искусственных условиях, проведённый группой под руководством Ричарда Ленски в университете штата Мичиган. В процессе эксперимента прослежены генетические изменения, происходившие в 12 популяциях E. coli на протяжении 60 000 поколений. Эксперимент начался 24 февраля 1988 года и продолжается более 25 лет

> См. также

  • Популяционная биология
  • Эмерджентная эволюция

Примечания

  1. Четвериков С. С. О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики // Журн. эксп. биол. — 1926. — Т. 2. — С. 3—54.
  2. Fisher R. A. The Genetical Theory of Natural Selection. — Oxford: Clarendon Press, 1930.
  3. Wright S. Evolution in Mendelian populations (англ.) // Genetics. — 1931. — Vol. 16. — P. 97—159.
  4. Haldane J. B. S. The Causes of Evolution. — London: Longmans, Green & Co., 1932.
  5. Иорданский Н. Н. Эволюция жизни. — М.: Академия, 2001. — 425 с.
  6. Dobzhansky Th. Genetics and the Origin of Species. — New York: Columbia University Press, 1937.
  7. Huxley J. Evolution: The Modern synthesis. — London: Allen & Unwin, 1942.
  8. 1 2 Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение. — М.: Высшая школа, 2006. — 310 с.
  9. Richard E. Lenski Source of founding strain, 2000. Accessed June 18, 2008.
  10. Jeffrey E. Barrick, Dong Su Yu, Sung Ho Yoon, Haeyoung Jeong, Tae Kwang Oh, Dominique Schneider, Richard E. Lenski, Jihyun F. Kim. Genome evolution and adaptation in a long-term experiment with Escherichia coli (англ.) // Nature : journal. — 2009. — Vol. 461. — P. 1243—1247.

На русском языке

Научно-популярная

  • Еськов К. Ю. История Земли и жизни на ней: От хаоса до человека. — М.: НЦ ЭНАС, 2004. — ISBN 5-93196-477-0.
  • Марков А. В. Рождение сложности. — М.: Астрель, 2010. — 527 с. — 4000 экз. — ISBN 978-5-271-24663-0.

Учебная и научная

  • Воронцов Н. Н. История эволюционного учения. — М.: Изд.отдел УНЦ ДО МГУ, 1999. — 640 с.
  • Грант В. Эволюционный процесс. Критический обзор эволюционной теории. — М.: Мир, 1991. — 488 с. Архивировано 9 апреля 2012 года. Архивная копия от 9 апреля 2012 на Wayback Machine
  • Иорданский Н. Н. Эволюция жизни. — М.: Академия, 2001. — 425 с.
  • Северцов А. С. Теория эволюции. — М.: Владос, 2005. — 380 с. — 10 000 экз.
  • Солбриг О., Солбриг Д. Популяционная биология и эволюция. — М.: Мир, 1982. — 244 с.
  • Колчинский Э. И. Неокатастрофизм и селекционизм: вечная дилемма или возможность синтеза?. — СПб.: Наука, 2002. — 554 с. — ISBN 5-02-026174-2.

На английском языке

  • Сайт кафедры биологической эволюции биологического факультета МГУ
  • Сайт «Проблемы эволюции»
  • Сайт «Антропогенез.РУ»

Что такое эволюция — ее движущие силы, синтетическая теория, этапы и доказательства эволюции человека

1 декабря 2019

Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Про существование теории эволюции слышали все, но вот объяснить толком, что это такое, о чем говорится в синтетической теории и каковы этапы эволюции человека расскажет не всякий.

Поэтому мы сегодня в научно-популярном стиле пробежимся по всем этим вопросам, чтобы у вас не осталось «темных пятен» в современном понимании эволюционных процессов. Будет интересно, не переключайтесь…

Эволюция — это…

Определение эволюции присутствует во многих источниках: энциклопедиях, научных журналах, школьных учебниках, популярной литературе и т.д.

Если сделать краткое обобщение этого понятия, то эволюция – это, прежде всего, процесс последовательного естественного развития, характерными чертами которого являются:

  1. необратимые постепенные изменения в природе и социальных системах;
  2. адаптация живых организмов к условиям окружающей среды и факторам внешнего воздействия (иными словами, борьба за существование);
  3. преобразование активной оболочки Земли (биосферы);
  4. отмирание старых и образование новых генетических популяций и мутаций в животном и растительном мире.

