Значение эволюции в мироздании
Зазерский Лев Возрастные ограничения 18+
За сравнительно небольшой период своего существования и развития наука сумела предложить достаточно последовательную и подтверждённую фактическим материалом картину рождения и строения Вселенной, свободную от чудес и внешнего – Божественного – вмешательства. Между тем, именно теперь основы наук подвергаются массированной атаке. Конечно, картина Вселенной во многом является незавершённой и остаётся ряд весьма важных, хотя и не решённых проблем. Однако наука, если она настоящая, опирается лишь на проверенные факты, а её выводы с необходимостью корректируются, когда появляются новые, о которых мы не знали.
Введение рыночных отношений в практике СМИ привело к отчаянной борьбе за массового читателя с автоматическим преобладанием низкопробных тенденций, включая широчайшее распространение небылиц, псевдонаучных сенсаций и вымыслов. Отличить небылицы от реальности посильно только мировому научному сообществу, опирающемуся на непрерывно растущий свод фактов и объективных законов природы – на накопленное коллективное научное знание.
В науке (по крайней мере, в области точных наук) не применим принцип свободы совести, позволяющий каждому верить по-своему: наука живет знанием, а не верой. Точное знание оставляет мало пространства для различных взглядов – наука не демократична. Дискуссии в науке уместны на стадии гипотез. Дискуссии прекращаются, когда на смену гипотезе приходит теория. Теория – инструмент научного познания основанного на фактах. Обязательное требование к научности – возможность опровержения, основанного на несоответствии фактам. Логика научного познания такова, что любая теория непрерывно потенциально ставится под сомнение, проверяясь на соответствие новым фактам.
На современном этапе развития человечества Библия – не что иное, как ценный исторический и литературный источник, вмещающий в себя свод морально-этических постулатов (заповедей), и вместе с тем древних сказочных, мифологических утверждений. Эти утверждения можно принимать на веру аналогично тому, как верит маленький ребёнок в Золотую Рыбку, ковёр-самолёт, скатерть-самобранку, Деда Мороза, Царевну-лягушку и прочее. Но когда ребёнок взрослеет, все эти верования, никуда из его сознания не исчезая, остаются в нём как образы, не пересекающиеся с реальным миром и не имеющие с ним ничего общего. Библия написана людьми, которые передают свой опыт постижения Бога. Библия – не пересказ научных сведений, а передача озарений, которые касаются отношений человека с Богом и моральных законов, – так понимал Библию священник Пьер Тейяр де Шарден. Представление о создании мира Богом является не теорией, а догмой, предметом веры.
Вера в чудеса и, главное, в благословенное утешение, которые можно относительно быстро найти в религии, это намного проще и приятнее для души. Поэтому чрезвычайно легко убеждать людей, особенно в детском возрасте, что где-то есть некто всемогущий, который может решить все твои проблемы.
Когда речь идёт об общефилософском вопросе: существовала ли «высшая сила», которая сотворила нашу Вселенную такой, какой мы её наблюдаем, то такой вопрос является недоказуемым. Наука также не имеет ответа на вопрос о причинах и механизме возникновения «живого» из «неживого».
Возможно, что для возникновения «живого» из «неживого» необходимо воздействие энергоинформационного поля Вселенной. Это поле является не только причиной возникновения «живого», но, вообще, причиной всей эволюции Вселенной. Сгустки этого поля иногда воспринимаются как плазмоциды, которые можно видеть в виде шаровых молний, а иногда они фиксируются только на фотографиях. Можно предположить, что сгустки плазмы направляли процесс развития в сторону усложнения молекул и образования молекулярных комплексов, а затем и простейших организмов.
Что же касается дальнейшего развития, то эволюционная теория, берущая начало от Дарвина и дополненная законами генетики и представлениями о мутагенезе, даёт чёткое и последовательное описание перехода от простейших форм живых организмов к более сложным, определяя протекание жизни на Земле во всём её разнообразии – как исторический процесс развития материи. При этом уже найден ответ на вопрос о времени зарождения различных видов живых организмов и их эволюционной взаимосвязи. В этом плане дарвиновское учение не оставляет никаких лазеек ни для креационистских взглядов, ни (что то же самое) для библейских версий и верований. (Креационизм – утверждение, что жизнь, отдельные виды и, в особенности человек, не является результатом естественного развития, а созданы Богом в одном или нескольких актах творения).
Нет, и не может быть конфликта между дарвинизмом и креационизмом, о котором всё время морочат голову не очень искушённой публике, – нет такого конфликта, потому что Библия ничего не сообщает относительно законов Природы! А значит, есть наука, и есть мифология, а подчас сознательный обман.
Само явление эволюции, то есть исторического изменения организмов, видов и экосистем, является фактом, многократно доказанным в разных областях знания и практики.
Эволюционное учение
Эволюционное учение (от лат. evolutio — развертывание) – учение о законах развития мира. Оно рассматривает развитие Вселенной и ее элементов, возникновение жизни и всех видов (и человека в том числе) как результат естественного процесса. Жизнь — это информация, смысл которой — обеспечивать её собственное самовоспроизведение и, тем самым, распространение. Под разрушающим действием случайных процессов жизнь стала эволюционировать, чтобы сохранить свой смысл.
Во все живые организмы, в том числе и в человека, природой вложен мощный инстинкт сохранения жизни, включающий как инстинкт сохранение собственной жизни (самосохранение), так и инстинкт сохранения своего рода. В последнем существенную роль играет инстинкт влечения к противоположному полу.
Для человека чрезвычайно важен инстинкт творческого преобразования условий своей жизни в любом виде деятельности (науке, искусстве, промышленности, сельском хозяйстве …)
Эволюция — это процесс усложнения материальных систем. Смысл эволюции — за счёт поглощения энергии и вещества с всё возрастающей скоростью передавать информацию, чтобы, противодействуя случайным процессам, не допустить утраты смысла жизни. Жизнь можно рассматривать как частный случай в ряду процессов химической самоорганизации в неравновесных условиях, происходящих на основе автокатализа. Второе начало термодинамики в неравновесных условиях приобретает совершенно иной смысл – рост энергии системы препятствует реализации этого закона, вызывая увеличение порядка и усложнение организации структуры. Таким образом, существует два несовместимых процесса эволюции – от сложного к простому (диссипация) и от простого к сложному путем усложнения структурной организации материи. Энтропия закрытой системы стремится стать максимальной, и это фундаментальное свойство материи. Энтропия открытой системы может уменьшиться вследствие самоорганизации системы при согласованном (кооперативном) поведении ее подсистем. Такой тип поведения в системах назван «синергетикой» (от греч. sinergeia — согласное действие). Примеры подобных процессов в природе: в атмосфере это циклоны, в литосфере — кристаллы, в биосфере — живые организмы.
(Между тем, следует сказать, что созидание всегда оплачивается разрушением — это фундаментальное следствие Второго начала термодинамики. Вся происходящая на Земле эволюция оплачивается разрушением нашего Солнца. Всего одна двухмиллиардная часть его энергии попадает на Землю и этого хватает на все здешние процессы.)
В этногенезе процесс самоорганизации вызывается пассионарностью. Пассионарность — это способность отдельных особей (пассионариев) поглощать из внешней среды больше энергии, чем необходимо для поддержания равновесия организма со средой. Пассионарность ведет к организации новых связей между людьми и из старых этносов создается новая этническая система — коллектив людей, противопоставляющий себя всем прочим таким коллективам и обладающий общностью стереотипа поведения на заданном уровне. Примерами пассионарных этносов являются викинги в конце VIII века н.э., греческие колонисты VIII в. до н. э., арабы VII в. н. э., монголы XIII в. и даже христиане первых веков.
Процесс эволюции непрерывно совершается во всей Вселенной. Природа создаёт всё новые и новые виды систем и отбирает из них наиболее устойчивые. Вначале природа комбинировала элементарные частицы и отбирала устойчивые их сочетания — атомы. С помощью химических реакций атомы собирались во всевозможные молекулы, из которых природа отбирала стабильные для разных условий. Тем же способом из простых молекул, она получала сложные и опять сохраняла устойчивые. Из молекул и атомов она строила различные тела, а из них системы тел, построила и отобрала во Вселенной звезды и планеты, изобрела и испытала на устойчивость циклические процессы типа автокаталитических циклов ядерных и химических реакций или круговорота воды на Земле. Именно так она создала всё, что мы видим, и нас самих, и продолжает развиваться, используя теперь и человечество.
Основным критерием отбора является критерий устойчивости. Под устойчивостью понимается способность сохранять свою структуру любым способом: статически или динамически. В статически устойчивых системах сохраняется не только структура, но и конкретные объекты, ею объединяемые. В динамически устойчивых системах структура сохраняется, а конкретные объекты заменяются. Примером такой системы является река, в которой исток, русло, устье сохраняются, а вода постоянно меняется. Живые существа, сохраняя свою структуру, так же постоянно заменяют составляющее их вещество, благодаря обмену веществ.
