Биология Захаров Учебник §1.1 (История представлений о развитии жизни на Земле). Цитаты из пособия «Общая биология : учебное пособие (углублённый уровень) / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин, Е. Т. Захарова — М. : Вертикаль, 2019» использованы в учебных целях для семейного и домашнего обучения, а также для дистанционного обучения в период невозможности посещения образовательного учреждения.
Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ учебника
Биология Учебник §1.1
Раздел 1. Учение об эволюции органического мира
Мир живых организмов обладает рядом общих черт, которые всегда вызывали у человека чувство изумления. Во-первых, это необычайная сложность строения организмов, во-вторых, очевидная целенаправленность, или приспособительный характер, многих признаков, в-третьих, огромное разнообразие жизненных форм. Вопросы, порождаемые этими явлениями, совершенно очевидны. Каким образом возникли сложные организмы? Под действием каких сил сформировались их приспособительные признаки? Каково происхождение разнообразия органического мира и как оно поддерживается? Какое место в органическом мире занимает человек и кто его предки?
Во все века человечество пыталось найти ответы на приведённые здесь и многие другие подобные вопросы. В донаучных обществах объяснения выливались в легенды и мифы, некоторые из них послужили основой различных религиозных учений. Научная трактовка воплощена в теории эволюции, которой и посвящён настоящий раздел.
Глава 1. Закономерности развития живой природы.
Эволюционное учение
Всё есть и не есть, потому что, хотя и настанет момент, когда оно есть, но оно тут же перестаёт быть… Одно и то же и молодо и старо, и мёртво и живо, то изменяется в это, это, изменяясь, снова становится тем.
(Гераклит)
Основной труд Ч. Дарвина «Происхождение видов», в корне изменивший представление о живой природе, появился в 1859 г. Этому событию предшествовала более чем двадцатилетняя работа по изучению и осмысливанию богатого фактического материала, собранного как самим Дарвином, так и другими учёными. В этой главе вы познакомитесь с основными предпосылками эволюционных представлений и первой эволюционной теорией Ж. Б. Ламарка; узнаете о теории Ч. Дарвина об искусственном и естественном отборе, а также о современных представлениях о механизмах и скорости видообразования.
В настоящее время описано более 600 тыс. растений и не менее 2,5 млн видов животных, около 100 тыс. видов грибов и более 8 тыс. прокариот, а также до 800 видов вирусов. Исходя из соотношения описанных и не определённых пока современных видов живых организмов, учёные делают предположение о том, что в современной флоре и фауне представлено около 4,5 млн видов организмов. Кроме того, используя палеонтологические и некоторые другие данные, исследователи подсчитали, что за всю историю Земли на ней обитало не меньше 1 млрд видов живых организмов.
Рассмотрим, как в различные периоды истории человечества люди представляли себе сущность жизни, многообразие живого и возникновение новых форм организмов.
1.1. История представлений о развитии жизни на Земле
Первая попытка систематизировать и обобщить накопленные знания о растениях и животных и их жизнедеятельности была осуществлена Аристотелем (IV в. до н. э.), но ещё задолго до него в литературных памятниках различных народов древности излагалось много интересных сведений об организации живой природы, главным образом связанных с агрономией, животноводством и медициной. Сами же биологические знания уходят корнями в глубокую древность и базируются на непосредственной практической деятельности людей. По наскальным рисункам кроманьонского человека (13 тыс. лет до н. э.) можно установить, что уже в то время люди хорошо различали большое число животных, служивших объектом их охоты.
1.1.1. Античные и средневековые представления о сущности и развитии жизни
В Древней Греции в VIII—VI вв. до н. э. в недрах целостной философии природы возникли первые зачатки античной науки. Основоположники греческой философии Фалес, Анаксимандр, Анаксимен и Гераклит искали материальное первоначало, из которого в силу естественного саморазвития возник мир. Для Фалеса этим первоначалом была вода. Живые существа, согласно учению Анаксимандра, образуются из неопределённой материи — «апейрона» по тем же законам, что и объекты неживой природы. Третий ионийский философ, Анаксимен, считал материальным первоначалом мира воздух, из которого всё возникает и в который всё возвращается обратно. Душу человека он также отождествлял с воздухом.
