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 нс 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 нс 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 вес без исключения свойства. В классической эволюционной теории естественный отбор определялся как процесс выживания наиболее приспособленных организмов. Современная эволюционная биология делает акцепт 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 микрои 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. Филипченко. 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.

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-252° до +180° С. 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.

Центральной идеей В. И. Вернадского стало представление о живом веществе — совокупности всех живых организмов на планете. В процессе жизнедеятельности организмы получают из окружающей среды необходимые химические вещества, а после смерти они возвращают их обратно, таким образом, живое и неживое находятся в постоянном взаимодействии. В. И. Вернадский подчеркивает активное влияние живых организмов на косную материю. По его мнению, живое вещество составляет незначительную по объему и весу часть биосферы, однако оно является ее определяющим компонентом. Живые организмы — та геохимическая сила, которая играет ведущую роль в формировании облика нашей планеты.

В ходе геологической эволюции воздействие живого вещества на косное только возрастает, что выражается, как пишет В. И. Вернадский, «в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно». Русский ученый подчеркивал целостность и гармоничность биосферы: «Можно говорить о всей жизни, о всем живом веществе как о едином целом в механизме биосферы… все учитывается и все приспособляется с той же точностью, с той же механичностью и с тем же подчинением мере и гармонии, какую мы видим в стройных движениях небесных светил и начинаем видеть в системах атомов вещества и атомов энергии».

Человечество наряду с растениями и животными является частью живого вещества. Однако в отличие от других элементов биосферы человечество оказывает интенсивное влияние не только на неживую материю, но и на само живое вещество, создавая новые виды растений и животных. С появлением на нашей планете одаренного разумом живого существа, писал В. И. Вернадский, планета вступает в качественно новую стадию своей истории. Ступень развития биосферы, связанная с появлением человека, называется ноосферой. Слово «ноосфера» происходит от греческого noos — разум. Понятие ноосферы введено французским ученым Э. Леруа в 1927 г. Ноосфера— это сфера разума, сфера взаимодействия человека и природы, в которой главным фактором эволюции выступает разумная деятельность.

Учение В. И. Вернадского о ноосфере, которое создавалось в 1930;е гг., не сложилось в законченную теорию, более того, русский ученый даже само понятие ноосферы употреблял в разных смыслах. В его понимании, ноосфера — это:

S новое геологическое явление, суть которого заключается в возможности человека преобразовывать Землю своим трудом и мыслью;

S область проявления научной мысли: «эволюционный процесс получает особое геологическое значение благодаря тому, что он создал новую геологическую силу — научную мысль социального человечества»;

S главный фактор преобразования и дальнейшей эволюции биосферы: «человек своей деятельностью создает новую живую природу».

Последнее определение приобрело новый смысл и особую актуальность спустя десятилетия — после возникновения молекулярной биологии, развития генной инженерии, опытов с клонированием и т. п.

Концепцию ноосферы развивал и русский ученый А. Л. Чижевский. По его мнению, ноосфера — это не только земное, но и космическое явление, а человек как частица ноосферы — космическое существо. Ноосфера представляет собой единство живого, разумного и космического. Для доказательства этой идеи А. Л. Чижевский использовал данные собственных наблюдений. Обобщив огромный фактический материал, он обратил внимание на определенную синхронность между солнечной активностью — образованием солнечных пятен — и боевыми действиями на фронтах Первой мировой войны. А. Л. Чижевский выдвинул идею космических ритмов, от которых зависят не только биологические, но и социальные процессы на Земле. Согласно подсчетам, которые произвел русский ученый, в период минимальной солнечной активности происходит до 5% всех значительных социальных действий, а в период максимальной — до 60%. Спустя десятилетия идеи А. Л. Чижевского по-прежнему актуальны, более того, они служат основанием для теоретических и практических исследований в биологии и медицине.

Концепция ноосферы получила развитие в работах французского ученого и философа П. Тейяр де Шардена. По его мнению, ноосфера — одна из стадий эволюции мира, на которой проявляется «целеустремленное сознание». «Целеустремленное сознание» — это разум и воля человека, действие которых позволяет постепенно сгладить противоречия между человеком и природой и контролировать направление будущей эволюции планеты. Как пишет Тейяр де Шарден, возникновение разума означает «трансформацию, затрагивающую состояние всей планеты».

В контексте современной философской мысли концепции ноосферы носят умозрительный характер. Некоторые положения ноосферных теорий откровенно утопичны, поскольку редуцируют человека только к одному, хотя и существенному, модусу — разумному.

Развитие концепции биосферы привело к созданию новой науки экологии. Слово «экология» происходит от греческих oikos — местопребывание, жилище и logos — учение. Буквальный смысл термина «экология» — учение о жилище, учение о доме. Экология — наука, изучающая взаимодействие живых организмов друг с другом и со средой обитания, т. е. всю совокупность связей и взаимодействий в биосфере и способы сохранения равновесия в этой системе. Термин «экология» введен в 1866 г. немецким биологом Э. Геккелем.

