Принципы биологической эволюции

План I Структурные уровни организации живой материи 1.Сущность живого, его основные признаки 2.Клетка как элементарный структурный компонент живой материи 3.Принципы биологической эволюции II Современная научная картина мира
1.Понятие научной революции. Место научных революций в формировании научной картины мира 2.Понятие научной картины мира. Исторические типы научной картины мира 3.Принцип глобального эволюционизма 4.Синергетика III Геронтология и эволюционная биология IV Групповой естественный отбор на жажду познания I Структурные уровни организации живой материи. 1.Сущность живого, его основные признаки. В развитии биологии выделяют три основных этапа. Первый - систематики (Карл Линней), второй - эволюционный (Чарльз Дарвин), третий - микробиологии (Грегор Мендель). Современная биология при описании живого идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность данных свойств может дать представление о специфике жизни. Первое. Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах. Второе. Живые организмы получают энергию из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядоченности. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию. Третье. Живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Способность реагировать на внешние раздражители - универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных. Четвертое. Живые организмы способны не только изменяться, но и усложняться. Они могут создавать новые органы, отличающиеся от породивших их структур. Пятое. Живое способно к самовоспроизведению. Шестое. Живые организмы способны передавать потомкам заложенную в них информацию, содержащуюся в генах - единицах наследственности. Эта информация в процессе передачи может видоизменяться и искажаться. Это предопределяет изменчивость живого. Седьмое. Живые организмы способны приспосабливаться к среде обитания и своему образу жизни. Из совокупности этих признаков вытекает следующее обобщенное определение сущности живого: Жизнь есть форма существования сложных, открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению. Важнейшими функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые кислоты. Структурный или системный анализ обнаруживает, что мир живого чрезвычайно многообразен и имеет сложную структуру. Условно на основе критерия масштабности можно выделить следующие уровни организации живого вещества: Биосферный. Включает всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой. Уровень биогеоцинозов. Отражает структуры, состоящие из участков Земли с определенным составом живых и неживых компонентов, представляющих единый природный комплекс - экосистему. Популяционно-видовой уровень. Образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида. Организменный и органно-тканевый уровни. Отражают признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых существ. Клеточный и субклеточный уровни. Отражают особенности специализации клеток, а также внутриклеточные структуры. Молекулярный уровень. Отражает особенности химизма живого вещества, а также механизмы и процессы передачи генной информации. 2.Клетка как элементарный структурный компонент живой материи. Живая клетка является фундаментальной частицей структуры живого вещества. Она является простейшей системой, обладающей всем комплексом свойств живого, в том числе способностью переносить генетическую информацию. Клеточная теория была создана немецкими учеными Теодором Шванном и Матиасом Шлейденом. Ее основное положение состоит в утверждении, что все растительные и животные организмы состоят из клеток, сходных по своему строению. Исследования в области цитологии показали, что все клетки осуществляют обмен веществ, способны к саморегуляции и могут передавать наследственную информацию. Жизненный цикл любой клетки завершается или делением и продолжением жизни в обновленном виде, или гибелью. Вместе с тем выяснилось, что клетки весьма многообразны, они могут существовать как одноклеточные организмы или в составе многоклеточных. Срок жизни клеток может не превышать нескольких дней, а может совпадать со сроком жизни организма. Размеры клеток сильно колеблются: от 0,001 до 10 см. Клетки образуют ткани, несколько типов тканей - органы, группы органов, связанные с решением каких-либо общих задач называются системами организма. Клетки имеют сложную структуру. Она обособляется от внешней среды оболочкой, которая , будучи неплотной и рыхлой, обеспечивает взаимодействие клетки с внешним миром, обмен с ним веществом, энергией и информацией. Метаболизм клеток служит основой для другого их важнейшего свойства - сохранения стабильности, устойчивости условий внутренней среды клетки. Это свойство клеток, присущее всей живой системе, называют