Международная научно-методическая конференция
«Современные проблемы эволюционной биологии»,
посвященная 200-летию со дня рождения Ч. Дарвина и 150-летию выхода в свет «Происхождения видов…»
Брянск, 12-14 февраля 2009 г.
Дарвинизм – методологическая основа общей и теоретической биологии
Ключевые слова: теория эволюции, эволюционная биология, естественный отбор
Дарвинизм и современность (к 200-летнему юбилею рождения Чарльза Дарвина и 150-летию выхода в свет «Происхождения видов…»)
А.А. Афонин
Доктор сельскохозяйственных наук, доцент
Брянский государственный университет, г. Брянск, РФ
В 2009 г. весь цивилизованный мир отмечает две знаменательные даты. 12 февраля 2009 г. исполнилось 200 лет со дня рождения Чарльза Роберта Дарвина – основателя современной эволюционной биологии. Принципы эволюции биологических систем, основанной на ведущей роли естественного отбора, Ч. Дарвин изложил в своем фундаментальном труде «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых рас в борьбе за жизнь», который вышел в свет 150 лет назад (24 ноября 1859 г.).
Современная эволюционная биология (теория эволюции, эволюционное учение) – это раздел общей и теоретической биологии, изучающий закономерности и механизмы эволюции биологических систем. Всё множество эволюционных концепций, взглядов, гипотез представляет собой теоретический фундамент современной биологии.
Эволюционная биология является организующим началом для всего современного естествознания, что способствует формированию целостной картины мироздания. Эволюционная биология связана с формированием мировоззрения и проникает в те области человеческой деятельности, которые не связаны непосредственно с биологией: в философские и религиозные системы, в литературу и искусство. Мировоззренческое значение теории эволюции включает онтологический, гносеологический и аксиологический аспекты.
Эволюционная биология – это интегральная наука, которая обобщает, систематизирует и интерпретирует результаты изучения биологических систем, полученные с помощью различных разделов биологии: молекулярной биологии, цитологии, биологии развития, генетики, экологии, палеобиологии, систематики, анатомо-морфологических дисциплин, антропологии и биологии человека.
Практическое значение эволюционной биологии заключается, прежде всего, в том, что она, наряду с генетикой, образует теоретический фундамент современной селекции (по образному выражению Н.И. Вавилова «…селекция представляет собой эволюцию, направляемую волей человека»).
Эволюционная биология непосредственно используется при решении проблем, связанных с необходимостью сохранения биологического разнообразия на всех его уровнях: популяционном, видовом и экосистемном. Знание эволюционной биологии позволяет проектировать устойчивые экосистемы, которые способны развиваться и сохранять требуемые параметры. В связи с исключительно высокими темпами развития биотехнологии теория эволюции образует теоретический фундамент и этой области человеческой деятельности, поскольку позволяет предсказать возможные последствия вторжения человека в самые сокровенные тайны жизни.
С момента своего возникновения эволюционная биология становится полем битвы для представителей различных идеологий. К сожалению, в последние годы в нашем обществе заметно участились агрессивные выпады в адрес эволюционной биологии. Многие из подобных выпадов основаны на незнании основ классического дарвинизма и современной эволюционной биологии. Теория эволюции – это один из важнейших и сложных предметов, составляющих основу общепрофессиональной подготовки специалиста-биолога.
Единой общепринятой теории эволюции не существует. Под названием «теория эволюции» скрывается множество систем эволюционных концепций, взглядов, гипотез. Некоторые из них взаимно дополняют друг друга, некоторые – взаимно противоречивы. Это объясняется целым рядом причин: сложностью самого объекта – множеством биологических систем; сложностью предмета – эволюции биологических систем; недостатком фактологического материала; тесной связью теории эволюции с мировоззренческими и социальными проблемами, что приводит к субъективизму.
Однако же, недостаток научных знаний, заблуждения и откровенные фальсификации некоторых ученых-эволюционистов – это еще не повод для отказа от научного метода познания и безоговорочного признания истинности антиэволюционизма.
«Общая теория эволюция» полна противоречий. И это – естественно. Именно существование противоречий – основа для развития эволюционной биологии. Любая фундаментальная наука не отвечает на вопросы, а изучает ту или иную проблему. Многое нам неизвестно. Нет границ человеческому познанию мира. И, чем больше мы узнаем, тем больше оказывается непознанного.
Совместимость и комплементарность дарвинизма и других научных концепций биологической эволюции
С.В. Пучковский
Доктор биологических наук, профессор
Удмуртский государственный университет, г. Ижевск, РФ
В обновленной России наука об эволюции живой природы развивается своеобразно: возросли возможности для самобытных, иногда – остро критических суждений. Возникла своего рода мода на смелые высказывания несогласия с эволюционистами прошлого; некоторые учёные не смогли устоять перед возможностью «поправить» великих: Ж.Б. Ламарка, Ч. Дарвина (см. обзоры: Пучковский, 2006; 2007). Известный эволюционист пишет: «уже невозможно, как во времена Дарвина, утверждать, что на всех уровнях отбор остаётся главным фактором эволюции» (Татаринов, 2001). «Времена Дарвина» – это XIX век. И кто же в XIX веке позволил себе утверждение про главный фактор «на всех уровнях»? Высказывание Л.П. Татаринова более актуально для понимания эволюционной роли отбора XX века (Encyclopaedia Britannica, 1958, p. 297), в России же это было время расцвета «творческого дарвинизма», суть которого – доведение некоторых эволюционных идей до абсурда.