Общим для любого уровня развития является взаимодействие, приводящее к конкуренции, разрушению и воспроизведению систем, к возникновению систем с новой структурой, а статистически к созданию всё новых структур и отбору из них всё более устойчивых, всё более совершенных. В этих структурах сохраняется произведённая и отобранная в ходе взаимодействий систем информация. Изменения, повышающие устойчивость своих носителей, именно из-за большей устойчивости результата, обеспечивают себе в ходе последующих взаимодействий больше шансов на закрепление по сравнению с противоположными изменениями, понижающими устойчивость носителя.
Так, путём отбора по критерию устойчивости природа автоматически умножает разнообразие систем и совершенствует их, проверяя и накапливая используемую для обеспечения их устойчивости информацию. Поскольку вещество в любой момент уже составляет какие-то объекты, то появление новых объектов невозможно без замены ими старых. Развивающаяся природа вынуждена постоянно выбирать: что заменять и чем. Отбор по критерию устойчивости как раз и является естественным и универсальным распределителем ресурсов. Он автоматически перераспределяет ресурсы в пользу более совершенного, содержащего больше проверенной информации, в пользу победителей в естественной конкуренции.
Эволюция развивается скачками. Каждый скачок – усложнение системы, как результат преодоления очередного кризиса. А между скачками – относительно плавное экстенсивное развитие. И частота этих скачков увеличивается в геометрической прогрессии. Чем дальше мы продвигаемся по шкале времени в будущее, тем плотнее сжимаются витки времени.
Эволюция Вселенной
Согласно теории Большого взрыва Вселенная возникла примерно 18 миллиардов лет назад из точки – ядра с радиусом 10-33 см, содержащего всю массу — энергию будущей Вселенной. В этом объеме уже была заложена вся информация о будущем Вселенной, о ее эволюции. (Предполагается, что причиной Большого взрыва являются флюктуации в вакууме. Причина флюктуации – квантовые колебания, которые испытывает любой объект на квантовом уровне. Есть и другие предположения.) С этого нулевого момента развитие проходит целый ряд этапов, которые в космологии принято называть эрами.
Как предполагается, до 10-43 секунды был этап хаоса с температурой 1032 градусов по Кельвину, в течение которого существуют только «обрывки» пространства. Геометрия этого пространства определяет дальнейшее развитие Вселенной (при другой геометрии и Вселенная со всеми ее параметрами была бы другой). Это говорит о том, что строение Вселенной случайно, но другие миры в одном пространстве несовместимы, и это делает данную Вселенную уникальной.
Расширение и остывание Вселенной в первые секунды её существования привело к фазовому переходу – образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме.
В начальной стадии своей эволюции Вселенная пережила период ускоренного
расширения (инфляции). Расширение и остывание Вселенной в первые секунды существования привели к следующему фазовому переходу — образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме. В первые 300 — 400 тысяч лет Вселенная была заполнена только ионизированным водородом и гелием. По мере расширения и остывания Вселенной они перешли в стабильное нейтральное состояние, образовав обычный газ. Предположительно через 500 млн. лет зажглись первые звезды, а сгустки вещества превратились в галактики.
В результате термоядерных реакций в звездах образовались более тяжелые элементы. При гибели звезд большая часть их вещества рассеивалась в пространстве, обогащая его разнообразными химическими элементами. Вещество сгущалось снова, зажигая звезды следующих поколений, вокруг которых образовывались планетные системы.
В период 10 в 6-й степени лет начинается эра галактик. Галактики – это гигантские
вращающиеся «острова во Вселенной» (Кант), состоящие из звезд, газа и пылевых частиц. Структура звездных скоплений, галактик и Вселенной определяется тяготением. Тяготение заставляет массы межзвездного газа сжиматься в более плотные образования с дальнейшим образованием звезд, равновесие в которых обеспечивается балансом между силами тяготения, давлением горячего вещества и излучением. Переходя в энергию движения частиц газа, энергия тяготения приводит к разогреву звезд, давая начало термоядерным реакциям. При выгорании ядерного горючего внутри звезды происходит ее дальнейшее сжатие, и если звезда достаточно большая, то может наступить гравитационный коллапс, при котором тяготение настолько велико, что за пределы этой звезды ничто вырваться не может.
Нет никаких оснований считать, что на эре галактик развитие Вселенной заканчивается. Все имеет начало (рождение), развитие и конец (смерть). Каков конец нашей Вселенной нам неизвестно: это может быть тепловая смерть (когда, выработав всю энергию звезд, тепло распределится равномерно по всей Вселенной), или расширение Вселенной сменится ее сжатием в точку, или вся масса и энергия Вселенной «перетечет» в другие Вселенные (например, через черные дыры).
Биологическая эволюция
Постепенно эволюция на нашей планете перешла от стадии геологической к стадии биохимической, миновала ее и широкой рекой и потекла в биологическом русле. И чем дальше шли эволюционные процессы, тем больше ускорялись их темпы и обострялась гонка между вырвавшимися вперед видами.
По современным представлениям, жизнь – это материализованное в организмах явление возрастающего и наследуемого упорядочения, присущее при определенных условиях эволюции соединений углерода. При этом живые организмы обособлены от среды, способны к самовоспроизведению, способны к изменчивости и адаптации и функционируют посредством обмена веществ, энергии и информации с окружающей средой.
Биологическая эволюция – это наследственное изменение свойств и признаков живых организмов в ряду поколений. В ходе биологической эволюции достигается и постоянно поддерживается согласование между свойствами живых организмов и условиями среды, в которой они живут. Поскольку условия постоянно меняются, в том числе и в результате жизненной активности самих организмов, а выживают и размножаются только те особи, которые наилучшим образом приспособлены к жизни в измененных условиях среды, то свойства и признаки живых существ постоянно меняются.
Условия жизни на Земле бесконечно разнообразны, поэтому приспособление организмов к жизни в этих разных условиях породило в ходе эволюции огромное разнообразие жизненных форм. Условия жизни изменяются постоянно и непредсказуемо. Изменяются климат, ландшафт, характеристики других видов (хищников, жертв, паразитов, конкурентов), с которыми взаимодействуют особи данной популяции, изменяется численность и плотность самой популяции. Соответственно изменяется и полезность фенотипов. То, что было полезным в предыдущем поколении, может оказаться вредным в последующем и наоборот. Условия жизни меняются не только во времени, но и в пространстве. Каждый вид занимает определенную территорию — ареал.
Сложные биологические структуры возникают в результате случайности, но сама эволюция не является случайным процессом. «Случайными» являются только мутации, которые создают «запас изменчивости» в популяции. Они служат материалом для отбора.
Популяции животных и растений накопили за время своего существования гигантские запасы генетической изменчивости. Пополнение этих запасов происходит постоянно за счет мутационного и рекомбинационного процессов. Эти запасы создают потенциал для эволюции, возможность многообразных изменений, адаптаций к постоянно и непредсказуемо меняющейся среде, в которой живут и меняются вместе с ней все живые организмы.
Эволюция была бы невозможной, если бы генетические программы воспроизводились абсолютно точно. Копирование генетических программ – репликация ДНК – происходит с высочайшей, но не абсолютной точностью. Изредка возникают ошибки – мутации. Частота мутаций не одинакова для разных генов, для разных организмов. Она возрастает, иногда очень резко, в ответ на воздействие внешних факторов, таких как ионизирующая радиация, некоторые химические соединения, вирусы и при изменениях внутреннего состояния организма (старение, стресс и т.п.).
Средняя частота мутаций у бактерий оценивается как 10-9 на ген на клетку за поколение. У человека и других многоклеточных она выше и составляет 10-5 на ген на гамету за поколение. Иными словами только в одной из 100 тысяч гамет ген оказывается измененным. Казалось бы, это ничтожно малая величина. Следует помнить, однако, что генов в каждой гамете очень много. По современным оценкам геном человека содержит около 30 тысяч генов. Следовательно, в каждом поколении около трети человеческих гамет несут новые мутации по какому-нибудь гену.
Таким образом, несмотря на чрезвычайную редкость каждой отдельной мутации, в каждом поколении появляется огромное количество носителей мутантных генов. Благодаря мутационному процессу генотипы всех организмов, населяющих Землю, постоянно меняются; появляются все новые и новые варианты генов, создается огромное генетическое разнообразие, которое служит материалом для эволюции. Разные мутации в разных генах возникают у разных особей, меняя при этом генотипы потомков этих особей. Все организмы с половым размножением передают потомкам свои генотипы не полностью, а частично — каждый потомок получает половину генов от матери и половину от отца и оказывается носителем уникальной комбинацией аллелей, полученных от родителей. Каждая особь имеет уникальный генотип, который лишь частично передается (или не передается вовсе) ее потомкам.
