Организменный и органо-тканевый уровень

Следующей ступенью эволюции после появления одноклеточных стало возникновение и совершенствование многоклеточных организмов.

Термин «эволюция» (лат. evolutio — развертывание) в науке о живом представляет фундаментальное понятие для объяснения возникновения и развития всего живого.

Если следовать концепции «биохимической эволюции» Опарина — Холдейна, то эволюция организмов означает развитие сложных организмов из предшествующих более простых организмов, которые образовались из предбиологических структур с течением времени на Земле. Принято считать, что теория эволюции была создана Ч. Дарвином и впервые изложена в его знаменитой книге «Происхождение видов» (1859), подо этой работы Ч. Дарвина уже существовали различные гипотезы об эволюции. Многих исследователей давно интересовал вопрос о происхождении видов и само понятие вида. Термин «вид» (лат. species — взгляд, образ) был использован К. Линнеем (1707—1778) для классификации организмов по их сходству и четкому различию признаков. При этом он полагал, что виды — это реальные образования в природе и в пределах одного вида многие его существенные признаки меняются постепенно, что позволяет их выстроить в определенный род. В его классификации брались во внимание только внешние признаки. Он считал, что роды возникли по отдельности, а виды — варианты родов. Через 100 лет после создания этой классификации была разработана французским ученым М. Б. Ламарком (1744−1829) гипотеза об эволюции, основанная на двух предпосылках: упражнение (и не упражнение) частей организма и наследование приобретенных признаков. Эта гипотеза развивала идею о том, что организмам свойственно внутреннее стремление к совершенствованию под действием окружающей среды. Например, длинная шея жирафа — результат упражнений многих поколений этого вида для добывания необходимых им листьев с деревьев. Гипотеза Ламарка породила исследовательскую дилемму: если виды неизменны, то они дискретны и поэтому реальны, если же они изменчивы во времени, то в природе они как реальные образования не могут встречаться. Ж.-Б. Ламарк пришел к выводу, это термин «вид» имеет лишь техническое, инструментальное значение. Эта дилемма рассматривалась Ч. Дарвином, но ее разрешение было достигнуто только к середине ХХ в. в рамках так называемой синтетической теории эволюции, созданной благодаря работам таких ученых, как З. И. Вавилов (1900—1943), американский биолог Э. Майр (р. 1904), Н. В. Тимофеев-Ресовский (1900—1981) и другие.

В этой теории вводится понятие биологической концепции вида: виды реальны, состоят из особей, а все особи вида имеют общую генетическую программу, которая возникла в ходе предшествующей эволюции.

С учетом этих критериев существует несколько определений вида. Например, с учетом эколого-географического фактора вид представляется группой особей, занимающих одну и ту же экологическую нишу: два разных вида никогда не могут занимать одну экологическую нишу. Концепция биологического вида предполагает свободное скрещивание в пределах популяции и межпопуляционных связей, которое поддерживает целостность вида. Однако это положение не работает в случае бесполого размножения, партеногенетических и самооплодотворяющихся видов.

Основная идея Ч. Дарвина состоит в том, что он предложил изучение эволюции не с изучения отдельных особей, а с сообществ особей, популяций. Взаимодействие между родственными особями в популяции приводит в теории Ч. Дарвина к эволюции организмов. Теория эволюции Ч. Дарвина предложила два основных принципа: принцип естественного отбора и принцип дивергенции (лат. divergentis — расхождение). Последний принцип, как полагал Ч. Дарвин, может быть использован для объяснения видового разнообразия организмов на Земле. Он полагал, что сходные организмы связаны узами родства и происходят от одного предка. Развитие эволюционной теории Ч. Дарвина произошло в определенной степени под влиянием идеи, сформулированной английским экономистом священником Т. Мальтусом (1766—1834).

В 1778 г. Томас Мальтус опубликовал работу «Трактат о народонаселении», в котором описал негативные последствия не сдерживаемого ничем естественного роста населения (предположение Мальтуса о росте численности по геометрической профессии не подтвердилось, но проблема была поставлена правильно, о чем говорят современные проблемы роста численности населения). Рассуждения Т. Мальтуса были должным образом оценены двумя исследователями независимо друг от друга Ч. Дарвином и А. Уоллесом (1823—1913), который первым стал использовать термин «дарвинизм».