Важно понимать, что эволюционный процесс протекает естественным путём, плавно и без бурных всплесков и скачков, что в корне отличает его от революционных преобразований.

Когда говорят об эволюции, чаще всего подразумевают биологическую эволюцию, теоретические основы которой заложили Мендель, Ламарк и Дарвин. В то же время в современной философской науке всё большее внимание уделяется эволюции социальной, характеризующей изменения в жизни общества.

Существующие в наши дни эволюционные теории отличаются друг от друга тем, что по-разному объясняют механизмы эволюционных процессов.

Наибольшее признание получила синтетическая теория эволюции, развивающая дарвиновское учение на основе последних научных достижений.

Попробуем разобраться в нюансах эволюционных хитросплетений.

Движущие силы эволюции

Первую попытку создать стройную и целостную теорию эволюции живого мира предпринял Ламарк в 1809 году (Дарвин в этом году только родился!) в своей работе «Философия зоологии».

Согласно выдвинутой им концепции (что это?) движущей силой эволюции служит стремление организма к самосовершенствованию. Ламарк считал, что полезные признаки передаются животными своему потомству по наследству. В частности, жирафы наследуют от предков длинную шею, муравьеды – длинный язык и т.д.

Развивая концепцию Ламарка, Дарвин в середине IX века разработал теорию биологической эволюции, опубликовав знаменитую монографию «Происхождение видов путем естественного отбора». Положения теории Дарвина сводятся к следующим основным постулатам:

  1. Живые организмы изменяются, приспосабливаясь к новой среде обитания.
  2. Движущей силой эволюции является борьба за существование, в процессе которой происходит естественный отбор, то есть выживают особи, располагающие оптимальным набором полезных свойств.
  3. Каждому виду присуща наследственная изменчивость.
  4. Естественный отбор сопровождается образованием новых видов.
  5. Эволюционируют не конкретные особи, а целый вид или популяция.

Создателем теории естественного отбора наравне с Чарльзом Дарвином можно считать Альфреда Уоллеса, одного из основателей зоогеографии. Именно он ввёл в оборот широко используемый термин «дарвинизм».

Дарвиновская теория до сих пор пробуждает недоверие и даже неприязнь у людей, не желающих смириться с тем, что нашими предками были какие-то обезьяны, пусть даже человекоподобные и по-своему симпатичные. Особенно нетерпимо к этому относится религия, рассматривающая человека как высшее божественное творение.

Вообще старику Дарвину повезло в том плане, что он выдвинул свою теорию в ХIX, а не, скажем, в VI веке. Иначе гореть бы ему на костре святой инквизиции как злостному еретику (кто это?).

Но и в научном мире немало противников дарвинизма, которые на базе последних достижений в биологии и генетике (особенно после открытия ДНК) ставят под сомнение или полностью опровергают эволюцию по Дарвину. Это нормально, так как процесс познания бесконечен.

Синтетическая теория эволюции (СТЭ)

Данная теория возникла в 40-х годах двадцатого века и представляет собой синтез различных дисциплин, в первую очередь дарвинизма, генетики и молекулярной биологии. Ценный вклад внесла и палеонтология.

Такой подход позволил нарисовать более полную картину развития жизни на нашей планете. СТЭ вовсе не опровергает дарвиновское учение, скорее, наоборот, она его дополняет и параллельно подтверждает многие тезисы, выдвинутые великим учёным.

Дело в том, что эти тезисы во многом основывались на предположениях и наблюдениях и в то время не могли быть доказаны в силу недостаточного развития научной мысли.

Термин «синтетическая» вошёл в употребление с подачи одного из создателей СТЭ Дж.Хаксли, опубликовавшего в 1942 г. книгу под названием «Эволюция – современный синтез». Кстати, он же сыграл видную роль в организации Всемирного фонда дикой природы. За заслуги перед наукой был удостоен медали Дарвина и рыцарского звания.

СТЭ существенно расширяет представления Дарвина об эволюционных процессах, раскрывая разнообразие движущих сил эволюции. Если Дарвин обходился внутривидовой и межвидовой борьбой за выживание в неблагоприятных условиях, то современная наука выделяет такие факторы эволюции, как мутация, изоляция, популяционные всплески численности и др.