Мутационный процесс изменяет гены и порядок их расположения в хромосомах и тем самым увеличивает генетическое разнообразие популяций. Он создает избыточные копии генов и тем самым открывает возможность усложнения организмов.
Принципиальным положением мутационной теории является утверждение, что мутации случайны и не направлены. Организм не может знать, какие мутации будут полезны в следующем поколении. Нет и не может быть механизма, который бы обеспечивал направленное появление полезных для организма мутаций.
Большинство мутаций оказывается вредными. Они нарушают скоординированное в ходе предшествующей эволюции взаимодействие генетических программ в развивающимся организме, и приводят либо к его гибели, либо к тем или иным отклонениям в развитии. Только очень малая доля вновь возникающих мутаций может оказаться полезной. Функция каждого гена определяется его взаимодействием с другими генами, то есть мутации меняют фенотип не сами по себе, а в сочетании с другими генами.
Полезность, вредность, или нейтральность мутации зависит от условий, в которых живет организм. Мутация нейтральная или даже вредная для данного организма и данных условиях, может оказаться полезной для другого организма и в других условиях, и наоборот.
Полностью защититься от мутаций в принципе невозможно, ведь с ними неизбежно сопряжено копирование ДНК. Большинство мутаций оказываются вредными. Очень вредные мутации не так опасны для генофонда популяции, как не очень вредные. Очень вредные мутации несовместимы с жизнью, их носители немедленно выбраковываются, и, следовательно, такие мутации не накапливаются в генофонде. А не очень вредные передаются потомкам, затем у них возникают новые не очень вредные мутации, и в итоге генофонд бесполой популяции медленно, но верно деградирует.
Резкое увеличение мутаций вызывается резким изменением среды обитания. Например, резкой переменой является повышенная радиация либо космическая из-за снижения уровня магнитного поля Земли, либо, возникшая в результате катастрофы и выхода на поверхность земли залежей радиоактивных элементов, либо сильнейшие вулканические извержения, приводящие к долгим зимним периодам. (Это подтверждают периоды высокого видообразования в районе африканского разлома – восточная Африка, где были периоды сильной радиации.)
Замечено, что в ископаемых остатках новые виды появлялись спонтанно, короткими всплесками и в повторяющемся цикле примерно 26 миллионов лет. Мюллер и Роде пришли к выводу, что каждые 62 миллиона лет вся жизнь на Земле проходила через относительно спонтанное обновление – преобразование существующих видов в новые более развитые формы. Известно, что Солнечная система движется продолжительным колебательным волновым движением, постоянно отклоняясь вверх и вниз от плоскости галактики. Один полный цикл движения вверх-вниз занимает приблизительно 62 миллиона лет.
Верхняя половина нашей галактики должна содержать растущее количество заряженных частиц и космических лучей, поскольку передний край нашей Солнечной системы кишит галактической пылью. Каждый раз, когда Земля поднимается над магнитными полями плоскости галактики и движемся в северную область, мы подвергаемся бомбардировке космическими лучами. Излучение ведет к генетическим мутациям и к возникновению новых видов организмов.
Исследования П.Гаряева и ряда других ученых показывают, что ДНК можно рассматривать как волну. При этом воздействие на ДНК-волну информационно-энергетического поля может приводить к ее быстрому изменению, мутации. Если это так, тогда, изменяя волну и закладывая в нее новую информацию, можно преобразовывать одни виды живых организмов в другие непосредственно на уровне ДНК. Некоторые опыты показывают, что это возможно, и, следовательно, биологическая эволюция в определенных случаях может происходить быстро.
Важными моментами эволюции являются мутации, вызывающие эволюцию гормонов (в том числе эндорфинов) и нервной системы и, прежде всего, мозга.
Однако главный генератор фенотипического разнообразия не мутации, а рекомбинация генов. Рекомбинация — это процесс, который обеспечивает перемешивание генов в ряду поколений. При формировании половых клеток гены, полученные от родителей, «перетасовываются», и в каждую гамету попадает только половина родительских генов. При оплодотворении гены двух родителей случайно комбинируются. Сочетание этих двух случайных процессов — тасовки генов в генеративных клетках и встречи гамет — обеспечивает уникальность набора генов каждого организма. Рекомбинация обеспечивает постоянную генерацию все новых и новых сочетаний генов.
Перетасовывая гены при образовании гамет, рекомбинация может перегрузить мутациями одни гаметы и одновременно недогрузить другие. В итоге особи, возникшие из перегруженных мутациями гамет, погибают, а продукты гамет, очищенных от мутаций, процветают. Это позволяет рекомбинирующим организмам иметь большие геномы, не накапливающие вредные мутации. Отсюда получается, что все мы высшие и сложные оттого, что наши далекие одноклеточные предки открыли для себя рекомбинацию и создали механизмы, гарантирующие регулярную перетасовку генов из поколения в поколение.
Мутации и двуполое размножение создают разнообразие организмов, из которого происходит отбор наиболее жизнеспособных к существующим условиям жизни.
Естественный отбор – это универсальный механизм проверки и накопления информации. Естественный отбор «оценивает» вредность и полезность мутаций по их эффектам на выживание и размножение мутантных организмов в конкретных экологических условиях. При этом вредность мутации, как правило, обнаруживается немедленно, а ее полезность часто определяется задним числом. Естественный отбор — строго закономерный процесс, придающий эволюции направленность и, в конечном счете, создающий сложные адаптации, похожие на результат «разумного проектирования». Естественный отбор — это сочетание двух обстоятельств: 1) наследственной изменчивости и 2) дифференциального размножения.
Новые признаки не возникают мгновенно, они формируется медленно и постепенно путем естественного отбора случайных мутаций со слабыми фенотипическими эффектами, которые чуть-чуть изменяют старые признаки.
Естественный отбор – это дифференциальное выживание и размножение особей, которые отличаются друг от друга генетически детерминированными признаками. Более приспособленные к данным условиям среды особи оставляют больше потомков, чем менее приспособленные.
Естественный отбор определяет жесткую связь между приспособительной ценностью аллелей и их частотой в популяциях. Это единственный фактор, который обеспечивает приспособление всех живых организмов к постоянно меняющимся условиям внешней среды и регулирует гармоничные взаимодействия между генами внутри каждого организма. Результаты действия естественного отбора аккумулируются, накапливаются из поколения в поколение. Все новые и новые аллели возникают в популяции за счет мутационного процесса. Каждая мутация случайна, но ее носители регулярно отбираются, и размножаются в популяции, если она хоть чуть-чуть повышает приспособленность ее носителей. Самые сложные приспособления в строении, функциях и поведении живых организмов сформировались постепенно путем систематического отбора случайно возникающих мутаций.
Объектами отбора всегда являются отдельные особи, а не популяции и не виды. Ни одно приспособление, сколь угодно полезное для вида, не сможет быть подхвачено естественным отбором и распространиться в популяции, если оно вредно для конкретных особей. Выживание организмов является важным, но не единственным компонентом естественного отбора. Другим важнейшим компонентом является привлекательность для особей противоположного пола. Положительный половой отбор на усиление интеллекта обеспечивается за счёт того, что мужские особи с высоким интеллектом имеют преимущество при передаче своих генов потомству из-за того, что, занимая лидирующее положение в иерархии, имеют гарем или «право первой ночи».
Главным результатом эволюции было появление человека. С возникновением человека большая биологическая эволюция перерастает в психосоциальную.
Таким образом, эволюционный акт состоялся, когда отбор сохранил генное сочетание, нетипичное для предшествующей истории вида. В итоге для осуществления эволюции необходимо наличие трёх процессов:
— мутационного, генерирующего новые варианты генов с малым фенотипическим выражением;
— рекомбинационного, создающего новые фенотипы особей;
— селекционного, определяющего соответствие этих фенотипов данным условиям обитания или произрастания.
Эволюционная биология добилась небывалых успехов, а доказательства эволюции, полученные генетиками, молекулярными биологами, палеонтологами, эмбриологами, сравнительными анатомами и т.д., стали настолько многочисленными, разнообразными и неоспоримыми, что не видеть и не понимать этого совершенно невозможно. Сейчас, когда расшифрованы геномы человека, шимпанзе, многих других видов животных, растений и микроорганизмов, когда палеонтологи знают последовательность биологических событий, происходивших на Земле в течение свыше 3 млрд лет, когда мы знаем, как работают гены и как на основе инструкций, записанных в генах, возникает всё разнообразие жизненных форм, эволюция – это факт. Такой же, как то, что Земля шарообразная, а не плоская.