Нельзя не согласиться с мнением Н.Н. Воронцова (1999), что современные биологи недостаточно хорошо знают историю возникновения и развития эволюционных идей; это, в свою очередь, служит фоном или даже причиной для нередко весьма субъективных оценок научного вклада эволюционистов прошлого. Излишне критический настрой некоторых современных авторов, пишущих на темы биологической эволюции, на мой взгляд, обедняет потенциал для поиска конструктивных подходов и идей, полезных для развития эволюционных концепций и их синтеза.
Цель автора – обсудить реальность конструктивных компонентов, которые в принципе есть в любой научной эволюционной концепции (Пучковский, 1994), и показать на некоторых примерах их совместимость с центральными понятиями эволюционной концепции Ч.Дарвина.
Я придерживаюсь достаточно строгого различения понятий «гипотеза», «теория» и «концепция» в научных трудах (Пучковский, 1994). В соответствии с таковым целостной теории эволюции живой природы ещё не создано. Имеется множество гипотез, более или менее развитых концепций, включающих элементы теоретического знания, на основе которых возможны достаточно точные прогнозы по частным вопросам биологии.
Творческая мысль породила множество эволюционных идей, учений и концепций. Возникла необходимость упорядочить это множество, создать более или менее стройную типологию (Завадский, 1973; Любищев, 1975; Грант, 1991; Воронцов, 1999; Назаров, 2007), для чего нужны соответствующие критерии. Обсуждение этой проблемы не входит в мою задачу, однако два момента придётся затронуть. В советской биологии было принято делить эволюционные концепции на «дарвинизм» и «антидарвинизм». Это деление – яркий пример редукционизма в науке, было весьма удобным идеологически, к тому же, облегчало задачу учёного не ощущать своей ущербности при очевидных трудностях приобщения к зарубежным изданиям. Отсутствие знаний об антидарвинизме не могло считаться недостатком, более того – в глазах идеологических наставников оно могло выглядеть достоинством.
Теперь – иные времена, и В.И.Назаров (2007) настроен, конечно, более плюралистично, чем творческие дарвинисты прошлого столетия. Поэтому он деликатно обсуждает «эволюцию не по Дарвину», однако от самого порочного принципа деления на дарвинизм и «всё остальное» не отказывается.
Я придерживаюсь мнения, что в основу типологии эволюционных концепций могут быть положены принципы: системной организованности, иерархичности живой материи и комплементарности. Живые системы подразделяются на ряд уровней биологической организации, каждому из которых соответствуют специфические эволюционные концепции. Живые системы любого уровня способны к эволюции, проявляя в этом определённый уровень автономности и коэволюции. Всякая биосистема эволюционирует в ограниченном соответствии с принципами общей теории систем (ОТС), при этом её эволюция на основе этих принципов дополняется эволюционными особенностями, складывающимися на основе её своеобразия. Эволюционные концепции и их составные части комплементарны друг другу, т.е. совместно используемые они дают в целом более полное описание и объяснение организации и эволюции биосистем.
В ламаркизме есть масса ингредиентов, уязвимых для критики со стороны коллег: от современников Ж.Б. Ламарка до учёных начала III-го тысячелетия. Я обращаю внимание на то, что в поле зрения Ламарка-эволюциониста был, в основном, индивидуальный уровень биологической организации. Рациональное зерно в рассуждениях Ламарка, которое никак не проигрывает от уровня развития наших знаний – это признание активности особи, важной для эволюции (Любищев, 1982). Организм активно приспосабливается к разнообразным условиям среды (включая клептогенез), борется за существование, размножается и т.д. В этом смысле статистические модели популяционистов (из белых и чёрных шариков, цифровые, и проч.) весьма обеднённо и искажённо отражают эволюционный потенциал особи и популяции из таких особей. Выводы, которые можно делать на основе экспериментов с подобными моделями, могут быть только очень скромными (Грант, 1991). В то же время идея активности особей не противоречит идеям об отборе особей, их случайной или закономерной элиминации. Разумеется, создать модели, отражающие все из названных выше идей, значительно сложнее.
Концепция нейтрализма объясняет черты своеобразия эволюции макромолекул (ДНК и белков) и рассматривает объекты на уровнях клеточном, индивидуальном и, видимо, популяционно-видовом. Один из авторов этой концепции (Кимура, 1985) считает, что она не противоречит дарвинизму: если изменение макромолекулы (ДНК или белка) влияет на жизнеспособность особи, такая макромолекула или её носитель оказывается вне сферы нейтральной эволюции и попадает в сферу действия естественного отбора. На клеточном (в частности, макромолекулярном) уровне организации оказалось легче выявить и доказать реальность нейтральных различий между подсистемами и роль случайных явлений в их элиминации. Однако и нейтральность различий, и роль случайных событий в динамике наборов подсистем, составляющих биосистему, изучаются на уровне сообществ (Chave et al., 2002), а с позиции ОТС могут предполагаться на любом уровне организации живой материи.
Под синтезогенезом Н.Н. Воронцов (1999) понимает эволюцию на основе объединения (синтеза) различной биологической организации. Степень различий бывает неодинаковой. В составе концепции синтезогенеза объединяются концепция А.С. Фаминцына, объясняющая происхождение лишайников, концепция симбиогенетического происхождения эукариотной клетки К.С. Мережковского, концепция сетевидной эволюции сопряжённых популяций Т. Добжанского, гибридогенного видообразования. Из более свежих построений можно назвать концепцию горизонтального (латерального) переноса единичных генов в генетические системы таксономически отдалённых живых систем (Хесин, 1984). Последняя концепция удивительно быстро обрела надёжную основу в связи с формированием и впечатляющими успехами генетической инженерии. Считается, например, что плазмиды и другие векторы осуществляют обмен генами между микроорганизмами, обитающими в почвах, водоемах, илах. Такой перенос является мощным источником изменчивости геномов и, вероятно, в целом оказал и оказывает значительное влияние на эволюцию организмов разных царств.
