Основні теорії еволюції

Зміст
Введення
1. Моделювання - як метод природно-наукових досліджень
2. Вчення Чарльза Дарвіна про фактори еволюції
3. Сучасні уявлення про еволюцію
Висновок
Література

Введення

Проблема походження й еволюції життя відноситься до найбільш цікавим і в той же час найменш дослідженим питань, пов'язаних з філософією і релігією. Труднощі її полягає в тому, що коли наука підходить до проблем розвитку як створення якісного нового, вона виявляється у межі своїх можливостей як галузі культури, заснованої на доказах та експериментальної перевірку тверджень.
Вчені сьогодні не в змозі відтворити процес виникнення життя з такою ж точністю, як це було кілька мільярдів років тому. Навіть найбільш ретельно поставлений досвід буде лише модельним експериментом, позбавленим ряду факторів, що супроводжували появу живого на Землі. Тим не менш, уявлення про зародження життя поступово розширюються, з'являються нові математичні, екологічні, ігрові, біологічні, молекулярні та ін моделі.
Питання про походження життя цікавий не тільки сам по собі, а й у тісному зв'язку з проблемою еволюції життя. Стосовно до живої природи еволюція розуміється як освіта більш складних видів з простих. Існує цілий ряд теорій і гіпотез, що пояснюють: як відбувається це утворення; чи існує доцільність розвитку в природі; яка роль випадковості; що є джерелом розвитку - тренування органів, боротьба за існування і виживання найбільш пристосованих, здатність до взаємодопомоги, природні катастрофи (комети, зміни температури) і пр.
Природа як об'єкт вивчення природознавства складна й різноманітна у своїх проявах: вона безперервно зміняться, і знаходиться в постійному русі. Коло знань про неї стає все ширше, з'являються все більш нові ідеї та нові природничі концепції.

1. Моделювання - як метод природно-наукових досліджень

Метод нерозривно пов'язаний з теорією; метод - це сукупність дій, покликаних допомогти досягненню бажаного результату. Існують загальні - застосовуються не тільки в науці, але і в інших галузях діяльності методи; загальнонаукові методи - методи, які застосовуються у всіх галузях науки; і методи конкретно - наукові - специфічні для окремих розділів науки.
Серед загальних методів можна виділити моделювання - вивчення об'єкта (оригіналу) шляхом створення та дослідження його копії (моделі), замісної оригінал з певних сторін, що цікавлять дослідника. [1]
Модель - це тіло, розміри і маса яких пропорційно зменшена у порівнянні з реальними тілами. Результати модельних експериментів можна вважати пропорційними результатами взаємодії реальних тіл.
У сучасній науці і техніці моделювання набуває все більшого поширення. Якщо модель має з оригіналом однакову фізичну природу, то ми маємо справу з фізичним моделюванням. Модель може будуватися і за принципом математичного моделювання, якщо вона має іншу природу, але її функціонування описується системою рівнянь, тотожною тій, яка описує досліджуваний оригінал. Модель може також існувати і у вигляді гри.
Моделювання широко застосовується тому, що дозволяє дослідити процеси, характерні для оригіналу, за відсутності самого оригіналу та в умовах не вимагають його наявності.
Це часто буває з-за незручності дослідження самого об'єкта і з інших міркувань: дорожнеча, недоступність, труднощі доставки, неозорість його і т.п.
Процес еволюції можна зіставити з так званими "стратегічними" іграми, - певними моделями, у яких правила або закони взаємодіють з випадковостями. Дотримуючись єдності Природи і Духа, такі моделі називають "грою в бісер". При ускладненні гри можна отримати флуктуацію "виживання" шляхом природного відбору, тому ігри такого типу називаються вже "іграми в селекцію". Існує також гра під назвою "Життя" - дана модель імітує еволюцію і самовідтворення живих систем.
Т.ч. за допомогою ігрових моделей відбувається процес розуміння реальної еволюції. Теорія ігор для еволюції пропонує закон: не можна виразно й однозначно передбачити як кінцевий стан живої системи, так і шлях до нього. Можна окреслити можливості, вказати неможливе, дати якісь обмеження. Оскільки відомо, що еволюція супроводжується зростанням цінності інформації, то оптимальним буде той шлях, який забезпечує монотонний зростання цінності інформації за допомогою відбору нових форм - це висновок теорії оптимізації.
Німецький фізико-хімік Ейген Манфред вважав, що в основі еволюції лежить випадок і закономірність. Шлях до розуміння природи складається з трьох стадій: накопичення інформації, трансляція, перехід до самоорганізації. Остання стадія відповідає переходу до живої клітини, народженню з мономерів полімерів через конкуренцію циклів хімічних реакцій і природний Дарвіном відбір.
Всі живі організми - високоупорядоченние системи. Вони володіють складними структурами, які підтримують і навіть відтворюють себе завдяки злагодженому механізму зв'язку поведінкових і хімічних процесів. В якості джерела такого порядку виступає еволюція. Біологічний порядок частково відображає спонтанну впорядкованість, на тлі якої діє механізм природного відбору. Природний відбір надав певну форму, але не вивів загальні закономірності розвитку індивідуального організму.

