Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ. ПРОБЛЕМЫ ГЕНЕТИКИ



С

овременное естествознание, как уже указывалось ранее, представля­ет собой совокупность наук, которые тесно связаны между собой и отражают единый, гармоничный мир природы. А поскольку этот мир не только един, но и многообразен, каждая из естественных наук имеет свой объект, изучает то или иное его проявление. Одной из таких наук наряду с физикой и химией является биология, изучающая живую мате­рию. Именно через биологическую проблематику естествознание наи­более близко подходит к объектам социально-гуманитарных наук и в ряде случаев, как это имеет место при изучении проблем биоэтики, сливается с ними.

8.1. предмет биологии, ее структура и этапы развития

Исходя из особого направления интересов биологической нау­ки, ее обычно определяют как науку о живом, его строении, фор­мах активности, сообществах живых организмов, их развитии, свя­зях друг с другом и неживой природой. Однако это определение приобретает смысл лишь в том случае, если мы имеем сложившееся представление о том, что такое «жизнь». Но поскольку понятие «жизнь» не поддается простому определению, его признаки будут рассмотрены отдельно (в § 8.2). Здесь же отметим, что жизнь была и остается одной из величайших тайн природы, которая до конца так и не раскрыта, и потому острые споры о ее происхождении и сущности продолжаются до сих пор.

Современная биология — результат длительного развития этой науки.

Интерес к познанию живого возник у человека очень давно. Этот интерес был обусловлен не столько любознательностью, сколь­ко необходимостью удовлетворения насущных человеческих по­требностей в пище, лекарствах, одежде, жилье и т.д.

Первоначально люди оценивали феномен жизни как одно из ве­ликих чудес, сотворенных всеведущим и всемогущим Богом, замыс­лы и дела которого недоступны человеческому разуму. Сотворение



мира актом божественной воли — одна из исходных догм в иудей­ской, христианской, исламской и ряде других религиозных систем.

Однако уже в первых древних цивилизованных обществах поя­вились любознательные люди, которые не удовлетворялись этими догмами. Они попытались исследовать живые организмы более тщательно, чем это делалось в священных текстах, стали составлять перечни растений и животных, населяющих различные регионы, описывать и классифицировать их. И хотя эти перечни и описания нередко были наивными, однако именно они положили начало научным биологическим исследованиям.

Одним из зачинателей биологии был выдающийся древнегрече­ский философ и ученый Аристотель, впервые подробно описавший многие виды животных и высказавший мысль о том, что сущест­вующие растения и животные есть результат развития природы от простых форм к более сложным и совершенным.

Но самостоятельной наукой биология стала лишь в XVIII— XIX вв. В процессе ее становления обычно выделяют три основных эта­па: традиционный (К. Линней), эволюционный (Ч. Дарвин), молеку-лярно-генетический (Г. Мендель). Каждый из этапов характеризует­ся не только увеличением объема биологических знаний, но и из­менением общих представлений о мире живого, самих основ биоло­гического мышления, или, говоря иначе, сменой биологических па­радигм.

В настоящее время биология представляет собой целый ком­плекс наук о живой природе, структуру которого можно рассматри­вать с разных точек зрения.

По общему направлению исследований био­логия подразделяется на микробиологию, ботанику, зоологию.

По изучаемым свойствам живого в биологиче­ской науке выделяются:

• морфология — наука о строении живых организмов;

• молекулярная биология, изучающая микроструктуру живых
тканей и клеток;

• экология, рассматривающая образ жизни растений и живот­
ных в их взаимосвязи с окружающей средой;

• генетика, исследующая законы наследственности и изменчи­
вости.

По уровню организации исследуемых жи­вых объектов выделяются:

• анатомия, изучающая макроскопическое строение животных;

• гистология, предметом исследования которой является строе­
ние отдельных тканей;

• цитология, исследующая строение живых клеток;

• бактериология и вирусология, изучающие соответствующие
живые организмы;


• молекулярная биология, исследующая живые организмы не только на молекулярном, но и на более глубоком, атомарном уровне.

Многоплановость комплекса биологических наук обусловлена чрезвычайным многообразием живого мира. К настоящему времени биологами обнаружено и описано более одного миллиона видов животных и около полумиллиона видов растений. Но поскольку мир растений и животных исследован далеко не полностью, количество неописанных видов оценивается по меньшей мере еще в один мил­лион. Кроме того, существует великое множество видов микроорга­низмов — вирусов и бактерий.

Важнейшим инструментом познания этого мира служит катего­рия «живого», являющаяся ключевой, исходной для всей многооб­разной системы биологических наук. Значение данной категории возрастает по мере того, как биология проникает все глубже в сущ­ность живого, исследуя жизнь на молекулярном уровне. В этих усло­виях становится очевидным как глубокое единство живой и неживой природы, так и качественное своеобразие, специфика живого.

Так что же такое жизнь, живая природа?

8.2. Сущность живого

и его основные признаки

Интуитивно мы понимаем, что есть живое и что есть мертвое.

Но при попытке определить сущность живого возникают опре­деленные трудности. Эти трудности подметил уже французский философ-просветитель Д. Дидро (1713—1784). «Я могу понять, — писал он, — что такое агрегат, ткань, состоящая из крохотных чув­ствительных телец, но живой организм!.. Но целое, система, пред­ставляющая собой единый организм, индивидуум, сознающий себя как единое целое, выше моего понимания! Не понимаю, не могу понять, что это такое!»

Вероятно, именно с этими трудностями связано существование в биологической литературе множества не вполне удачных и совсем неудачных определений данного понятия. Так, один из авторов предлагает следующее, довольно странное определение: «Живой ор­ганизм — это тело, слагаемое из живых объектов; неживое тело — слагаемое из неживых объектов». Несостоятельность данной дефи­ниции связана с ошибкой, именуемой в логике «кругом в опреде­лении», т.е. с неудачной попыткой определить «неизвестное через непонятное».

Не вполне приемлемым является и определение жизни, данное в свое время немецким философом Ф. Энгельсом (1820—1895), ко­торый рассматривал жизнь как способ существования белковых тел,


I


основным моментом которого является наличие постоянного обме­на веществ с окружающей их внешней средой. Уязвимость данного определения заключается в том, что в нем не соблюдается другое требование логики — об использовании в определении лишь такого признака или совокупности признаков, которые свойственны толь­ко данному понятию и отсутствуют у других понятий. Простой при­мер показывает, что состоять из белков и обмениваться веществами с окружающей средой могут также и неживые объекты. Так, живая мышь и горящая восковая свеча с физико-химической точки зре­ния одинаково имеют в своем составе белки и находятся в одина­ковом состоянии обмена веществ, равно потребляя кислород и вы­деляя углекислый газ. Однако в одном случае процесс обмена ве­ществ происходит в результате присущего живым организмам про­цесса дыхания, а в другом — в результате процесса горения. Таким образом, оказывается, что обмен веществ является хотя и необхо­димым, но недостаточным критерием для определения жизни, так же, как и наличие белков.

Учитывая этот негативный опыт, современная биология в соот­ветствии с логическими правилами определения понятий следует по пути перечисления всех необходимых и существенных признаков живых организмов, которые отличают их от неживых объектов. При этом подчеркивается, что только совокупность данных свойств дает представление о специфике жизни.