Все современные организмы происходят от общих предков. Общий предок близких друг другу видов жил на Земле несколько миллионов лет назад. Общий предок организмов, принадлежащих к одному классу (рыб, земноводных, рептилий), жил сотни миллионов лет назад. Около миллиарда лет назад существовал общий предок основных типов животных (червей, моллюсков, членистоногих, хордовых). А почти 4 миллиарда лет назад, жил на Земле общий предок всех живых организмов. Не следует думать, что в то время на Земле больше никого не было. Было множество других организмов, но их потомки вымерли по тем или иным причинам. Все мы – бактерии, водоросли, растения, грибы, животные – являемся потомками единственного общего предка.
Эволюция жизни на Земле
Рядом ученых (С.П. Капица, А.Д. Панов, И.М. Дьяконов, Г.Д.Снукс, А.Е. Чучин-Русов, А.П. Назаретян) в истории эволюции нашей планеты выявлена определенная периодичность, при которой постепенные эволюционные изменения прерываются скачками – революционными переворотами. Эволюция — это целая цепь экологических кризисов и их преодолений. Любая живность размножается, потребляя ресурсы окружающей среды, после чего наступает кризис исчерпания ресурсов — это и называется экологическим кризисом, кризисом нарушения равновесия. Каждый такой кризис не только потенциально смертелен, но и потенциально благотворен, потому что он — толчок для развития. Каждый скачок – усложнение системы, как результат преодоления очередного кризиса. А между скачками – относительно плавное экстенсивное развитие.
Революционные перевороты (фазовые переходы) отделяют друг от друга качественно различные стадии эволюции. Такими революциями на протяжении истории Земли являлись:
• Возникновение жизни на Земле — около 4 млрд. лет назад.
• Кислородный кризис — 1,5 млрд. лет назад, когда на смену анаэробным
прокариотам пришли аэробные формы жизни, которые были представлены в основном одноклеточными и примитивными многоклеточными (тканевыми) существами.
• Кембрийский взрыв — 590 -510 млн. лет назад, когда в течение нескольких
десятков миллионов лет возникают практически все современные стволы многоклеточных животных, включая позвоночных. На суше господствуют земноводные.
• Начало мезозойской эры, революция пресмыкающихся — 235 млн. лет назад.
• Начало кайнозойской эры, революция млекопитающих и птиц — 66 млн. лет назад.
• Начало неогена — 25-20 млн. лет назад, когда флора и фауна приобрели практически
современный вид. Вымерли сумчатые, древние хищники, примитивные группы копытных. Возникли гоминоиды — человекообразные обезьяны.
• Начало четвертичного периода — 4,4 млн. лет назад. Первые ископаемые
гоминиды отделились от обезьяноподобных (гоминоидов), что сопровождалось всплеском разнообразия представителей рода Homo.
• Верхнепалеолитическая революция (культурная революция кроманьонцев) — 40
тыс. лет назад. Вымирают неандертальцы, носителем культуры становится человек современного вида Homo sapienssapiens.
• Неолитическая революция — 12000 — 9000 лет назад. В конце верхнего палеолита
развитие охотничьих технологий способствовало истреблению популяций и целых видов животных, что подорвало пищевые ресурсы общества и привело к ужесточению межплеменной конкуренции и глубокому демографическому спаду. Начинается период оседлого образа жизни – скотоводства и земледелия.
• Городская революция, начало древнего мира — 4000 — 3000 лет до н.э… Массовое
распространение крупных человеческих агломераций, возникновение письменности и первых правовых документов, бюрократии и классового общества, возникновение ремесел, бронзовые орудия.
• Железный век, эпоха империй — 800 — 500 лет до н.э. Оружие стало намного более
дешевым, легким и эффективным. Следствием этого стали чрезвычайно кровопролитные войны, объединение мелких государств в более крупные образования — империи.
• Гибель древнего мира, начало средневековья — 400 до н.э. — 630 год. Основное
содержание перехода состоит в кризисе и гибели Римской империи с последующим распространением феодальных государств и княжеств под ведущей ролью мировых тоталитарных религий, которые были существенным и на определенном этапе развития необходимым интегрирующим фактором человеческой цивилизации.
• Первая промышленная революция – 1450 -1550 годы. Начало Нового времени.
Великие географические открытия, возникновение книгопечатания и культурный переворот.
• Вторая промышленная революция – 1830 — 1840 годы. Возникновение
механизированного производства, эпоха пара и электричества.
• Информационная революция — 1950 г. Переход промышленно развитых стран в
постиндустриальную эпоху, когда большая часть населения занята не в материальном производстве, а в сфере обслуживания и в переработке информации. Распространение компьютеров и автоматизированных баз данных.
Информационная глобализация — 1991 г. Становление мировой сети Интернет, означающее завершение информационной глобализации.
Как следует из рассмотрения приведенных выше данных, длительности исторических эпох (промежутков времени между фазовыми переходами) последовательно сокращаются. Это проявление известного эффекта «ускорения исторического времени». При этом промежутки между революциями сокращаются в среднем в одной пропорции — каждая последующая фаза эволюции планетарной системы в среднем в 2,67+0,15 раз короче предыдущей. Сокращение периодов означает, что мы вплотную подошли к точке, когда длительность фаз стремиться к нулю, а количество переходов в единицу времени — к бесконечности, и ожидаемая точка окончания истории лежит в 2015 г. с ошибкой в 15-20 лет, т.е. в самом ближайшем будущем.
Действительно, человечество находится в предкризисном состоянии. Имеет место исчерпание ресурсов на данном уровне развития системы и экологический кризис. Неуправляемая волна терроризма является признаком нарушения техно-гуманитарного баланса. Приближающийся эволюционный кризис не обычный эволюционный кризис, каких было много в истории планетарной системы, — это кризис всех 4-х млрд. лет эволюционного пути. Отсюда следует, что характер эволюции планетарной системы должен глубочайшим образом измениться. История должна пойти по совершенно новому руслу.
Проход через рассматриваемую точку не означает неминуемую катастрофу для человечества. Это означает только, что цивилизация входит в новый «рукав» истории и возможны разные траектории развития. При этом глобальная катастрофа остается одной из возможностей.
Одним из признаков того, что эволюция на Земле уже пошла необычным путем, является полное завершение демографического перехода в постиндустриальных странах. В развитых странах население стабилизировалось в условия материального изобилия. Пик демографического перехода пройден и в планетарном масштабе, так что дело идет к глобальной стабилизации населения земного шара. Видимо, стремление к количественному росту начинает сменяться стремлением к росту качественному, что, возможно, свидетельствует о тенденции перехода от экстенсивного развития цивилизации, а с ней и всей планетарной системы, к интенсивному. Возможно, новый путь цивилизации связан с выходом за пределы современной научной парадигмы.
Расчеты показывают, что через 200 миллионов лет наша планета остынет, материки снова образуют единый континент, который будет пустынным. Земля станет похожа на Марс.
Эволюция человека
Изменения в строении тела всегда идут вслед за изменениями в окружающей среде. Живущие в меняющейся среде организмы должны либо приспособиться к ней, либо умереть.
Человек получил современный облик примерно полмиллиона лет назад.
Если проследить всю цепочку предшественников современного человека, то это выглядит так. Самый древний известный науке предок человека и высших обезьян – рамапитек, который жил на территории от Индии до Африки около 15 млн. лет назад. Примерно 10 млн. лет назад от него отделился сивапитек, который остался жить в Азии и стал предком орангутанга. Предок гориллы, шимпанзе и человека жил в Африке. Примерно 5 млн. лет назад появились первые гоминиды – австралопитеки. В Африке найдены останки человека умелого (Homo habilis), жившего 2,5 млн. лет назад. Человек умелый имел развитую кисть руки и умел изготовлять, и применять каменные орудия труда. 1,6 млн. лет назад появился человек прямоходящий (Homo erectus). Современный человек появился около 100 тыс. лет назад в Африке.
Дальше по мере расселения человечества по планете изменения шли по пути формирования различных типов людей.
Необходимо отметить, что эволюцию человека не следует представлять в виде линейного процесса. От общего предка в каждый момент времени существует множество эволюционных параллельных линий, и эволюция осуществляется в процессе постоянного возникновения новых ответвлений, большинство из которых быстро исчезает.
С началом промышленной и научной революции образ жизни человека меняется в ускоренном темпе, и его жизнь за два столетия изменилась гораздо сильнее, чем за десятки предыдущих тысячелетий. Человек меньше ходит, физические нагрузки снизились почти в три раза, продолжительность жизни увеличилась почти вдвое, рост и размеры увеличились. Изменились и свойства человека: значение слуха растет, роль обоняния падает, мышечная масса сокращается, волосяной покров становится анахронизмом, творческая работа преобладает над физической. Этот процесс будет продолжаться, что вероятно приведет к изменению внешнего вида человека.
Некоторые футурологи полагают, что к началу следующего тысячелетия человек должен стать лысым, большеголовым, хилым, с маленьким носом и большими ушами, с уменьшенным числом пальцев, левшой.