2. Вчення Чарльза Дарвіна про фактори еволюції

Під еволюцією живого світу розуміють процес розвитку природи з часу виникнення життя до цього часу. [2] У ході еволюції змінювалися і виникали нові види, з'являлися все більш складні форми живих організмів, причому живе пристосовувалося до змін навколишнього середовища.
Ідеї ​​еволюції вперше виникли ще у XVIII столітті у французького натураліста Ж. Бюффона, який схилявся до думки про поступове вдосконалення живих організмів, а його співвітчизник Ж. Ламарк вперше спробував створити струнку теорію еволюції життя на землі. Приблизно в той же час англієць Ч. Лайєль в результаті своїх геологічних досліджень вивів принцип уніформізм, відповідно, з яким повільні незначні зміни приводять до вражаючих результатів, якщо відбуваються довго в одному напрямку.
Ідеї ​​Лайєля справили великий вплив на англійського натураліста Чарльза Дарвіна. У 1831 р. він відправився в кругосвітнє плавання, прихопивши з собою тільки що вийшов перший том "Основ геології" Лайєля, а через п'ять років привіз з подорожі величезну кількість матеріалів про мінливість організмів і видів і переконання, що все тварина і рослинне царство, яким ми його знаємо сьогодні, - результат поступового дуже тривалого розвитку складного органічного світу.
Здатність до розмноження, властива всьому живому, забезпечує збереження виду. Чисельність усіх популяцій на землі контролюється різними факторами середовища (простір, світло, їжа, тепло). Досліджуючи і зіставляючи величезний матеріал, Дарвін почав розуміти, що в умовах інтенсивної конкуренції між членами популяції будь-які зміни, сприятливі для виживання в даних умовах, підвищують здатність особини до розмноження і залишенню плодовитого потомства. Ці міркування послужили кістяком для сформульованої ним в 1839 році теорії еволюції шляхом природного відбору.
Спираючись на величезний фактичний матеріал і практику селекційної роботи по виведенню нових сортів рослин та порід тварин Дарвін сформував основні принципи своєї еволюційної теорії:
1) мінливість є невід'ємним властивістю всього живого. У природі не можна виявити два абсолютно однакових тотожних організму. Чим ретельніше і глибше ми вивчаємо природу, тим більше переконуємося в загальному принципі мінливості.
Дарвін розрізняв два типи мінливості:
"Індивідуальна" - та, яка передається у спадок;
"Групова" - до неї схильні ті групи організмів, які виявляються під впливом певного фактора зовнішнього середовища.
2) принцип полягає в розкритті внутрішнього протиріччя в розвитку живої природи. Воно полягає в тому, що з одного боку всі види організмів мають тенденцію до розмноження в геометричній прогресії, а з іншого - виживає і досягає зрілості лише невелика частина потомства.
3) принцип природного відбору. Він грає фундаментальну роль в теорії еволюції не тільки Дарвіна, а й усіх теорій з'явилися пізніше.
За допомогою цього принципу вдалося задовільно пояснити, чому з величезного безлічі живих організмів виживають лише деякі.
Суть природного відбору полягає в наступному. Людині з давніх пір було ясно, що харчові ресурси для будь-якого виду тварин (рослин) у певній місцевості обмежені. А здатність до розмноження? Вона ж не має меж. Цифри тут настільки ж прості, як і вражаючі. Якщо б з усіх яєць, відкладених одним птахом, вилупилися пташенята, виросли і самі дали потомство, а потомство цього потомства теж би збереглося повністю, і так тривало б, скажімо, 15 років, то загальне число нащадків однієї пари досягла б десяти мільйонів.
Однак так практично ніколи не відбувається. Кількість птахів, тварин, рослин залишається незмінним (або змінюється в невеликих межах як у бік збільшення, так і в бік зменшення) нерідко протягом багатьох століть. Це значить, що далеко не з усіх яєць вилуплюються пташенята, не всі пташенята стають дорослими птахами і, нарешті, не всі дорослі особини залишають потомство. Кому ж везе, кому випадає щасливий жереб? Очевидно, тим, кому вдається захопити потрібну кількість їжі, уберегтися від ворогів - словом, тим, кому вдається перемогти в боротьбі за існування.
У боротьбі за існування перемагають, таким чином, краще пристосовані до життя, до умов навколишнього середовища. Наприклад, частина дерев у лісі пригнічена: їм не вистачає місця під сонцем, і тут, як і у тваринному світі, теж відбувається відбір. Однак відбирає тут вже не людина, а сама природа. Саме умови природного середовища ведуть відбір найбільш пристосованих - природний відбір. [3] Цим пояснюється і доцільність органічних форм. Пристрій тварини або рослини не тому доцільно, що хтось пристосував даний організм для певної мети, а тому, що з усього різноманіття форм виживали і могли залишати потомство особини, краще за інших пристосовані до даних умов.
Т.ч. природний відбір може служити свого роду механізмом еволюції. І не так важливо, яка конкуренція має місце - всередині або міжвидова; вирішальним чинником, що визначає виживання, є пристосованість до середовища. Будь-яке, нехай саме незначне фізичне, фізіологічне або поведінкове зміна, що дає одному організму перевагу перед іншим, буде діяти в "боротьбі за існування" як селективну перевагу. Сприятливі зміни будуть передаватися наступним поколінням, а несприятливі - елімінувати відбором, так як вони не вигідні організму. Діючи, таким чином, природний відбір веде до підвищення "потужності" вигляду, а в філогенетичному плані - забезпечує його виживання.