В качестве научной дисциплины экология сложилась еще в начале XX в. — в 1913 г. в Швейцарии прошло первое международное совещание по вопросам охраны окружающей среды. Однако всерьез об экологической угрозе задумались только в 1970;е гг. Первыми заговорили об экологической проблеме участники Римского клуба, которые в 1968 г. собрались для обсуждения глобальных проблем, стоящих перед человечеством. В 1972 г. состоялась первая конференция ООН, посвященная проблемам окружающей среды, на которой был признан факт глобального экологического кризиса. После этого не только специалисты, но и широкая общественность стали говорить об экологической угрозе, что в свою очередь повлекло изменение статуса экологической науки и ее стремительное развитие. Из несамостоятельной дисциплины в рамках биологии экология превратилась в комплекс междисциплинарных исследований с ярко выраженной мировоззренческой составляющей. Экология вышла за пределы не только биологии, но и в целом естествознания. Внутри экологической науки существует множество разделов, которые могут рассматриваться как вполне самостоятельные направления исследований: глобальная экология, социальная, медицинская, историческая, этическая, промышленная и т. п. Идеи и принципы этой науки имеют мировоззренческий характер, поэтому экология связана не только с науками о человека и культуре, но и с философией. Столь серьезные изменения позволяют говорить о том, что, несмотря на столетнюю историю, экология еще очень молодая наука. Способы решения экологической и вытекающих из нее демографической и медико-биологической проблем являются центральной темой экологии.

В ходе эволюции человек от первоначального потребления природных богатств перешел к активному вмешательству в живую природу и ее преобразованию. Он создал искусственную среду обитания: предметы материальной и духовной культуры, искусственные экологические системы, технику и т. п. На данный момент человечество уже уничтожило около 70% естественных экологических систем. Понятно, что такая активная деятельность существенно влияет на характер процессов в биосфере: рост искусственной среды приводит к разрушению естественной. Живая природа не остается пассивной. Ответная реакция подчас трудно поддается прогнозированию.

Понятно, что человек не может отказаться от своей деятельности, которая составляет основу его существования, т. е. он и дальше неизбежно будет влиять на процессы, происходящие в биосфере. Поэтому экологи говорят о необходимости гармонизации отношений био-, ноои техносфер. Однако воздействие на природу не может оставаться стихийным и бесконтрольным, иначе человечество погибнет как биологический вид. Освобождаясь от природы, человек парадоксальным образом оказывается все более тесно с ней связанным. Нарастание экологических проблем подталкивает к осознанию этого обстоятельства.

Одним из частных аспектов экологической проблемы является парниковый эффект. Возникновение этого эффекта связано с использованием ископаемых видов топлива: угля, нефти, газа, которые уже длительное время были исключены из круговорота веществ. Сжигание ископаемого топлива приводит к тому, что ежегодно в атмосферу выбрасывается до 20 млрд т углекислого газа. Промышленные выбросы углекислоты уже не компенсируются процессами фотосинтеза, в ходе которых вырабатывается кислород. Углекислый газ существенно влияет на тепловой баланс нашей планеты, поскольку углекислота пропускает солнечный свет, идущий к Земле, но поглощает инфракрасное излучение, идущее в обратном направлении. Следствием парникового эффекта становится глобальное потепление климата. Глобальное повышение температуры ведет к таянию полярного и материкового льдов и повышению уровня мирового океана. Остроту данной проблеме придает то обстоятельство, что для изменения газового состава земной атмосферы и ее возвращения к нормальному состоянию понадобятся даже не десятки, а сотни лет. В ООН уже рассматривался вопрос о введении налога на выбросы углекислого газа в атмосферу — так называемый экологический налог — для того чтобы использовать полученные финансовые ресурсы на восстановление лесов.

Другой составляющей глобального экологического кризиса является разрушение озонового слоя. Озон содержится в стратосфере (от 10 до 50 км над уровнем моря) и выполняет функцию естественного фильтра, поглощающего губительные для жизни ультрафиолетовые лучи. Разрушение озонового слоя является следствием загрязнения стратосферы, в которой опасные вещества достаточно быстро перемещаются вдоль поверхности Земли, распространяясь на большие расстояния.

Значительную экологическую опасность представляют также кислотные соединения, выбрасываемые в атмосферу вместе с газами автомобильного транспорта, дымом теплоэлектростанций и т. п. Результатом кислотного загрязнения атмосферы становятся кислотные осадки, которые в свою очередь загрязняют почву и водоемы.

В последние годы все острее стоит вопрос захоронения радиоактивных отходов, что также является частью глобальной экологической проблемы. Механизмы миграции радиоактивных веществ в почве еще слабо изучены, поэтому надежность захоронения радиоактивных отходов под землей (именно эта технология считается самой «чистой») не абсолютна.

В плане конкретных, относительно быстрых решений для выхода человечества из экологического тупика предлагается форсирование научных исследований по поиску альтернативных источников энергии. В качестве альтернативных видов энергии рассматриваются солнечная, ветровая, термоядерная и атомная. Безусловно, использование новых видов энергии не решает все экологические проблемы человечества. Так, после катастрофы на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 года стали очевидны опасности, связанные с выработкой и использованием атомной энергии. Использование солнечной и ветровой энергии не снимает с повестки дня вопрос об изменении теплового баланса Земли. Что касается энергии термоядерного синтеза, перспектива использования которой выглядит весьма заманчиво, то об этом сейчас говорится скорее гипотетически. Существует целый ряд теоретических и практических проблем, связанных с созданием условий, необходимых для проведения управляемой реакции термоядерного синтеза.

Другой составляющей решения экологической проблемы является создание безотходных технологий и замкнутых циклов использования веществ. Кроме того, ведутся поиски способов утилизации отходов с помощью биотермического обезвреживания или нейтрализации с участием разнообразных групп живых организмов.

Обострение глобальных проблем вынуждает человечество искать новые способы взаимодействия с миром. Современные философы и футурологи говорят о необходимости изменения путей развития цивилизации. Во всех прогнозах главный враг человечества — он сам. Преодоление глобальных проблем, в том числе и экологической, связано с трансформацией ценностных установок, поиском новых мировоззренческих ориентиров, формированием иного типа массового сознания. В современной философии и науке идет поиск новых принципов взаимодействия человека с окружающей средой.