Жизнь и научное творчество Чарлза Дарвина - ЭВОЛЮЦИЯ ОРГАНИЗМОВ - ЭВОЛЮЦИЯ И ЭКОЛОГИЯ

Чарлз Роберт Дарвин родился 12 февраля 1809 г. в Шрюсбери. Его дед Эразм Дарвин был известен как ученый, медик и поэт. Отец Дарвина также был врачом. В 1818 г. Чарлз посту пил в школу, где провел семь лет. В октябре 1826 г. он стал студентом медицинского факультета Эдинбургского университета. Через два года Дарвин по настоянию отца перевелся на богословский факультет Кембриджского университета. Кроме богословия он увлекался естественной историей. В 1831 г. по окончании университета Дарвин в качестве натуралиста о отправляется в кругосветное путешествие на корабле “Бигль” (“Ищейка”). Во время путешествия у Дарвина зародилась новая концепция, объясняющая законы развития жизни лучше, чем какая-либо высказанная до него. Вернувшись в Англию, Дарвин с семьей поселился в Доу, близ Лондона, где в течение 17 лет работал над теорией происхождения видов. 18 июни 1858 г. Дарвин получает от известного зоолога Альфреда Уоллеса, знаменитого исследователя тропических стран, находившегося в то время на Малайском архипелаге, небольшую статью, в которой излагались мысли, весьма сходные с основными положениями его теории. В результате 1 июли 1858 г. на заседании Лондонского Линнеевского общества были одновременно доложены записки Уоллеса и краткий очерк теории Дарвина. После этого события 24 ноября 1859 г. вышла в свет знаменитая книга Дарвина “Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь” — труд, который совершил переворот в естествознании.

Все последующие работы Дарвина представляли собой дальнейшее развитие его теории, изложенной в “Происхождении видов”.

Умер Дарвин 19 апреля 1882 г. По постановлению Палаты общин он был погребен в Вестминстерском аббатстве. Его могила находится неподалеку от могилы Ньютона.

Основные положения теории Чарлза Дарвина

Дарвин о происхождении культурных растений и домашних животных. На примере культурных растений и домашних животных Дарвин показал значительную пластичность организмов, т. е. утверждал, что все разнообразие пород и сортов выведено человеком от одного или небольшого числа диких предков. Например, все многообразие сортов капусты происходит от одного вида дикой европейской капусты (рис. 6.30).

Рис. 6.30. Многообразие сортов капусты: 1 — дикорастущая; 2 — белокочанная; 3 — краснокочанная; 4 — цветная; 5 — кольраби; 6 — брюссельская; 7 — савойская; 8 — кормовая

Все без исключения сорта и породы служат для удовлетворения каких-либо потребностей человека — экономических или эстетических. Это и доказывает, что они созданы человеком. Породы и сорта отличаются друг от друга в первую очередь по тем особенностям, которые интересуют человека. Например, у различных сортов моркови листья, плоды и семена весьма сходны, корни же различаются большим разнообразием по форме, цвету, содержанию сахара и т. д. То же относится к свекле, редису и другим корнеплодам. Сорта капусты отличаются друг от друга листьями, сорта роз — цветами, гороха — семенами и т. д.

Анализируя методы работы селекционеров, Дарвин пришел к заключению, что создание новых сортов и пород основано на использовании человеком трех факторов — изменчивости, на следственности и отбора.

Учение Дарвина об изменчивости. Дарвин отмечал, что при выведении новых пород и сортов селекционеры опираются на несколько форм изменчивости.

1. Определенная изменчивость. Эта форма изменчивости связана с прямым влиянием внешней среды. Особи, подвергавшиеся влиянию измененных условий, испытывают сходные, т. е. определенные изменения. Так, дикие растения, перс саженные на хорошо удобренную почву садов и огородов, изменяются в сторону более сильного развития вегетативных органов. Животные же под влиянием обильного питания достигают более крупных размеров и меняют свое телосложение.

2. Изменчивость при упражнении и неупражнении органов. Дарвин приводит многочисленные примеры, показывающие, что органы при увеличении физиологической нагрузки усиленно развиваются, а при ее недостатке остаются недоразвитыми.

В настоящее время эти две формы изменчивости относятся к модификационной и представляют собой изменения, происходящие в пределах нормы реакции.