3. Сучасні уявлення про еволюцію

Сучасна теорія еволюції побудована з теорії Дарвіна, тому її називають неодарвінізмом. Головною заслугою Дарвіна було встановлення механізму еволюції, що складається в природному відборі організмів, найбільш пристосованих до зовнішніх умов, і поступовому накопиченні набутих ознак. Те, що ці ознаки не розсіюються в наступних поколіннях, було пояснено дискретним спадкуванням генів за законами Менделя - австрійського дослідника природи, основоположника вчення про спадковість
Окрім природного відбору, безумовно, одного з найважливіших чинників еволюції, вчені називали і інші. В якості одного з них виступає випадковість. Джерелами мінливості служать випадкові генні або хромосомні мутації. Особливо важливу роль відіграють випадкові процеси в маленьких популяціях. Фактично кожне покоління нащадків містить вибірку з генів, що були в попередньому поколінні. Якщо перехресних популяція невелика, то частоти деяких генів можуть раптово зміниться за одну чи кілька поколінь. Така зміна частоти генів називають генетичним дрейфом.
До факторів еволюції можна віднести і взаємодопомога, і кооперацію, яку виділив російський князь, геолог П.А. Кропоткін, спостерігаючи переміщення великих мас тварин у Східному Сибіру.
Ідеї ​​Дарвіна широко обговорювалися - частково через неточності у визначенні й розумінні термінів (спадковість і пристосовність), частково з-за неправильного тлумачення цих слів послідовниками вчення. Крім того, природний відбір повинен був займати досить великі проміжки часу.
Отже, самим слабким місцем у вченні Дарвіна були уявлення про спадковість, які піддавалися серйозній критиці. У той час учені, в тому числі і Дарвін ще не знали законів успадкування ознак. Щоправда, відомо було, що іноді ознаки можуть проявлятися не у всіх поколіннях поспіль. Вважали, однак, що спадковість в цілому заснована на принципі змішування, за винятком окремих випадків. Наприклад, у якого то рослини можуть бути або білі, або червоні квітки. При механізмі змішування у гібрида квітки повинні бути рожевими. У багатьох випадках так і буває.
Аналізуючи механізм усереднення ознак, британський інженер і фізик Ф. Дженкін, в 1867 на підставі суворих математичних викладок довів, що в разі усереднення ознак при схрещуванні природний відбір не працює, а що з'явилися нові ознаки з часом зникнуть. Дарвін так і не знайшов переконливого спростування його докази і все життя його переслідував цей "кошмар Дженкінса".
І лише виникнення генетики дало можливість спростувати заперечення Дженкінса. Генетика допомогла дарвінізму, пояснивши, що з'явився ознака не може зникнути, т.к спадковий апарат зберігає випадково виник у ньому, подібно до того, як зберігаються помилки в книгах при їх відтворенні.
У 30-ті роки XX століття американський генетик Сьюалл Райт і англійський біолог Берден Холдейн, дослідивши генетичні процеси, що відбуваються всередині виду і завершуються утворенням різновидів, що призводять потім до появи нового виду, сформували вчення про мікро еволюції і прийшли до висновку, що генетика може служити фундаментом дарвінівської ідеї.
Свій внесок у дослідження генотипової мінливості в кінці 60-х років ХХ століття внесли російські вчені Н.В. Тимофєєв-Ресовський, М.М. Воронцов, А.В. Яблоков. У їх теорії еволюції елементарною одиницею є популяція, а для виникнення стійких еволюційних зрушень потрібно дія не менше чотирьох еволюційних факторів: мутацій, флуктуацій чисельності особин ("хвилі життя"), ізоляції та природного відбору.
Мутації - поставляють елементарний еволюційний матеріал, але самі мутації ще не забезпечують еволюцію, оскільки відбуваються у різних напрямках і можуть призвести до руйнування набутого. Новий вид може початися у разі мутації, що дала репродукційного ізоляцію за один стрибок. Виниклі особини називають поліплоїдних, вони можуть розмножуватися самі по собі, але не можуть схрещуватися зі своїми нормальними родичами і тому виявляються репродуктивно ізольованими від них.
Ізоляція - теж важливий фактор еволюції, вона може бути просторової, сезонної і пр.
Флуктуації чисельності - також відбуваються в різних напрямках і не надають певного напряму спадковим перетворенням.
Природний відбір - виступає у двох формах: рушійною та стабілізуючої. Рушійний відбір виробляє закономірне зміна популяцій в певному напрямку, а стабілізуючий - вдосконалює процеси індивідуального розвитку особин, не змінюючи ознак організмів.
На загальну думку вчених еволюція - це повільний процес, мутантні гени виникають рідко і ще рідше виявляються благоприятней вже існуючих. Зараз багато еволюціоністи вважають, що у деяких видів еволюція відбувається по типу "переривчастого рівноваги", тобто довгий час види практично не змінюються або частоти різних генів залишаються поблизу деякого положення рівноваги, що визначається загальними селективними чинниками. Потім відбувається якесь різке зміна навколишнього середовища або велика генетична мутація, що змінює генофонд, і за кілька тисяч років (це швидко в еволюційних масштабах часу) з'являється новий вид зі своїм генетичним рівновагою.
Матеріал для еволюції стохастич (випадковий), але сама вона є спрямованою. Природний відбір, будучи напрямних фактором, визначає спрямований рух біосфери, створення порядку з хаосу.