гомеостазом. Гомеостаз, то есть постоянство состава клетки, поддерживается метаболизмом, то есть обменом веществ. Обмен веществ - сложный, многоступенчатый процесс, включающий доставку в клетку исходных веществ, получение из них энергии и белков, выведение из клетки в окружающую среду выработанных полезных продуктов, энергии и отходов. В настоящее время к миру живого относят также вирусы, которые не имеют клеточной структуры. Кроме того, существуют также некоторые организмы с клеточным строением, клетки которых не имеют типичной структуры. Это так называемые прокариоты, их клетки не имеют ядер. Прокариоты являются историческими предшественниками организмов с развитыми клетками. К ним относят бактерии и сине-зеленые водоросли. Нити нуклеиновых кислот у этих клеток расположены не в ядре, а в цитоплазме. Общепризнано, что структуры, управляющие жизнедеятельностью клетки, расположены в ядре в длинных цепях молекул нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), исходной единицей которых является ген (от греч. «рождающий»).3.Принципы биологической эволюции. 3.Принципы биологической эволюции. Интенсивное проникновение эволюционной парадигмы в биологию началось в конце XVIII в. благодаря работам французского биолога Ламарка. Ламарк объяснил изменчивость видов взаимодействием двух факторов: влияния внешней среды (питание, климат, упражнение органов) и наследственности. Проблемы, поставленные Ламарком, были успешно разрешены Ч. Дарвином в его работе «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859), которая заложила основу учения о биологической эволюции. Это наука о причинах, движущих силах и закономерностях изменения и развития живых организмов. Эволюционное учение является теоретической основой современной биологии. С точки зрения теории эволюции все многообразие живой природы является результатом действия трех взаимосвязанных факторов: наследственности, изменчивости и естественного отбора. Эти выводы теории эволюции базируются на следующих наблюдениях. Во-первых, в любой популяции животных наблюдается изменчивость составляющих ее особей. Во-вторых, некоторые из этих изменений получены от родительских особей, другие являются результатом приспособления к окружающей среде и приобретены в течение жизни. В-третьих, рождается, как правило, гораздо большее число организмов, чем доживает до стадии размножения. Причем выживают те организмы, которые обладают сочетанием признаков, повышающих вероятность их выживания и размножения. Если эти признаки закреплены в генах, они передаются потомству. Наиболее ярко эволюционные процессы проявляются на уровне популяций (длительно существующих групп особей, устойчиво сохраняющихся на протяжении жизни многих поколений). Виды, как правило, состоят из нескольких популяций, хотя бывают и исключения. Появление элементарных эволюционных изменений в популяции, то есть ее новых устойчивых признаков, передающихся по наследству через несколько поколений зависит от следующих эволюционных факторов. Первое. Перестройка генов - мутационный процесс. Является основой разнообразия особей в популяциях, но он основан на случайности и не определяет направление эволюции. Второе. Популяционные волны - резкие колебания численности особей, они могут резко менять число встречающихся мутаций, создавая те или иные предпосылки для эволюционных изменений. Третье. Изоляция - возникновение препятствий, уменьшающих возможности обмена генетической информацией с другими группами особей данного вида. Она выступает как фактор, закрепляющий начальную стадию дифференциации генофонда обособившейся группы. Четвертое. Естественный отбор - выживание и оставление потомства. Этот фактор действует на всех стадиях развития особи, причем отбор закрепляет именно те особенности, которые полезны данному виду как целому. Эти признаки могут быть вредны для особи, но полезны для популяции. Таким образом, весь ход эволюции видов ведет к тому, что признаки, обеспечивающие выживание в данных условиях, встречаются в популяции все чаще от поколения к поколению, определяя направление развития вида. Эволюция есть направленный процесс исторического изменения живых организмов. Указанные факторы действуют не только на популяционном и видовом уровне как микроэволюции, но также и на надвидовом уровне как макроэволюция, образуя новые виды и классы живого. Современная сложная структура живого является результатом продолжавшейся миллионы лет макро- и микроэволюци.
Комплекс представлений о макро- и микроэволюции, сложившийся к середине ХХ в., стали называть синтетической теорией эволюции. Генетика - это биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Она является научной основой для разработки методов селекции, то есть создания новых пород животных, видов растений и т.д.
