Общая биология

Ч. Дарвин отметил, что одни изменения возникающие в онтогенезе

проявляются у потомства, другие не проявляются. Первые он отнес к

наследственной изменчивости, вторые к ненаследственной. Дарвин отметил

и такой факт, что наследуются в основном изменения связанные с

неопределенной и соотносительной изменчивостью.

Примером определенной изменчивости Дарвин считал действие

окружающей среды. Причины неопределенной изменчивости Дарвин не мог,

отсюда и само название этой формы изменчивости.

К настоящему времени причины и механизм изменчивости более или

менее ясны.

Современная наука различает две формы изменчивости – мутационную

или генотипическую и кодификационную или фенотипическую.

Мутационная изменчивость связана с изменением генотипа. Возникает

она в результате мутаций. Мутации это результат воздействие на генотип

мутагенов. Сами мутагены подразделяются на физические, химические и

пр. Мутации бывают генные, хромосомные, геномные. Мутации передаются

по наследству с генотипом.

Модификационная изменчивость есть взаимодействие генотипа и

окружающей среды. Проявляется модификационная изменчивость через норму

реакции, т. е. воздействие факторов среды может изменить проявление

признака в его крайних пределах определенных генотипом. Такие

изменения не передаются потомкам, но могут проявляться в последующем

поколении пи повторении параметров факторов среды.

Обычно дарвиновская неопределенная изменчивость ассоциируется с

мутационной, а определенная с модификационной.

Борьба за существование.

В основе дарвиновской теории естественного отбора лежит борьба за

существование, с необходимостью вытекающей из безграничного стремления

организмов к размножению. Это стремление всегда выражается в

геометрических прогрессиях.

Дарвин ссылается при этом на Мальтуса. Однако задолго до Мальтуса

биологи знали об этом явлении. Да и наблюдения самого Дарвина

подтверждали способность живых существ к потенциальной интенсивности

размножения. Еще К. Линней указывал, что одна мясная муха при

посредстве своего потомства могла бы за несколько дней до костей труп

лошади.

Даже медленно размножающиеся слоны, по подсчету Ч. Дарвина,

овладеть всей сушей, если бы для этого были бы все условия. По Дарвину

от одной пары слонов за 740 лет получилось бы около 19 миллионов

особей.

Почему же так различаются потенциальная и реальная рождаемость?

Дарвин отвечает и на этот вопрос. Он пишет, что настоящее значение

многочисленности яиц или семян заключается в том, чтобы покрыть их

значительную убыль, вызываемую истреблением в каком-нибудь поколении

жизни, т. е. размножение наталкивается на сопротивление среды. На

основе анализа этого явления Ч. Дарвин вводит понятие «борьба за

существование».

«Понятие борьба за существование» может иметь смысл и оправдание

только в дарвиновском широком «метафорическом» понимании: «включая

сюда зависимость одного существа от другого, а также включая (что еще

важнее) не только жизнь одной особи, но и успех ее в оставлении после

себя потомства». Дарвин пишет: «Про двух животных из ряда львов, В

период голода, можно совершенно верно сказать, что они борются друг с

другом за пищу и жизнь. НО про растение на окраине пустыни также

говорят, что оно ведет борьбу за жизнь против засухи, хотя правильнее

было бы сказать, что оно зависит от влажности. Про растение, ежегодно

производящее тысячи семян, из которых в среднем вырастает лишь одно,

еще вернее можно сказать, что оно борется с растениями того же рода и

других, уже покрывающих почву…во всех этих знаниях… я ради удобства

прибегаю к общему термину борьба за существование».

Текст «Происхождение видов» подтверждает разнообразие форм борьбы

за существование, но вместе с тем показывает, что во всех этих формах

присутствует элемент соревнования или конкуренции.

Сам Ч. Дарвин ни каких форм борьбы за существование не выделял.