3. Неопределенная изменчивость. Проявляется, как отмечал Дарвин, лишь у отдельных особей и выражается в слабых, едва заметных уклонениях в развитии породы или сорта. Накапливаясь из поколения в поколение, они могут изменить любые свойства организма в любом желательном направлении. Неопределенность этих изменений заключается в том, что особи, обитающие в сходных условиях среды, уклоняются от своей породы или сорта в самых различных направлениях. В отдельных случаях неопределенная изменчивость возникает скачкообразно. По современным представлениям это мутационная изменчивость.

4. Почковые вариации у растений. Под этим названием Дарвин описывает случаи изменения отдельных ветвей, развивающихся из какой-либо одной почки. Так, дерево желтой сливы дало однажды ветку, на которой росли красные сливы. При размножении видоизмененных побегов путем прививки они не теряли вновь приобретенных свойств. Это давало возможность использовать почковые вариации для создания новых сортов. С точки зрения генетики, это соматические мутации.

5. Скрещивание как источник изменчивости. Большинство пород домашних животных было получено путем скрещивания различных рас с последующим отбором особей с заранее намеченными свойствами. Таким образом, скрещивание служило одним из способов получения измененных особей, т. е. благодаря комбинационной изменчивости потомство гибридов отличается значительным разнообразием.

6. Коррелятивная изменчивость. Она заключается в том, что изменение какого-либо органа влечет за собой всегда или почти всегда изменение других органов и их функций. В основе коррелятивной изменчивости, как полагает современная генетика, лежит плейотропное действие генов.

7. Компенсационная изменчивость. При такой изменчивости проявляется обратная корреляция в развитии двух сопряженных признаков, т. е. с развитием одних органов и функций происходит подавление других, которые недоразвиваются и могут редуцироваться. Так, одни и те же сорта капусты не дают одновременно обильной листвы и обильного количества семян. Трудно добиться, чтобы корова давала много молока и в то же время сильно жирела.

Учение Дарвина об искусственном отборе. В отличие от своих предшественников Дарвин впервые заметил, что свойства создаваемых человеком пород и сортов нельзя объяснить только изменчивостью организмов. Особенностью домашних организмов является то, что у них всегда имеются признаки, полезные для человека, т. е. удовлетворяющие какие-то его потребности. Человек по своему усмотрению накапливает изменения путем отбора. Природа приносит последовательные изменения, человек же суммирует их в известных полезных для него направлениях. Таким образом, он приспосабливает животных и растения к своим потребностям или прихотям. Отбор основывается на изменчивости и наследственности, но эти свойства сами по себе не могут объяснить возникновения новых форм с желательными для человека качествами. Изменчивость дает только материал для отбора, новые же формы создаются человеком, накапливающим желательные для него изменения в ряде поколений.

Итак, под искусственным отбором следует понимать процесс создания новых пород животных и сортов культурных растений путем систематического сохранения особей с определенными, ценными для человека признаками и свойствами в ряде поколений при содействии их размножению. Дарвин различает две формы искусственного отбора.

1. Бессознательный искусственный отбор. Это наиболее ранняя форма селекционного процесса. Сущность бессознательного отбора заключается в том, что человек не ставил перед собой цели улучшения своих одомашненных животных и выведенных культурных растений, но стремился сохранить для размножения лучших животных и лучшие семена; тем самым уничтожались менее ценные животные и растения. На пример, когда человека интересовала яйценоскость, то в хозяйстве сохранялись лучшие несушки, что в конце концом приводило к появлению высокояйценосных пород кур; если интересовала молочность, то сохранялись именно такие коровы, и т. д. Таким образом возникли тонкорунные овцы, ароматные розы, высокомасличные сорта подсолнечника и многое другое.

2. Методический искусственный отбор заключается в том, что селекционер сознательно ставит перед собой определенную задачу и тщательно подбирает производителей, наиболее соответствующих намеченной цели, выбраковывая, уничтожая остальных. Методический отбор всегда являлся творческим процессом, приводившим к образованию новых пород и сортом. Пользуясь этим методом, селекционер, как скульптор, “лепит” новые органические формы по заранее продуманному проекту.

Принципы искусственного отбора.

1. Изменчивость и наследственность. Без изменчивости возникновение новых форм было бы невозможно, так как, только изменчивость организмов дает материал для отбора.