Основными направлениями исследований ученых-генетиков в ХХ в. стали: Изучение элементарных материальных структур, которые являются носителями генетической информации, единицами наследственности. Исследование механизмов и закономерностей передачи генетической информации. Изучение механизмов реализации генетической информации, ее претворение в конкретные признаки и свойства организма. Выяснение причин и механизмов изменения генетической информации на разных этапах развития организма. Крупнейшие открытия современной генетики связаны с установлением способности генов к перестройке - мутирование. Мутации могут быть полезными, вредными или нейтральными. Одним из результатов мутаций может быть появление организма нового вида - мутанта. Причины мутаций (изменения генной информации) до конца не выяснены. Однако установлены основные факторы, вызывающие мутации, так называемые мутагены. Известно, например, что мутации могут вызываться некоторыми общими условиями, в которых находится организм: его питанием, температурным режимом и т.д. или действием экстремальных факторов, например, некоторых химических веществ или радиоактивных элементов. Одним из наиболее опасных видов мутагенов являются вирусы. II Современная научная картина мира. 1.Понятие научной революции. Место научных революций в формировании научной картины мира. Как это видно из рассмотренных нами ранее теоретических моделей развития науки одним из важнейших понятий является научная революция. Различные исследователи в это понятие вкладывают разный смысл, самая радикальная интерпретация заключается в признании одной единственной революции, которая состоит в победе над невежеством, суевериями и предрассудками, в результате чего и рождается наука. Другая интерпретация сводит революцию к ускоренной эволюции, с этой точки зрения любая научная теория может быть модифицирована, но не опровергнута. Самую оригинальную концепцию научной революции предложил К. Поппер, ее можно назвать концепцией «непрерывной революции», по его мнению, научной может считаться только та теория, которая допускает принципиальную возможность своего опровержения. Поскольку ни одна из теорий не может охватить все многообразие мира, ее объяснительный потенциал оказывается исчерпанным, потенциальная опровержимость превращается в актуальную, поэтому одна теория сменяется другой. Все эти трактовки термина «научная революция» являются возможными» но не достаточно строгими, в буквальном переводе термин «революция» означает переворот, следовательно, не любые изменения следует рассматривать как революцию, а только такие которые связаны с изменением всех существенных элементов: фактов, закономерностей, теорий методов, в и всей научной картины мира. 2.Понятие научной картины мира. Исторические типы научной картины мира. Научная картина мира это - множество теорий в совокупности описывающих известный человеку природный мир, целостная система представлений об общих принципах и законах устройства мироздания. Поскольку картина мира это системное образование, ее изменение нельзя свести ни к какому единичному, пусть и самому крупному и радикальному открытию. Как правило, речь идет о целой серии взаимосвязанных открытий, в главных фундаментальных науках. Эти открытия почти всегда сопровождаются радикальной перестройкой метода исследования, а так же значительными изменениями в самих нормах и идеалах научности. Таких четко и однозначно фиксируемых радикальных смен научной картины мира, научных революций в истории развития науки можно выделить три, обычно их принято персонифицировать по именам трех ученых сыгравших наибольшую роль в происходивших изменениях. Аристотелевская (VI-IV века до нашей эры) в результате этой научной революции возникла сама наука, произошло отделение науки от других форм познания и освоения мира, созданы определенные нормы и образцы научного знания. Наиболее полно эта революция отражена в трудах Аристотеля. Он создал формальную логику, т.е. учение о доказательстве, главный инструмент выведения и систематизации знания, разработал категориально понятийный аппарат. Он у твердил своеобразный канон организации научного исследования (история вопроса, постановка проблемы, аргументы за и против, обоснование решения), дифференцировал само знание, отделив науки о природе от математики и метафизики Ньютоновская научная революция (XVI-XVIII века), Ее исходным пунктом считается переход от геоцентрической модели мира к гелиоцентрической, этот переход был обусловлен серией открытий, связанных с именами Н. Коперника, Г. Галилея, И. Кеплера, Р. Декарта, И. Ньютон, подвел итог их исследованиям и сформулировал базовые принципы новой научной картины мира в общем виде. Основные изменения: Классическое естествознание заговорило языком математики, сумело выделить строго объективные количественные характеристики земных тел (форма величина, масса, движение) и выразить их в строгих математических закономерностях. Наука Нового времени нашла мощную опору в методах экспериментального исследования, явлений в строго контролируемых условиях. Естествознания этого времени отказалось от концепции гармоничного, завершенного, целесообразно организованного космоса, по их представления Вселенная бесконечна и объединена только действием идентичных законов. Доминантой классического естествознания, становится механика, все соображения, основанные на понятиях ценности, совершенства, целеполагания, были исключены из сферы научного поиска. В познавательной деятельности подразумевалась четкая оппозиция субъекта и объекта исследования. Итогом всех этих изменений явилась механистическая научная картина мира на базе экспериментально математического естествознания. Эйнштейновская революция (рубеж XIX-XX веков). Ее обусловила сери открытий (открытие сложной структуры атома, явление радиоактивности, дискретного характера электромагнитного излучения и т.д.). В итоге была подорвана, важнейшая предпосылка механистической картины мира - убежденность в том, что с помощью простых сил действующих между неизменными объектами можно объяснить все явления природы. Фундаментальные основы новой картины мира: общая и специальная теория относительности (новая теория пространства и времени привела к тому, что все системы отсчета стали равноправными, поэтому все наши представления имеют смысл только в определенной системе отсчета. Картина мира приобрела релятивный, относительный характер, видоизменились ключевые представления о пространстве, времени, причинности, непрерывности, отвергнуто однозначное противопоставление субъекта и объекта, восприятие оказалось зависимым от системы отсчета, в которую входят и субъект и объект, способа наблюдения и т.д.)