Величайшим из древнегреческих философов был Гераклит из Эфеса. Его учение не содержит специальных положений о живой природе, однако оно имело огромное значение как для развития всего естествознания, так и для становления представлений о живой материи. Гераклит впервые ввёл в философию и науку о природе чёткое представление о постоянном изменении. Первоначалом мира учёный считал огонь. Он учил, что всякое изменение есть результат борьбы: «Всё возникает через борьбу и по необходимости».
Большое влияние на развитие представлений о живой природе оказали исследования и умозрительные концепции других учёных Античности: Пифагора, Эмпедокла, Демокрита, Гиппократа и многих других.
В Древнем мире были собраны многочисленные для того времени сведения о живой природе. Систематическим изучением животных занимался Аристотель, описавший более 500 видов животных и расположивший их в определённом порядке: от просто устроенных ко всё более сложным. Намеченная Аристотелем последовательность начинается с неорганических тел и через растения идёт к прикреплённым животным — губкам и асцидиям, а затем к свободно-подвижным морским организмам. Аристотель и его ученики также изучали строение растений.
Во всех телах природы Аристотель различал две стороны — материю, обладающую различными возможностями, и форму — душу, под влиянием которой реализуется данная возможность материи. Он различал три вида души: растительную, или питающую, присущую растениям и животным; чувствующую, свойственную животным, и разум, которым, помимо двух первых, наделён только человек.
На протяжении всего Средневековья труды Аристотеля были основой представлений о живой природе.
С установлением господства христианской церкви в Европе распространяется официальная точка зрения, основанная на библейских текстах: всё живое создано Богом и остаётся неизменным. Такое направление в развитии биологии Средневековья называют креационизмом (от лат. creatio — создание, творение). Характерной чертой этого периода является описание существующих видов растений и животных, попытки их классификации, которые в большинстве своём носили чисто формальный (по алфавиту) или прикладной (по характеру использования человеком) характер. Было создано множество систем классификаций животных и растений, в которых за основу произвольно принимались отдельные признаки.
Интерес к биологии возрос в эпоху Великих географических открытий (XV в.) и развития товарного производства. Интенсивная торговля и открытие новых земель расширяли сведения о животных и растениях. Из Индии и Америки в Европу завезли новые растения: корицу, гвоздику, картофель, кукурузу, табак. Ботаники и зоологи описывали множество новых невиданных ранее растений и животных. В практических целях они указывали, какими полезными или вредными свойствами обладают эти организмы.
1.1.2. Система органической природы К. Линнея
Потребность в упорядочении быстро накапливающихся знаний привела к необходимости систематизировать их. Создаются практические системы, в которых растения и животные объединяют в группы в зависимости от их пользы для человека или приносимого ими вреда. Например, выделяли лекарственные растения, садовые или огородные культуры. Понятия «домашний скот» или «ядовитые животные» служили для обозначения самых разных по своему строению и происхождению животных. Вследствие удобства практическая классификация видов применяется до сих пор.
Однако учёных классификация живых организмов по такому признаку удовлетворить не могла. Они искали свойства, которые позволили бы объединять растения и животных в группы по сходству в строении и жизнедеятельности. Первоначально в основу систематики брали один или небольшое число произвольно выбранных признаков. Понятно, что при этом в одну и ту же группу попадали совершенно неродственные организмы.
На протяжении XVI—XVII вв. продолжалась работа по описанию животных и растений, их систематизации. Большой вклад в создание системы природы внёс выдающийся шведский естествоиспытатель Карл Линней. Учёный описал более 8 тыс. видов растений, установил единообразную терминологию и порядок описания видов. Он объединил сходные виды в роды, сходные роды — в отряды, а отряды — в классы. Таким образом, в основу своей классификации он положил принцип иерархичности (соподчинённости) таксонов (от греч. taxis — расположение в порядке). Таксон — это систематическая единица того или иного ранга. В системе Линнея самым крупным таксоном был класс, самым мелким — вид, разновидность. Это был чрезвычайно важный шаг на пути к установлению естественной системы. Линней закрепил использование в науке бинарной (т. е. двойной) номенклатуры для обозначения видов. С тех пор каждый вид называется двумя словами: первое слово означает род и является общим для всех входящих в него видов, а второе слово — собственно видовое название. С развитием науки в систему были введены некоторые дополнительные категории — семейство, подкласс и др., а высшим таксоном стал тип. Но принцип построения системы остался неизменным. Например, систематическое положение домашней кошки можно описать следующим образом. Кошка домашняя (ливийская) входит в род мелких кошек семейства кошачьих отряда хищных класса млекопитающих подтипа позвоночных типа хордовых. Наряду с домашней кошкой род мелких кошек включает европейскую дикую лесную кошку, амурского лесного кота, камышового кота, рысь и некоторых других.
