Начальные этапы биологической эволюции

Теории эволюции органического мира

ЛЕКЦИЯ 8 СОВРЕМЕННАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

План лекции:

1. Теории эволюции органического мира

2. Основы генетики

Появление примитивной клетки означало окончание предбиологической эволюции живого и начало биологической эволюции жизни.

Первыми возникшими на нашей планете одноклеточными орга­низмами были примитивные бактерии, не обладавшие ядром, то есть прокариоты. Как уже указывалось, это были одноклеточные безъядер­ные организмы. Они были анаэробами, поскольку жили в бескислородной среде, и гетеротрофами, поскольку питались готовыми органи­ческими соединениями «органического бульона», то есть веществами, синтезированными в ходе химической эволюции. Энергетический об­мен у большинства прокариот происходил по типу брожения. Но по­степенно «органический бульон» в результате активного потребления убывал. По мере его исчерпания некоторые организмы стали выраба­тывать способы формирования макромолекул биохимическим путем, внутри самих клеток при помощи ферментов. В таких условиях кон­курентоспособными оказались клетки, которые смогли получать боль­шую часть необходимой энергии непосредственно от излучения Солн­ца. По этому пути и шел процесс формирования хлорофилла и фото­синтеза.

Переход живого к фотосинтезу и автотрофному типу питания явил­ся поворотом в эволюции живого. Атмосфера Земли стала «напол­няться» кислородом, который для анаэробов явился ядом. Поэтому многие одноклеточные анаэробы погибли, другие укрылись в бески­слородных средах — болотах и, питаясь, выделяли не кислород, а ме­тай. Третьи приспособились к кислороду. У них центральным меха­низмом обмена стало кислородное дыхание, которое позволило увели­чить выход полезной энергии в 10-15 раз но сравнению с анаэробным типом обмена — брожением. Переход к фотосинтезу был длительным процессом и завершился около 1,8 млрд лет назад. С возникновением фотосинтеза в органическом веществе Земли накапливалось все боль­ше энергии солнечного света, что ускоряло биологический круговорот веществ и эволюцию живого в целом.

В кислородной среде сформировались эукариоты, то есть однокле­точные, имеющие ядро организмы. Это были уже более совершенные организмы с фотосинтетической способностью. Их ДНК уже были сконцентрированы в хромосомы, тогда как у прокариотных клеток на­следственное вещество было распределено по всей клетке. Хромосомы эукариотов были сконцентрированы в ядре клетки, а сама клетка уже воспроизводилась без существенных изменений. Таким образом, до­черняя клетка эукариот была почти точной копией материнской и име­ла столько же шансов на выживание, сколько и материнская.

Образование растений и животных

Последующая эволюция эукариотов была связана с разделением на растительные и животные клетки. Такое разделение произошло в про­терозое, когда Земля была заселена одноклеточными организмами (табл. 8.2).

Таблица 8.2

Возникновение и распространение организмов в истории Земли (по 3. Брему и И. Мейнке, 1999 г.)

Миллионов лет тому назад	Эпоха Земли	Главная группа организмов	Развитие и распространение группы организмов	Первое появление организмов
Эра	Период	Растения	Животные
1,5	Кайнозойская	Четвертичный	Покрытосеменные	Млекопитающие и птицы	Человеческое общество   Современные формы растений и животных	Культурные растения, домашние животные, человек
	Третичный
	Мезозойская	Меловой	Голосеменные	Ящеры	Одно- и двудольные, последний расцвет аммонитов, вымирание ящеров	Покрытосеменные, вечнозеленый лиственный лес
	Юрский	Голосеменные, ящеры, насекомые, новый расцвет аммонитов	Птицы, млекопитающие, виды гинкго
	Триасовый	Рептилии (ящеры, черепахи, крокодилы) и голосеменные	Бабочки, динозавры
	Палеозойская	Пермский	Папоротниковые		Насекомые с полным метаморфозом, рептилии с яйцами, снабженными сухой оболочкой	Жуки, хвойные деревья, цикадовые
	Каменноугольный (карбон)		Земноводные	Заселение суши легочными улитками, насекомыми и панцирными земноводными, лесная растительность - папоротники	Семенные папоротники, кордаиты, пресмыкающиеся, пресноводные двустворчатые моллюски
	Девонский (девон)		Рыбы	Заселение суши папоротниками, плаунами, хвощами; в море панцирные рыбы, моллюски, ракообразные	Насекомые, аммониты, хрящевые рыбы, земноводные
	Силурийский (силур)	Слоевищные	Беспозвоночные	Заселение мелких морей кораллами, морскими лилиями, моллюсками – двустворчатыми и брюхоногими; разновидностями водорослей	Косные и панцирные рыбы, скорпионы, голые папоротники
	Ордовикский (ордовик)			Наутилиды, трилобиты, графтолиды, кораллы, пресноводные водоросли	Моллюски, басчелюстные
	Крембрийский			На дне моря губки, трилобиты, графолиты	Моллюски, ранние хордовые
	Протерозойская		Возникновение многоклеточных	Губки, черви
	Археозойская		Бактерии, водоросли, предки животных, первичные организмы; дифференциация на растения и животные	В начале эры – первичные организмы

С начала эволюции эукариоты развивались двойственно, то есть в них параллельно были группы с автотрофным и гетеротрофным пи­танием, что обеспечивало целостность и значительную автономность живого мира.