квантовая механика (она выявила вероятностный характер законов микромира и неустранимый корпускулярно-волновой дуализм в самых основах материи). Стало ясно, что абсолютно полную и достоверную научную картину мира не удастся создать никогда, любая из них обладает лишь относительной истинностью.
Позднее в рамках новой картины мира произошли революции в частных науках в в космологии (концепция не стационарной Вселенной), в биологии (развитие генетики), и т.д. Таким образом, на протяжении XX века естествознание очень сильно изменило свой облик, во всех своих разделах. Три глобальных революции предопределили три длительных периода развития науки, они являются ключевыми этапами в развитии естествознания. Это не означает, что лежащие между ними периоды эволюционного развития науки были периодами застоя. В это время тоже совершались важнейшие открытия, создаются новые теории и методы, именно в ходе эволюционного развития накапливается материал, делающий неизбежной революцию. Кроме того, между двумя периодами развития науки разделенными научной революцией, как правило, нет неустранимых противоречий, согласно сформулированному Н. Бором, принципу соответствия, новая научная теория не отвергает полностью предшествующую, а включает ее в себя в качестве частного случая, то есть устанавливает для нее ограниченную область применения. Уже сейчас, когда с момента возникновения новой парадигмы не прошло и ста лет многие ученые высказывают предположения о близости новых глобальных революционных изменений в научной картине мира. 3.Принцип глобального эволюционизма. Принцип глобального эволюционизма. Вселенная в целом и во всех своих проявлениях не может существовать вне развития. Дарвин, предложил механизм его осуществления впервые приложив принцип эволюционизма к одной из областей действительности, заложив таким образом основы теоретической биологии. Г. Спенсер, попытался применить идей Дарвина в области социологии, он доказал принципиальную возможность применения эволюционной концепции, к иным областям мира не составляющими предмет биологии. Нов целом классическое естество знание оставалось на затронуто идеями эволюционизма, эволюционирующие системы рассматривались как случайное отклонение, результат, локальных возмущений. Первыми попытались распространить применение принципа эволюционизма за пределы, биологических и социальных наук физики. Они выдвинули гипотезу расширения Вселенной, данные астрономии вынуждали признать несостоятельность предположения о ее стационарности. Вселенная явно развивается, начиная с гипотетического Большего взрыва давшего энергию для ее развития. Эта концепция была предложена в 40-е и окончательно утвердилась в 70-е гг. Таким образом, эволюционные представления проникли в космологию, концепция Большего взрыва оказала влияние на представления о последовательности появления веществ во Вселенной. Первоначально на один из компонентов вещества не мог существовать, лишь спустя некоторое время после Взрыва образовалось некоторое количество ядерного материала, (ядер атомов, водорода и гелия), затем возникли целые атомы с полными электронными оболочками, но только легких элементов, многообразие составляющее т периодическую таблицу возникает только, в ходе синтеза, в недрах звезд первого поколения. В XX веке эволюционное учение интенсивно развивалось в рамках его прародительницы биологии. Современный эволюционизм в научных дисциплинах биологического профиля предстает как многоплановое учение, ведущее поиск закономерностей и механизмов эволюции сразу на многих уровнях организации живой материи (молекулярном, клеточном, организменном, популяционном и биогеоценотическом). В настоящее время основная работа ведется на молекулярно-генетическом уровне, благодаря чему создана синтетическая теория эволюции (синтез генетики и дарвинизма). Удалось развести процессы микро эволюции (на популяционном уровне) и макро эволюции (на надвидовых уровнях), установила в качестве элементарной единицы популяцию и т. д. Можно привести пример из других областей естество знания - в геологии, например, утвердилась концепция дрейфа континентов. Возник ряд дисциплин, которые возникли именно благодаря применению принципов развития и поэтому были эволюционны в самой своей основе: биогеохимия, антропология и т.д. 4.Синергетика. Одним из результатов внедрения принципа универсального эволюционизма было возникновение синергетики. В классической науке господствовало убеждение, что материи свойственна тенденции к понижению степени ее упорядоченности, стремление к равновесию, что в энергетическом смысле означает хаотичность. Такой взгляд на природу был сформулирован в рамках равновесной термодинамики (то есть, науки о превращении различных видов энергии друг в друга). Первое начало термодинамики - закон превращения и сохранения энергии в принципе не запрещает перехода энергии от менее нагретых тел к более нагретым, единственное условие, что бы общее количество энергии не изменялось. В реальности мы непосредственно такого не наблюдаем, поэтому в термодинамику было введено новое понятие энтропии, то