К числу необходимых и существенных свойств живого относят следующее.

1. Живые организмы являются высокоорганизованными структу­
рами.
Уровень их организации значительно выше, чем тот, который
достигнут неживыми системами. Это своего рода острова упорядо­
ченности в окружающем их океане хаоса. Высшим проявлением
этого важнейшего свойства всего живого является человек и соз­
данный им социальный, общественный организм, наиболее ярким
выражением упорядоченности которого выступают выработанные
людьми общечеловеческие нормы нравственности.

2. Но для того чтобы поддерживать достигнутый уровень упоря­
доченности, живые системы могут существовать только как нерав­
новесные и незамкнутые,
т.е. открытые. Они должны постоянно
взаимодействовать с окружающей их неживой средой, черпая из нее
вещества, энергию и перерабатывая их в необходимые для поддер­
жания жизни формы. Для осуществления этого обмена живые ор­
ганизмы прямо или косвенно используют солнечную энергию. Ос­
новную роль в осуществлении обмена веществ, или метаболизма, в
живых организмах играют белковые соединения, замечательным
свойством которых является их высокий химизм, т.е. способность к
активному взаимодействию с другими веществами.


 


Глубокое осознание неразрывной связи живого с окружающей природной средой — необходимая предпосылка для решения со­временной цивилизацией возникших острых экологических про­блем.

3. Живые организмы в отличие от неживых в процессе своего
развития быстро усложняются. Эта способность к усложнению и
дальнейшему совершенствованию проявляется не только на уровне
развития всего мира живого и составляющих его групп, т.е. в филоге­
незе,
но и в процессе индивидуального развития отдельного организ­
ма, т.е. в процессе онтогенеза. Так, у растения или животного в ходе
его индивидуального развития появляются новые ветви или новые
органы, отличающиеся не только по своей форме, но и по своему
химическому составу от породивших их структур. Причем формы
развития на уровнях фило- и онтогенеза как бы повторяют друг дру­
га, что позволяет говорить о том, что «онтогенез есть повторение
филогенеза». Например, развитие человеческого эмбриона (онтоге­
нез) как бы воспроизводит в миниатюре всю историю эволюции чело­
веческого рода (филогенез).

4. Еще одним уникальным признаком живого является его спо­
собность к самовоспроизведению, размножению.
Данная способность
живых организмов оценивается как самое существенное их свойст­
во. На химическом уровне этот признак живого связан с особыми
свойствами самовоспроизведения, копирования, которыми облада­
ют входящие в состав всех живых организмов наряду с белками
нуклеиновые кислоты. Именно нуклеиновые кислоты обеспечивают
способность живых организмов передавать потомкам информацию,
необходимую для жизни, развития и размножения. Данную инфор­
мацию несут гены — мельчайшие единицы наследственности, лока­
лизованные во внутриклеточных структурах. Именно генетический
материал определяет целенаправленное, упорядоченное развитие орга­
низма. Вот почему потомки оказываются похожими на родителей.
Однако в процессе передачи потомству содержание наследственной
информации не остается неизменным: подвергаясь различного рода
случайным воздействиям, оно изменяется, перестраивается, иска­
жается, или, как говорят биологи, мутирует. Мутации являются ис­
точником индивидуальной изменчивости (потомки оказываются не
только похожими на родителей, но и отличаются от них), чем и
обеспечивается развитие видов.

Обобщая и несколько упрощая все изложенное о специфике жи­вого, можно свести его отличительные признаки к т р е м главным:

1) наличие метаболизма, или обмена веществ;

2) способность к передаче наследственной информации и само­
воспроизведению;

3) изменчивость под воздействием мутаций, или мутабельность.


На базе этих основных признаков может быть сформулировано следующее краткое определение сущности живого.

Жизнь есть форма существования высокоорганизованных неравно­весных открытых систем, в структуре которых решающую роль иг­рают белки и нуклеиновые кислоты; эти системы способны к об­мену веществ, самовоспроизведению путем передачи наследствен­ной информации и изменчивости на основе мутаций.

Приведенное определение жизни в настоящее время является общепринятым среди биологов1. Вместе с тем следует отметить, что в последнее время появились и некоторые иные, новейшие форму­лировки сущности жизни, которые активно обсуждаются учеными. Одно из таких определений предложил известный американский физик Ф. Типлер в своей сенсационной книге «Физика бессмер­тия» (1995). «Мы не хотим, — пишет он, — привязывать определе­ние жизни к молекуле нуклеиновой кислоты, потому что можно вообразить себе существование жизни, которая к этому определе­нию не подходит. Если к нам в космический корабль явится вне­земное существо, химическую основу которого составляет не нук­леиновая кислота, то нам все равно захочется признать его живым». И это произойдет, по мнению Типлера, потому, что жизнь пред­ставляет собой лишь информацию особого рода, которая может существовать сама по себе, независимо от тех или иных ее химиче­ских носителей. «Я, — заключает американский ученый, — опреде­ляю жизнь как некую закодированную информацию, которая со­храняется естественным отбором».

Однако шок в научном мире вызвало не столько это определе­ние, сколько защищаемое Типлером положение о существовании Бога в качестве источника этой информации и возможности вос­крешения мертвых и вечной жизни всех людей, коль скоро эта жизнь сводится к чистой информации. Именно эти утверждения американского физика были оценены многими учеными как «удар по репутации науки», которая традиционно не связывает себя ни с категорией Бога, ни с другими догматами церкви2.

Дискуссионным является до сих пор не только вопрос о сущно­сти жизни, но и теснейшим образом связанная с ним проблема про­исхождения живого, его зарождения и развития.

8.3. Происхождение жизни

Для более полного понимания любого явления необходимо рас­смотреть его не только в статике, с точки зрения основных при-

1 Волькенштейн М.В. Современная физика и биология // Вопросы философии. —
1989. - № 8. - С. 9.

2 Физика бессмертия: Интервью с Ф. Типлером // Зеленый мир. — Спец. вып.
№ 29. - 1996. - С. 13.


знаков, но и в динамике — в плане возникновения и развития. Дополняя и уточняя друг друга, эти два подхода помогают соста­вить более глубокое представление о сущности предметов и явле­ний окружающей нас действительности. То же относится и к по­знанию феномена жизни.

В современной культуре существуют две главные концепции происхождения живых существ — религиозная, или креационист­ская, и научная, или эволюционистская. Несмотря на претензии на непогрешимость, которые пытается предъявить каждая из этих кон­цепций, с научной точки зрения обе они носят лишь вероятностно-гипотетический характер.

□ Креационистская концепция

Креационистская (от лат. creatio — сотворение) теория, если из­ложить ее содержание, не опираясь на те или иные религиозные догмы, представляет собой основанное на вере религиозное учение о чудесном сотворении мира, в том числе и жизни, Богом из ничего, из пустоты. Наиболее последовательно данное учение представлено в монотеистических религиях — иудаизме, христианстве, исламе. Креационизм утверждает постоянство, неизменность всех видов живых организмов, сотворенных Богом в результате единовремен­ного акта.

Так, в Библии акт творения, продолжавшийся в течение шести дней, изображается следующим образом.