Уже сейчас ученые Медицинского университета в США обнаружили изменения генов у людей склонных к фастфуду. У них исчезают гены вызывающие чувство насыщения. А ученые Нанкинского университета Китая провели эксперименты, показавшие, что гены растений могут перепрограммировать гены млекопитающих. То есть съеденная человеком пища может некоторым образом регулировать его физиологию.
Введение рыночных отношений в практике СМИ привело к отчаянной борьбе за массового читателя с автоматическим преобладанием низкопробных тенденций, включая широчайшее распространение небылиц, псевдонаучных сенсаций и вымыслов. Отличить небылицы от реальности посильно только мировому научному сообществу, опирающемуся на непрерывно растущий свод фактов и объективных законов природы – на накопленное коллективное научное знание.
В науке (по крайней мере, в области точных наук) не применим принцип свободы совести, позволяющий каждому верить по-своему: наука живет знанием, а не верой. Точное знание оставляет мало пространства для различных взглядов – наука не демократична. Дискуссии в науке уместны на стадии гипотез. Дискуссии прекращаются, когда на смену гипотезе приходит теория. Теория – инструмент научного познания основанного на фактах. Обязательное требование к научности – возможность опровержения, основанного на несоответствии фактам. Логика научного познания такова, что любая теория непрерывно потенциально ставится под сомнение, проверяясь на соответствие новым фактам.
На современном этапе развития человечества Библия – не что иное, как ценный исторический и литературный источник, вмещающий в себя свод морально-этических постулатов (заповедей), и вместе с тем древних сказочных, мифологических утверждений. Эти утверждения можно принимать на веру аналогично тому, как верит маленький ребёнок в Золотую Рыбку, ковёр-самолёт, скатерть-самобранку, Деда Мороза, Царевну-лягушку и прочее. Но когда ребёнок взрослеет, все эти верования, никуда из его сознания не исчезая, остаются в нём как образы, не пересекающиеся с реальным миром и не имеющие с ним ничего общего. Библия написана людьми, которые передают свой опыт постижения Бога. Библия – не пересказ научных сведений, а передача озарений, которые касаются отношений человека с Богом и моральных законов, – так понимал Библию священник Пьер Тейяр де Шарден. Представление о создании мира Богом является не теорией, а догмой, предметом веры.
Вера в чудеса и, главное, в благословенное утешение, которые можно относительно быстро найти в религии, это намного проще и приятнее для души. Поэтому чрезвычайно легко убеждать людей, особенно в детском возрасте, что где-то есть некто всемогущий, который может решить все твои проблемы.
Когда речь идёт об общефилософском вопросе: существовала ли «высшая сила», которая сотворила нашу Вселенную такой, какой мы её наблюдаем, то такой вопрос является недоказуемым. Наука также не имеет ответа на вопрос о причинах и механизме возникновения «живого» из «неживого».
Возможно, что для возникновения «живого» из «неживого» необходимо воздействие энергоинформационного поля Вселенной. Это поле является не только причиной возникновения «живого», но, вообще, причиной всей эволюции Вселенной. Сгустки этого поля иногда воспринимаются как плазмоциды, которые можно видеть в виде шаровых молний, а иногда они фиксируются только на фотографиях. Можно предположить, что сгустки плазмы направляли процесс развития в сторону усложнения молекул и образования молекулярных комплексов, а затем и простейших организмов.
Что же касается дальнейшего развития, то эволюционная теория, берущая начало от Дарвина и дополненная законами генетики и представлениями о мутагенезе, даёт чёткое и последовательное описание перехода от простейших форм живых организмов к более сложным, определяя протекание жизни на Земле во всём её разнообразии – как исторический процесс развития материи. При этом уже найден ответ на вопрос о времени зарождения различных видов живых организмов и их эволюционной взаимосвязи. В этом плане дарвиновское учение не оставляет никаких лазеек ни для креационистских взглядов, ни (что то же самое) для библейских версий и верований. (Креационизм – утверждение, что жизнь, отдельные виды и, в особенности человек, не является результатом естественного развития, а созданы Богом в одном или нескольких актах творения).
Нет, и не может быть конфликта между дарвинизмом и креационизмом, о котором всё время морочат голову не очень искушённой публике, – нет такого конфликта, потому что Библия ничего не сообщает относительно законов Природы! А значит, есть наука, и есть мифология, а подчас сознательный обман.
Само явление эволюции, то есть исторического изменения организмов, видов и экосистем, является фактом, многократно доказанным в разных областях знания и практики.
Эволюционное учение
Эволюционное учение (от лат. evolutio — развертывание) – учение о законах развития мира. Оно рассматривает развитие Вселенной и ее элементов, возникновение жизни и всех видов (и человека в том числе) как результат естественного процесса. Жизнь — это информация, смысл которой — обеспечивать её собственное самовоспроизведение и, тем самым, распространение. Под разрушающим действием случайных процессов жизнь стала эволюционировать, чтобы сохранить свой смысл.
Во все живые организмы, в том числе и в человека, природой вложен мощный инстинкт сохранения жизни, включающий как инстинкт сохранение собственной жизни (самосохранение), так и инстинкт сохранения своего рода. В последнем существенную роль играет инстинкт влечения к противоположному полу.
Для человека чрезвычайно важен инстинкт творческого преобразования условий своей жизни в любом виде деятельности (науке, искусстве, промышленности, сельском хозяйстве …)
Эволюция — это процесс усложнения материальных систем. Смысл эволюции — за счёт поглощения энергии и вещества с всё возрастающей скоростью передавать информацию, чтобы, противодействуя случайным процессам, не допустить утраты смысла жизни. Жизнь можно рассматривать как частный случай в ряду процессов химической самоорганизации в неравновесных условиях, происходящих на основе автокатализа. Второе начало термодинамики в неравновесных условиях приобретает совершенно иной смысл – рост энергии системы препятствует реализации этого закона, вызывая увеличение порядка и усложнение организации структуры. Таким образом, существует два несовместимых процесса эволюции – от сложного к простому (диссипация) и от простого к сложному путем усложнения структурной организации материи. Энтропия закрытой системы стремится стать максимальной, и это фундаментальное свойство материи. Энтропия открытой системы может уменьшиться вследствие самоорганизации системы при согласованном (кооперативном) поведении ее подсистем. Такой тип поведения в системах назван «синергетикой» (от греч. sinergeia — согласное действие). Примеры подобных процессов в природе: в атмосфере это циклоны, в литосфере — кристаллы, в биосфере — живые организмы.
(Между тем, следует сказать, что созидание всегда оплачивается разрушением — это фундаментальное следствие Второго начала термодинамики. Вся происходящая на Земле эволюция оплачивается разрушением нашего Солнца. Всего одна двухмиллиардная часть его энергии попадает на Землю и этого хватает на все здешние процессы.)
В этногенезе процесс самоорганизации вызывается пассионарностью. Пассионарность — это способность отдельных особей (пассионариев) поглощать из внешней среды больше энергии, чем необходимо для поддержания равновесия организма со средой. Пассионарность ведет к организации новых связей между людьми и из старых этносов создается новая этническая система — коллектив людей, противопоставляющий себя всем прочим таким коллективам и обладающий общностью стереотипа поведения на заданном уровне. Примерами пассионарных этносов являются викинги в конце VIII века н.э., греческие колонисты VIII в. до н. э., арабы VII в. н. э., монголы XIII в. и даже христиане первых веков.
Процесс эволюции непрерывно совершается во всей Вселенной. Природа создаёт всё новые и новые виды систем и отбирает из них наиболее устойчивые. Вначале природа комбинировала элементарные частицы и отбирала устойчивые их сочетания — атомы. С помощью химических реакций атомы собирались во всевозможные молекулы, из которых природа отбирала стабильные для разных условий. Тем же способом из простых молекул, она получала сложные и опять сохраняла устойчивые. Из молекул и атомов она строила различные тела, а из них системы тел, построила и отобрала во Вселенной звезды и планеты, изобрела и испытала на устойчивость циклические процессы типа автокаталитических циклов ядерных и химических реакций или круговорота воды на Земле. Именно так она создала всё, что мы видим, и нас самих, и продолжает развиваться, используя теперь и человечество.
Основным критерием отбора является критерий устойчивости. Под устойчивостью понимается способность сохранять свою структуру любым способом: статически или динамически. В статически устойчивых системах сохраняется не только структура, но и конкретные объекты, ею объединяемые. В динамически устойчивых системах структура сохраняется, а конкретные объекты заменяются. Примером такой системы является река, в которой исток, русло, устье сохраняются, а вода постоянно меняется. Живые существа, сохраняя свою структуру, так же постоянно заменяют составляющее их вещество, благодаря обмену веществ.