есть меры беспорядка системы. Второе начало термодинамики приняло следующий вид: при самопроизвольных процессах в системах имеющих постоянную энергию энтропия всегда возрастает. В системе с постоянной энергией, то есть изолированной от внешней среды упорядоченность всегда со временем становится меньше, максимальная энтропия означает, полное равновесие и полный хаос. Применительно к вселенной в целом, которую тоже можно рассматривать как замкнутую систему с постоянной энергией, из этого следует, что рано или поздно вся энергия превратится в тепловую. Тепловая энергия рассеется, равномерно распределится между всеми элементами системы. Однако уже в то время когда принцип не убывания энтропии во Вселенной считался абсолютно универсальным и непреложным, были известны системы противоречащие ему. Степень их упорядоченности, со временем не убывала, а возрастала. К ним относились, прежде всего, живые организмы и их сообщества. Когда принцип эволюционизма, был распространен на другие уровни организации материи, противоречие стало еще заметнее. Стало очевидно, что для сохранения целостной не противоречивой картины мира нужно признать, что в природе действует не только разрушительный, но и созидательный принцип. Что материя способна самоорганизовываться и самоусложняться. На волне этих проблем возникла синергетика - теория самоорганизации. В настоящее время она развивается по нескольким направлениям: синергетика (Г. Хакен), неравновесная термодинамика (И. Пригожин) и др. Общими положениями для всех для них являются следующие: процессы разрушения и созидания во Вселенной по меньшей мере равноправны. процессы созидания нарастания сложности и упорядоченности) имеют единый алгоритм независимо от природы систем в которых они осуществляются. Таким образом, синергетика ставит перед собой задачу выявление некого универсального механизма, с помощью которого осуществляется самоорганизация как в живой, так в неживой природе. Под самоорганизацией в данном случае понимается спонтанный переход открытой неравновесной системы от менее сложного к более сложным и упорядоченным формам организации.
Объектами синергетики являются системы, которые 1. открытые, то есть, способны обмениваться веществом с окружающей внешней средой; 2. неравновесные, то есть находящиеся в состоянии далеком от термодинамического равновесия. Развитие таких систем, приводящее к постепенному нарастанию сложности, протекает следующим образом первая фаза - период плавного эволюционного развития с хорошо предсказуемыми линейными изменениями, приводящими в итоге к некому неустойчивому критическому состоянию. Вторая фаза - выход из критического состояния одномоментно скачком и переход в новое устойчивое состояние с большей степенью сложности и упорядоченности. Особенно важно учесть, что переход в новое устойчивое состояние не является однозначным. Система достигшая, критического состояния находится как бы на развилке, оба варианта в момент выбора являются одинаково возможными. Но как только выбор сделан, и система достигла нового состояния равновесия, обратного пути нет, развитие систем такого рода всегда необратимо и непредсказуемо, точнее любые прогнозы ее развития могут носить лишь вероятностный характер.
Синергетическая интерпретация явлений открывает новые возможности их изучения. В обобщенном виде новизна синергетического подхода состоит в следующем: хаос не только разрушителен, но и созидателен, развитие осуществляется, через неустойчивость (хаотичность). линейный характер эволюции сложных систем, не правило, а частный случай, развитие большинства систем носит нелинейный характер, для сложных систем всегда существует несколько возможных путей развития. Развитие осуществляется через случайный выбор одной из нескольких возможностей дальнейшей эволюции, следовательно случайность необходимый элемент эволюции. Синергетика возникла на базе физических дисциплин - термодинамики, радиофизики и пр. Но в настоящее время ее идеи уже имеют междисциплинарный характер, они подводят базу под глобальный эволюционный синтез, осуществляющийся в науке. III Геронтология и эволюционная биология. Приход человека в мир - уход (рождение и смерть); пленение духа в теле - его освобождение; сотворение мира - конец света: "конец придет - ведь было же начало. Мир родился - мир должен умереть" (Беранже). От этих пар - рифм один шаг до следующей: развитие - старение. В классической поэзии известно отклонение, а то и вовсе отказ от парных созвучий в окончаниях строк, - это белые стихи. Пара "рождение - смерть" (или "жизнь - смерть") зарифмована жестко; тут отклонение от рифмования, иначе говоря, - бессмертие, противоречит не только биологической закономерности, но, если хотите, и здравому смыслу: весь опыт наблюдения за природой убеждает нас в том, что физического бессмертия - на индивидуальном уровне - не существует. Сознательно не касаемся мифов, легенд, религиозных представлений, утверждающих обратное, равно как и оставляем в стороне проблему бессмертия духовного, - короче говоря, всего того иррационального, что не составляет предмета анализа строгой науки, конкретно - естествознания (В.