Такие попытки делали Л. Морган, Л, Плате. В отечественную литературу

понятие о формах борьбы за существование ввел К. А. Тимирязев. Следуя

этим авторам обычно различают: 1) внутривидовую борьбу с себе

подобными за пищу и размножение; 2) межвидовую борьбу с другими

организмами (с хищниками, паразитами, бактериальными болезнями); 3)

конституциональную борьбу с факторами неорганической среды.

Внутривидовая борьба идет на условиях жесткой конкуренции, так как

особи одного вида требуют одинаковых условий существования. На первое

место выступает роль самого организма и его индивидуальных

особенностей. Отмечается значение его средств защиты, его активность,

его стремление к размножению.

Борьба за существование на уровне вида имеет явно активный

характер, и ее интенсивность увеличивается с увеличением плотности

населения.

Организмы соревнуются между собой в борьбе за пищу, за самку, за

зону охоты, а так же в средствах защиты от неблагоприятных влияний

климата, в охране потомства.

Ухудшение кормовых условий, высокая плотность населения и т. д.,

позволяют выжить наиболее конкурентоспособным. В качестве примера

внутривидовой борьбы можно привести ситуацию в стаде диких оленей.

Увеличение численности особей приводит к повышению плотности

популяции. В популяции увеличивается количество самцов. Увеличение

плотности популяции приводит к нехватке корма, возникновению эпидемий,

борьбе самцов за самку и т. д. Все это приводит к гибели особей и

снижению численности популяции. Выживают более сильные.

Таким образом, внутривидовая борьба способствует совершенствованию

вида, появлению адаптаций к среде обитания, к факторам, вызывающим эту

борьбу.

Межвидовая борьба происходит между особями и популяциями разных

видов, т. е. идет борьба с хищниками, с паразитами и патогенными

микроорганизмами. Такая борьба ведет к переживанию особей, наиболее

вооруженных активными или пассивными средствами защиты против хищников

и паразитов, а так же переживанию особей наиболее иммунных к болезням.

Зачастую межвидовая борьба идет в одном направлении. Классический

пример это взаимоотношение зайцев и волков. Два зайца убегают от

волка. В один момент они разбегаются и волк остается ни с чем.

Межвидовая борьба способствует регулировки численности популяций,

выбраковки больных или слабых организмов.

Борьба с факторами неорганической среды заставляет растения

приспосабливаться к новым условиям существования, толкает их к

увеличению плодовитости. С другой стороны определяют приуроченность

вида или популяции к определенным условиям местообитания. Особи

мятлика лугового растущие в прериях и на равнине имеют прямостоячий

стебель, а особи растущие в горных условиях имеют приподнимающийся

стебель. В результате борьбы за существование выжили особи у которых

на ранних этапах развития стебель прижимается к земле, т. е. он

борется с ночными заморозками, к наиболее жизнеспособным в условиях

горной местности являются и растения сильно опущенные.

Учение о борьбе за существование подтверждает, что именно этот

фактор является движущей силой эволюции. Именно борьба, как ее не

называй, конкуренция, соревнования. Вынуждает организмы приобретать

новые признаки, которые позволяют им побеждать.

Фактор борьбы за существование учитывается и практической

деятельности человека. При посадке растений одного вида необходимо

соблюдать определенное расстояние между особями. При зарыблении

водоемов ценными породами рыб из него удаляют хищников и малоценные

породы. При выдаче лицензий на обстрел волков учитывают количество

особей и т. д.

Естественный отбор.

«Естественный отбор идет не через выбор наиболее приспособленных, а

через истребление форм наиболее приспособленных к условия жизненной

обстановки» - так пишет Ч. Дарвин в «Происхождении видов».