Линней создал самую совершенную для того времени систему органического мира, включив в неё всех известных тогда животных и все известные растения. Будучи крупным учёным, он во многих случаях правильно объединил виды организмов по сходству строения. Однако произвольность в выборе признаков для классификации (строение тычинок и пестиков у растений, строение клюва у птиц, строение зубов у млекопитающих) привела Линнея к ряду ошибок.
Линней сознавал искусственность своей системы и указывал на необходимость разработки естественной системы природы. Он писал: «Искусственная система служит только до тех пор, пока не найдена естественная».
Однако, что означало для учёного XVIII в. понятие «естественная система»? Как теперь известно, естественная система отражает происхождение животных и растений и основана на их родстве и сходстве по совокупности существенных черт строения. Во времена господства религиозных представлений учёные полагали, что виды организмов созданы независимо друг от друга Творцом и неизменны. «Видов столько, — говорил Линней, — сколько различных форм создал в начале мира Всемогущий». Поэтому поиски естественной системы природы означали для биологов попытки проникновения в план творения, которым руководствовался Бог, создавая всё живое на Земле. Совершенство строения видов, взаимное соответствие внутренних органов, приспособленность к условиям существования объяснялись мудростью Творца.
Однако среди философов и естествоиспытателей XVII—XIX вв. была распространена и иная система представлений об изменяемости организмов, базировавшаяся на взглядах некоторых античных учёных. Такое направление в развитии биологии носит название трансформизм (от лат. transformo — превращаю, преобразую). Сторонниками трансформизма были такие выдающиеся учёные, как Р. Гук, Ж. Ламетри, Д. Дидро, Ж. Бюффон, Эразм Дарвин, И. В. Гёте и многие другие. Трансформисты допускали возможность целесообразности реакций организмов на изменения внешних условий, но не объясняли эволюционные преобразования организмов.
1.1.3. Развитие эволюционных идей.
Эволюционная теория Ж. Б. Ламарка
Несмотря на господство взглядов о неизменности живой природы, биологи, кто осмысленно, а кто и бессознательно, продолжали накапливать фактический материал, который противоречил этим представлениям. Открытие микроскопа в XVII в. и его применение в биологических исследованиях сильно расширили кругозор учёных. Возникли цитология и гистология, оформилась как наука эмбриология. Из кладоискательства и археологии выделилась палеонтология. Множество фактов, свидетельствующих об изменяемости живой природы, требовали объяснения. Учёным, создавшим первую эволюционную теорию, был выдающийся французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк.
В отличие от многих своих предшественников, Ламарк в своей теории эволюции опирался на факты. Мысль о непостоянстве видов возникла у него вследствие глубокого изучения строения растений и животных.
Своими трудами Ламарк внёс большой вклад в биологию. Занимаясь систематикой животных, учёный обратил внимание на сходство существенных черт строения у животных, не относящихся к одному виду. На основе сходства учёный выделил 10 классов беспозвоночных вместо двух классов у Линнея (Насекомые и Черви). Среди них такие группы, как Ракообразные, Паукообразные, Насекомые, сохранились до наших дней, а другие — Моллюски, Кольчатые черви — возведены в ранг типа. Известное несовершенство систематики Ламарка объясняется невысоким уровнем развития науки того времени, но в ней есть главное — стремление избежать искусственности группировок. Можно сказать, что Ламарк заложил основы естественной системы классификации. Он же впервые поставил вопрос о причинах сходства и возникновения различий у животных: «Мог ли я рассматривать… ряд животных от самых совершенных из них до несовершеннейших, — писал Ламарк, — и не попытаться установить, от чего может зависеть этот столь замечательный факт? Не должен ли был я предположить, что природа последовательно создавала различные тела, восходя от простейшего к наиболее сложному?» Обратим внимание на слова «природа создавала». Впервые со времён Лукреция учёный осмеливается сказать, что не Бог создавал организмы разной степени сложности, а природа на основе естественных законов привела к появлению на Земле огромного разнообразия живых организмов.