Синтетическая теория впитала в себя две теории: микро- и макроэволюцию. Первая изучает преобразования на генетическом уровне, которые способствуют формированию новых популяций. Вторая исследует закономерности и направления эволюции живых организмов, включая происхождение человека.

Явления, происходящие на микроэволюционном уровне, доступны для наблюдения, в то время как макроэволюция длится на протяжении тысячелетий и может быть только реконструирована. Таким образом, прямой эксперимент, свидетельствующий о существовании макроэволюции, поставить невозможно.

Однако есть немало косвенных доказательств, полученных на основе других наук: палеонтологии, морфологии, археологии, генетики. В конечном же счёте оба процесса протекают под влиянием природных изменений.

В упрощённом виде основными положениями синтетической теории эволюции являются:

  1. Эволюция происходит на фоне наследственных изменений – генных мутаций.
  2. Главный фактор эволюции – естественный отбор в результате борьбы за существование.
  3. Наименьшая единица эволюции – популяция.
  4. Целостность вида сохраняется благодаря миграциям особей между популяциями.
  5. Образование нового вида происходит в результате длительного эволюционного процесса.
  6. Эволюция носит ненаправленный характер, то есть её конечная цель не определена.

Суть СТЗ очень метко высказана в книге «Остров Ифалук» Марстона Бейтса и Дональда Эббота:

«Мы не можем распределять признаки по двум отдельным ящикам, один из которых несет ярлычок «наследственные», а другой — «вызванные средой». Всё в организме есть результат взаимодействия того и другого».

Этапы эволюции человека

Большинство учёных отстаивает эволюционную теорию происхождения человека, которая подтверждается множеством археологических находок и биологических исследований.

Самым древним животным, проявившим признаки сходства с человеком, считается австралопитек: эта волосатая обезьяна жила в Африке 2-4 млн. лет назад, могла ходить на двух ногах и пользоваться предметами в качестве орудий.

Далее период развития человека делится на три этапа:

  1. древнейшие люди (архантропы);
  2. древние люди (палеоантропы);
  3. современные люди (неоантропы).

Характерным представителем архантропов является питекантроп (в Китае – синантроп, в Европе – гейдельбергский человек) – прямоходящий обезьяночеловек ростом порядка 170 см с объёмом черепа 900 куб. см. Питекантропы жили первобытным стадом примерно 700-900 тысяч лет назад, занимались по большей части охотой и рыбной ловлей.

На смену архантропам пришли палеоантропы (неандертальцы). Объём их мозга увеличился до 1400 куб. см. Эти существа умели изготавливать грубую одежду, орудия труда и охоты из камня, а также пользоваться огнём. В отличие от своих предшественников неандертальцы жили группами до ста особей, нередко пользуясь пещерами в качестве жилья.

Примерно 50 000 лет назад на арену вышли неоантропы (их ещё называют кроманьонцами), образовавшие род «хомо сапиенс» — человек разумный. Обезьяньи черты у них почти полностью исчезли, а ряд признаков позволяет сделать предположение о способности к членораздельной речи.

Неоантропы научились приручать животных и стали заниматься земледелием. По уровню мышления они значительно превзошли своих предшественников, а их эволюция протекала под сильным влиянием социума.

Появление кроманьонцев рассматривается как завершающая стадия формирования современного человека. Человеческое первобытное стадо сменилось родовым строем, и дальнейший прогресс человеческого общества стал управляться социально-экономическими законами.

Доказательства эволюции

В качестве доказательств происхождения человека от человекообразных млекопитающих учёные приводят анатомические, эмбриологические, физиологические, молекулярно-генетические и другие факторы, среди которых можно выделить следующие.

  1. Человеческий скелет имеет такое же строение, как и у хордовых животных, а в коже присутствуют млечные и потовые железы.
  2. Наличие атавизмов и рудиментов (например, рождение хвостатого ребёнка).
  3. Внутриутробное развитие детёныша с питанием через плаценту.
  4. Замкнутая кровеносная система с похожим составом гемоглобина (что это?).
  5. Большая схожесть структуры генов (до 90%) у человека и некоторых видов обезьян.

Критики эволюционизма приводят ряд контраргументов, опровергающих дарвиновскую теорию в чистом виде. На этой почве и появилась вышерассмотренная синтетическая теория эволюции – некий компромисс между двумя течениями. Не осталась в стороне и церковь, ищущая пути примирить эволюционную теорию с библейской версией создания мира.