В концепции катастрофизма (включая неокатастрофизм) также нет непреодолимых противоречий для полезного взаимодействия с дарвинизмом (Татаринов, 1987; Пучковский, 1994; Колчинский, 2002). Катастрофа есть разрушительная поломка системы, и катастрофы свойственны системам любого уровня организации. Мутация – это катастрофа на уровне генома клетки (организма). Взаимоотношения мутантов и отбора (а также других элиминирующих факторов) удовлетворительно описаны в СТЭ. Любые испытавшие поломку биосистемы могут выжить или не выжить – в этом реализуется универсальный принцип отбора (см. ниже).
Л.С.Берг (1922) представил хорошо обоснованную множеством примеров концепцию (номогенетизм), согласно которой филогенез есть закономерный процесс (номогенез), обусловленный направляющими воздействиями внешних и внутренних факторов. Финализм, ортогенетизм и другие концепции, авторы которых опираются, в основном, на факты из сравнительной морфологии, а в ещё большей мере – из палеонтологии, также включают в качестве центральной идею о направленном характере филогенеза. Результатом развития названных эволюционных идей является концепция программного филогенеза, в которой факторы внешней среды и особенности организации самой эволюционирующей системы (внутренние факторы) программируют филогенез, задавая ему определенное направление (Пучковский, 1994). Концепцию программного филогенеза отличает от ранее названных концепций (в том числе от позиции Л.С.Берга) использование в ней идеи эволюционного механизма, в котором непротиворечиво взаимодействуют, среди прочих факторов, естественный отбор и селектогены. Селектогены – это факторы внутренней организации самой биосистемы и факторы внешней среды, задающие направление естественному отбору и через это направляющие эволюцию данной живой системы.
Идея отбора находит применение в концепциях динамики и эволюции систем различной природы – физико-химической, биотической и социальной (Фокс, 1992; Бабков, 2000; Винер, 2003). В рамках концепции программной эволюции продолжается развитие принципа селективности (Пучковский, 1994; 2006). Принцип селективности универсален, предполагается его участие в эволюции и функционировании самых разных биосистем – везде, где существует избыточность и возможен выбор подсистем, связей между ними, состояний системы, путей её развития или вариантов поведения.
Отбор и микроэволюция в целом – статистический процесс, при выявлении и доказательстве эволюционной эффективности которого исследователь сталкивается с большими трудностями, которые далеко не всегда удаётся преодолеть. С другой стороны, преувеличение эволюционной значимости естественного отбора – опасная крайность, на которую указывали многие эволюционисты (Берг, 1922; Любищев, 1975; Нельсон, 1988; Лима-де-Фариа, 1991). Перспективу преодоления названных трудностей можно видеть в продолжающемся накоплении значительных материалов, пригодных для обработки методами математической статистики, и развитии системы эволюционного мониторинга.
Естественный отбор – основа эволюционного учения Чарльза Дарвина
Н.И. Простаков 1, О.Г. Солодовникова 2
1 Доктор биологических наук, профессор,
2 Кандидат биологических наук,
Воронежский государственный университет, г. Воронеж, РФ
Теория естественного отбора, сформулированная Чарльзом Дарвином, составляет основу эволюционного учения. В самой известной его работе «Происхождение видов путем естественного отбора…», опубликованной в 1859 г., с приведением множества примеров были представлены исчерпывающие доказательства того, что эволюция происходит путем естественного отбора. Дарвин определил естественный отбор как сохранение особей с полезными и гибель с вредными уклонениями - «переживание наиболее приспособленных». Он высказал предположение, что среди животных и растений носители наследственных изменений, которые можно рассматривать как приспособления к условиям среды, обладают большими шансами выжить и, следовательно, оставить больше потомков, чем организмы, обладающие менее полезными особенностями. В результате частота приспособительных (адаптивных) изменений будет постепенно увеличиваться в ряду поколений за счет уменьшения частоты менее адаптивных признаков. На основании этого Дарвин пришел к заключению, что в природе происходит процесс избирательного размножения одних и гибель других особей, т.е. селективный процесс, который был назван естественным отбором. В ходе естественного отбора организмы приспосабливаются к условиям среды.
Дарвин подчеркивал, что конкуренция (широко распространенная в природе) за ограниченные ресурсы и пространство приводит к тому, что естественный отбор благоприятствует победителям в конкуренции. Он писал: «Так как производится больше особей, чем может выжить, в каждом случае должна происходить борьба за существование – либо между особями одного вида, либо между представителями разных видов». «Борьба за существование» еще с тех времен понимается в метафорическом смысле как любые взаимоотношения особей с окружающими абиотическими и биотическими условиями среды. Борьба за существование охватывает все формы жизни организмов, направленных на выживание и размножение. Отдельные особи взаимодействуют с другими организмами, «соревнуясь» в добывании пищи и защите от врагов. Дарвин также отмечал, что борьба за существование может происходить и без прямой конкуренции между организмами. Например, особи одного вида соревнуются между собой в устойчивости к действию неблагоприятных факторов среды: ненастной погоде, голоду, болезням и т.д. Более того, борьба за существование проявляется и в том, что в течение репродуктивного периода одни организмы производят больше потомков, чем другие. Следовательно, борьбу за существование необходимо рассматривать как экологическую предпосылку естественного отбора, единственным мерилом которой служит соотношение между числом родившихся и числом выживших – достигших половой зрелости и принявших участие в воспроизводстве потомства. С точки зрения современного эволюционного учения, борьба за существование является тем механизмом, на основе которого осуществляется естественный отбор. Значительный вклад в изучение проблемы борьбы за существование как одного из направлений эволюционной экологии внесли российские ученые В.Н. Сукачев, Г.Ф. Гаузе, С.А. Северцов, И.И. Шмальгаузен и др., которые экспериментально в 30-е годы XX в. исследовали роль борьбы за существование и выделили ее основные формы.