Естественный отбор основан на следующих посылках: а) особи любого вида

в результате изменчивости, биологически не равные к условиям среды;

одни из них в большей степени соответствуют условиям среды, другие в

меньшей степени; б) особи любого вида борются с неблагоприятными им

факторами среды и конкурируют между собой. В процессе этой борьбы и

конкуренции, «как правило, - через истребление неудовлетворительных» –

выживают наиболее приспособленные формы. Переживание наиболее

приспособленный связано с процессами дивергенции, в ходе которых, под

непрерывным воздействием естественного отбора, формируются новые

внутривидовые формы. Последние все более обособляются и служат

источником образования новых видов и их прогрессивного развития.

Естественный отбор – творит новые формы жизни, создает удивительную

приспособленность живых форм, обеспечивает процесс повышения

организации, многообразия жизни.

Отбор начинается на уровне , где наиболее высока конкуренция

между особями. Обратимся к классическому примеру, о котором писал сам

Ч. Дарвин. В березовом лесу преобладают бабочки со светлой окраской.

Это говорит о том, что бабочки со светлой окраской вытеснили бабочек с

темной и пестрой окраской. Этот процесс прошел под действием

естественного отбора на лучшую защитную окраску. При замене березы на

породы с темной окраской коры на данной территории бабочки со светлой

окраской начинают исчезать – их поедают птицы. Оставшаяся в

незначительном числе часть популяции с темной окраской начинает бурно

размножаться. Идет отбор особей которые имеют шанс выжить и дать

плодовитое потомство. В данном случае речь идет о межгрупповом

соревновании, т. е. отбор идет между уже существующими формами.

Естественному отбору подвергаются и отдельные особи. Любое

незначительное уклонение дающее преимущество особи в борьбе за

существование может подхватываться естественным отбором. В этом

заключается творческая роль отбора. Он действует всегда на фоне

подвижного материала, непрерывно меняющегося в процессах мутирования и

комбинирования.

Естественный отбор – главная движущая сила эволюции.

Типы (формы) естественного отбора.

Различают два основных отбора: стабилизирующий и направленный.

Стабилизирующий отбор происходит в тех случаях, когда

фенотипические признаки максимально соответствуют условиям среды и

конкуренция довольно слабая. Такой отбор действует во всей популяции,

уничтожая особей с крайними уклонениями. Например, существует некая

оптимальная длина крыльев для стрекозы определенных размеров с

определенным образом жизни в данной среде. Стабилизирующий отбор

действует благодаря дифференциальному размножению, будет уничтожать

тех стрекоз, у которых размах крыльев больше или меньше оптимального.

Стабилизирующий отбор не способствует эволюционному изменению, а

поддерживает фенотипическую стабильность популяции из поколения в

поколение.

Направленный (движущий) отбор. Эта форма отбора возникает в ответ

на постепенное изменение условий среды. Направленный отбор влияет на

диапазон фенотипов, существующих в данной популяции, и оказывает

селектвное давление, сдвигающее средний фенотип в ту или другую

сторону. После того, как новый фенотип придет в оптимальное

соответствие с новыми условиями среды, вступает в действие

стабилизирующий отбор.

Направленный отбор приводит к эволюционному изменению. Вот один из

примеров.

Открытие в сороковых годах антибиотиков создало сильное давление

отбора в пользу бактериальных штаммов, обладающих генетической

устойчивостью к антибиотикам. Бактерии очень сильно размножаются, в

результате случайной мутации может появится устойчивая клетка, потомки

которой будут процветать благодаря отсутствию конкуренции со стороны

других бактерий, уничтожаемых данным антибиотиком.

Искусственный отбор.

Искусственный отбор это метод выведения новых пород домашних

животных или сортов растений.

Человек с самых ранних времен своей цивилизации применяет

искусственный отбор при разведении растений и животных. Дарвин

пользовался данными по искусственному отбору, для объяснения механизма

естественного отбора. Основными факторами искусственного отбора

являются наследственность, изменчивость, действие человека,

стремящегося довести наследственные отклонения до абсурда и отбор.