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

* Нажимая на кнопку «Подписаться» Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности.

Подборки по теме

  • Вопросы и ответы
  • Использую для заработка
  • Полезные онлайн-сервисы
  • Описание полезных программ

Использую для заработка

  • ВоркЗилла — удаленная работа для всех
  • МираЛинкс — платят за размещение статей
  • ГоГетЛинкс — монетизация сайтов
  • Анкетка — платят за прохождение тестов
  • Etxt — платят за написание текстов
  • Кьюкоммент — биржа комментариев
  • Поиск лучшего курса обмена
  • 60сек — выгодный обмен криптовалют
  • МоеМнение — бонусы за прохождение опросов
  • Бинанс — надёжная биржа криптовалют
  • ВкТаргет — заработок в соцсетях (ВК, ОК, FB и др.)

Рубрика: Отвечаю на частые вопросы

Теории о зарождении жизни

Какое событие положило начало биологической эволюции на Земле — один из самых сложных вопросов в естествознании, и на него еще никогда не было получено однозначного ответа. На протяжении истории человечества выдвигались разные гипотезы о появлении жизни:

  • Креационизм. Все религии придерживаются теории сотворения, согласно которой все живое было создано единовременно некоей божественной сущностью — творцом, а человек — венец творенья. Большое сомнение вызывает одновременное появление всего и сразу.
  • Панспермия и стационарное состояние. Взаимосвязанные теории, жизнь разносится сквозь космическое пространство по планетам некими семенами, но сама вселенная существует вечно и также вечно существует в ней жизнь. Опровергается Теорией Большого взрыва.
  • Спонтанное зарождение. Основной тезис — живое зарождается из неживого. Трудно представить, но даже в VII—VIII вв. еках ученые описывали, как из закрытых в шкафу грязных рубашек и пшеницы зародилась мышь. После открытия микроорганизмов эта теория получила новый виток, ведь если сложные организмы не самозарождаются, возможно, это могут делать простые.
  • Океанское дно. Защита от губительных ультрафиолетовых излучений и процветание жизни в термальных гидроисточниках (черных курильщиках) под толщей воды позволили выдвинуть такую гипотезу. Теоретически черные курильщики имеют все необходимое для изначального зарождения жизни — тепло, минеральные вещества, сероводород.
  • Биогенез. Все живое происходит от живого. Но тут встает вопрос, когда и каким образом могли возникнуть живые организмы, если изначально их не существовало на планете.

Гипотезу о происхождении жизни из так называемого органического бульона выдвинул Александр Опарин в 1924 году. На сегодняшний день она является наиболее признанной. В ее пользу свидетельствуют опыты по получению белков и базовых органических молекул для построения ДНК и РНК (аминокислот) из смеси распространенных во вселенной циановодорода и сероводорода с обычными минеральными веществами и металлами. А.

Опарин полагал, что уже на самых ранних этапах развития планеты должны были появиться т. н. пробионты, представляющие собой изолированные участки среды, в которых процессам обмена легче будет происходить.

Возникновение органики

Сейчас считается, что жизнь возникла и начала эволюционировать с того момента, как органические молекулы стали организовываться в самовоспроизводящиеся структуры.

На начальных этапах развития жизни на Земле химические вещества и металлы океанской воды взаимодействовали друг с другом посредством самых разнообразных химических реакций, соединяясь во все новые и новые молекулы. Маленькие молекулы соединялись в большие и удерживались электростатическими силами, образовывая коацервантные капли — скопления липидных молекул, вокруг которых появилась водоотталкивающая оболочка. Органические вещества в коацервате собирались не случайным образом, они дополняли и «понимали» друг друга.

Коацерватные капли привели к возникновению первых «просто клеток» — протобионтов. Их еще нельзя было считать полноценными клетками, но были неким органическим прототипом. Появление протобионтов стало возможным благодаря выполнению двух условий:

  • Упорядоченное скапливание молекул.
  • Развитие воспроизводства себе подобных (репликации).

Протобионты, сочетающие в себе способность к репликации и обмену веществ, сохранились в процессе предбиологического отбора и эволюционировали в первые живые организмы — бактерии.

Так как полагается, что изначально кислорода в земной атмосфере не было, то прокариоты были анаэробными и гетеротрофными микроорганизмами. Бактерии-анаэробы и сейчас довольно многочисленны. Некоторые живут в кислородной среде, но не используют ее для дыхания — это молочно-кислые бактерии. Возбудители газовой гангрены, столбняка, ботулизма могут развиваться только без доступа кислорода, иначе погибают.