Висновок

Еволюція - процес тривалих, повільних, поступових змін, які в кінцевому підсумку призводять до змін якісним, докорінно, і завершуються виникненням нових матеріальних систем, структур, форм і видів. Саме такий зміст надається еволюції в торії Дарвіна і що з'явилися після нього гіпотезах і теоріях.
Генетика призвела до нових уявлень про еволюцію, що отримав назву "неодарвінізму", який можна визначити як "теорію органічної еволюції шляхом природного відбору ознак, детермінованих генетично". Інша загальноприйнята назва сучасної еволюційної теорії - "синтетична теорія еволюції".
Механізм еволюції став розглядатися як що складається з двох частин: випадкові мутації на генетичному рівні і успадкування найбільш вдалих з точки зору пристосування до навколишнього середовища мутацій, так як їх носії виживають і залишають потомство.
Сучасна теорія еволюції включає дані генетики, палеонтології, молекулярної біології, екології, етології. Хоча поки ще не створено твердо встановлених законів еволюції, але є добре підкріплені досвідченими фактами гіпотези, що складають у сукупності теорію. Еволюцію в минулому підтверджують дані біогеографії, порівняльної ембріології і біохімії. Біохіміки здійснили дарвінівську еволюцію на молекулярному рівні, довівши, що популяції макромолекул можна змусити розвиватися в бажану сторону, проводячи цикли селекції і мутації. Еволюцію в даний час можна продемонструвати селекцією рослин і тварин, вивченням адаптивної радіації, порівняльної біохімії і ембріології. В даний час досліджується і сам механізм, що виробляє еволюційні зміни.

Література

1. Горєлов А.А. Концепції сучасного природознавства: Курс лекцій. - М.: Центр, 2002. - 208 с.
2. Гусейханов М.К. Концепції сучасного природознавства: Підручник. - М.: Видавничо-торгова корпорація "Дашков і К", 2004. -692 С.
3. Дубніщева Т.Я. Концепції сучасного природознавства: Підручник М.: ІКЦ "Маркенінг", 2001. - 832 с.
4. Канке В.А. Концепції сучасного природознавства: Підручник для вузів. - М.: Логос, 2002. - 368 с.
5. Карпенків С.Х. Концепції сучасного природознавства: Підручник для вузів. - М.: Вища школа, 2003. - 488 с.
6. Лавриненко В.М. Концепції сучасного природознавства: Підручник для вузів. - М.: ЮНИТИ - ДАНА, 2001. - 303 с.
7. Поті М.І. Концепції сучасного природознавства: Підручник для вузів. - СПб.: Вид - во "Пітер", 1999. - 352 с.
8. Рузовін Г.І. Коцепция сучасного природознавства: Підручник для вузів. - М.: Культура і спорт, ЮНИТИ, 1999. - 288 с.
9. Скопин А.Ю. Концепції сучасного природознавства: Підручник. -М.: ТК Велбі Вид-во Проспект, 2003. - 392 с.