Растительные клетки эволюционировали в сторону уменьшения способности передвижения из-за развития жесткой целлюлозной обо­лочки, но в направлении использования фотосинтеза.

Животные клетки эволюционировали в сторону увеличения спо­собности к передвижению, а также совершенствования способов по­глощать и выделять продукты переработки пищи.

Следующим этапом развития живого стало половое размножение. Оно возникло примерно 900 млн лет назад.

Дальнейший шаг в эволюции живого произошел около 700-800 млн лет назад, когда появились многоклеточные организмы с дифферен­цированными телом, тканями и органами, выполняющими определен­ные функции. Это были губки, кишечнополостные, членистоногие и т. д., относящиеся к многоклеточным животным.

На протяжении всего протерозоя и в начале палеозоя растения на­селяют в основном моря и океаны. Это зеленые и бурые, золотистые и красные водоросли.

Впоследствии в морях кембрия уже существовали многие тины животных. В дальнейшем они специализировались и совершенствова­лись. Среди морских животных той поры ракообразные, губки, корал­лы, моллюски, трилобиты и т. д.

В конце ордовикского периода стали появляться крупные плотояд­ные, а также позвоночные животные.

Дальнейшая эволюция позвоночных шла в направлении челюст­ных рыбообразных. В девоне стали появляться уже двоякодышащие рыбы — амфибии, а затем насекомые. Постепенно развивалась нерв­ная система как следствие совершенствования форм отражения.

Особо важным этапом в эволюции форм живого являлись выход растительных и животных организмов из воды на сушу и дальнейшее увеличение количества видов наземных растений и животных. В даль­нейшем именно из них и происходят высокоорганизованные формы жизни. Выход растений на сушу начался в конце силура, а активное завоевание суши позвоночными началось в карбоне.

Переход к жизни в воздушной среде требовал от живых организ­мов очень многих изменений и предполагал выработку соответствую­щих приспособлений. Он резко увеличил темпы эволюции живого на Земле. Вершиной эволюции живого стал человек.

Жизнь в воздушной среде «увеличила» массу тела организмов, в воздухе не содержатся питательные вещества, воздух иначе, чем во­да, пропускает свет, звук, тепло, количество кислорода в нем выше. Ко всему этому необходимо было приспособиться. Первыми приспосо­бившимися к условиям жизни па суше позвоночными были рептилии. Их яйца были снабжены пищей и кислородом для эмбриона, покрыты твердой скорлупой, не боялись высыхания.

Примерно 67 млн лет назад преимущество в естественном отборе получили птицы и млекопитающие. Благодаря теплокровности мле­копитающих они быстро завоевали господствующее положение на Земле, что связано с условиями похолодания на нашей планете. В это время именно теплокровность стала решающим фактором выжива­ния. Она обеспечивала постоянную высокую температуру тела и ста­бильность функционирования внутренних органов млекопитающих. Живорождение млекопитающих и вскармливание детенышей моло­ком явилось мощным фактором их эволюции, позволяющим размно­жаться в разнообразных условиях среды. Развитая нервная система способствовала разнообразию форм приспособления и защиты орга­низмов.

Произошло разделение хищнокопытных животных на копытных и хищников, а первые насекомоядные млекопитающие положили на­чало эволюции плацентарных и сумчатых организмов.

Решающим этапом эволюции жизни на нашей планете явилось по­явление отряда приматов. В кайнозое примерно 67-27 млн лет назад приматы разделились на низших и человекообразных обезьян, являю­щихся древнейшими предками современного человека. Предпосылки появления современного человека в процессе эволюции формирова­лись постепенно. Сначала был стадный образ жизни. Он позволил сформировать фундамент будущего социального общения. Причем ес­ли у насекомых (пчелы, муравьи, термиты) биосоциалыюсть вела к потере индивидуальности, то у древних предков человека, напротив, она развивала индивидуальные черты особи. Это явилось мощной дви­жущей силой развития коллектива.

Свой следующий шаг эволюция жизни сделала в образе появления человека разумного (Homo sapiens). Именно человек разумный обла­дает способностью целенаправленно изменять окружающий его мир, создавать искусственные условия своего обитания и преобразовывать облик нашей планеты.