Общим для любого уровня развития является взаимодействие, приводящее к конкуренции, разрушению и воспроизведению систем, к возникновению систем с новой структурой, а статистически к созданию всё новых структур и отбору из них всё более устойчивых, всё более совершенных. В этих структурах сохраняется произведённая и отобранная в ходе взаимодействий систем информация. Изменения, повышающие устойчивость своих носителей, именно из-за большей устойчивости результата, обеспечивают себе в ходе последующих взаимодействий больше шансов на закрепление по сравнению с противоположными изменениями, понижающими устойчивость носителя.
Так, путём отбора по критерию устойчивости природа автоматически умножает разнообразие систем и совершенствует их, проверяя и накапливая используемую для обеспечения их устойчивости информацию. Поскольку вещество в любой момент уже составляет какие-то объекты, то появление новых объектов невозможно без замены ими старых. Развивающаяся природа вынуждена постоянно выбирать: что заменять и чем. Отбор по критерию устойчивости как раз и является естественным и универсальным распределителем ресурсов. Он автоматически перераспределяет ресурсы в пользу более совершенного, содержащего больше проверенной информации, в пользу победителей в естественной конкуренции.
Эволюция развивается скачками. Каждый скачок – усложнение системы, как результат преодоления очередного кризиса. А между скачками – относительно плавное экстенсивное развитие. И частота этих скачков увеличивается в геометрической прогрессии. Чем дальше мы продвигаемся по шкале времени в будущее, тем плотнее сжимаются витки времени.
Эволюция Вселенной
Согласно теории Большого взрыва Вселенная возникла примерно 18 миллиардов лет назад из точки – ядра с радиусом 10-33 см, содержащего всю массу — энергию будущей Вселенной. В этом объеме уже была заложена вся информация о будущем Вселенной, о ее эволюции. (Предполагается, что причиной Большого взрыва являются флюктуации в вакууме. Причина флюктуации – квантовые колебания, которые испытывает любой объект на квантовом уровне. Есть и другие предположения.) С этого нулевого момента развитие проходит целый ряд этапов, которые в космологии принято называть эрами.
Как предполагается, до 10-43 секунды был этап хаоса с температурой 1032 градусов по Кельвину, в течение которого существуют только «обрывки» пространства. Геометрия этого пространства определяет дальнейшее развитие Вселенной (при другой геометрии и Вселенная со всеми ее параметрами была бы другой). Это говорит о том, что строение Вселенной случайно, но другие миры в одном пространстве несовместимы, и это делает данную Вселенную уникальной.
Расширение и остывание Вселенной в первые секунды её существования привело к фазовому переходу – образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме.
В начальной стадии своей эволюции Вселенная пережила период ускоренного
расширения (инфляции). Расширение и остывание Вселенной в первые секунды существования привели к следующему фазовому переходу — образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме. В первые 300 — 400 тысяч лет Вселенная была заполнена только ионизированным водородом и гелием. По мере расширения и остывания Вселенной они перешли в стабильное нейтральное состояние, образовав обычный газ. Предположительно через 500 млн. лет зажглись первые звезды, а сгустки вещества превратились в галактики.
В результате термоядерных реакций в звездах образовались более тяжелые элементы. При гибели звезд большая часть их вещества рассеивалась в пространстве, обогащая его разнообразными химическими элементами. Вещество сгущалось снова, зажигая звезды следующих поколений, вокруг которых образовывались планетные системы.
В период 10 в 6-й степени лет начинается эра галактик. Галактики – это гигантские
вращающиеся «острова во Вселенной» (Кант), состоящие из звезд, газа и пылевых частиц. Структура звездных скоплений, галактик и Вселенной определяется тяготением. Тяготение заставляет массы межзвездного газа сжиматься в более плотные образования с дальнейшим образованием звезд, равновесие в которых обеспечивается балансом между силами тяготения, давлением горячего вещества и излучением. Переходя в энергию движения частиц газа, энергия тяготения приводит к разогреву звезд, давая начало термоядерным реакциям. При выгорании ядерного горючего внутри звезды происходит ее дальнейшее сжатие, и если звезда достаточно большая, то может наступить гравитационный коллапс, при котором тяготение настолько велико, что за пределы этой звезды ничто вырваться не может.
Нет никаких оснований считать, что на эре галактик развитие Вселенной заканчивается. Все имеет начало (рождение), развитие и конец (смерть). Каков конец нашей Вселенной нам неизвестно: это может быть тепловая смерть (когда, выработав всю энергию звезд, тепло распределится равномерно по всей Вселенной), или расширение Вселенной сменится ее сжатием в точку, или вся масса и энергия Вселенной «перетечет» в другие Вселенные (например, через черные дыры).
Биологическая эволюция
Постепенно эволюция на нашей планете перешла от стадии геологической к стадии биохимической, миновала ее и широкой рекой и потекла в биологическом русле. И чем дальше шли эволюционные процессы, тем больше ускорялись их темпы и обострялась гонка между вырвавшимися вперед видами.
По современным представлениям, жизнь – это материализованное в организмах явление возрастающего и наследуемого упорядочения, присущее при определенных условиях эволюции соединений углерода. При этом живые организмы обособлены от среды, способны к самовоспроизведению, способны к изменчивости и адаптации и функционируют посредством обмена веществ, энергии и информации с окружающей средой.
Биологическая эволюция – это наследственное изменение свойств и признаков живых организмов в ряду поколений. В ходе биологической эволюции достигается и постоянно поддерживается согласование между свойствами живых организмов и условиями среды, в которой они живут. Поскольку условия постоянно меняются, в том числе и в результате жизненной активности самих организмов, а выживают и размножаются только те особи, которые наилучшим образом приспособлены к жизни в измененных условиях среды, то свойства и признаки живых существ постоянно меняются.
Условия жизни на Земле бесконечно разнообразны, поэтому приспособление организмов к жизни в этих разных условиях породило в ходе эволюции огромное разнообразие жизненных форм. Условия жизни изменяются постоянно и непредсказуемо. Изменяются климат, ландшафт, характеристики других видов (хищников, жертв, паразитов, конкурентов), с которыми взаимодействуют особи данной популяции, изменяется численность и плотность самой популяции. Соответственно изменяется и полезность фенотипов. То, что было полезным в предыдущем поколении, может оказаться вредным в последующем и наоборот. Условия жизни меняются не только во времени, но и в пространстве. Каждый вид занимает определенную территорию — ареал.
Сложные биологические структуры возникают в результате случайности, но сама эволюция не является случайным процессом. «Случайными» являются только мутации, которые создают «запас изменчивости» в популяции. Они служат материалом для отбора.
Популяции животных и растений накопили за время своего существования гигантские запасы генетической изменчивости. Пополнение этих запасов происходит постоянно за счет мутационного и рекомбинационного процессов. Эти запасы создают потенциал для эволюции, возможность многообразных изменений, адаптаций к постоянно и непредсказуемо меняющейся среде, в которой живут и меняются вместе с ней все живые организмы.
Эволюция была бы невозможной, если бы генетические программы воспроизводились абсолютно точно. Копирование генетических программ – репликация ДНК – происходит с высочайшей, но не абсолютной точностью. Изредка возникают ошибки – мутации. Частота мутаций не одинакова для разных генов, для разных организмов. Она возрастает, иногда очень резко, в ответ на воздействие внешних факторов, таких как ионизирующая радиация, некоторые химические соединения, вирусы и при изменениях внутреннего состояния организма (старение, стресс и т.п.).
Средняя частота мутаций у бактерий оценивается как 10-9 на ген на клетку за поколение. У человека и других многоклеточных она выше и составляет 10-5 на ген на гамету за поколение. Иными словами только в одной из 100 тысяч гамет ген оказывается измененным. Казалось бы, это ничтожно малая величина. Следует помнить, однако, что генов в каждой гамете очень много. По современным оценкам геном человека содержит около 30 тысяч генов. Следовательно, в каждом поколении около трети человеческих гамет несут новые мутации по какому-нибудь гену.
Таким образом, несмотря на чрезвычайную редкость каждой отдельной мутации, в каждом поколении появляется огромное количество носителей мутантных генов. Благодаря мутационному процессу генотипы всех организмов, населяющих Землю, постоянно меняются; появляются все новые и новые варианты генов, создается огромное генетическое разнообразие, которое служит материалом для эволюции. Разные мутации в разных генах возникают у разных особей, меняя при этом генотипы потомков этих особей. Все организмы с половым размножением передают потомкам свои генотипы не полностью, а частично — каждый потомок получает половину генов от матери и половину от отца и оказывается носителем уникальной комбинацией аллелей, полученных от родителей. Каждая особь имеет уникальный генотип, который лишь частично передается (или не передается вовсе) ее потомкам.
Мутационный процесс изменяет гены и порядок их расположения в хромосомах и тем самым увеличивает генетическое разнообразие популяций. Он создает избыточные копии генов и тем самым открывает возможность усложнения организмов.