2. Отбор и размножение небольшого числа “лучших”, наиболее совершенных особей и устранение (элиминация) из процесса воспроизведения всех менее совершенных форм.

3. Накопление положительных изменений в результате повторяющихся в ряде поколений избирательного размножения только наиболее совершенных форм.

Учение Дарвина о естественном отборе. Установив общие принципы, объясняющие возникновение новых форм животных и растений в практике сельского хозяйства, Дарвин поставил перед собой вопрос: не распространяются ли эти принципы и на возникновение новых форм в природе, т. е. не лежа т ли они в основе движущей силы эволюционного процесса.

Анализируя свои наблюдения и фактический материал, описанный в литературе, Дарвин в своей работе “Происхождение видов путем естественного отбора” доказал, что изменчивость и наследственность — общие свойства всех организмов. Далее, им было показано, что материал для отбора наиболее “лучших” (наиболее приспособленных) в природе всегда есть, так как организмам свойственно интенсивное размножение, а отбор “лучших” осуществлялся путем уничтожения (элиминации) “худших”. Тем самым естественный отбор функционирует при наличии двух факторов, которые дают возможность на основании тех же принципов, что и при искусственном отборе, обеспечивать возникновение новых форм в животном и растительном мире. Это интенсивность размножения и борьба за существование.

Интенсивность размножения. Нет сомнений, что в природе рождается намного больше особей, чем может выжить. Дарвин приводит следующий пример. Одуванчик, по приближенным подсчетам, дает 100 семян. Из них на следующий год могло бы вырасти 100 растений, каждое из которых снова дало бы по 100 семян. Значит, при беспрепятственном размножении число потомков одного одуванчика можно было бы представить геометрической прогрессией, а значит, для расселения потомства одного одуванчика на десятый год потребовалась бы площадь, в 15 раз превышающая площадь всей суши Земли. Однако такого числа потомков никогда не бывает. Интенсивная гибель организмов — результат борьбы за существование.

Борьба за существование. Дарвин многократно подчеркивал, что борьбу за существование не следует понимать в узком смысле, упрощенно, как прямое физическое уничтожение одних организмов другими.

Борьба за существование — это совокупность многообразных и весьма сложных взаимоотношений, существующих между организмами и окружающими их условиями природы. Дарвин различает три формы борьбы за существование.

1. Межвидовая борьба. Примеры межвидовой борьбы многочисленны. Это взаимоотношения между хищником и его жертвой, травоядными животными и растениями, насекомыми и насекомоядными птицами; это конкурентная борьба между культурными растениями и сорняками; взаимоотношения между деревьями различных видов в лесу и между травами на лугу. Сюда же можно отнести и явление антагонизма микробов.

2. Внутривидовая борьба. Это борьба, включающая взаимоотношения между особями одного вида. Так, например, рыжие тараканы часто полностью вытесняют черных, серая крыса — черную, европейская пчела — австралийскую, европейский дождевой червь — южноамериканского. Конкурентные внутривидовые отношения широко известны повсюду. Птицы одного и того же вида конкурируют из-за мест гнездования. Самцы многих видов млекопитающих и птиц в брачный период вступают друг с другом в борьбу за обладание самкой. Среди рыб широко распространен каннибализм — поедание особей своего вида. Например, крупные щуки нередко поедают своих меньших по размеру собратьев. Внутривидовую борьбу Дарвин считал главнейшим видом борьбы за существование.

3. Борьба с неблагоприятными условиями внешней среды. Огромную роль в процессе элиминации особей в растительном и животном мире играют условия неорганической внешней среды. Огромное число растений уничтожается почти ежегодно поздними заморозками, засухой, резкими климатическими колебаниями. Много растений гибнет во время суровых малоснежных зим. При недостатке в воде кислорода в водоемах происходит гибель рыб. Масса семян растений заносится ветром в неблагоприятные условия и гибнет. Этих примеров достаточно, чтобы показать большую интенсивность борьбы с условиями внешней среды.

Все виды борьбы за существование приводят к истреблению огромного числа особей или, что не менее важно, к тому, что часть особей не оставляет после себя потомства.

Какие особи выживают в борьбе за существование и какие гибнут?