1-й день: Бог создал небо и землю, а также свет и воду, т.е. материал, который стал началом единой Вселенной.

2-й день: Бог создал небо, которое разделило воды верхние и нижние.

3-й день: Бог указал воде место, куда течь, чтобы обнажи­лась суша. Затем он покрыл сушу травами и деревьями.

4-й день: Бог создал солнце, луну и звезды.

5-й день: Бог создал «пресмыкающихся, душу живую» в воде.

6-й день: Бог создал и «зверей земных по роду их», и чело­века «по образу Своему, по образу Божию»1.

Таким образом, согласно библейскому тексту, для создания все­го живого Богу хватило нескольких дней.

□ Эволюционистская концепция

Эволюционистская концепция представляет собой научную тео­рию, основанную на человеческом разуме; она связывает возникно­вение жизни с длительным процессом универсальной эволюции природы, взаимодействием порядка и хаоса и ее самоорганизацией,

1 Библия. Быт. 1: 14—30.


упорядочением на определенном этапе. Эволюционизм является результатом тщательных экспериментальных и теоретических ис­следований и весьма детально разработан современным естество­знанием.

И по своему содержанию, и по используемым методам эти кон­цепции противоположны. Однако в современных условиях усиле­ния взаимной терпимости религии и науки наметилась тенденция к их сближению. Некоторые современные ученые, как уже отмеча­лось выше, размышляя о целях универсальной, в том числе и био­логической, эволюции Вселенной, порой используют категорию Высшего Разума, близкую по сути к понятию Бога. Что же касается теологов, то они внимательно анализируют новейшие достижения естествознания, правда, главным образом для того, чтобы подверг­нуть их жесткой критике с позиций креационизма1.

Эволюционная теория сегодня ищет новые аргументы для своего подтверждения в достижениях всей совокупности естественных наук. В частности, для ее дальнейшего обоснования используется теория самоорганизации, созданная во второй половине XX в. бельгийским ученым русского происхождения, специалистом в области физиче­ской химии, лауреатом Нобелевской премии И.Р. Пригожиным.

Согласно его идеям, положившим начало новой науке о само­организации систем — синергетике, наша Вселенная явилась ре­зультатом длительного процесса саморазвития, самоорганизации. Основными характеристиками этого процесса, по мнению Приго-жина, являются как постепенное, плавное развитие, так и его пере­рывы в виде взрывов, революций и катастроф, ведущих к качест­венным сдвигам в развитии материи. В этих процессах велика роль и закономерности, и случайности2.

В свете фундаментальной естественно-научной теории самоор­ганизации дарвиновская теория биологической эволюции предстала как частный случай, как момент, или этап, в универсальной эволюции Вселенной.

Решающим моментом в истории Земли, образовавшейся около 6 млрд лет тому назад в составе Солнечной системы, а затем и в истории развития жизни на ней было появление атмосферы. В ее составе кроме водорода появились также азот, углерод и кислород. Атмосфера «молодой» Земли постоянно подвергалась мощным воз­действиям высоких температур, давления, радиации. В результате этих процессов появились первые молекулы органического вещества.

Дальнейшее взаимодействие органических веществ привело к образованию основных химических компонентов живого: нуклеино­вых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты первыми среди органи-

1 Хобринк Б. Эволюция. Яйцо без курицы. — М.: Мартис, 1993.

2 Пригожим И.Р., Стенгерс И. Порядок из хаоса. — М.: Прогресс, 1986.


ческих веществ в процессе их самоорганизации приобрели способ­ность к самовоспроизведению, самокопированию, а белки обнару­жили свойство высокой химической активности и способность на этой основе создавать различные структуры с разнообразными функциями. Именно поэтому из этих двух органических веществ — нуклеиновых кислот и белков — и возникли на Земле около 5 млрд лет назад первые простейшие живые организмы, способные переда­вать наследственную информацию и осуществлять обмен веществ. На этом этапе завершился продолжавшийся многие миллиарды лет процесс добиологической эволюции и начался качественно новый, гораздо более динамичный период биологической эволюции. Знаме­нательный момент перехода от неживого к живому, от сложных ор­ганических веществ к простейшим живым организмам в процессе универсальной эволюции до сих пор остается «белым пятном» в ес­тествознании. Биологи пока не пришли к единому мнению о деталях данного процесса. Центральной проблемой происхождения жизни является экспериментальное воспроизведение возникновения меха­низма наследственности. Оценивая сложившуюся ситуацию, англий­ский биолог, лауреат Нобелевской премии Ф. Крик признает: «Мы не видим пути от первичного бульона до естественного отбора. Мож­но прийти к выводу, что происхождение жизни — чудо, но это сви­детельствует только о нашем незнании».

Так или иначе, но возникновение на основе молекулярных трансформаций первых живых существ стало величайшей револю­цией в развитии природы, которая положила начало качественно новому процессу — конкуренции между живыми организмами, кото­рый впервые был описан Ч. Дарвином, создавшим теорию биоло­гической эволюции. Содержанию этой тео­рии, и сегодня сохраняющей свое значение важнейшего обобщения в биологической нау­ке, будет посвящен § 8.7.

Ч. Дарвин

Конечно, со времен Дарвина естествозна­ние ушло далеко вперед; процесс возникнове­ния и развития жизни описывается сегодня не только с помощью дарвиновской теории, но и на основе теории самоорганизации, созданной И. Пригожиным, которая раскрывает на атом-но-молекулярном уровне механизмы добиоло­гической эволюции, создавшей физико-хими­ческие предпосылки возникновения живого.

Совмещение дарвиновской теории эволюции с новейшей теорией самоорганизации, а также с открытиями современной генетики и создание, на этой основе универсальной теории эволюции является одним из крупнейших достижений современного естествознания. Причем отметим, что универсальная теория эволюции обосновыва-


ется наукой не только теоретически, но и подтверждается экспери­ментально множеством физических, химических и биологических опытов, проведенных в различных научных центрах многих стран, в том числе и в России.

Большой вклад в исследование проблем перехода от сложных органических веществ к простым формам жизни внес выдающийся русский биохимик академик А.И. Опарин (1894—1980). Его экспе­риментами убедительно подтвержден описанный выше процесс универсальной эволюции, результатом которой и стало возникно­вение жизни на Земле.

Отметим, что рассмотренные выше концепции происхождения жизни — религиозная и научная — продолжают сохранять свое влияние. Это связано с тем, что существуют они как бы в разных измерениях, в разных сферах духовной жизни. Креационистская концепция, основанная на вере, признает в качестве истин положе­ния, которым нет доказательств в научном смысле. В результате она оказывается за рамками научного исследования. Религия и наука как две сферы человеческого постижения действительности изна­чально по своим методам исключают друг друга. Для ученого исти­на всегда содержит элемент гипотезы, предварительности, в то вре­мя как для верующего теологическая истина абсолютна.

Тем не менее, как показывает опыт, наука и религия не всегда должны противостоять друг другу. Именно такого мнения придер­живался Ч. Дарвин. Он отнюдь не был атеистом, каким его изобра­жают некоторые последователи-дарвинисты. Об этом свидетельству­ют и последние строки, которыми Дарвин заканчивает свой главный труд. Давая общую оценку своего учения о происхождении видов пу­тем естественного отбора, он пишет: «Есть величие в этом воззре­нии на жизнь с ее различными силами, изначально вложенными Твор­цом в одну или незначительное число форм (выделено авт. — Э.О.) ... из такого простого начала возникали и продолжают возникать не­сметные формы, изумительно совершенные и прекрасные»1.