Сущность протекания естественного отбора состоит в том, что одни организмы имеют больше шансов на выживание или оставление большего числа потомков, чем другие. С развитием генетических исследований представления о значении естественного отбора для хода эволюции стали более определенными. Главное значение в процессе эволюции имеет не само выживание особей, а вклад каждой особи в генофонд популяции. Каждая биологическая особь имеет своеобразную двойственную природу. Одна сторона ее определяется генотипом особи (полной совокупностью ее генов, не все из которых, однако, обязательно обладают выраженным действием), а вторая – фенотипом, т.е. совокупностью признаков, возникающих в результате реализации генетической информации, записанной в генотипе организма. Генотип особи – часть генофонда данной популяции. Каждый фенотип конкурирует с другими фенотипами за успех в размножении. Этот успех является выражением степени адаптированности данного индивида и зависит не от каких-то внутренних факторов, а представляет собой результат взаимодействия организма с его врагами, конкурентами, возбудителями различных заболеваний и другими факторами, ведущими к отбору. Результирующую этих факторов определяют как давление отбора, т.е. это сумма всех действующих селективных факторов [3]. Следовательно, проявление генетической изменчивости (как случайный процесс под давлением отбора) характеризует первую стадию естественного отбора.
Вторая стадия естественного отбора – внешнее упорядочение результатов генетической изменчивости. В популяции, состоящей из тысяч или миллионов отличающихся друг от друга индивидов, совокупности генов некоторых индивидов могут лучше соответствовать преобладающим в данной местности сочетаниям экологических факторов. Это фактически означает, что носители некоторых наследственных вариантов имеют больше шансов выжить и оставить потомство, чем носители других вариантов. Чрезвычайно существенно, что отбор всегда идет по фенотипам. Принцип отбора по фенотипам означает, что непосредственной точкой приложения отбора может быть лишь конкретный результат реализации генетической информации, что находит выражение в виде определенного признака или свойства. Именно эта, вторая стадия естественного отбора и определяет направление эволюции, увеличивая частоту распространения в популяции тех генов и тех совокупностей генов, которые обеспечивают лучшую приспособленность данного организма к жизни в данной среде обитания. Процесс дифференциального размножения организмов, несущих наследственные изменения, и определяется как естественный отбор. Отсюда, с точки зрения взглядов современной генетики, под естественным отбором следует понимать дифференциальное (избирательное) воспроизведение различных генетических вариантов (генотипов) [1, 3].
Отбор действует на уровне фенотипа и лишь опосредованно способствует или препятствует сохранению связанного с ним генотипа. Из генетических исследований известно, что генотип – это единая структурно-функциональная система и между всеми генами особи существуют сложные взаимодействия. Поэтому развитие тех или иных фенотипических признаков в ходе отбора является результатом такого взаимодействия. Поскольку, мерилом естественного отбора является борьба за существование, которая происходит не между генами и признаками, а между их носителями – особями. Отсюда отбор первично направлен на особь, и поэтому отдельные особи представляют элементарные объекты отбора. Результат отбора – приспособленность, возникающая a posteriori. В отборе объединяются как бы две философские категории (два начала): случайность и необходимость. Новые эволюционные шаги сначала «испытываются» на отдельных организмах, так что в случае неудачи целые популяции или виды не подвергаются риску.
При действии на популяцию отбора могут иметь определенное значение и ненаследуемые фенотипические модификации, которые возникают под влиянием разнообразных факторов окружающей среды и проявляются в рамках определяемых генотипом возможностей. Важно подчеркнуть, что «приобретаемые» при этом признаки не наследуются, генотип остается неизменным. Модификации возникают в пределах нормы реакции организма как ответная реакция на изменение среды. Норму реакции определяет наследственный материал (гены), а от внешней среды зависит, какой вариант в пределах этой нормы реакции реализуется в данном случае. Например, улучшение кормления дойных коров дает повышение удоев, обогащение почв удобрениями способствует повышению урожаев [3].
Важно определить, какое значение имеют модификации для эволюционного процесса? В пределах модификационной изменчивости постоянно появляются особи, способные существовать на границе переносимых видом условий. Такие максимально устойчивые животные могут проникать в биотопы, где факторы окружающей среды (например, климат) далеки от оптимальных для вида в целом. Эти «пионерные» особи в ходе дальнейшего мутационного процесса имеют повышенные шансы основать новую «климатическую расу», как бы удерживая «плацдарм» для обладателей более приспособленных генотипов.