Изменчивость, как свойство всех организмов изменяться, дает материал

для отбора – различного ряда уклонения. Человек заметив нужные ему

отклонения приступает к отбору. Искусственный отбор основан на

изоляции природных популяций или особей с нужными отклонениями и

избирательном скрещивании организмов, обладающими признаками

желательными для человека.

Отбор черефордской и абердии- ангусской пород крупного рогатого

скота велся на количество и качество мяса, чернзейской и джерсейской

пород – на молочность. Овцы чемпширской и суффальской пород быстро

созревают и дают хорошее мясо, но они менее выносливы и менее активны

в поисках пищи, чем, например, шотландские черномордные овцы. Эти

примеры, показывают, что в одной породе нельзя объединить все

признаки, необходимые для максимального экономического эффекта.

При искусственном отборе человек создает направленное селективное

действие, которое ведет к изменению частот аллелей и генотипов в

популяции. Это эволюционный механизм, приводящий к возникновению новых

пород, линий, сортов, рас и подвидов. Генофонды всех этих групп

изолированы, но они сохраняют основную генную и хромосомную структуру,

характерную для вида, к которому они все еще принадлежат. Создать

новый вид или восстановить вымерший не во власти человека!

Дарвин различал в пределах искусственного отбора методический или

систематический отбор и бессознательный отбор. При методическом отборе

селекционер ставил перед собой вполне определенную цель, произвести

новые породы, превосходящие все, что было в этом направлении создано.

Бессознательный отбор направлен на сохранение уже имеющихся качеств.

В современной селекции существует две формы искусственного отбора:

инбридинг и аутбридинг. Инбридинг основан на избирательном скрещивании

близкородственных особей с целью сохранения и распространения особенно

желательных признаков. Аутбридинг это скрещивание особей из

генетически различных популяций. Потомки от таких скрещиваний обычно

превосходят своих родителей.

Возникновение приспособлений. Относительный характер

приспособленности.

Результатом естественного отбора является возникновение признаков,

позволяющих организмам приспособится к условиям существования. Отсюда

и появилось представление о приспособительном характере эволюции. На

основе изучения возникновения приспособлений (адаптаций) возникло

целое направление в биологии – учение об адаптациях. Приспособительные

признаки или адаптации подразделяются на физиологические и

морфологические.

Физиологические адаптации. Обилие и большое значение для жизненной

стойкости организма малых физиологических мутаций способствуют тому,

что в популяциях начинается дифференцировка. Это понятно, если мутации

по своей природе являются биологическими изменениями, которые прежде

всего ведут к изменениям процессов внутриклеточного обмена веществ, и

только через это к морфологическим преобразованиям. Примерами могут

служить такие признаки организма, как стойкость по отношению к

известным температурам, способность накапливать питательные вещества,

общая активность и пр. Они легко дают смещение в обе стороны, и в

обоих случаях могут быть благоприятными. Изучая всхожесть семян

клевера красного при разных температурах показало, что наибольший %

всхожести семена дают при +12С, но часть семян прорастает только в

интервале +4-10С. Это способствует выживанию вида при низкой весенней

температуре.

Пигментация животных по своему развитию и изменчивости приближается

к физиологическим признакам. Большая или меньшая интенсивность окраски

может иметь защитные значения в соответствующих условиях общего фона и

освещения. Это уже морфологические приспособления.

В известных исследованиях Гаррисона был показан механизм самого

возникновения различий в окраске двух популяций бабочек, возникших из

одной сплошной популяции при разделении леса широкой просекой. В той

части леса, где сосна была замещена березой, естественный отбор

(преобладающее поедание птицами более темных особей) привел к

значительному посветлению популяции бабочек.

Еще Ч. Дарвин обратил внимание на тот факт, что насекомые островов

либо хорошие летуны, либо имеют редуцированные крылья. Такое явление

как редукция органов, потерявших свое значение нетрудно объяснить, т.

к. большинство мутаций связано именно с явлением недоразвития.

