Концепции современного естествознания: конспект лекций
Шрифт:
В этой ситуации большинство ученых и политиков говорят о необходимости ввести запреты на эксперименты по клонированию человека. Так, в октябре 1997 г., практически сразу после обнародования результатов по клонированию овечки Долли, Федерация научных обществ экспериментальных биологов США объявила пятилетний мораторий на эксперименты по клонированию человека. Клонирование людей законодательно запрещено в Великобритании, США и России. Однако при этом в апреле 2002 г. информационные агентства мира сообщили, что первых клонированных человеческих существ могут родить две женщины в бывшем СССР и одна гражданка неназванной исламской страны, которые беременны клонами на шестой-девятой неделе.
Эти сведения были получены от итальянского специалиста по искусственному оплодотворению С. Антинори. Этот факт, даже если он не подтвердится,
5.7. Синтетическая теория эволюции
Трудности, с которыми столкнулась классическая теория эволюции, в частности при объяснении явления наследственности, были преодолены путем синтеза эволюционной теории Ч. Дарвина и генетики Г. Менделя. В результате в 1930-е гг. была создана синтетическая теория эволюции, ставшая не только ядром популяционной генетики, но и позволившая сформировать единую систему всего современного биологического знания. Создание синтетической теории эволюции связывают с именами С. Четверикова, Р. Фишера, С. Райта, Дж. Холдейна, Н. Дубинина.
В отличие от классической эволюционной концепции Ч. Дарвина, рассматривающей в качестве единицы эволюции вид, синтетическая теория эволюции утверждает, что элементарной эволюционной структурой выступает популяция (5.5). Именно популяция обладает теми свойствами самоорганизующейся целостной системы, которые необходимы для наследственных изменений. Устойчивое изменение генотипа популяции рассматривается в качестве элементарного явления эволюционного процесса. «Единицей» наследственности выступает ген – участок молекулы ДНК, отвечающий за развитие определенных признаков организма. Основным механизмом эволюционного процесса является отбор организмов с полезными, выгодными для приспособления к среде мутациями.
Наследственные изменения происходят под действием ряда эволюционных факторов, среди которых основными являются:
• мутационный процесс – мутационные изменения, поставляющие материал для эволюции;
• популяционные волны – колебания численности популяции вокруг некоторого среднего уровня;
• изоляция – обособление популяции для закрепления нового признака;
• естественный отбор – ведущий фактор эволюции – выживание наиболее приспособленных особей и рождение ими здорового потомства.
Неосновными эволюционными факторами считаются частота смены поколений в популяциях, темпы мутационных процессов и их характер и т. п. Все эволюционные факторы действуют как в комплексе, так и по отдельности, вызывая изменение генетического состава популяции.
Мутации – это изменения наследственных свойств организмов внутри популяции, возникающие естественным или искусственным путем и поставляющие основной материал для эволюции. Факторы, вызывающие мутации, называются мутагенами. Мутагенами выступают температурный режим, действие отравляющих веществ, радиации, особенности питания и т. п. Современная молекулярная биология к числу наиболее опасных мутагенов относит вирусы (5.6). Мутации появляются случайно, большинство из них либо нейтральны, либо вредны. Вредные мутации часто вызывают гибель организма, причем, как правило, на достаточно ранних этапах онтогенеза. Вредные мутации, которые не привели к летальному исходу, элиминируются в ходе естественного отбора. Благоприятные мутации крайне редки, но именно они дают организму эволюционное преимущество. Появление полезной мутации позволяет живому организму лучше приспособиться к окружающей среде, более успешно вести борьбу за существование, оставлять жизнеспособное и многочисленное потомство. Поэтому случайные благоприятные изменения постепенно накапливаются в популяции, закрепляются в ряде поколений и способствуют эволюции вида.