Эволюционная теория Ч. Дарвина

Под эволюцией (от лат. evolutio — развитие, развертывание) следует понимать процесс длительных, постепенных, медленных изменений, приводящих к коренным качественно новым изменениям (образова­нию других структур, форм, организмов и их видов).

Идея длительного и постепенного изменения всех видов животных и растений высказывалась учеными задолго до Ч. Дарвина. В таком духе высказывались в разное время Аристотель, шведский натуралист К. Линией, французский биолог Ж. Ламарк, современник Ч. Дарвина английский натуралист А. Уоллес и другие ученые.

Несомненной заслугой Ч. Дарвина является не сама идея эволю­ции, а то, что именно он впервые обнаружил в природе принцип есте­ственного отбора и обобщил отдельные эволюционные идеи в одну стройную теорию эволюции. В становлении своей теории Ч. Дарвин опирался па большой фактический материал, на эксперименты и прак­тику селекционной работы по выведению новых сортов растений и раз­личных пород животных.

При этом Ч. Дарвин пришел к выводу, что из множества разнооб­разных явлений живой природы явно выделяются три принципиальных фактора в эволюции живого, объединяемых краткой формулой: изменчивость, наследственность, естественный отбор.

Эти фундаментальные принципы основываются на следующих вы­водах и наблюдениях над миром живого — это:

1. Изменчивость. Она свойственна любой группе животных и растений, организмы отличаются друг от друга во многих различных отношениях. В природе невозможно обнаружить два тождественных организма. Изменчивость является неотъемлемым свойством живых организмов, она проявляется постоянно и повсеместно.

По Ч. Дарвину, в природе имеется два вида изменчивости — опре­деленная и неопределенная.

1) Определенная изменчивость (адаптивная модификация) — это способность всех особей одного и того же вида в каких-то определенных условиях внешней среды одинаковым образом реагировать на эти условия (пищу, климат и т. д.). По современным представлениям, адаптивные модификации не передаются по наследству, а поэтому в своем большинстве не могут поставлять материал для органической эволюции.

2) Неопределенная изменчивость (мутации) вызывает существенные изменения в организме в самых различных направлениях. Эта изменчивость, в отличие от определенной, носит наследственный характер, при этом незначительные отклонения в нервом поколении усиливаются в последующих. Неопределенная изменчивость тоже связана с изменениями окружающей среды, но не непосредственно, как в адаптивных модификациях, а опосредованно. Поэтому, по Ч. Дарвину, решающую роль в эволюции играют именно неопределенные изменения.

2. Постоянная численность вида. Число организмов каждого вида, появляющихся па свет, больше того числа, которое может найти пропитание и выжить; тем не менее численность каждого вида в естественных условиях остается относительно постоянной.

3. Конкурентные отношения особей. Поскольку рождается больше особей, чем может выжить, в природе постоянно происходит борьба за существование, конкуренция за пищу и места обитания.

4. Адаптивность, приспособляемость организмов. Изменения, облегчающие организму выживание в какой-либо определенной среде, дают своим обладателям преимущества перед другими организмами, которые менее приспособились к внешним условиям и в результате погибли. Идея «выживаемости наиболее приспособлен­ных» является главной в теории естественного отбора.

5. Воспроизведение «удачных» благоприобретенных характеристик в потомстве. Выживающие особи дают потомство, и таким обра­зом «удачные», позволившие выжить положительные изменения передаются последующим поколениям.

Сущность эволюционного процесса состоит в непрерывном при­способлении живых организмов к разнообразным условиям окружаю­щей природной среды и в появлении все более сложно устроенных ор­ганизмов. Поэтому биологическая эволюция направлена от простых биологических форм к более сложным формам.

Таким образом, естественный отбор, являющийся результатом борь­бы за существование, есть основной фактор эволюции, направляющий и определяющий эволюционные изменения. Эти изменения становят­ся заметными, проходя через смену многих поколений. Именно в есте­ственном отборе отражается одна из фундаментальных черт живого — диалектика взаимодействия органической системы и среды.

Несомненные достоинства эволюционной теории Ч. Дарвина име­ли и некоторые недостатки. Так, она не могла объяснить причин появ­ления у некоторых организмов определенных структур, кажущихся бесполезными; у многих видов отсутствовали переходные формы ме­жду современными животными и ископаемыми; слабым местом были также представления о наследственности. В дальнейшем обнаружи­лись недостатки, касающиеся основных причин и факторов органиче­ской эволюции. Уже в XX в. стало ясно, что теория Ч. Дарвина нужда­ется в дальнейшей доработке и совершенствовании с учетом послед­них достижений биологической науки. Это стало предпосылкой для создания синтетической теории эволюции (СТЭ).

Дата добавления: 2014-01-06