Кроме рассмотренных концепций происхождения жизни, суще­ствуют и некоторые другие. Одной из них, пользующейся особой популярностью у писателей-фантастов и уфологов, является кон­цепция панспермии, или внеземного происхождения жизни. Данная концепция исходит из представления о возможности переноса жи­вых организмов с одного космического тела на другое. Согласно концепции панспермии, рассеянные в мировом пространстве заро­дыши жизни переносятся с метеоритами или перемещаются сами по себе под давлением светового излучения; подобным образом будто бы появилась и жизнь на Земле: ее источником стали зане-

1 Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора. — М.: Тейдекс Ко, 2003. - С. 489.


сенные из космоса споры микроорганизмов. По сути, эта теория не дает объяснения проблемы происхождения жизни, а лишь перено­сит ее в какое-то другое место Вселенной.

8.4. Структурные уровни живого

Существующий на нашей планете мир живой природы чрезвы­чайно разнообразен. Чтобы проанализировать его состав, выявить закономерные связи между составляющими его частями, биологи­ческая наука применяет метод классификации растений и живот­ных, используя для этого различные основания. На основе опреде­ленных критериев выделяются разные уровни, или подсистемы, живого мира. Наиболее часто в современной биологии при классифи­кации уровней организации живого используется критерий масш­табности. По этому основанию в мире живого обычно выделяют следующие структурные уровни.

1. Биосферный уровень включает всю совокупность живых орга­
низмов Земли, существующих в тесной взаимосвязи с окружающей
природной средой. На этом уровне биологической наукой решается,
в частности, такая актуальная проблема, как регулирование концен­
трации углекислого газа в атмосфере. Исследуя биосферный уровень
организации живого, ученые выяснили, что в последнее время в ре­
зультате значительного усиления хозяйственной активности и слабой
природоохранной деятельности концентрация углекислого газа в
атмосфере планеты стала неуклонно возрастать. В связи с этим воз­
никла опасность глобального повышения температуры, обусловлен­
ного «парниковым эффектом», и увеличения в ряде районов земного
шара количества осадков до масштабов Всемирного потопа.

2. Биогеоценотический уровень — следующая ступень структуры
живого. Под биогеоценозами понимают участки Земли с опреде­
ленным составом тесно взаимосвязанных живых и неживых компо­
нентов, представляющих собой единый природный комплекс, или эко­
систему.
Рациональное использование природных ресурсов невоз­
можно без знания структуры и законов функционирования биогео­
ценозов, или экосистем.

3. Популяционно-видовой уровень образуют свободно скрещи­
вающиеся между собой особи одного и того же вида. Его изучение
важно для выявления факторов, влияющих на численность популя­
ций. На этой основе соответствующие службы обеспечивают под­
держание оптимальной численности популяций. Популяционно-
видовой уровень также важен с точки зрения исследования путей
исторического развития живого, его эволюции.

4. Организменный и органно-тканевый уровни отражают призна­
ки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также
строение и функции органов и тканей живых существ.

у 195


5. На клеточном и субклеточном уровнях исследуются процессы
функционирования и специализации клеток, а также различные
клеточные органеллы.

6. Молекулярный уровень — объект исследований молекулярной
биологии, одна из важнейших задач которой состоит в изучении
механизмов биосинтеза, передачи наследственной информации и
развитии генной инженерии и биотехнологии.

Разделение живой материи на уровни весьма условно. Оно име­ет значение лишь как инструмент биологического исследования. Решение же конкретных биологических проблем, например про­блемы регулирования численности того или иного вида животных, опирается на данные о всех уровнях живого, которые теснейшим образом взаимосвязаны друг с другом. Однако все без исключения биологи согласны с тем, что в мире живого существуют ступенча­тые уровни, своего рода уровни иерархии. Представление о них от­ражает системный подход к изучению природы, который помогает глубже понять ее.

Вместе с тем следует помнить о том, что в этом бесконечно раз­нообразном мире тем не менее существует некий фундамент, кото­рый объединяет все его многообразие. «Первокирпичиком» живого мира является клетка. Ее исследование помогает глубже уяснить специфику живого.

8.5. Клетка как «первокирпичик» живого, ее строение и функционирование, механизм управления клеткой

Своего рода «первокирпичики» имеются на каждом уровне ор­ганизации материи.

Так, на уровне, изучаемом физикой, такую роль играют кварки — мельчайшие из известных науке частиц вещества-поля, которые ха­рактеризуются тем, что даже с помощью самых совершенных при­боров бывает трудно определить их точное местонахождение.

В сфере химических наук «первокирпичиками» являются уже более крупные частицы — атомы. Из них состоят различные хими­ческие элементы. В отличие от кварков, атомы — устойчивые, ста­бильные частицы.

Есть подобная фундаментальная частица и в биологии — живая клетка. Именно она является мельчайшей системой, обладающей всей совокупностью свойств живого, в том числе и свойством пере­давать наследственную информацию.

Создание клеточной теории, основы которой были впервые из­ложены в 1838 г. немецкими учеными М. Шлейденом (1804—1881) и Т. Шванном (1810—1882), стало одним из крупнейших достижений биологической науки XIX в.


 


Основное положение клеточной теории состоит в утверждении, что все живые организмы от амебы до человека состоят из клеток, сходных по своему строению. Данное положение стало еще одним свидетельством единства происхождения и развития всех видов живого.

Многочисленные исследования в области цитологии — биологи­ческой науки, занимающейся исследованием живой клетки, показа­ли, что все клетки имеют не только некоторые общие свойства, но и сходство в строении и выполняемых функциях. Так, все они осу­ществляют обмен веществ, способны к саморегуляции и передаче наследственной информации.

Вместе с тем выяснилось, что часть клеток являются высоко­специализированными и, кроме того, они весьма многообразны. Они могут существовать как одноклеточные организмы, а также в составе многоклеточных организмов, где их число может достигать нескольких миллиардов, как, например, у человека.

У клеток разный срок существования. В частности, некоторые клетки пищевода человека отмирают через несколько дней после появления, а нервные клетки могут существовать на протяжении всей человеческой жизни. Жизненный цикл любой клетки заверша­ется или делением и продолжением жизни, но уже в обновленном виде, или гибелью.

Разнообразны и размеры клеток: они колеблются от одной ты­сячной сантиметра до 10 см.

Специализированные группы клеток образуют различные ткани организма: нервную, мышечную, соединительную и др. Несколько типов тканей формируют органы: сердце, легкие и т.д. Группы ор­ганов, выполняющих какую-либо общую функцию организма, на­зываются системами организма.

Многообразием функций клетки обусловлена ее сложная струк­тура. Клетка отграничена от окружающей среды оболочкой, кото­рая, будучи неплотной и рыхлой, обеспечивает ее взаимодействие с внешним миром — обмен с ним веществом, энергией и информа­цией. Обмен веществ, или метаболизм, клеток — важнейшее свой­ство всего живого.