Установлено, что отбор действует на организм не только извне. «Новые признаки» должны быть также испытаны с учетом конструктивных и функциональных требований, сложившихся внутри организма. В частности, высокий процент элиминации формирующихся организмов происходит в период эмбрионального развития. Подобное действие внутренних селективных факторов, определяющих функциональную эффективность организма, именуют внутриорганизменным отбором. Объектами отбора могут быть и более высокие формы организации живых систем: группы особей, семьи, популяции, виды, сообщества видов. Соответственно различают индивидуальную и групповую формы отбора.
В природе особи не живут сами по себе, а образуют естественноисторические группировки, именуемые популяциями. В связи с этим возникновение тех или иных признаков у отдельных особей и их закрепление в качестве приспособительных происходит на популяционном уровне. Следовательно, элементарные структурно-функциональные изменения под влиянием естественного отбора происходят на организменном уровне, а полем действия отбора в этом случае является популяция.
Реакция генотипа на давление отбора определяется таким понятием как адаптивная ценность (дарвиновская, или относительная, приспособленность) генотипа. Она характеризует степень относительной приспособленности генотипа и используется в качестве количественной меры интенсивности естественного отбора. Поскольку естественный отбор действует благодаря тому, что между организмами существуют различия в эффективности размножения, то приспособленность является мерой эффективности размножения данного генотипа. Как правило, приспособленность выражает относительную, а не абсолютную эффективность размножения. Приспособленность обозначается обычно буквой W, ее величина колеблется от 0 до 1. С приспособленностью однозначно связана величина коэффициента отбора, который обычно обозначается буквой S. Он представляет величину обратную адаптивной ценности генотипа и варьирует от 1 до 0, т.е. S = l–W (соответственно, W = l–S). Коэффициент отбора определяет скорость уменьшения частоты того или иного генотипа. При полной элиминации (потомства нет) S = l; если же частота признака (аллеля) не уменьшается (у хорошо приспособленных форм), S = 0. Чем значительнее коэффициент отбора, тем интенсивнее отбор против каких-либо генотипов, т.е. выше давление отбора. Давление отбора за тот или иной отрезок времени всегда приводит к достижению определенного положительного результата (изменению частот генов), что определяется как эффективность отбора. Процессы отбора поддаются математическому анализу и моделированию
Отбор, воздействуя в основном на особи, приводит к направленному изменению генофонда. Очень давно, не зная генетических законов, эту возможность использует человек в форме искусственного отбора в животноводстве и растениеводстве. Искусственный отбор основан на поразительной изменчивости видов, что сильно может менять облик организмов. Так, большие различия между карликовым пинчером и сенбернаром или между пони и тяжеловозом достигнуты за отрезок времени, несравнимо меньший, чем миллионы лет, потребовавшиеся для естественной эволюции. При искусственном отборе человек целенаправленно подбирает пары производителей для получения пород животных с определенными признаками или проводит селекцию среди растений для выведения новых сортов, что обеспечивает быстрый успех. В противоположность этому при естественном отборе скрещивание и соответственно взаимодействие генотипов носит случайный характер.
Таким образом, естественный отбор является направляющим фактором и играет ведущую роль в эволюции. Однако это не принижает значение остальных факторов эволюционного процесса, которые взаимосвязаны между собой под контролем отбора. Эволюция путем естественного отбора – это двухстадийный процесс. Первая стадия – это создание генетической изменчивости на основе рекомбинаций, мутационного процесса и других случайных событий. Вторая стадия – упорядочение результатов генетической изменчивости путем отбора. Естественный отбор выполняет две функции. Во-первых, он действует стабилизирующе-консервативно, защищая эволюционно оправдавший себя наследственный материал от распространения неблагоприятных новых мутаций. Во-вторых, отбор действует направляюще-творчески, благоприятствуя новым генам и генным комбинациям, ведущим к повышению приспособленности и уровня организации в целом, что расширяет адаптивные возможности животных [2].
Таким образом, теория естественного отбора была и остается одним из основных теоретических обобщений биологии, именно на основе этой теории был объяснен механизм эволюции.
Биоэволюция как отражение всеобщей эволюции
В.В. Туганаев 1, Н.Р. Веселкова 2
1 Доктор биологических наук, профессор,
2 Кандидат биологических наук, доцент
Удмуртский государственный университет, г. Ижевск, РФ
Такие явления, как появление на определенном этапе развития материи жизни, наличие структурно-динамических закономерностей на всех уровнях организации биологических систем, разнообразие видов с их бесконечно сложными взаимоотношениями друг с другом и с внешней средой, направленность эволюции от простого к сложному, не могут не служить источником интереса к ним.
Жизнь – это одна из форм существования и развития материи. Она представлена большим разнообразием дискретных структур разной сложности: от биоорганических молекул, генов, клеточных и многоклеточных организмов до надорганизменных систем – популяций, сообществ, экосистем, биосферы, Геи и, возможно, Космогеи. Поскольку в надорганизменных системах биологическая составляющая является главным организующим фактором, Гея (Земля со всем газообразным и полевым окружением) и Космогея (единство Земли с другими космическими объектами в границах эндокосмического пространства) выступают как некие целостные структурно-функциональные системы, наделенные свойствами жизни.
Авторы согласны с идеей В.И. Вернадского (1977) о «всюдности жизни» в масштабе Вселенной, поддержанной В.Л. Чижевским (1976), К. Саганом (2005) и другими известными учеными. Мысль о множественности жизни во Вселенной в настоящее время является практически общепринятой. Освоение космоса подтвердило невероятную жизнеспособность некоторых живых организмов даже в самых жестких космических условиях.