Принципиальным положением мутационной теории является утверждение, что мутации случайны и не направлены. Организм не может знать, какие мутации будут полезны в следующем поколении. Нет и не может быть механизма, который бы обеспечивал направленное появление полезных для организма мутаций.
Большинство мутаций оказывается вредными. Они нарушают скоординированное в ходе предшествующей эволюции взаимодействие генетических программ в развивающимся организме, и приводят либо к его гибели, либо к тем или иным отклонениям в развитии. Только очень малая доля вновь возникающих мутаций может оказаться полезной. Функция каждого гена определяется его взаимодействием с другими генами, то есть мутации меняют фенотип не сами по себе, а в сочетании с другими генами.
Полезность, вредность, или нейтральность мутации зависит от условий, в которых живет организм. Мутация нейтральная или даже вредная для данного организма и данных условиях, может оказаться полезной для другого организма и в других условиях, и наоборот.
Полностью защититься от мутаций в принципе невозможно, ведь с ними неизбежно сопряжено копирование ДНК. Большинство мутаций оказываются вредными. Очень вредные мутации не так опасны для генофонда популяции, как не очень вредные. Очень вредные мутации несовместимы с жизнью, их носители немедленно выбраковываются, и, следовательно, такие мутации не накапливаются в генофонде. А не очень вредные передаются потомкам, затем у них возникают новые не очень вредные мутации, и в итоге генофонд бесполой популяции медленно, но верно деградирует.
Резкое увеличение мутаций вызывается резким изменением среды обитания. Например, резкой переменой является повышенная радиация либо космическая из-за снижения уровня магнитного поля Земли, либо, возникшая в результате катастрофы и выхода на поверхность земли залежей радиоактивных элементов, либо сильнейшие вулканические извержения, приводящие к долгим зимним периодам. (Это подтверждают периоды высокого видообразования в районе африканского разлома – восточная Африка, где были периоды сильной радиации.)
Замечено, что в ископаемых остатках новые виды появлялись спонтанно, короткими всплесками и в повторяющемся цикле примерно 26 миллионов лет. Мюллер и Роде пришли к выводу, что каждые 62 миллиона лет вся жизнь на Земле проходила через относительно спонтанное обновление – преобразование существующих видов в новые более развитые формы. Известно, что Солнечная система движется продолжительным колебательным волновым движением, постоянно отклоняясь вверх и вниз от плоскости галактики. Один полный цикл движения вверх-вниз занимает приблизительно 62 миллиона лет.
Верхняя половина нашей галактики должна содержать растущее количество заряженных частиц и космических лучей, поскольку передний край нашей Солнечной системы кишит галактической пылью. Каждый раз, когда Земля поднимается над магнитными полями плоскости галактики и движемся в северную область, мы подвергаемся бомбардировке космическими лучами. Излучение ведет к генетическим мутациям и к возникновению новых видов организмов.
Исследования П.Гаряева и ряда других ученых показывают, что ДНК можно рассматривать как волну. При этом воздействие на ДНК-волну информационно-энергетического поля может приводить к ее быстрому изменению, мутации. Если это так, тогда, изменяя волну и закладывая в нее новую информацию, можно преобразовывать одни виды живых организмов в другие непосредственно на уровне ДНК. Некоторые опыты показывают, что это возможно, и, следовательно, биологическая эволюция в определенных случаях может происходить быстро.
Важными моментами эволюции являются мутации, вызывающие эволюцию гормонов (в том числе эндорфинов) и нервной системы и, прежде всего, мозга.
Однако главный генератор фенотипического разнообразия не мутации, а рекомбинация генов. Рекомбинация — это процесс, который обеспечивает перемешивание генов в ряду поколений. При формировании половых клеток гены, полученные от родителей, «перетасовываются», и в каждую гамету попадает только половина родительских генов. При оплодотворении гены двух родителей случайно комбинируются. Сочетание этих двух случайных процессов — тасовки генов в генеративных клетках и встречи гамет — обеспечивает уникальность набора генов каждого организма. Рекомбинация обеспечивает постоянную генерацию все новых и новых сочетаний генов.
Перетасовывая гены при образовании гамет, рекомбинация может перегрузить мутациями одни гаметы и одновременно недогрузить другие. В итоге особи, возникшие из перегруженных мутациями гамет, погибают, а продукты гамет, очищенных от мутаций, процветают. Это позволяет рекомбинирующим организмам иметь большие геномы, не накапливающие вредные мутации. Отсюда получается, что все мы высшие и сложные оттого, что наши далекие одноклеточные предки открыли для себя рекомбинацию и создали механизмы, гарантирующие регулярную перетасовку генов из поколения в поколение.
Мутации и двуполое размножение создают разнообразие организмов, из которого происходит отбор наиболее жизнеспособных к существующим условиям жизни.
Естественный отбор – это универсальный механизм проверки и накопления информации. Естественный отбор «оценивает» вредность и полезность мутаций по их эффектам на выживание и размножение мутантных организмов в конкретных экологических условиях. При этом вредность мутации, как правило, обнаруживается немедленно, а ее полезность часто определяется задним числом. Естественный отбор — строго закономерный процесс, придающий эволюции направленность и, в конечном счете, создающий сложные адаптации, похожие на результат «разумного проектирования». Естественный отбор — это сочетание двух обстоятельств: 1) наследственной изменчивости и 2) дифференциального размножения.
Новые признаки не возникают мгновенно, они формируется медленно и постепенно путем естественного отбора случайных мутаций со слабыми фенотипическими эффектами, которые чуть-чуть изменяют старые признаки.
Естественный отбор – это дифференциальное выживание и размножение особей, которые отличаются друг от друга генетически детерминированными признаками. Более приспособленные к данным условиям среды особи оставляют больше потомков, чем менее приспособленные.
Естественный отбор определяет жесткую связь между приспособительной ценностью аллелей и их частотой в популяциях. Это единственный фактор, который обеспечивает приспособление всех живых организмов к постоянно меняющимся условиям внешней среды и регулирует гармоничные взаимодействия между генами внутри каждого организма. Результаты действия естественного отбора аккумулируются, накапливаются из поколения в поколение. Все новые и новые аллели возникают в популяции за счет мутационного процесса. Каждая мутация случайна, но ее носители регулярно отбираются, и размножаются в популяции, если она хоть чуть-чуть повышает приспособленность ее носителей. Самые сложные приспособления в строении, функциях и поведении живых организмов сформировались постепенно путем систематического отбора случайно возникающих мутаций.
Объектами отбора всегда являются отдельные особи, а не популяции и не виды. Ни одно приспособление, сколь угодно полезное для вида, не сможет быть подхвачено естественным отбором и распространиться в популяции, если оно вредно для конкретных особей. Выживание организмов является важным, но не единственным компонентом естественного отбора. Другим важнейшим компонентом является привлекательность для особей противоположного пола. Положительный половой отбор на усиление интеллекта обеспечивается за счёт того, что мужские особи с высоким интеллектом имеют преимущество при передаче своих генов потомству из-за того, что, занимая лидирующее положение в иерархии, имеют гарем или «право первой ночи».
Главным результатом эволюции было появление человека. С возникновением человека большая биологическая эволюция перерастает в психосоциальную.
Таким образом, эволюционный акт состоялся, когда отбор сохранил генное сочетание, нетипичное для предшествующей истории вида. В итоге для осуществления эволюции необходимо наличие трёх процессов:
— мутационного, генерирующего новые варианты генов с малым фенотипическим выражением;
— рекомбинационного, создающего новые фенотипы особей;
— селекционного, определяющего соответствие этих фенотипов данным условиям обитания или произрастания.
Эволюционная биология добилась небывалых успехов, а доказательства эволюции, полученные генетиками, молекулярными биологами, палеонтологами, эмбриологами, сравнительными анатомами и т.д., стали настолько многочисленными, разнообразными и неоспоримыми, что не видеть и не понимать этого совершенно невозможно. Сейчас, когда расшифрованы геномы человека, шимпанзе, многих других видов животных, растений и микроорганизмов, когда палеонтологи знают последовательность биологических событий, происходивших на Земле в течение свыше 3 млрд лет, когда мы знаем, как работают гены и как на основе инструкций, записанных в генах, возникает всё разнообразие жизненных форм, эволюция – это факт. Такой же, как то, что Земля шарообразная, а не плоская.
Все современные организмы происходят от общих предков. Общий предок близких друг другу видов жил на Земле несколько миллионов лет назад. Общий предок организмов, принадлежащих к одному классу (рыб, земноводных, рептилий), жил сотни миллионов лет назад. Около миллиарда лет назад существовал общий предок основных типов животных (червей, моллюсков, членистоногих, хордовых). А почти 4 миллиарда лет назад, жил на Земле общий предок всех живых организмов. Не следует думать, что в то время на Земле больше никого не было. Было множество других организмов, но их потомки вымерли по тем или иным причинам. Все мы – бактерии, водоросли, растения, грибы, животные – являемся потомками единственного общего предка.