Обмен веществ — сложный, многоступенчатый процесс. Он включает доставку в клетку исходных продуктов, получение из них энергии и белков, выведение из клетки в окружающую среду выра-ботанньрГ полезных продуктов, энергии и «вредных отходов произ­водства».

Метаболизм, в свою очередь, обеспечивает другое важнейшее свойство клетки — поддержание стабильности, устойчивости ее внут­ренней среды. Это свойство клетки, также присущее каждой живой системе, называют гомеостазом.


Особое место в мире живого занимают вирусы. Их иногда назы­вают бесклеточными организмами, поскольку они не имеют четко выраженной клеточной структуры и существуют, проникая в другие клетки и паразитируя в них.

Следует также отметить, что помимо вирусов существуют и не­которые другие организмы с клеточным строением, которые не име­ют типичной для большинства клеток структуры, например прока­риоты, не имеющие оформленного ядра. Исторически они являются предшественниками вполне развитых клеток, имеющих ядро, или эукариотов. К группе прокариотов, древнейших безъядерных клеток, относятся некоторые организмы, сохранившиеся и поныне, в част­ности бактерии, сине-зеленые водоросли и др. Не имея оформленно­го ядра, эти организмы тем не менее обладают нитями молекул нук­леиновых кислот, которые у них, как и у всех других клеток, выпол­няют управленческую функцию; однако расположены они не в ядре, а во внутриклеточной жидкости — цитоплазме. Несмотря на относи­тельную простоту организации, безъядерные клетки способны вы­полнять все свойственные типичным клеткам функции, включая обмен веществ, поддержание гомеостаза и т.п.

Но каким же образом обеспечивается управление этим слож­ным многоступенчатым процессом, происходящим в клетке? Ис­черпывающего ответа на этот вопрос пока нет. Общепризнанно, что управление внутриклеточным обменом осуществляют особые струк­туры, как правило, находящиеся в ядре клетки в виде длинных це­пей молекул нуклеиновых кислот. Их исходной структурной едини­цей является ген. Ген — это своего рода природное кибернетиче­ское устройство, которое содержит информацию, инструкции, ко­ды, определяющие характер всей деятельности клетки как по обме­ну веществ, так и по самовоспроизведению. Именно гены обеспе­чивают важнейшие метаболические и наследственные функции клетки и всего организма в целом. В связи с исключительно высо­кой ролью генов о них будет рассказано особо, в § 8.6.

Открытие в XX в. структуры и функционирования генетическо­го аппарата клетки сыграло в развитии биологии такую же роль, как открытие атомного ядра в физике. Если открытие атомного ядра позволило человеку овладеть практически неисчерпаемыми запасами энергии, то открытие гена дало людям возможность вме­шиваться в свойства живой клетки, управлять механизмом наслед­ственности и, наконец, практически решать задачи клонирования (копирования) живых организмов.

7.6. Ген и его свойства, генетика и практика

Содержание теории эволюции сегодня невозможно представить без анализа роли в ней генов, управляющих функционированием


каждой клетки, каждого живого организма. Что же такое ген? Ка­кова его роль в функционировании и развитии живых организмов?

Ген (от греч. genos — происхождение) — мельчайшая единица на­следственности, которая обеспечивает преемственность в потомст­ве того или иного элементарного признака организма.

У высших организмов ген входит в состав особых нитевидных образований — хромосом, находящихся внутри ядра клетки. Сово­купность всех генов организма составляет его геном. Геном человека насчитывает около ста тысяч генов. По своим химическим характе­ристикам ген представляет собой участок молекулы ДНК (у неко­торых вирусов — РНК), в определенной структуре которого закоди­рована та или иная наследственная информация. Каждый ген со­держит некоторый рецепт, который обеспечивает синтез опреде­ленного белка. Таким образом совокупность генов управляет всеми химическими реакциями организма и определяет все его признаки. Важнейшее свойство гена заключается в сочетании высокой устой­чивости, неизменяемости в ряду поколений со способностью к на­следуемым изменениям — мутациям, которые являются источни­ком изменчивости организмов и основой для действия естественно­го отбора.

О невероятной сложности генетического устройства свидетель­ствуют следующие факты:

• геном бактерии Helicobacter, вызывающей язву желудка у че­
ловека, включает 1603 гена или более полутора миллиона
единиц, «букв» информации;

• генбм крошечного, живущего в почве червя Elegans состоит
из 97 млн «букв» генетического кода;

• генбм человека, который удалось расшифровать в 2001 г., со­
держит около 100 тысяч генов, включающих около 3 млрд еди­
ниц информации, причем сбой, ошибка в функционировании
хотя бы одной из этих единиц может привести к тяжелому
заболеванию1.

Гены являются объектом изучения одной из наиболее перспек­тивных отраслей биологической науки — генетики. Ее определяют как науку о наследственности и изменчивости организмов и прак­тических методах управления ими. Генетика лежит в основе разра­ботки методов селекции, т.е. создания новых пород животных, сор­тов растений и штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками.

Быстрое развитие генетики в XX—XXI вв. объясняется рядом причин:

1 Большой энциклопедический справочник. — М.: Астрель, 2001. — С. 532, 533.


 


• огромной ролью, которую играет генетический материал в
существовании живых организмов. Как отмечалось выше, не­
которые исследователи считают, и не без оснований, способ­
ность живых организмов передавать наследственную инфор­
мацию главным свойством всего живого;

• динамизмом, изменчивостью генного материала, его способ­
ностью к мутациям, преобразованиям, перестройкам, что и
является исходным фактором эволюции, развития жизни и ее
огромного разнообразия;

• открытием генетиками уже в конце XIX в. определенной упо­
рядоченности, законов, которым подчиняются механизмы на­
следственности, что и сделало возможным целенаправленное
воздействие на эти механизмы, или селекцию животных и рас­
тений.

Основой генетики стали законы передачи наследственной ин­формации, открытые австрийским естествоиспытателем Г. Менде­лем. Эти закономерности были им обнаружены при проведении множества опытов по скрещиванию различных сортов гороха и четко сформулированы в 1865 г. Законы Менделя, касающиеся закономер­ностей наследования признаков, принадлежат к наиболее точным, количественно определенным биологическим обобщениям. Однако эти открытия были по достоинству оценены только после смерти ученого, а в России значительно позже, чем в других странах.

Главными направлениями исследований ученых-генетиков сегод­ня стали следующие:

• дальнейшее исследование особенностей структуры тех пре­
дельно мелких материальных объектов — участков молекул
нуклеиновых кислот, которые являются хранителями генетиче­
ской информации каждого вида живого, единицами наследст­
венности. Крупнейшим достижением генетики на этом на­
правлении стала расшифровка американскими и английскими
учеными на рубеже третьего тысячелетия генома человека;

• более глубокое исследование механизмов и законов передачи
генетической информации от поколения к поколению, а так­
же ее реализации в конкретные признаки и свойства орга­
низма, например в большую продуктивность животных или
урожайность сельскохозяйственных культур;

• выяснение предпосылок и механизмов изменения генетиче­
ской информации на разных этапах развития организма.