Анализ адаптаций показал, что они позволяют выжить организмам

только в определенных условиях. Это можно понять даже проанализировав

приведенные нами примеры. При вырубке берез светлые бабочки становятся

легкой добычей птиц. Те же птицы появившиеся под островами уничтожают

насекомых с редуцированными крыльями. Уже эти факты говорят, что

приспособленность не абсолютна, а относительна.

Доказательства эволюции органического мира.

Дарвинизм стал давно общепризнанным учением. Именно с низших

дарвиновских представлений можно объяснить все исторические

преобразования органического мира на Земле.

В конце 19 века, когда число сторонников эволюционного учения Ч.

Дарвина было меньше, чем противников, последователи Ч. Дарвина начали

сбор доказательств существования эволюции органического мира.

Работы в этом направлении велись в областях палеонтологии,

сравнительной морфологии, сравнительной анатомии, эмбриологии,

биогеографии, биохимии и др.

1. Палеонтологические находки как доказательства эволюции.

За период существования научной биологии накопились многочисленные

палеонтологические находки вымерших растений и животных. Особенно

ценными эти находки стали тогда, когда ученые научились определять

возраст отложений в которых они были найдены. Удавалось не только

восстановить облик ископаемых организмов, но и указать время, когда

они обитали на нашей планете. Так были найдены остатки семенных

папоротников, которые были промежуточной формой между папоротниками

и семенными растениями. Был обнаружен стегоцефал – промежуточная

форма между рыбами и земноводными. Из пермских отложений известен

зверозубый ящер являющийся промежуточной формой между рептилиями и

млекопитающими. Таких примеров можно привести еще значительное

количество.

2. Сравнительно-морфологические и эмбриологические доказательства

эволюции.

Сравнительно-морфологические доказательства базируются на понятиях:

аналогии и гомологии органов, на понятии рудименты и атавизмы.

Особенно ценными в процессе доказательства эволюции являются

гомология, рудименты и атавизмы.

В качестве примера гомологичных органов можно назвать передние

конечности позвоночных; лапы лягушки, ящерицы, крылья птицы, ласты

водных млекопитающих, лапы крота, руки человека. Все они имеют

единый план строения и составляют эволюционно-морфологический род.

К таким явным доказательствам эволюции можно отнести наличие в роде

человеческом «хвостатых людей» и людей волосяной покров которых

охватывает всю поверхность тела.

Одним из основных доказательств эволюции считаются сведения о

эмбриональном развитии организмов, что способствовало появлению

нового направления в биологии – эволюционной биологии. В пользу

эволюции говорит уже то, что все многоклеточные животные имеют в

своем эмбриональном развитии зародышевые листки, из которых разными

путями формируются разные органы. Эмбрион в своем развитии как бы

«вспоминает» стадии, которые прошли его предки.

3. Доказательства эволюции из области экологии и географии.

Покровительственная окраска, возникновение симбиотических и

паразитических форм можно объяснить только с позиций дарвинизма.

Черви-паразиты произошли от червей сапрофитов, которые попав в

кишечник хозяина приспособились к существованию в новых условиях,

которые привели к изменению не только облика, но и функциональных

особенностей. Своеобразие животного мира Австралии можно объяснить

утерей связи этого острова с другими материками еще в Мезозойскую

эру.

4. Биохимические доказательства эволюции.

Ярким доказательством эволюции является наличие единого

наследственного материала – ДНК и способность разных групп

организмов «включать» в процессе жизни разные участки генома!

Главные направления эволюционного процесса.

Процесс эволюции идет непрерывно под знаком приспособления

организмов к окружающей среде.

Основными направлениями эволюционного процесса следует считать

биологический прогресс, биологическую стабилизацию, биологический

регресс.

Четкие определения этих явлений были даны А. Н. Северцовым.