Л.Ушаков). Итак, смерть индивида - факт незыблемый и исключений не являющий. Он имманентен живой природе и, если угодно, биологичен, поскольку смерть (естественная, конечно) - закономерное следствие физиологической инволюции организма: снижения отдельных его функций, отказа ряда систем - всего того, что в обиходе зовется старением. И это ясно: по принципу рифмы, если есть развитие - от момента оплодотворения яйцеклетки до половозрелости, то старение - от периода выполнения репродуктивного, то есть видового, предназначения до смерти - быть также обязано. Ну, и дальше: если есть программа индивидуального развития особи, ее онтогенеза (а такая жесткая генетическая программа существует), то, по принципу рифмы опять же, должна быть и генетическая программа старения. Вот тут-то и возникает вопрос: должна ли? В геронтологии сразу было принято за очевидный факт, за аксиому, что специальная программа старения организма действительно существует (хотя запрограммированность старения и смерти никем никогда не была доказана.) Вероятно, это связано с тем, что явления, кажущиеся естественными, на начальном этапе развития новой науки не обсуждаются: эту привелегию может себе позволить нечто уже устоявшееся, авторитетное - вроде физики или философии. Минуло около ста лет с момента возникновения геронтологии, и вот в 60-х годах нашего столетия вопрос о том, действительно ли старение запрограммировано, был наконец поставлен. И если оно запрограммировано, то что это за программа: саморазрушения организма? его самоликвидации? Ответ - в качестве общего мнения - был категоричен: программа старения существует, это программа самоликвидации особи (в массе - поколения), она совершенно необходима для отмирания поколения, чтобы освободить место поколению следующему, а сама по себе сменяемость поколений - необходимое условие для лучшей приспособляемости вида в целом, так же, как и внутривидовое разнообразие признаков, полиморфизм, - одно из жестких условий выживания вида. Что ж, последнее положение этого вердикта (сменяемость поколений - фактор стабильности вида во времени) можно, пожалуй, принять. Однако позволим себе усомниться вот в чем: так ли уж очевидно, что для оптимальной сменяемости поколений необходима программа самоликвидации отдельно взятой особи? Безусловно, на данный вопрос природа отвечает положительно . в некоторых случаях. И это те случаи, когда результат программы самоликвидации доступен для наблюдения и проявляется с неизбежностью чуть ли не апокалипсической. Тут действительно ситуация, когда для двух следующих друг за другом поколений не хватает либо пищевых ресурсов, либо мест обитания (возможно и сочетание этих "нехваток"). Так, к примеру, лососи после нереста гибнут массами - и не просто массами, а все, поскольку физиологические перестройки, связанные с размножением, напрочь разрушают их организм. Менее известный, но тоже характерный пример: мексиканская агава, прожив девять лет, на десятый цветет, дает плод и тут же засыхает. Поденка готовится к акту размножения и, выполнив это единственное в жизни предназначение, не доживает до следующего дня. Проанализируем. В первых двух случаях связь размножения с программой самоликвидации хотя и не совсем ясна в деталях, но понятна в чертах более общих. Так, если у некоторых видов рыб удалить половые железы, а у растения - цветочный побег, никакой активной самоликвидации не будет: организм просто тихо угаснет, прожив в несколько раз дольше обычного. А вот последний случай - несколько иного рода и, надо сознаться, включен не без умысла: с поденкой аналогичный трюк повторить нельзя. Что ни делай со взрослой особью, она все равно погибнет от голода, ибо у нее не предусмотрено одной необходимой детали - ротового отверстия. Так природа повелела, решив, что все равно не понадобится. Отсюда законный вопрос: нужна ли в данном случае специальная программа самоликвидации? Вряд ли. Родилась, совершила кладку яиц, а далее - твои проблемы: можешь - живи, а не можешь - умирай; на стабильности вида это никак не скажется. Вот если бы требовался уход за потомством - другое дело. Короче говоря, природа, в чем-то довольно щедрая, на поденке явно решила сэкономить.
И что следует из предложенных примеров? А то, что налицо два разных подхода к проблеме выживания: так сказать, с позиции особи и с позиции вида. Конечно, с человеческой точки зрения (этической, а не биологической), не дать животному возможности питаться, лишив его рта, - более чем жестоко. Но если в качестве целого рассматривать не особь, а вид (что не слишком этично, зато биологично), то все становится на свои места: от особи требуется воспроизвести потомство, жизнеспособное и плодовитое, - и больше ничего; дальше - только не мешать. Значит, с позиции вида, старение (и как следствие - смерть) - только для того, чтобы не мешать? Да и вообще, где здесь, в наших примерах, старение? Ведь смерть приходит в молодом, а что до упомянутой выше агавы, в самом цветущем возрасте! А как же принцип рифмы: развитие - старение? Последнего, по сути, нет.