Некоторые последователи Дарвина утверждали, что в борьбе за существование выживают самые сильные, ловкие, быстрые животные. Это вульгарное представление искажает самый смысл учения Дарвина. Он подчеркивал, что нет ни одного свойства, которое было бы полезно при всех условиях. Следовательно, в результате борьбы за существование выживают особи, наиболее приспособленные к тем конкретным условиям среды, в которых протекает жизнь данного вида. Таким образом, в природе нет идеально, абсолютно приспособленных к условиям их жизни органических форм. Органы, первоначально сформировавшиеся под влиянием естественного отбора, сделавшись бесполезными, могут проявлять большую изменчивость под влиянием новых факторов среды. При изменении условий, сформировавших данный признак, то, что было полезным, станет вредным. Отсюда возникает и современное представление об относительной целесообразности в органической природе. Целесообразность — это взаимосвязь и соответствие всех органов в организме и приспособленность их строения и функций к существованию в определенных условиях среды. Целесообразность возникает в результате естественного отбора, и поэтому эволюционный процесс всегда носит приспособительный характер.

Возникновение в природе целесообразных приспособлений. Приведем несколько примеров.

1. Возникновение приспособлений к перекрестному опылению у растений связано с препятствием к самоопылению. Та

кие препятствия возможны при формировании однополых цветков, неодновременном созревании тычинок и рылец, появлении разных форм цветков.

2. Возникновение покровительственных окрасок и форм у животных чрезвычайно широко распространено в различных систематических группах. Под покровительственными окрасками и формами следует понимать любые окраски и формы, которые помогают животным сохранять свою жизнь. Сюда относятся: а) маскировка, включающая в себя все случаи окраски, при которых животные делаются незаметными на фоне окружающей их обстановки; б) демонстрация, когда благодаря контрастному сочетанию цветов животное легко обнаружить. Обычно подобная окраска сочетается с несъедобностью организма; в) подражательное сходство с определенными предметами, не представляющими интереса для врага или жертвы, помогающее животному достигнуть безопасности; г) мимикрия — сходство в окраске и форме между двумя или несколькими видами насекомых. Мимикрирующие виды всегда имеют яркую демонстрационную окраску. При этом, как правило, один из членов мимикрирующей пары оказывается несъедобным, в то время как другой лишен защитных свойств и только •подражает” своей защищенной модели.

Приспособительные явления возникают не сразу. Естественный отбор, как и искусственный, базируется на различиях между особями. Если те или другие, даже незначительные изменения полезны и способны увеличивать вероятность выживания, то они будут накапливаться из поколения в поколение, в результате чего особи приобретут значительные отличия от своих родоначальников, которые в новых условиях становятся целесообразными. Таким образом, Дарвин доказал, что целесообразность в природе носит относительный характер и является следствием отбора — выживания наиболее

приспособленных.

Процесс видообразования по Дарвину. Дивергенция. Изучение процесса естественного отбора привело Дарвина к созданию монофилетической теории происхождения видов, сущность которой заключается в том, что каждая крупная группа животных и растений происходит от единого корня. В процессе эволюции за счет одного родоначального вида может возникнуть несколько новых. Такой процесс Дарвин объясняет расхождением признаков, или дивергенцией (рис. 6.31). Хотя дивергенция и является основным направлением эволюционного процесса, однако в результате приспособления к одинаковым условиям среды может возникнуть конвергентное сходство у форм, неродственных или находящихся в очень отдаленном филогенетическом родстве.

Рис. 6.31. Стадии дивергенции

Так, червеобразная форма языка конвергентно развивалась у ехидны (клоачные), муравьеда (неполнозубые) и у сумчатого муравьеда (сумчатые) в связи с приспособлением к питанию муравьями.

В основе теории происхождения видов, созданной Дарвином, лежат следующие принципиально важные положения:

1. Филогенетическое изменение вида всегда вызывается изменением условий среды.

2. Образование нового вида начинается с формирования новых внутривидовых форм, которые Дарвин называл разновидностями.

3. В результате естественного отбора происходит приспособление новых органических форм к изменившимся условиям.

4. Образование видов является длительным исторически м процессом.

5. Основным направлением филогенеза является дивергенция, но не исключена возможность образования и конвергентных форм.

6. Каждая крупная группа животных или растений всегда происходит от одного корня (монофилетическое происхождение).