Волны численности, которые иногда называют «волнами жизни», определяют колебания численности популяции вокруг некоторой средней величины. Современные исследования показали, что наиболее благоприятны для появления новых свойств и возникновения новых видов популяции среднего размера. В слишком многочисленных популяциях наследственным изменениям труднее появиться. В слишком малочисленных популяциях появление новых признаков зависит от случайных процессов, которые могут резко изменить количество и без того редко встречающихся благоприятных мутаций.
Изоляция – еще один фактор эволюционного процесса, необходимый для того, чтобы популяция не могла скрещиваться с другими группами организмов и обмениваться с ними генетической информацией. Обособление популяции позволяет закрепить дифференциацию ее генофонда. На необходимость обособления для образования новых видов организмов указывал еще Ч. Дарвин в классической эволюционной теории (2.5), однако он не смог дать объяснения этому явлению.
Целесообразность в живой природе является следствием естественного отбора, который выступает движущей силой и ведущим фактором эволюции. Естественный отбор – следствие взаимодействия популяции с окружающей средой. Отбор действует на всех этапах развития живого организма, ему подвергаются все без исключения свойства. В классической эволюционной теории естественный отбор определялся как процесс выживания наиболее приспособленных организмов. Современная эволюционная биология делает акцент на другой стороне этого явления. Естественный отбор теперь понимается как устранение от размножения тех особей, которые менее приспособлены к условиям окружающей среды. В связи с этим английский биолог Дж. Хаксли предложил термин «уничтожение неприспособленных», который, с его точки зрения, точнее характеризует механизм естественного отбора.
Перечисленные выше факторы эволюции действуют как на микро-, так и на макроэволюционном уровне. Различие понятий микро– и макроэволюции – еще одно научное достижение, которое стало возможным благодаря синтетической теории эволюции. Сами термины были введены в научный обиход в 1927 г. русским генетиком Ю.А. Филип-ченко. Микроэволюция – это совокупность эволюционных изменений в рамках популяций за сравнительно небольшой период времени, приводящих к возникновению новых видов живых организмов. Макроэволюция – совокупность эволюционных преобразований на протяжении длительного периода времени, приводящих к возникновению новых надвидовых форм организации живого.
5.8. Экология и учение о биосфере
Совокупность всех биогеоценозов на поверхности Земли, связанных обменом вещества, энергии и информации, называется биосферой. Биосфера – это целостная самоорганизующаяся система, состоящая из различных компонентов (экологических систем, биоценозов, популяций, организмов и т. п.), которые в свою очередь могут рассматриваться как самостоятельные самоорганизующиеся системы. Биосфера охватывает часть атмосферы, гидросферу, верхнюю часть литосферы. Верхняя граница биосферы располагается примерно в 30 км над поверхностью Земли, нижняя – до 10 м в земной коре. При этом некоторые живые организмы обнаружены на глубине до 11 км. Температурные интервалы, в которых может существовать жизнь, также ограничены: от -2520до +180оС. Живые существа на поверхности Земли защищены от ультрафиолетовых лучей озоновым слоем. Биосферу рассматривают как единую систему, в которой масса живого вещества, несмотря на все изменения и переходы из одного состояния в другое, сохраняется на одном уровне. Структура, состав и энергия биосферы определяются прошлой и настоящей деятельностью всех живых организмов, в том числе и человека. В современном представлении о биосфере подчеркиваются взаимозависимость и взаимовлияние живой и неживой природы; биосфера – это живые организмы и среда их обитания. Качественные преобразования биосферы уже не раз случались на протяжении геологической и биологической эволюции, что сопровождалось исчезновением одних биологических видов и появлением других.
Термин «биосфера» был впервые использован в 1875 г. австрийским ученым Э. Зюссом, который понимал под биосферой «совокупность организмов, ограниченную в пространстве и времени и обитающую на поверхности Земли». Таким образом, первоначально понятием «биосфера» обозначалась совокупность только живых организмов. Связь живой и неживой природы трактовалась односторонне: отмечалась зависимость живых организмов от химических, физических, геологических и т. п. факторов, однако обратное воздействие оставалось вне поля зрения ученых. Изменил представление о биосфере русский ученый и философ В.И. Вернадский.