Появление эукариотов

Основные этапы формирования многоклеточных организмов начались гораздо позже — около 1,5 млрд лет назад. Предпосылками для этого стало появление одноклеточных, способных на фотосинтез и симбиогенез.

Бурная вулканическая деятельность и высокая температура на древней Земле позволяли синтезировать органические вещества в больших количествах. Но со временем земля остывала, количество синтезированных веществ падало, а с появлением бактерий-анаэробов, питающихся ими, могло бы полностью истощиться. В результате могло произойти окончание истории развития жизни, если бы в результате конкуренции за получение органических веществ не появились фотосинтезирующие бактерии.

Они выработали способность самим производить для себя пищу, т. е. синтезировать органику из неорганики за счет энергии солнечного света. У самых первых таких бактерий фотосинтез проходил без выделения кислорода (аноксигенный тип), а водород они брали из сероводорода. При дальнейшем эволюционировании появились цианобактерии (сине-зеленые водоросли), использующие водород из воды и выделяющие кислород.

Распространение цианобактерий позволило сформироваться озоновому слою, защищающему планету от губительных ультрафиолетовых лучей и стало предпосылкой перемещения жизни из воды на сушу. Дальнейшее эволюционное развитие привело к появлению первых бактерий-аэробов, использующих кислород для дыхания. Для жизни им требовалось гораздо меньше органических веществ, что повышало конкурентноспособность таких организмов в борьбе за выживание.

Бактериям-анаэробам пришлось приспосабливаться к новым условиям, так они не умели ни фотосинтезировать, ни дышать кислородом. В результате появились хищные амебы, захватывающие своими ложноножками другие бактерии. Не все захваченные организмы погибали, некоторые продолжали жить в цитоплазме амебы-захватчицы. Этот процесс получил отображение в симбиогенезе.

Многоклеточные организмы обязаны своим появлением именно этой стадии эволюционирования. Если кратко, симбиогенез или эндосимбиоз происходит по схеме: одна клетка проникает за мембрану другой, но ее поглощения не происходит. Она приживается внутри другой клетки и продолжает функционировать. Последовательность может повторяться — получившееся образование захватывает новые организмы, причем как одиночные, так и со своим симбионтом. Исследования И. И. Мечникова подтверждают эту гипотезу. В 1880 году, изучая пищеварение иглокожих и кишечнополостных, он пришел к выводу, что внутриклеточное пищеварение является более древним.

Возникшее в результате симбиогенеза сообщество организмов обладало всеми свойствами его составляющих:

  • Способность к фотосинтезу.
  • Экономное и эффективное использование органических веществ благодаря кислородному виду дыхания.
  • Способность к быстрому перемещению и захвату других бактерий.

Со временем фотосинтезирующие симбионты превратились в хлоропласты, аэробные бактерии — в митохондрии. Связи между ними и главной клеткой укрепились и стали устойчивыми. Для управления таким сложным образованием и сохранения генетической системы клетки-носителя возникло ядро — новая клеточная органелла со специальными функциями. Организмы, клетки которых не имеют ядра называются прокариотами, а организмы, состоящие из клеток с ядром — эукариотами.

Разделение на животных и растения

Первые эукариоты содержали и хлоропласты, и митохондрии. Под влиянием внешних условий появляются древние жгутиковые — приспособленные к активному передвижению формы. Считается, что жгутики произошли от каких-то прокариот, как митохондрии и хлоропласты, и сочетали в себе свойства как животных, так и растений.

Постепенно они попадали в разную среду, вследствие чего были вынуждены приспосабливаться к ней. Если органических веществ вокруг оказывалось достаточно, то жгутиковые утрачивали хлоропласты и превращались в простейших одноклеточных животных, а сохранившие хлоропласты стали прародителями одноклеточных растений. Они в процессе развития утратили способность к передвижению и обзавелись разнообразными механизмами, улучшающими процесс фотосинтеза. Растительный мир эволюционировал от водорослей до покрытосеменных растений и стал похож на современный к концу мелового периода.