Поскольку Земля и Космос представляют собой взаимосвязанное единство, такое явление как жизнь не может иметь лишь аутохтонную природу: в ее появлении и развитии, несомненно, принимают участие факторы внеземного происхождения. Миллионы тонн космического материала на нашей планете, космическое излучение, глобальные изменения климата и, возможно, множество других, пока что недостаточно изученных факторов, представляют собой доказательства земно-космического единства. Не случайно, нами Земля была охарактеризована как «космический симбионт» (Туганаев, 2006).
Эволюция жизни на Земле протекает под «диктовку» земно-космических связей. Последние можно отождествлять с так называемой биопрограммой, сущность которой пока что еще недоступна науке для изучения. Возможно, именно ее имел в виду автор известной концепции номогенеза Л.С. Берг (1977), указывая на наличие в природе силы, ведущей к усложнению организации живых организмов.
Для живых организмов в истории Земли были экологически благоприятные и менее благоприятные периоды. Биота реагировала на них то увеличением, то уменьшением таксономического разнообразия. Палеонтологами отмечаются случаи неоднократного массового вымирания организмов, имевших место в прошлом. Но каждый раз, после глобальных катаклизмов, происходило практически полное обновление состава биоты. Массовое вымирание организмов обычно коррелирует с похолоданием климата, когда вся или значительная часть планеты оказывалась во власти льда. По данным геологов, Земля за свою историю не один раз покрывалась ледяным панцирем. В таких условиях могли сохраниться, в лучшем случае, микроскопические организмы, и лишь те из них, существование которых напрямую не зависит от солнечной энергии, например, компоненты экосистем типа «черных курильщиков», горячих источников и т.д.
В настоящее время не существует достоверных объяснений появления и быстрого расселения новых таксономических групп, не являющихся прямыми потомками представителей прежней биоты, например, покрытосеменных растений, насекомых, птиц, млекопитающих и других групп организмов. Отмеченный перерыв в развитии биоты и внезапное появление на арене жизни совершенно других видов можно объяснить существованием особого, пока неизвестного в науке, механизма эволюции.
Мы считаем, что подлинная эволюция изначально протекает не на соматическом уровне организации жизни, а на уровне биопрограммы. Последняя, как явление земно-космического порядка, постоянна и последовательна в своем развитии. Когда Земля находится под ледяным покровом, биопрограмма продолжает развиваться, но не реализуется из-за отсутствия подходящих экологических условий. Лишь после того, как возникают благоприятные условия, происходит воссоздание организмов, но уже на основе обновленной (эволюировавшей за ледниковый период времени) биопрограммы.
В периоды видообразования организмы возникают, в соответствии с биопрограммой, во всех географических координатах, где есть необходимые для этого условия. Но поскольку природная среда гетерогенна, то в рамках видового таксона, изначально возникает разнообразие, идентифицируемое человеком как внутривидовые таксономические категории.
Роль каждой экологической и систематической группы организмов строго детерминирована. Например, зеленым растениям отведена функция аккумуляции и преобразования энергии, поступающей от Солнца, таким образом, чтобы она стала доступной для организмов, следующих в пищевых цепях за продуцентами. В свою очередь, в результате аккумуляции энергии, происходит повышение энергетического потенциала растений, что способствует интенсификации обменных энергетических процессов последних (Хохряков, 1975).
То, что в природе имеется цель, современная наука категорично не отвергает, принимая хайдеггеревское утверждение о том, что «все существующее целесообразно» (Гайденко, 1983; Заварзин, 2004). В таком случае, механизм эволюции можно представить как процесс совершенствования технологии организации вещества от неорганической материи к высшей форме ее проявления – Homo sapiens.
Человек в процессе своей жизнедеятельности трансформирует энергию внешней среды в особую энергию – энергию разума. Возможно, бионформационная энергия, продуцируемая человеком, участвует в создании и эволюции биопрограмм. В свою очередь, поскольку Земля связана с Космосом, и для нее открыт доступ к вселенскому энергоинформационному полю.
Причина биологической эволюции
В.Н. Тарабанко
Селекционер, г. Тамбов, РФ
Публикация «Происхождения видов» стала знаменательным событием в развитии эволюционной идеи. Ч. Дарвину удалось ещё при жизни убедить научную общественность, что историческое изменение организмов определяется только естественными, природными факторами. Этим, в первую очередь, объясняется авторитет дарвиновского учения и его восприятие в качестве объективной теории эволюции.
Позитивная роль дарвинизма в развитии биологии неоспорима, но не всё безоблачно в эволюционном королевстве. Истоки всех проблем дарвинизма заключены в его теоретическом обосновании. В автобиографии Ч.Дарвин пишет: «Вскоре я понял, что краеугольным камнем успехов человека в создании полезных рас животных и растений был отбор. Однако в течение некоторого времени для меня оставалось тайной, каким образом отбор мог быть применён к организмам, живущих в естественных условиях. В октябре 1838 г. ...я случайно ...прочитал книгу Мальтуса «О народонаселении» и так как, благодаря продолжительным наблюдениям над образом жизни животных и растений, я был хорошо подготовлен к тому, чтобы оцепить повсеместно происходящую борьбу за существование, меня сразу поразила мысль, что при таких условиях благоприятные изменения должны иметь тенденцию сохраняться, а неблагоприятные – уничтожаться. Результатом этого и должно быть образование новых видов. Теперь, наконец, я обладал теорией, при помощи которой можно было работать...».