Эти задачи решаются учеными на разных уровнях организации живой природы: молекулярном, клеточном, организменном, попу-ляционном. Продвигаясь вперед, ученые-генетики в тесном контак­те с практиками-селекционерами активно решают задачи выбора оптимальной системы скрещивания и эффективных методов отбора и управления развитием наследственных признаков.


 

\


Крупнейшее открытие современной генетики, как уже отмеча­лось, связано с установлением способности генов к перестройке, по­лучившей название мутирования (от лат. mutatio — изменение). Му­тации могут иметь последствия троякого рода: они могут быть полез­ными, вредными или нейтральными. Одним из результатов мутаций может быть появление организма нового вида — мутанта.

Причины мутаций пока до конца не выяснены. Однако генети­кой установлены основные факторы, вызывающие мутации, или мутагены. Известно, что мутации могут быть вызваны некоторыми общими условиями, в которых оказывается организм: его питанием, температурным режимом, составом воздушной среды и т.д. Кроме того, к мутациям приводит воздействие некоторых внезапно возни­кающих экстремальных факторов, таких, как отравляющие вещест­ва и радиоактивное излучение. Под воздействием экстремальных факторов количество мутаций может увеличиваться по сравнению с нормальными условиями в сотни раз, причем возрастает оно про­порционально дозе воздействия.

Учитывая это, селекционеры часто используют химические ве­щества, радиационное излучение и другие мутагены для получения направленных полезных мутаций.

Активная работа ученых в этом направлении привела к выделе­нию в качестве самостоятельной отрасли генетики генной инжене­рии, целью которой является конструирование новых, не сущест­вующих в природе генов и организмов. С помощью современных биотехнологий удалось получить впечатляющие результаты: ряд эффективных лекарств, например инсулин; сыворотку против гепа­тита и др.; создать первые образцы пищи, подвергнутой генетиче­скому инжинирингу (помидоры, картофель, кукуруза и др.); вывес­ти методами генной инженерии некоторые виды животных, таких, как мышь, обезьяна, овца, некоторые виды промысловых рыб, и даже вплотную подойти к решению проблемы клонирования чело­века, создания смоделированных живых организмов на основе ис­кусственных генов. Следует отметить, что эти достижения науки общественностью оцениваются неоднозначно. Так, некоторые ре­лигиозные деятели и многие специалисты по этике считают мо­рально недопустимыми подобные эксперименты, а законодатель­ные органы Европейского союза потребовали принятия закона, согласно которому все пищевые продукты, содержащие гормоны роста и чужеродные гены, должны иметь специальные этикетки, информирующие об этом потребителя.

Вместе с тем следует отметить, что модифицирование генного материала осуществляется не только в научно-исследовательских институтах и научных лабораториях, но и далеко за их пределами. В последнее время в связи с резким возрастанием загрязнения окру-


жающей природной среды, повышением содержания углекислого газа в атмосфере, усилением радиационного фона значительно воз­росло число спонтанных, стихийных, вредных мутаций как у жи­вотных, так и у человека.

Статистические данные последних лет свидетельствуют, что ежегодно в мире рождается около полутора миллионов детей с на­следственными заболеваниями мутагенного характера, — это со­ставляет около 2% общего количества рождаемых. Установлено, что именно с патологиями наследственного аппарата связана предрас­положенность к таким тяжелым заболеваниям, как туберкулез, по­лиомиелит, рак. Известны вызываемые теми же факторами дефекты психики — эпилепсия, слабоумие, шизофрения и т.п. Всемирной организацией здравоохранения зарегистрировано свыше тысячи серьезных аномалий развития человека в виде различных уродств, нарушений жизненно важных функций под влиянием тех или иных мутагенов.

Одним из наиболее опасных мутагенов являются вирусы (от лат. virus — яд). Вирусы — мельчайшие из живых существ, которые спо­собны проникать через любые фильтры, в связи с чем их иногда называют фильтрующимися вирусами. Вирусы обладают всеми ат­рибутами живой системы. Вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки, но всех структур развитой живой клетки, например ядра, они не имеют. По своему образу жизни они также отличаются от обычных клеток. Будучи неспособными синтезиро­вать белок, вирусы ведут паразитический образ жизни, получая необходимые для своей жизнедеятельности вещества путем про­никновения в живую клетку и использования готовых органических веществ и энергии. Как внутриклеточные паразиты, вирусы явля­ются возбудителями многих заболеваний растений, животных и человека. Размножаясь только в живых клетках, они используют их генетический аппарат, переключая клетку на синтез вирусных час­тиц. Вирусы настолько резко отличаются от других живых организ­мов, что иногда их выделяют в особое царство живой природы, наряду с царствами растений и животных. Конечно, описываемые вирусы нельзя путать с компьютерными, под которыми понимают­ся особые компьютерные программы, специально создаваемые ха­керами, хотя какое-то чисто внешнее сходство здесь присутствует.

Вирусы могут попадать в организм человека через дыхательную, пищеварительную и половую системы. Ббльшая их часть гибнет благодаря иммунной системе организма, вырабатывающей защит­ные антитела. Огромную опасность для иммунной системы пред­ставляют патогенные вирусы.

Сегодня будет своевременным напомнить, что вирусы, как и другие биологические организмы, например бактерии или споры,


 


могут использоваться в качестве биологического оружия, одного из средств террористической деятельности. С этой целью используют­ся возбудители сибирской язвы, холеры, чумы, оспы, брюшного тифа и даже гриппа. Основным методом их боевого применения является распыление в воздухе, заражение воды и пищи токсичны­ми микроорганизмами. Отдельные попытки применения оружия такого рода, вызвавшие человеческие жертвы, имели место на тер­ритории США вскоре после известных трагических событий 11 сен­тября 2001 г.

Однако и в мирных условиях патогенные вирусы вызывают у че­ловека множество заболеваний, одним из которых является СПИД — синдром приобретенного иммунодефицита. Вирус СПИДа, или, как его иногда называют, ВИЧ (вирус иммунодефицита человека), пе­редается половым путем, при инъекциях, родовых контактах матери и ребенка, через донорские органы и кровь. Но он не передается воздушно-капельным путем, как вирус гриппа.

Попадая в клетки крови и мозга, вирус СПИДа встраивается в генный аппарат и парализует его защитное действие. Зараженный им человек становится беззащитным перед любой инфекцией. Проб­лема очищения генетического аппарата человека от чужеродной ин­фекции — одна из актуальных в современной медицине, но она, к сожалению, еще далека от своего решения. Поэтому сегодня основ­ным средством борьбы со СПИДом является комплекс мер по его профилактике, важнейшая из которых — санитарное просвещение. Для профилактики этой опасной болезни нужно знать, что сущест­вует тип людей, которые не воспринимают ВИЧ, оставаясь практи­чески здоровыми, хотя и являются его носителями: это люди с сильными, ВИЧ-устойчивыми генами, но они-то и являются ос­новными распространителями СПИДа. Подобное заболевание мож­но обнаружить только специальным анализом крови, в которой в этом случае обнаруживаются особые антитела, пожирающие ВИЧ. Однако данная методика эффективна только на достаточно высо­ком уровне развития инфекции, только после ее выхода из скрытой фазы. Поэтому медики используют и более глубокие методы иссле­дования с целью выявления заболеваний на его ранних стадиях, что необходимо, например, при получении донорской крови.