В 1853 г. Уоллес изложил на 20 страницах собственные идеи объяснения, каким образом происходит эволюция, и послал их Ч. Дарвину. Далее Дарвин и Уоллес выступили в июне 1858 г. с докладами о своих идеях на заседании Лондонского Королевского общества. Спустя почти год Дарвин опубликовал свою знаменитую книгу «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859).

Теория Дарвина — Уоллеса не доказывала существования эволюции в живой природе, а предлагала объяснение механизма, как она может происходить. В частности, она утверждала, что естественный отбор дает объяснение возникновению новых видов из предшествующих:

Факт 1. Особи, входящие в состав популяции, обладают большим потенциалом размножения.

Факт 2. Число особей в каждой данной популяции примерно постоянно.

Факт 3. Во всех популяциях существует изменчивость.

Выводы из этих фактов:

• 1. Многие особи не могут оставить после себя потомство. В популяции идет борьба за существование.
• 2. В популяции наиболее приспособленные к условиям жизни имеют больше преимуществ оставить после себя потомство, чем менее приспособленные. Вывод под номером 2 выражает гипотезу о естественном отборе как механизме эволюции. Авторы трехтомного труда «Биология» считают, что теория эволюции Дарвина обрела множество неверных представлений о ней: 1) Дарвин не пытался объяснить возникновение жизни на Земле, поскольку в его время для этого не было достаточных знаний; 2) естественный отбор — это не разрушающая негативная сила, а механизм, с помощью которого в популяцию вносятся новшества.

Английский философ Г. Спенсер (1820—1903), изучая идею естественного отбора, ввел такие неадекватные научному понятию эволюции термины, как «выживание более приспособленных» и «устранение менее приспособленных», которые были подхвачены тогдашней прессой.

3. Прямолинейная трактовка прессой того времени концепции естественного «происхождения человека от обезьяны» создала негативное отношение религиозного общества к эволюционным идеям Ч.Дарвина.

В современных представлениях эволюции используется термин «неодарвинизм»: теория органической эволюции путем естественного отбора признаков, детерминированных генетически. Для того чтобы обосновать так сформулированную неодарвинистскую теорию, необходимо иметь следующую достоверную информацию:

• 1) установить факт изменения форм жизни в прошлом;
• 2) выявить механизм, производящий эволюционные изменения на генетическом уровне (отбор генов);
• 3) доказать эволюцию, происходящую в настоящее время и в будущем.

Сформулированная во второй половине прошлого века теория молекулярной эволюции позволила исследовать и уточнить основные положения неодарвинизма: изменение генома, возникновение новых генов, роль мутаций генов, активность и пассивность генов в приспособляемости организмов и другие вопросы. Например, американские исследовали Э. Цукеркандль и К. Полинг, определяя скорость эволюции разных белков как число аминокислотных замен в год на данную позицию в белке, а скорость эволюции гена как число нуклеотидных замен на данную позицию в ДНК, предложили метод определения дивергенции теории эволюции Ч.Дарвина. Эти авторы построили модель эволюции альфа-глобиновых молекул, которая уточнила время дивергенции видов, т. е. момент, когда два существующих сегодня вида имели общего предка. Например, согласно этим методам общий предок человека и карпа существовал 400 млн лет тому назад, а человека и собаки — 70 мл н лет тому назад. Эти результаты проверялись и на других белках этих же видов. Изучение эволюции на молекулярном уровне подтверждает, по мнению ряда микробиологов, важную роль естественного отбора на генетическом уровне: мутации, которые снижают активность важных генов и их частей, бракуются. Это обстоятельство лежит в основе гипотезы о нейтральной эволюции на молекулярном уровне, представители которой утверждают, что значительная часть генных мутаций не влияет на приспособляемость организмов. Эти нейтральные мутации закрепляются в популяции за счет дрейфа генов.

Представления об эволюции живого постоянно углубляются и расширяются современным естествознанием. В частности, представители концепция «2К» считают, что главным фактором эволюции является взаимопомощь и сотрудничество. Американский ученый Линн Маргулис развивает эту идею на клеточном уровне, утверждая, что митохондрии (поставщики энергии в клетке) раньше существовали отдельно, но затем были гармонично соединены с другими элементами клетки.