Конечно, легче всего обвинить Ч.Дарвина в том, что реакционный закон Мальтуса он избрал теоретической базой эволюционной модели. Тогда диалектические закономерности развития материального мира только
начинали формироваться, и у него фактически не было выбора. А без знания этих закономерностей борьба за существование и естественный отбор создавали лишь иллюзию материалистичности, оставаясь идеалистичными по сути. Когда же в 1883 г. Ф. Энгельс дал дарвинизму диалектическую оценку [«В учении Дарвина я согласен с теорией развития, дарвиновский же способ доказательства (борьба за существование, естественный отбор) считаю всего лишь первым, временным, несовершенным выражением только что открытого факта»] было уже поздно. Биологи уже поверили в дарвинизм и не поверили Ф.Энгельсу.
Кстати, подобные заблуждения в истории не единичны. Так древнегреческий учёный Птолемей предложил геоцентрическую систему мира, согласно которой все видимые движения планет и звёзд объяснялись их вращением вокруг неподвижной Земли. Сто лет спустя другой грек Аристарх заметил логическую ошибку Птолемея. Если все планеты вращаются по своим сферам, то почему Земля (тоже планета) – неподвижна? А в результате он создал модель Солнечной системы, в которую астрономы точно так же не поверили, и она оставалась забытой на протяжении семнадцати веков до переоткрытия её Коперником. И Менделю в своё время не поверили, что наследственность дискретна.
Но если дарвиновская модель идеалистична, то в чём секрет её удивительной живучести?
Начнём издалека. К настоящему времени историки насчитывают более 30 версий эволюции, и их клонирование не прекратилось с появлением дарвиновского учения. Уже одно это вызывало сомнения в его истинности, и оппоненты сосредоточили свои критические замечания на основополагающем положении дарвинизма: «Любая теория эволюции, которая не объясняет причин появления вариаций, ошибочна в своей основе» (Э.Коп).
Критика, несомненно, была объективной. Это признавал сам Ч.Дарвин: «Наше незнание законов изменчивости глубоко. Ни в одном из ста случаев мы не можем указать причину, почему та или другая часть организации изменилась»; этого не отрицали его последователи: «Главное в дарвинизме – совсем не объяснение механизма изменчивости организмов в ходе эволюции. Сам Дарвин как раз принимал изменчивость как постулат, предоставив разгадку её механизмов будущим поколениям биологов» (Яблоков А.В., Медников Б.М.). Но критика, к сожалению, оказалась не конструктивной. Слабость позиции оппонентов заключалась в том, что они не сумели предложить альтернативу естественному отбору, то есть причине эволюции и потому их усилия практически не поколебали устоев дарвинизма. Тем не менее, серьёзного испытания дарвинизму в последующем избежать не удалось. Оно было инициировано не критиками, а генетикой – наукой о наследственности и изменчивости организмов.
Когда генетик Иогансен экспериментально установил, что в чистых линиях организмов естественный отбор не действует, он заключил следующее: «Генетика устранила основу дарвиновской теории отбора» и «таким образом проблема эволюции в действительности является совершенно открытым вопросом». Это был сокрушительный аргумент не только для дарвинизма, но и для биологии в целом, ибо классическая генетика, которая на волне убедительных и революционных успехов в экспериментальном изучении наследственных структур не без основания претендовала на ведущую роль в биологии, вообще не имела своей эволюционной идеи. Сложность создания такой идеи заключалась в том, что «…работа Менделя не защищала и не оспаривала никакой теории эволюции, она просто была чужда ей» (Н. Дубинин). В этой чуждой эволюционизму концепции за причину изменчивости принимались то механическая комбинаторика неизменных факторов-генов, то теория мутаций – теория абсолютной случайности повреждения генов, не зависимая ни от среды, ни от организма. Однако когда стало ясно, что комбинаторика и мутации-повреждения, как, кстати, и отбор, причиной изменения организмов не являются и являться не могут, генетика была вынуждена пойти на реанимацию естественного отбора и, соответственно, дарвинизма. Обретя таким образом причину эволюции (но не желанную причину изменчивости организмов), генетика, во-первых, сокрыла ею же полученные эмпирические данные, что по сути является фальсификацией; во-вторых, генетика внедрила в свою СТЭ (синтетическую теорию эволюции) вирус идеализма, в котором закодирован алогичный и потому ложный постулат дарвинизма о том, что причина изменения организмов и причина эволюции есть разные факторы, но не синонимы, хотя никакие логические софизмы не способны убедить, что естественный отбор, не являясь причиной изменения организмов, является в тоже время причиной их исторического изменения, то есть эволюции.
Итак, дарвинизму удалось снова выстоять, и снова ввиду отсутствия альтернативного решения проблемы причины изменчивости организмов в процессе эволюции.
Где же скрывается эта загадочная, неуловимая альтернатива?
Мы живём в другую эпоху, и у нас по сравнению с Ч. Дарвином теперь появилась возможность выбора между мальтузианством и диалектикой для обоснования теории эволюции. Надеюсь, выбор последней не будет неожиданным, ибо в настоящее время диалектика признана общей теорией развития материального мира. А поскольку биологическая теория эволюции является её частным случаем, то диалектическую причину изменчивости надлежит принять в качестве истинного аналога биологической причины, освободив тем самым эволюцию организмов от её идеалистических корней.
В диалектическом аналоге «Источником (причиной) самодвижения, развития, изменения объекта выступает его внутренняя противоречивость, отражающая сущность закона единства и борьбы противоположностей» (учебник философии).
Но биологии неизвестна категория «внутренняя противоречивость». Чтобы понять, почему она неизвестна, вновь обратимся к истории и напомним в качестве аналогии ключевые этапы формирования теоретической физики и химии.