Эволюция жизни на Земле
Рядом ученых (С.П. Капица, А.Д. Панов, И.М. Дьяконов, Г.Д.Снукс, А.Е. Чучин-Русов, А.П. Назаретян) в истории эволюции нашей планеты выявлена определенная периодичность, при которой постепенные эволюционные изменения прерываются скачками – революционными переворотами. Эволюция — это целая цепь экологических кризисов и их преодолений. Любая живность размножается, потребляя ресурсы окружающей среды, после чего наступает кризис исчерпания ресурсов — это и называется экологическим кризисом, кризисом нарушения равновесия. Каждый такой кризис не только потенциально смертелен, но и потенциально благотворен, потому что он — толчок для развития. Каждый скачок – усложнение системы, как результат преодоления очередного кризиса. А между скачками – относительно плавное экстенсивное развитие.
Революционные перевороты (фазовые переходы) отделяют друг от друга качественно различные стадии эволюции. Такими революциями на протяжении истории Земли являлись:
• Возникновение жизни на Земле — около 4 млрд. лет назад.
• Кислородный кризис — 1,5 млрд. лет назад, когда на смену анаэробным
прокариотам пришли аэробные формы жизни, которые были представлены в основном одноклеточными и примитивными многоклеточными (тканевыми) существами.
• Кембрийский взрыв — 590 -510 млн. лет назад, когда в течение нескольких
десятков миллионов лет возникают практически все современные стволы многоклеточных животных, включая позвоночных. На суше господствуют земноводные.
• Начало мезозойской эры, революция пресмыкающихся — 235 млн. лет назад.
• Начало кайнозойской эры, революция млекопитающих и птиц — 66 млн. лет назад.
• Начало неогена — 25-20 млн. лет назад, когда флора и фауна приобрели практически
современный вид. Вымерли сумчатые, древние хищники, примитивные группы копытных. Возникли гоминоиды — человекообразные обезьяны.
• Начало четвертичного периода — 4,4 млн. лет назад. Первые ископаемые
гоминиды отделились от обезьяноподобных (гоминоидов), что сопровождалось всплеском разнообразия представителей рода Homo.
• Верхнепалеолитическая революция (культурная революция кроманьонцев) — 40
тыс. лет назад. Вымирают неандертальцы, носителем культуры становится человек современного вида Homo sapienssapiens.
• Неолитическая революция — 12000 — 9000 лет назад. В конце верхнего палеолита
развитие охотничьих технологий способствовало истреблению популяций и целых видов животных, что подорвало пищевые ресурсы общества и привело к ужесточению межплеменной конкуренции и глубокому демографическому спаду. Начинается период оседлого образа жизни – скотоводства и земледелия.
• Городская революция, начало древнего мира — 4000 — 3000 лет до н.э… Массовое
распространение крупных человеческих агломераций, возникновение письменности и первых правовых документов, бюрократии и классового общества, возникновение ремесел, бронзовые орудия.
• Железный век, эпоха империй — 800 — 500 лет до н.э. Оружие стало намного более
дешевым, легким и эффективным. Следствием этого стали чрезвычайно кровопролитные войны, объединение мелких государств в более крупные образования — империи.
• Гибель древнего мира, начало средневековья — 400 до н.э. — 630 год. Основное
содержание перехода состоит в кризисе и гибели Римской империи с последующим распространением феодальных государств и княжеств под ведущей ролью мировых тоталитарных религий, которые были существенным и на определенном этапе развития необходимым интегрирующим фактором человеческой цивилизации.
• Первая промышленная революция – 1450 -1550 годы. Начало Нового времени.
Великие географические открытия, возникновение книгопечатания и культурный переворот.
• Вторая промышленная революция – 1830 — 1840 годы. Возникновение
механизированного производства, эпоха пара и электричества.
• Информационная революция — 1950 г. Переход промышленно развитых стран в
постиндустриальную эпоху, когда большая часть населения занята не в материальном производстве, а в сфере обслуживания и в переработке информации. Распространение компьютеров и автоматизированных баз данных.
Информационная глобализация — 1991 г. Становление мировой сети Интернет, означающее завершение информационной глобализации.
Как следует из рассмотрения приведенных выше данных, длительности исторических эпох (промежутков времени между фазовыми переходами) последовательно сокращаются. Это проявление известного эффекта «ускорения исторического времени». При этом промежутки между революциями сокращаются в среднем в одной пропорции — каждая последующая фаза эволюции планетарной системы в среднем в 2,67+0,15 раз короче предыдущей. Сокращение периодов означает, что мы вплотную подошли к точке, когда длительность фаз стремиться к нулю, а количество переходов в единицу времени — к бесконечности, и ожидаемая точка окончания истории лежит в 2015 г. с ошибкой в 15-20 лет, т.е. в самом ближайшем будущем.
Действительно, человечество находится в предкризисном состоянии. Имеет место исчерпание ресурсов на данном уровне развития системы и экологический кризис. Неуправляемая волна терроризма является признаком нарушения техно-гуманитарного баланса. Приближающийся эволюционный кризис не обычный эволюционный кризис, каких было много в истории планетарной системы, — это кризис всех 4-х млрд. лет эволюционного пути. Отсюда следует, что характер эволюции планетарной системы должен глубочайшим образом измениться. История должна пойти по совершенно новому руслу.
Проход через рассматриваемую точку не означает неминуемую катастрофу для человечества. Это означает только, что цивилизация входит в новый «рукав» истории и возможны разные траектории развития. При этом глобальная катастрофа остается одной из возможностей.
Одним из признаков того, что эволюция на Земле уже пошла необычным путем, является полное завершение демографического перехода в постиндустриальных странах. В развитых странах население стабилизировалось в условия материального изобилия. Пик демографического перехода пройден и в планетарном масштабе, так что дело идет к глобальной стабилизации населения земного шара. Видимо, стремление к количественному росту начинает сменяться стремлением к росту качественному, что, возможно, свидетельствует о тенденции перехода от экстенсивного развития цивилизации, а с ней и всей планетарной системы, к интенсивному. Возможно, новый путь цивилизации связан с выходом за пределы современной научной парадигмы.
Расчеты показывают, что через 200 миллионов лет наша планета остынет, материки снова образуют единый континент, который будет пустынным. Земля станет похожа на Марс.
Эволюция человека
Изменения в строении тела всегда идут вслед за изменениями в окружающей среде. Живущие в меняющейся среде организмы должны либо приспособиться к ней, либо умереть.
Человек получил современный облик примерно полмиллиона лет назад.
Если проследить всю цепочку предшественников современного человека, то это выглядит так. Самый древний известный науке предок человека и высших обезьян – рамапитек, который жил на территории от Индии до Африки около 15 млн. лет назад. Примерно 10 млн. лет назад от него отделился сивапитек, который остался жить в Азии и стал предком орангутанга. Предок гориллы, шимпанзе и человека жил в Африке. Примерно 5 млн. лет назад появились первые гоминиды – австралопитеки. В Африке найдены останки человека умелого (Homo habilis), жившего 2,5 млн. лет назад. Человек умелый имел развитую кисть руки и умел изготовлять, и применять каменные орудия труда. 1,6 млн. лет назад появился человек прямоходящий (Homo erectus). Современный человек появился около 100 тыс. лет назад в Африке.
Дальше по мере расселения человечества по планете изменения шли по пути формирования различных типов людей.
Необходимо отметить, что эволюцию человека не следует представлять в виде линейного процесса. От общего предка в каждый момент времени существует множество эволюционных параллельных линий, и эволюция осуществляется в процессе постоянного возникновения новых ответвлений, большинство из которых быстро исчезает.
С началом промышленной и научной революции образ жизни человека меняется в ускоренном темпе, и его жизнь за два столетия изменилась гораздо сильнее, чем за десятки предыдущих тысячелетий. Человек меньше ходит, физические нагрузки снизились почти в три раза, продолжительность жизни увеличилась почти вдвое, рост и размеры увеличились. Изменились и свойства человека: значение слуха растет, роль обоняния падает, мышечная масса сокращается, волосяной покров становится анахронизмом, творческая работа преобладает над физической. Этот процесс будет продолжаться, что вероятно приведет к изменению внешнего вида человека.
Некоторые футурологи полагают, что к началу следующего тысячелетия человек должен стать лысым, большеголовым, хилым, с маленьким носом и большими ушами, с уменьшенным числом пальцев, левшой.
Уже сейчас ученые Медицинского университета в США обнаружили изменения генов у людей склонных к фастфуду. У них исчезают гены вызывающие чувство насыщения. А ученые Нанкинского университета Китая провели эксперименты, показавшие, что гены растений могут перепрограммировать гены млекопитающих. То есть съеденная человеком пища может некоторым образом регулировать его физиологию.
Рецензии и комментарии 0