Действительно - нет. В диких популяциях животных подавляющее число особей завершает жизнь, как говорят ученые, вне зависимости от возраста, то есть из-за воздействия факторов внешней среды, а отнюдь не от биологических причин. Это - голод, болезни, стихийные бедствия, гибель от врагов-хищников, наконец. В такой ситуации до старости не дотянешь. И большинство не дотягивает. А вот стоит поместить этих животных в лабораторные или домашние условия - старение налицо. Самый наглядный пример - наши лесные птицы: щеглы, чижики, синицы и так далее. В клетке они живут, как правило, в 3-4 раза дольше, чем на воле (парадокс, с человеческой точки зрения!), и умирают чаще всего именно от старости. Аналогичным образом старение проявляется в искусственных условиях и у самых примитивных созданий - круглых червей, насекомых. О какой же специальной программе самоликвидации тогда речь? Существует ли она? А вот от факта старения не уйти. И все-таки: если старение заложено в схему функционирования живых существ (для многих видов, как мы убедились, - в принципе, потенциально), то на какой основе этот процесс осуществляется? Какая-то программа - пусть не самоликвидации - быть должна, не может не быть! Если есть программа для развития организма, то есть она и для старения; наш принцип работает безотказно. И сегодня можно утверждать, что это - генетическая программа, но программа общая, единая, позволяющая природе после решения задачи развития (прямой задачи) решать задачу обратную: постепенного разрушения организма исключительно по причине изначального несовершенства основной конструкции - генома и его производного, клетки. И что же это за несовершенство? Это - несовершенство, или, точнее, отсутствие абсолютной надежности генетически заданной защиты организма от действия самых различных повреждающих факторов - как внешнесредовых, так и внутренних. В какие бы тепличные условия организм ни поместить, повреждения возникают с роковой неизбежностью хотя бы потому, что процесс обмена веществ сам по себе содержит элементы агрессии против собственного организма. Это - побочные продукты метаболизма: к примеру, накапливающиеся в клетках шлаки; кислородсодержащие свободные радикалы - молекулы или их фрагменты, несущие неспаренные электроны и потому химически агрессивные (гипотеза старения американского ученого Д.Хармана). Кроме того, повреждающими факторами могут быть: аномальные белки, возникающие в клетке из-за ошибок считывания с основных матриц - ДНК или РНК; дефектные структуры клеточных мембран; разрывы в ДНК, которые накапливаются с возрастом, а это - повреждение генетической программы функционирования клетки; потеря участков ДНК из- за ее "недорепликации", то есть неполноценного удвоения (связь данного явления со старением - основа гипотезы А.М.Оловникова). Короче говоря, возможностей для саморазрушения у организма чрезвычайно много. Дело, однако, не столько в том, что и как сильно разрушает, сколько в том, сильна ли защита организма, а изначально - клетки. Впрочем, порою даже и не клетки в целом, а ее тонких структур - той же ДНК. Мы знаем, что физические и химические воздействия среды - солнечное излучение, высокие температуры, некоторые соединения в воздухе и пище - повреждают участки ДНК, и тут все зависит от эффективности генетических систем ее репарации - восстановления, заживления возникших ранок. Так вот: сколь мощна защита, а, в конечном счете - надежность организма? Мощна, однако, несмотря даже на многократную резервированность страховочных систем, мощна не на сто процентов. Да, дефекты устраняются, но не все. С течением времени их становится все больше - постепенно падает уровень надежности, "правильности" функционирования клеток, далее - тканей, далее - органов и, как следствие, - организма в целом. Так организм переходит в состояние неспецифической уязвимости, образно названное нашими соотечественниками Л.А. и Н.С.Гавриловыми состоянием "нежилец". Это и есть старение. Зачем было природе создавать две отдельные программы для развития и старения, когда вполне можно обойтись одной? Одной - введя в нее, чтобы запустить процесс старения, лишь такую особенность, как недостаточная надежность. Очень экономный и целесообразный подход. Кстати, такой принцип - принцип изначальной общности программы - вообще довольно популярен в природе, он оказался эволюционно выигрышным. Вот два наглядных примера. Первый - принцип дифференцировки клеток. Известно, после оплодотворения генетическая программа в клетке - общая, единая, а смещение развития в сторону дальнейшего образования, скажем, нервной клетки, или мышечной, или эпителиальной обусловлено блокированием соответствующих частей этой общей, единой программы, записанной в геноме. Другой пример - детерминация пола. У ряда