Основным методом лечения СПИДа является введение в кровь больного препаратов, содержащих соответствующие антитела, раз­рушающие белковую оболочку ВИЧ.

Крупный вклад в развитие современной генетики и селекции, создание новых сортов растений и пород животных, борьбу с их болезнями, а также болезнями человека внесли отечественные био­логи Н.И. Вавилов, И.В. Мичурин, Н.П. Дубинин, Н.В. Тимофеев-Ресовский.


Н.И. Вавилов (1887—1943) на основе изучения мутаций растений установил законы их наследственности и изменчивости, обосновал идею о том, что важнейшим условием успешного создания новых сортов является использование для селекции разнообразного исход­ного материала. В поисках неизвестных видов растений он исколесил весь мир, собрал уникальную коллекцию, включающую тысячи об­разцов семян. Эта коллекция и по сей день служит основой селекци­онных работ. Вавилов возглавлял и направлял работы по организа­ции сельского хозяйства в стране, являлся членом ряда иностран­ных академий наук.

КВ. Мичурин (1855—1935) внес большой вклад в дело гибриди­зации, скрещивания разных видов растений. На основе методов межсортовой и отдаленной, т.е. межвидовой, гибридизации он соз­дал свыше 300 сортов плодовых культур. Благодаря работам Мичу­рина многие южные сорта плодовых культур удалось районировать в средней полосе нашей страны. Разработанные им методы успеш­но используются в селекции и других культур.

Н.В. Тимофеев-Ресовский (1900—1981), долгое время работавший в берлинском Институте биологии, а затем в России, известен как один из основателей современной радиационной генетики. Его исследования были отмечены наградами ряда зарубежных академий наук. Жизнь и творчество ученого подробно описаны в романе Д. Гранина «Зубр».

Н.П. Дубинин (1908—1998) вошел в историю генетики как пер­вооткрыватель ряда особенностей строения генов. В результате его исследований была подтверждена дробимость генов, выяснена их роль в процессе эволюции живых существ. Кроме того, он известен как крупнейший специалист в области радиационной генетики. Дубинин был избран членом ряда зарубежных научных учреждений, в том числе Академии наук США.

Основные выводы генетики стали неотъемлемой частью совре­менной концепции биологической эволюции, возникновения и развития всего живого. Но главной ее составляющей и сегодня ос­тается концепция естественного отбора, основы которой были за­ложены Ч. Дарвином.

8.7. Современная теория биологической эволюции

Под эволюцией обычно понимают процесс изменений, одну из форм движения, для которой, в отличие от революции, характерны постепенные, непрерывные, накапливающиеся перемены, тем не менее приводящие к качественным сдвигам в развитии, в том числе и живой природы.


Представление о том, что окружающий нас бесконечно много­образный мир живых организмов появился в результате длительно­го процесса изменения и развития, т.е. эволюционным путем, сло­жилось не сразу. В этом процессе становления эволюционной пара­дигмы, как правило, выделяют три основных этапа:

1) первый этап — традиционная биология (наиболее яркий ее
представитель — шведский естествоиспытатель К. Линней);

2) второй этап — классическая теория биологической эволюции
(создатель — английский естествоиспытатель Ч. Дарвин);

3) третий этап — синтетическая теория биологической эволюции
(ее содержание явилось результатом синтеза идей Ч. Дарвина и
австрийского естествоиспытателя, основателя генетики Г. Менделя).

□ традиционная биология

Общетеоретической основой традиционной биологии, которая господствовала в биологической мысли с древнейших времен вплоть до XIX в., была концепция креационизма, исходившая из представления о единомоментном возникновении всех форм жизни на Земле. В свете креационистской концепции в центре биологиче­ских исследований оказалась задача детального описания всего многообразия чудесным образом возникшего мира растений и жи­вотных, его классификация и систематизация, а не анализ возник­новения, развития, изменения и эволюции.

К. Линней

Первые попытки такой систематизации были предприняты, как уже отмечалось, древ­негреческим философом и ученым Аристо­телем. Эта, несомненно, полезная работа продолжалась и в Средние века. Однако наиболее значительный вклад в традицион­ную биологию внес шведский натуралист-естествоиспытатель К. Линней (1707—1778), создавший удачную систему классификации растительного и животного мира на основе учета сходств и различий в строении и по­ведении животных. Линней убедительно по­казал, что все живые организмы делятся на обособленные группы, или виды. Линнеевская система классификации во многом использу­ется и современной биологической наукой. Согласно современным представлениям, основной единицей классификации растений и животных является вид.

Под видом понимается популяция особей, обладающих сходным строением, поведением и происхождением.

В современной классификации также используется введенная Линнеем бинарная (двуименная) система именования организмов, в


соответствии с которой название рода пишется на первом месте, а название вида — на втором. Например, научное название домашней кошки — Felis domestica — относится ко всем породам домашних кошек. Все они принадлежат к одному и тому же виду. Близкими видами того же рода являются лев (Felis leo), тигр (Felis tigris) и леопард (Felis pardus). Но собака (Canis famili-aris) относится уже к другому роду.

□ Классическая теория биологической эволюции

Традиционная биология, хотя и имеет определенные недостат­ки, но по сравнению с другими направлениями обладает несомнен­ным преимуществом. Она накапливает свой научный материал наи­более надежным способом — путем непосредственного наблюдения живой природы. Традиционная биология продолжает развиваться в настоящее время и будет развиваться в будущем. Однако предпо­сылки для ее смены на определенном этапе развития биологиче­ской мысли другой, эволюционной, парадигмой были подготовлены уже в рамках самой традиционной биологии. Вскрытые ею целост­ность, единство, взаимосвязь и преемственность организмов в жи­вой природе вплотную подвели ученых к мысли о том, что все мно­гообразие их форм является результатом длительного процесса био­логической эволюции.

Представление об эволюции живых организмов с момента их воз­никновения и до наших дней — одно из важнейших обобщений биологической науки. Сущность этой великой объединяющей кон­цепции состоит в признании того, что все многочисленные формы растений и животных, существующие ныне, не были созданы по мановению волшебной палочки в один миг, а произошли от поя­вившихся в результате завершения этапа добиологической эволю­ции простейших организмов путем их постепенных изменений, накапливавшихся в следующих одно за другим поколениях.

Элементы этой идеи в неявной форме содержались в произве­дениях многих древнегреческих философов от Фалеса до Аристоте­ля. Так, Аристотель высказал мысль о постепенном развитии живых форм, которое он называл «лестницей существ». При этом он исхо­дил из предположения о существовании некоего стремления приро­ды к развитию, от простого и несовершенного к более сложному и совершенному. Мысли об эволюции живого мира высказывали мно­гие философы и естествоиспытатели в период с XIV по XIX в. Так, французский естествоиспытатель Ж. Б. Ламарк в 1809 г. выдвинул теорию эволюции, основанную на представлении о передаче по наследству приобретенных признаков. Однако лишь после того, как Ч. Дарвин опубликовал в 1859 г. книгу «Происхождение видов пу­тем естественного отбора», теория биологической эволюции при­влекла к себе всеобщее внимание.