Ламарк приходит к эволюционной идее. Величайшая его заслуга заключается в том, что эта идея у него тщательно разработана, подкреплена многочисленными фактами и поэтому превращается в теорию. В основу её положено представление о развитии, постепенном и медленном, от простого к сложному, и о важной роли факторов внешней среды в преобразовании организмов.
В своём основном труде «Философия зоологии», опубликованном в 1809 г., Ламарк приводит многочисленные доказательства изменяемости видов. К числу таких доказательств он относит изменения под влиянием одомашнивания животных и окультуривания растений при переселении организмов в другие места обитания с иными условиями существования. Важную роль в возникновении новых видов Ламарк отводит постепенным переменам гидрогеологического режима на поверхности Земли и климатических условий. Таким образом, в анализ биологических явлений Ламарк включает два новых фактора — фактор времени и условия внешней среды. Это был большой шаг вперёд по сравнению с механистическими представлениями сторонников неизменности видов.
Однако каковы же механизмы изменчивости организмов и образования новых видов? Ламарк считал, что их два: во-первых, стремление организмов к совершенствованию, а во-вторых, прямое влияние условий внешней среды на развитие признаков и наследование качеств, приобретённых в течение жизни организма.
По мнению учёного, каждому организму присуще свыше стремление к совершенствованию, которое реализуется особью путём упражнения (или неупражнения) органов, подобно тому, как спортсмен, стремящийся к высоким результатам, совершенствует своё мастерство. В результате подобных усилий происходит изменение того или иного признака, передающегося потомству. Так, небольшие однонаправленные изменения суммируются в ряду поколений в течение многих десятков тысяч лет и через множество поколений приводят к появлению новых форм.
Причиной многообразия живого Ламарк считал воздействие различных факторов среды. Реакции организма на это воздействие соответствуют изменениям среды и передаются по наследству. Например, при скудном травяном покрове жирафы вынуждены ощипывать листья с деревьев, постоянно вытягивая шею, чтобы достать их. Действие из поколения в поколение подобной привычки привело к тому, что передние ноги жирафов оказались длиннее задних, а шея значительно вытянулась (рис. 1.1). Подобным образом объясняли и наличие перепонок между пальцами у водоплавающих птиц или удлинение языка у муравьедов. Ламарк считал, что новые признаки всегда полезны и наследуются.
Это представление об изначальной целесообразности любой реакции на изменённые условия, так же, как и мнение о прямом воздействии окружающей среды на эволюционные процессы и внутреннем стремлении организмов к прогрессу, оказалось ошибочным. Ламарк подчёркивал роль условий среды в возникновении фенотипических приспособлений организмов, но, хотя эти приобретённые признаки изменяют фенотип, они, не оказывая влияния на генотип, не могут передаваться потомству.
Взгляды Ламарка на механизм эволюции оказались ошибочными. Пути приспособления живых организмов к окружающей среде и видообразования спустя 50 лет вскрыл Ч. Дарвин.
Огромная заслуга Ламарка заключается в том, что он создал первую теорию эволюции органического мира, ввёл принцип историзма как условие понимания биологических явлений и выдвинул в качестве главной причины изменяемости видов условия внешней среды. Теория Ламарка не получила признания современников. В его время наука не была готова к принятию идеи эволюционных преобразований, а сроки, о которых говорил учёный — миллионы лет, — казались невообразимыми. Доказательства причин изменяемости видов не были достаточно убедительными. Отводя решающую роль в эволюции прямому влиянию внешней среды, упражнению и не-упражнению органов и наследованию приобретённых признаков, Ламарк не мог объяснить возникновения приспособлений, обусловленных «мёртвыми» структурами. Например, окраска скорлупы птичьих яиц носит явно приспособительный характер, но объяснить этот факт с позиций теории Ламарка невозможно. Теория Ламарка исходила из представлений о слитной наследственности, свойственной целому организму и каждой из его частей. Идея, что наследственность — свойство организма как целого, была возрождена в трудах Т. Д. Лысенко. Открытие вещества наследственности — ДНК — устранило самый предмет спора, в результате ламаркизм и неоламаркизм рухнули сами собой.
Таким образом, хотя представления о неизменности видов не были поколеблены, их сторонникам становилось всё труднее объяснять новые и новые факты, открываемые биологами.