Биологический прогресс означает возрастание приспособленности

организма к окружающей его среде, ведущей к увеличению численности и

более широкому распространению данного вида в пространстве. Примером

биологического прогресса можно назвать эволюцию дыхательной системы от

жаберного дыхания к легочному. Именно этот процесс привел к завоеванию

животными суши и воздушного пространства.

Биологическая стабилизация по А. Н. Северцову, означает

поддержание приспособленности организма на известном уровне. Организм

изменяется соответственно изменениям окружающей среды. Численность его

не возрастает, но и не снижается.

У растений при снижении среднегодовой температуры увеличивается

количество кроющих волосков эпидермы. Это явление позволяет выжить

всем особям, но преимущества между другими видами не наблюдается, т.

к. они проявляют такую же реакцию.

Биологический регресс означает снижение приспособленности

организма. Организм отстает от изменений во внешней среде, и в

особенности от темпов эволюции и распространение экологически близких

форм. Численность вида уменьшается, и вид идет на встречу вымиранию.

Но следует отметить, что решительное преобладание регрессивных

процессов при переходе к более простым условиям существования вовсе не

исключает явления прогресса. Даже у паразитов при исключительной

глубине их регресса, происходит прогрессивное развитие средств

прикрепления, полового аппарата, кожного питания. По пути чистого

биологического регресса идут пожалуй только реликты, Не успевающие

приспособится к существующим условиям среды и поэтому попадающие в

различные «Красные книги».

Наибольшее значение в эволюции имеет биологический прогресс,

поэтому в биологии большое внимание уделяется изучению биологического

прогресса.

Основными направлениями биологического прогресса считаются

ароморфозы и идеоадаптации, среди других направлений биологического

прогресса можно назвать и общую дегенерацию.

Ароморфозы – приспособительные изменения, при которых происходит

расширение жизненных условий связанного с усложнением организации и

повышением жизнедеятельности. Классическим примером ароморфозов

следует считать усовершенствование легких у птиц и млекопитающих,

полное разделение артериальной и венозной крови в сердце птиц и

млекопитающих, разделение функций у пластид высших растений.

Идеоадаптации – направления в эволюции, при которых одни

приспособления заменяются другими, биологически им равноценные.

Идеоадаптации в отличии от ароморфозов имеют частный характер.

Примером идеоадаптаций является эволюция ротового аппарата насекомых,

который формировался в угоду среде обитания и коэволюции.

Общая дегенерация – приспособительные изменения взрослых потомков,

при которых общая энергия жизнедеятельности понижается. Относится к

направлениям биологического прогресса потому, что редукция одних

органов, происходящих при дегенерации сопровождается компенсаторным

развитием иных органов. Так у пещерных и подземных животных редукция

органов зрения сопровождается компенсаторным развитием иных органов

чувств.

Происхождение человека.

В антропологии существует несколько точек зрения на то, когда

обособилась ветвь человеческая. Согласно одной из гипотез около 10

миллионов лет назад обезьянолюди разделились на три вида. Один вид –

прагориллы – ушли в горные леса, где довольствовались вегетарианской

пищей. Другой вид – прашимпанзе – выбрал групповой образ жизни.

Главной пищей ему служили обезьяны мелких видов. Третий вид –

прачеловек – предпочел охоту в богатой жизнью саванне. Это и была

ветвь, которая привела к человеку современному.

Согласно современной гипотезе, выдвинутой Тимом Вайтоном,

антропологом из Калифорнийского университета в Беркли, только пять

миллионов лет назад, разделились ветви прачеловека и обезьяны. Тиман

Вайт считает, что Австралопитек рамидус появившийся в это время в

зависимости от обстоятельств двигался либо на четырех, либо на двух

конечностях. И вероятно прошли сотни тысяч лет, прежде чем на смену

смешанному движению пришло прямохождение.

Около трех миллионов лет назад ветвь человека дала две линии

развития. Одна из них дала целую плеяду прямоходящих видов

австралопитеков, другая привела к возникновению нового рода,

получившего название хомо.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5