 


Теория Дарвина стала результатом обобщения им огромного количества разнообразных фактических данных, которые он соби­рал, путешествуя в качестве натуралиста на корабле «Бигль», отпра­вившемся в пятилетнее кругосветное плавание. Дарвина поразило огромное разнообразие видов растений и животных, обнаруженное им в разных районах мира. Именно эти наблюдения и заставили его в конце концов отвергнуть концепцию божественного творения, на которую опиралась традиционная биология, и искать иное объ­яснение собранным фактам. Однако на осмысление и обобщение огромной массы фактических данных ему понадобилось около 20 лет, в результате чего и появился его фундаментальный труд «Происхождение видов...». Сущность своего великого открытия сам автор излагал следующим образом: «Так как особей каждого вида рождается гораздо больше, чем может выжить, и так как, следова­тельно, часто возникает борьба за существование, то из этого выте­кает, что всякое существо, которое в сложных и нередко меняющих­ся условиях его жизни хотя незначительно варьирует в выгодном для него направлении, будет иметь больше шансов выжить и, таким образом, подвергнется естественному отбору. В силу строгого принципа наследственности отобранная разновидность будет склон­на размножаться в своей новой модифицированной форме»1.

Это объяснение Ч. Дарвином процесса эволюции можно свести к следующим положениям.

1. Любой группе животных и растений свойственна изменчи­
вость.
Изменчивость — одно из свойств, внутренне присущих жи­
вым организмам.

Следует отметить, что понимание этого свойства живых орга­низмов, справедливо отмеченного Ч. Дарвином в качестве важней­шего, сегодня стало иным, более глубоким. Теперь биологи в свете генетической теории различают среди многообразных изменений, претерпеваемых живыми организмами, изменения двух различных типов — наследственные и ненаследственные. Для эволюции важны не все приобретенные организмом в течение жизни изменения, а только те, которые наследуются, передаются последующим поколе­ниям. Причем источником таких наследуемых изменений являются возникающие на генном уровне мутации, которые в условиях внеш­ней среды лишь закрепляются. Только естественный отбор измене­ний, основанных на генетических различиях, может привести к ко­ренному изменению последующих поколений данной популяции.

2. Число организмов каждого вида, рождающихся на свет, зна­
чительно больше того их числа, которое может найти себе пропи­
тание, выжить и оставить потомство. Бблыпая часть потомства в
каждом поколении гибнет.

1 Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора. — М.: Тайдекс Ко, 2003. - С. 23.


3. Поскольку рождается больше особей, чем может выжить, су­
ществует конкуренция, борьба за пищу и место обитания. Она может
носить как явный, так и скрытый характер. Это может быть активная
борьба не на жизнь, а на смерть или же менее явная, но столь же
действенная конкуренция, как, например, при переживании расте­
ниями и животными засухи, холода, наводнений или других небла­
гоприятных условий.

4. Наследственные изменения, облегчающие организму выжи­
вание в определенной среде, дают своим обладателям преимущество
перед другими, менее приспособленными организмами. Выживаю­
щие особи дают начало следующему поколению, и таким образом
«удачные» изменения передаются потомству, закрепляются. Положе­
ние о выживании и отборе наиболее приспособленных представляет
собой ядро теории естественного отбора Дарвина.

В результате каждое новое поколение оказывается все более приспособленным к своей среде обитания. В итоге многолетнего воздействия естественного отбора отдаленные потомки могут ока­заться настолько несхожими со своими предками, что они образуют новый, самостоятельный вид. Именно таким образом от одного пред-кового вида возникают два и более видов, а в конечном счете сформировалось все многообразие ныне существующих видов рас­тений и животных.

Дарвиновская теория биологической эволюции оказалась на­столько хорошо обоснованной, что большинство биологов очень скоро признали ее. Эта концепция занимала центральное место в биологи­ческой науке на протяжении последующих ста лет. С некоторыми поправками, внесенными в нее в связи с последующими открытия­ми в области генетики и эволюции, ее принимает и большинство современных биологов.

□ Синтетическая теория биологической эволюции

Однако эти поправки, связанные прежде всего с открытиями в области генетики, оказались настолько существенными, что их со­вокупность составила содержание особого, нового этапа в развитии теории биологической эволюции — этапа синтетической биологиче­ской эволюции. Новое в ее содержании состоит главным образом в том, что она под биологической эволюцией стала понимать не толь­ко и не столько результат действия естественного отбора, сколько следствие стихийных, ненаправленных мутаций генных структур, которые и создают первооснову, первичное сырье для естественно­го отбора.

Следует отметить, что некоторые слабости, противоречия в тео­рии Дарвина были замечены уже его современниками. Так, в исто­рии биологии известно возражение инженера Дженкина, которое


Дарвин, будучи не в состоянии на него убедительно ответить, на­звал «кошмаром Дженкина» (о нем уже шла речь во второй главе). Это возражение состояло в том, что новые изменения, приобретен­ные организмом в результате естественного отбора, все равно долж­ны утрачиваться в результате их «растворения» при скрещивании изменившихся особей с другими, которые не имеют таких измене­ний. Возникший спор мог быть разрешен только на основе знаний о роли в процессах изменчивости генных структур, которые тогда еще не были известны. Теперь мы знаем, что вновь приобретенное изменение, если оно фиксируется на уровне гена, приобретает бла­годаря этому особую прочность, устойчивость и может закрепиться в последующих поколениях вопреки воздействию других генов.

Еще одно возражение состояло в том, что дарвинизм не может объяснить причины появления у многих организмов структур, не только бесполезных, но и вредных для их выживания. В свете гене­тического подхода появление таких признаков сегодня объясняется тем, что в силу случайного характера генных мутаций среди них могут появиться и такие, которые приводят к закреплению не толь­ко полезных, но и бесполезных признаков.

Совокупность подобных возражений так или иначе привела ученых к признанию того факта, что реальная физическая борьба между животными или конкуренция за пространство, солнечный свет или воду между растениями имеют меньшее значение, чем это представлялось Дарвину.

Но наиболее важным моментом в форсировании синтетической теории эволюции было обоснование в 1886 г. А. Вейсманом (1834— 1914) положения о непрерывности зародышевой плазмы. Его заслуга состоит в том, что в то время, когда еще не были открыты гены, он понял, что наследственность связана с передачей от одного поколе­ния к другому специфических молекулярных комплексов. Именно из этого положения вытекала существенно дополняющая дарвинизм мысль о том, что приобретенные признаки не наследуются до тех пор, пока не закрепятся в зародышевых клетках, в их молекулярных структурах.

Это обобщение, касающееся механизма наследования, послужи­ло новым импульсом для формирования синтетической теории эволюции еще и потому, что оно открыло дорогу для широкого использования в биологии математических методов, создало пред­посылки для превращения ее в точную науку.

Первые шаги, сделанные на пути становления современной био­логической парадигмы, были закреплены в дальнейшем, прежде всего на основе современных достижений генетики. Сущность эво­люционного учения определяется сегодня как синтетическая тео­рия эволюции путем естественного отбора признаков, детерминиро­ванных генетически.


Крупнейшим достижением, утвердившим современную биоло­гическую парадигму, стала расшифровка в 1953 г. американскими генетиком Ф. Криком и биологом Дж. Уотсоном структуры ДНК, посредством которой осуществляется механизм наследственности.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.