В первой четверти XIX в. были сделаны большие успехи в сравнительной анатомии и палеонтологии. Большие заслуги в развитии этих областей биологии принадлежат французскому учёному Ж. Кювье. Исследуя строение органов позвоночных животных, он установил, что все органы животного представляют собой части одной целостной системы. Вследствие этого строение каждого органа закономерно соотносится со строением всех других. Ни одна часть тела не может изменяться без соответствующего изменения других частей. Это означает, что каждая часть тела отражает принципы строения всего организма. Так, если у животного имеются копыта, вся его организация отражает травоядный образ жизни: зубы приспособлены к перетиранию грубой растительной пищи, челюсти имеют определённую форму, желудок многокамерный, кишечник очень длинный и т. д. Если у животного кишечник служит для переваривания мяса, соответствующее строение имеют и другие органы: острые зубы для разрывания, челюсти для захвата и удержания добычи, когти для её схватывания, гибкий позвоночник, способствующий прыжкам, и т. д. Соответствие строения органов животных друг другу Кювье назвал принципом корреляций (соотносительности). Руководствуясь принципом корреляций, учёный успешно изучал кости вымерших животных и восстанавливал их облик и образ жизни.
Палеонтологические данные неопровержимо свидетельствовали о смене форм животных на Земле. Факты вступали в противоречие с библейской легендой. Первоначально сторонники неизменности живой природы объясняли такое противоречие очень просто: вымерли те животные, которых Ной не взял в свой ковчег во время Всемирного потопа. О подобных рассуждениях Дарвин впоследствии с иронией запишет в своём дневнике: «Теория, по которой мастодонт и пр. вымерли по той причине, что дверь в ковчег Ноя была сделана слишком узкой». Ненаучность ссылок на библейский потоп стала очевидной, когда была установлена разная степень древности вымерших животных. Тогда Кювье выдвинул теорию катастроф. Согласно этой теории причиной вымирания были периодически происходившие крупные геологические катастрофы, уничтожавшие на больших территориях животных и растительность. Потом эти территории заселялись видами, проникавшими из соседних областей. Последователи и ученики Ж. Кювье, развивая его учение, утверждали, что катастрофы охватывали весь земной шар. После каждой катастрофы следовал новый акт творения. Таких катастроф и, следовательно, актов творения они насчитывали более двух десятков.
Теория катастроф получила широкое распространение. Однако были учёные, которые сомневались в теории, которая, по словам Энгельса, «на место одного акта божественного творения… ставила целый ряд повторных актов творения и делала из чуда существенный рычаг природы». К числу таких учёных относились русские биологи К. Ф. Рулье и Н. А. Северцов. Экологические исследования Рулье и изучение географической изменчивости видов Северцовым привели их к мысли о возможности родства между видами и происхождении одного вида от другого. Труды Н. А. Северцова высоко оценивал Ч. Дарвин.
Спорам приверженцев неизменности видов и стихийных эволюционистов положила конец глубоко продуманная и фундаментально обоснованная теория видообразования путём естественного отбора, созданная Ч. Дарвином.
ОПОРНЫЕ ТОЧКИ
- В античную эпоху бытовали стихийно-материалистические представления о живой природе.
- Доминирующими в Средние века были представления о создании мира Творцом и неизменности живой природы.
- Эволюционной единицей Ламарк считал отдельный организм.
- Всю живую природу Ламарк рассматривал как непрерывный ряд изменяющихся от простого к сложному форм — градаций.
- Достижения в области палеонтологии внесли существенный вклад в развитие эволюционных идей.
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
- Что такое практическая система классификации живых организмов?
- Какой вклад внёс в развитие биологии К. Линней?
- Почему система Линнея называется искусственной?
- Изложите основные положения эволюционной теории Ж. Б. Ламарка.
- Какие вопросы не получили ответа в эволюционной теории Ламарка?
- В чём сущность принципа корреляций Ж. Кювье? Приведите примеры.
- В чём заключаются отличия трансформизма от эволюционной теории?
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ
- Что было известно о живой природе в Древнем мире?
- Чем можно объяснить господство представлений о неизменности видов в XVIII в.?
- Как объяснил Ж. Кювье палеонтологические данные о смене форм животных на Земле? Изложите суть теории катастроф Кювье.
- Какой вклад в биологию внёс Ж. Б. Ламарк?
Вы смотрели: Биология Захаров Учебник §1.1 (История представлений о развитии жизни на Земле). Цитаты из учебного пособия 2019 года использованы в учебных целях для семейного и домашнего обучения, а также для дистанционного обучения в период невозможности посещения образовательного учреждения.
Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ учебника