Важной исходной точкой для развития этих наук явилось представление об атомах. Атомистическое мировоззрение позволило познать человечеству первое фундаментальное свойство материи – её дискретность.
В начале XX в. наконец было опровергнуто заблуждение о неделимости атома и открыто его строение, что привело к познанию второго фундаментального свойства материи её внутренней противоречивости (атом – это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов). Только после открытия внутренней противоречивости атома физика и химия вступили в фазу научной революции. С этим вернёмся к биологии. В своё время было установлено, что органическая материя тоже дискретна – клеточное строение организмов. С рождением генетики мы узнали ещё и о дискретности наследственной системы – был открыт ген. Стало ясно, что первое фундаментальное свойство присуще органической материи.
А вот второе фундаментальное свойство до сих пор неведомо биологии, более того его признание на первый взгляд может вообще показаться контрпродуктивным, если исходить из того, что внутренняя противоречивость в процессе изменения неорганических объектов приводит к их разрушению. Например, горные породы разрушаются и превращаются в песок, железо – в ржавчину и пр. и пр.
Но!!! Решая проблему возникновения жизни на Земле, А.И. Опарин высказал оригинальную догадку, базирующуюся на экспериментальных наблюдениях многих исследователей. Он обратил внимание, что гидрофильные растворы коллоидов высокомолекулярных органических соединений более устойчивы и стабильны не в чистом виде, а при смешивании растворов двух разноимённо заряженных коллоидов, например, растворов кислых и щелочных белков и потому капли этих сложных (противоречивых) коллоидов имеют больше шансов сохраниться как индивидуальные образования. На языке диалектики это означает, что причиной устойчивости капли сложного коллоида является её внутренняя противоречивость, которая в среде высокомолекулярных органических соединений проявляется в защитном, а не в разрушительном качестве.
В этом защитном качестве внутренняя противоречивость стала основой зарождения жизни и затем по мере развития и совершенствования организмов превратилась в их защитную функцию. Теперь мы знаем, что каждая клетка, каждый орган, то есть вся структурная система организма подчинена функции защиты.
В этом защитном качестве внутреннюю противоречивость организмов использует иммунология – «наука о защитных реакциях организма, направленных на сохранение его структурной и функциональной целостности и биологической индивидуальности». Если же рассматривать данные реакции в общебиологическом ракурсе, а не только в прикладном, как результат лечебной или профилактической вакцинации организмов, то такая экстраполяция позволяет увидеть в иммунном ответе главную функцию всего живого на Земле, которую для простоты назовём «ЗАЩИТА».
В первом приближении ЗАЩИТА предстаёт перед нами в двух ипостасях. Во-первых, она сохраняет преемственность и неизменность генетической конституции организма, что мы называем наследственностью или исторической памятью развития. Чем противоречивее эта генетическая конституция, тем гибче и надёжнее она обеспечивает защиту организма. Во-вторых, она становится причиной изменения генетического аппарата, если последний иногда (из-за внутренних или внешних факторов) оказывается не в состоянии гарантировать своему организму сохранение жизни и ему, чтобы выжить, остаётся только одно – дополнить информацию своего аппарата новым и обязательно целесообразным в данных условиях способом защиты, ибо «любая функция подчинена цели, работает на цель, ...цель, в конечном итоге, объективно обусловлена» (П.В.Алексеев).
Конечно, не всем дано выжить и продолжить род, но с каждой вновь приобретённой защитной реакцией выживший и его потомство становятся гармоничнее и целесообразнее, тем самым инициируя процесс постоянного прогрессивного развития живой природы.
Этому есть экспериментальные доказательства. «При введении вирулентного S-штамма пневмококков мыши погибают. При введении мышам R-штамма (бескапсульного. невирулентного) они не погибают. Если смешать убитый S-штамм с живым R-штаммом и ввести мышам, они погибают, при этом из крови мышей выделяются вирулентные, образующие капсулу пневмококки» (Гусев М.В., Минеева Л.А.). Следовательно, кокки живого R-штамма скопировали и включили в свои хромосомы код капсулы, а с ним и код вирулентности S-штамма, что естественно повысило возможности их выживания.
Введение сыворотки убитых патогенных микробов делает человека невосприимчивым к конкретному заболеванию (приобретённый иммунитет). По аналогии с пневмококками можно допустить, что патогенный агент сканируется хромосомным аппаратом человека и последующий контакт с ним заканчивается не заболеванием, а лишь синтезом соответствующего антидота (антигена).
В такой трактовке внутренняя противоречивость организмов оказывается главной, активной движущей силой их самосохранения и самосовершенствования. И здесь мы не одиноки. Этого же мнения придерживаются Стейниер Р., Эдельберг Э., Ингрэн Дж. (1979): «...регуляторные механизмы микроорганизмов обладают странным на первый взгляд свойством: микроорганизмы ведут себя так, как будто у них есть определённая цель. Такое поведение характерно для всех живых организмов, и его называют целесообразным (телеономическим) поведением».
До тех пор, пока будут игнорироваться диалектические законы развития живой природы, мы будем оставаться в плену заблуждения, а биология – в теоретическом застое.
E-mail: darwin200@mail.ru Афонин Алексей
Алексеевич, доктор с.-х. наук, профессор Брянского государственного
университета
Главная страница сайта Эволюционная биология http://darwin200.narod.ru
Главная страница сайта Общая и теоретическая биология http://afonin-59-bio.narod.ru/