двуполых, в том числе у человека, пол изначально женский. Если в геноме окажется специальный блокирующий регулятор (гены Y-хромосомы), развитие плода смещается в мужскую сторону; если же такого блока нет, развитие пойдет по изначальному плану - женскому. Тот же принцип положен и в основу развития-старения: изначально программа одна. Короче, для создания разнообразия - разных типов функционирования, разных типов клеток или разных полов - порой гораздо проще модифицировать общее, чем всякий раз заново лепить отдельные формы. Итак: специальной программы старения нет - есть программа развития и функционирования, которая, в силу своей не абсолютной надежности, предопределяет возможность постепенного накопления с возрастом различных дефектов, что и приводит к изнашиванию, одряхлению организма. Чтобы наступила старость, этого, несомненно, вполне достаточно. IV Групповой естественный отбор на жажду познания. К одной из особенностей человека следует отнести любопытство и жажду знаний, что обрекало многих людей на жертвы и лишения. Вспоминая проделки бесчисленных поколений школьников и студентов, увиливавших от занятий, можно счесть стремление к знанию противоестественным, тем более что овладение знаниями зачастую не помогало, а скорее мешало их владельцам выжить и, соответственно, оставить большее число детей. Потомство великих ученых, мыслителей, поэтов, провидцев обычно малочисленно: те, кто шел дальше общепринятого или думал о недозволенном, гибли во все века. Индивидуальный отбор, вероятно, всегда действовал против чрезмерно любознательных, против стремившихся к познанию. Но зато на генотип, устремленный к усвоению и пониманию, работал отбор групповой, иногда необычайной мощности.
Стоит сопоставить судьбу стада полулюдей, целиком лишенных духа познания, с судьбой такой группы, в которой хоть изредка появлялись его носители. Они почти всегда погибали бесцельно или бесследно, но нет-нет, да оставляли современникам какую-либо из тысячи находок - будь то насадка камня на палку или умение плыть на бревне, - и это хоть немного повышало шансы группы на выживание и успешное размножение. Групповой отбор не был столь интенсивным и сильным, чтобы сделать жажду знаний всеобщей и неукротимой (как, например, половое чувство), но он все же шел. Шутка "научная работа есть удовлетворение личной любознательности за государственный счет" - хороша, но не точна: любопытство удовлетворяется чтением, даже бездумным. Но именно жажда познания нового и истинного заставила работать в науке сотни тысяч людей еще до того, как этот труд стал хорошо оплачиваться и почитаться. Жажда знания обуревала множество людей всегда, даже если она уводила в жречество, монашество, знахарство, шаманство, алхимию, талмудизм, кабалистику, сектантство, в изучение Библии, Корана, конфуцианства.
Итак, эмоции человечности, доброты, рыцарского отношения к женщинам, к старикам, охрана детей, стремление к знанию - это те свойства, которые неизбежно развивались под действием естественного отбора - по мере превращения человека в животное социальное из-за цефализации и удлинения срока беспомощности детей. Закон естественного отбора, самый могущественный из законов живой природы, самый безжалостный и аморальный среди них, постоянно обрекавший на гибель подавляющее большинство рождавшихся существ, закон уничтожения слабых, больных, - этот закон в определенных условиях, именно тех, в которых слагалось человечество, породил и закрепил инстинкты и эмоции величайшей нравственной силы. Почему же мы считаем порядочность, этичность, готовность к подвигу противоестественными? Почему мы, оценивая свои и чужие поступки шкалой этичности, не отдаем себе отчета в том, что эта шкала является самой естественной?
Литература. Основная: Гете И. Избранные сочинения по естествознанию. - М.: 1957. Игнатова В.А. Основы современного естествознания. - Тюмень, 1997. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. - Новосибирск, 1997. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. - М.: 1997. Горбачев В.В. Современное естествознание на пороге XXI века//Физика и механика на пороге XXI века. - М.: Изд-во МГУП «Мир книги», 1998. Бочкарев А.И. Концепции современного естествознания. - Тольятти, 1998. Дополнительная: Чуковский К.И. Живой как жизнь. –М., 1963. Азимов А. Вселенная. - М.: Мир, 1969. Владимиров Ю.С. Пространство-время: явные и скрытые параметры. - М.: Наука, 1989. Ахиезер А.И., Рекало М.П. Современна физическая картина Мира. - М.: Знание, 1980. Гамов Дж. Моя мировая линия. - М.: Наука, 1964. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. - М. Наука, 1975. Исаков Б.И. Лептонная концепция мироздания - синтез науки и религии? - Наука и религия, 1992. Карери Дж. Порядок-беспорядок в структуре материи. - М.: Мир, 1980.