В окаменелостях вендского периода были найдены абсолютно симметричные организмы, переходная форма между животными и растениями, что также говорит об их общих предках. Переходной формой от одноклеточных к многоклеточным считаются колониальные формы. Они состоят из одноклеточных особей, связанных между собой определенным образом и имеющих зачатки едино действующего организма.

Основные этапы

Эволюцию животных разделяют на этапы согласно геохронологической истории. Ее подробности можно найти в специальных таблицах, из которых видно, что путь, совершившийся от появления первых одноклеточных до млекопитающих, длился миллионы лет. Развитие многоклеточных организмов, не имеющих скелетных образований, началось еще в поздний период протерозойской эры. В дальнейшем какие-то виды навсегда вымирали, как тупиковые ветви, а какие-то заняли самые широкие ареалы обитания, как млекопитающие. Порядок эволюционирования:

  • Простейшие — бактерии и вирусы.
  • Кишечнополостные — коралловые полипы, губки. Малоподвижные морские существа, пищеварительная полость которых имеет вид мешка. Проводят жизнь в основном на одном месте, охотясь на проплывающую мимо добычу. Но их внутренние и наружные клетки уже имеют разную специализацию.
  • Иглокожие — морская звезда, морские ежи. У них начали появляться зачатки пищеварительного тракта.
  • Черви — дождевой червь, пиявка. Сначала появились плоские ресничные черви, ставшие прародителями кольчатых червей. Более развитый пищевой тракт и ярко выраженное размещение ротового отверстия в одном конце были следующей стадией эволюции в переходе к подвижному образу жизни.
  • Мягкотелые — моллюски, устрицы, улитки. Вероятно, были другой ветвью развития ресничных червей, заменивших подвижность на внешнюю защиту. Хорошо выраженное ротовое отверстие способствовало появлению зачатков нервной системы.
  • Членистоногие — насекомые, раки, скорпионы. Обзавелись наружным скелетом, в отличие от первых хордовых и челюстных рыб, имеющих зачатки внутреннего скелета. Имеют выраженные органы чувств.
  • Позвоночные. Полагается, что произошли от лучеперых и кистеперых рыб, плавники которых были зачатками конечностей.

Важную роль в эволюции животных имеет ароморфоз. Эта способность позволяет живым организмам адаптироваться к новым условиям окружающей среды, при этом повышается общий уровень организации, приобретаются новые полезные умения и способности. Основой ароморфоза являются наследственность и естественный отбор. Примеры важнейших ароморфозов в эволюции животных:

  • появление костного скелета и круга кровообращения у рыб;
  • половое деление клеток;
  • внутреннее оплодотворение у пресмыкающихся;
  • развитие легких у земноводных, что позволило им осваивать жизнь на суше;
  • формирование перьевого покрова и крыльев у птиц.

И это только малая часть всех ароморфозов, произошедших с животными во время эволюции. Этапы развития животных довольно хорошо изучены благодаря исследованиям хорошо сохранившихся останков.

>Видообразование как результат микроэволюции

Видообразование

В результате изоляции со временем в популяциях накапливаются генетические различия. Если изоляция продолжается достаточно долго, то таких изменений становится все больше и больше и может начинаться процесс видообразования.

Под изоляцией понимают прекращение потоков генов между популяциями. Наиболее очевидная причина изоляции – пространственная граница или географическое разделение популяции.

Для водных животных такими преградами обычно служат массивы суши. Для сухопутных – водные преграды или горные хребты. Непреодолимость преграды обычно носит относительный характер (разливы рек, горные перевалы, сухопутные мосты).

Две популяции зверей (например, волков) могут разместиться рядом на разных берегах реки, а популяция птиц (например, голубой сороки) оказываются разделёнными целым материком (см. видео).

Пространственная изоляция может быть связана с размещением кормовой базы или ареалами хищников и конкурентов.

Другая причина, приводящая к изоляции видов, – это разделение экологических ниш, например различия в поведении, пищевых предпочтениях и других экологических особенностях.

Вид Окунь обыкновенный в крупных озерах образует две популяции. Одни окуни живут в прибрежной зоне, питаются мелкими животными, и растут медленно. Другие обитают на большой глубине, питаются рыбой и икрой и растут быстро.

Некоторые лососевые рыбы мечут икру раз в два года. В одно и тоже нерестилище попеременно приходят на нерест разные популяции: одна в четные годы, другая в нечетные.

Аллопатрическое и симпатрическое видообразование

Видообразование, которое происходит благодаря географической изоляции, называют аллопатрическим – дословно «родина в разных местах».

Видообразование, которое происходит благодаря экологической изоляции, называется симпатрическим – дословно «родина в одном месте» (схема 1).

Схема 1. Сравнение аллопатрического и симпатрического видообразования

Классический пример аллопатрического видообразования – это эндемичные виды, возникшие на островах в результате географической изоляции. Так, разнообразные виды вьюрков на Галапагосских островах, описанные Дарвином, – свидетельство эффективности аллопатрического видообразования (рис. 1). Молекулярный анализ их ДНК показывает, что при всем удивительном морфологическом многообразии видов дарвиновских вьюрков, все они являются потомками одного единственного континентального вида. Его представители, попали на Галапогосские острова несколько миллионов лет назад и дали начало пяти основным линиям.

Рис. 1. Дарвиновские вьюрки. Слева – разнообразие форм клюва вьюрков, как результат экологической изоляции. Справа – основные пять форм вьюрков, возникшие на островах в результате географической изоляции.

Молекулярные часы эволюции позволяют установить последовательные часы их дивергенции. Наиболее древние из них – это линия насекомоядных вьюрков.

Позднее выделилась линия вьюрков-вегетарианцев, которые питаются лепестками цветков, почками и плодами. Затем от этой линии отделились еще две с более мощными клювами.

Древесные вьюрки использовали их для извлечения насекомых из стволов деревьев, а наземные для питания твердыми семенами.

Представители исходного вида вьюрков попали на Галапагосские острова миллионы лет назад и дали начало пяти основным линиям. На одном острове появилась линия насекомоядных вьюрков. На другом острове появились вьюрки-вегетарианцы, питающиеся цветами, листьями и семенами. На иных островах появились и закрепились линии вьюрков с мощными клювами, которые позволяли им разбивать кору и грызть твердые семена.

Примером симпатрического видообразования могут служить рыбки-цихлиды (см. видео). В африканском озере Виктория, которое образовалось 12 тысяч лет назад, обитают более 500 видов рыб-цихлид, которые отличаются друг от друга по внешнему виду, образу жизни, поведению и ряду других признаков. Молекулярный генетический анализ показывает, что все они произошли от одного общего предка.

Географической изоляции между ними не было.

Основные пути ведущие к появлению новых видов

Выделяют три основных пути, ведущих к появлению новых видов.

Первый из них – простое преобразование существующих видов. В ходе эволюции вид А меняется и превращается в вид Б. Такой процесс называется филетическим видообразованием. Число видов при этом не увеличивается.

Второй путь называется гибридогенным. Он связан со слиянием двух существующих видов А и Б и образованием нового вида С. Виды А и Б в таком случае могут сохраняться.

Третий путь видообразования обусловлен дивергенцией, т. е. разделением одного предкового вида на несколько независимо эволюционирующих видов.

Этим путем, в основном, и шла эволюция биоразнообразия на Земле (схема 2).

Схема 2. Пути водообразования: филетический, гибридогенный и дивергентный

Дарвин рассматривал только дивергентный путь видообразования. Филетический и гибридогенный пути были открыты позже.

Таким образом, видообразование – это процесс превращения генетически изолированных популяций в новые виды под действием естественного отбора.

Список литературы

  1. А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. Общая биология, 10–11 класс. – М.: Дрофа, 2005. По ссылке скачать учебник: Источник)
  2. Д.К. Беляев. Биология 10–11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е издание, стереотипное. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с. (Источник)
  3. В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин, Е.Т. Захарова. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень. – 5-е издание, стереотипное. – М.: Дрофа, 2010. – 388 с. (Источник)
  4. В.И. Сивоглазов, И.Б. Агафонова, Е.Т. Захарова. Биология 10–11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е издание, дополненное. – М.: Дрофа, 2010. – 384 с. (Источник)

Домашнее задание

  1. Что такое видообразование? Как связаны понятия «видообразование» и «микроэволюция»?
  2. Как видообразование связано с изоляцией популяций?
  3. Какие формы видообразования разлтчают в связи с разными видами изоляции?
  4. Какими путями может происходить видообразование? Приведите примеры образования биологических видов каждым из этих путей.
  5. Что общего в видообразовании и селекционной работе?
  6. Какими путями происходило образование вида Человек разумный?

Эволюционная биология

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *