Основные положения эволюционной гипотезы Ж. Развитие представлений о происхождении жизни. Гипотеза Опарина-Холдейна Развитие и проверка
1. В современных условиях возникновение живых существ из неживой природы невозможно. Абиогенное (т. е. без участия живых организмов) возникновение живой материи возможно было только в условиях древней атмосферы и отсутствия живых организмов. 2. В состав древней атмосферы входили метан, аммиак, углекислый газ, водород, пары воды и другие неорганические соединения. Под действием мощных электрических разрядов, ультрафиолетового излучения и высокой радиации из этих веществ могли возникать органические соединения, которые накапливались в океане, образуя «первичный бульон». 3. В «первичном бульоне» из биополимеров образовывались многомолекулярные комплексы - коацерваты. В коацерватные капли из внешней среды попадали ионы металлов, выступавшие в качестве первых катализаторов. Из огромного количества химических соединений, присутствовавших в «первичном бульоне», отбирались наиболее эффективные в каталитическом отношении комбинации молекул, что в конечном счете привело к появлению ферментов. На границе между коацерватами и внешней средой выстраивались молекулы липидов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны. 4. На определенном этапе белковые пробионты включили в себя нуклеиновые кислоты, создав единые комплексы, что привело к возникновению таких свойств живого, как самовоспроизведение, сохранение наследственной информации и ее передача последующим поколениям. Пробионты, у которых обмен веществ сочетался со способностью к самовоспроизведению, можно уже рассматривать как примитивные проклетки, дальнейшее развитие которых происходило по законам эволюции живой материи.
1. Все живые организмы эволюционируют.
2. Движущие силы эволюции и механизм изменений организмов - это:
■ прямое влияние условий окружающей среды , которые изменяются;
■ внутреннее стремление к прогрессу и влияние условий обусловливают появление полезных признаков;
■ упражнения или невправляння органов ведет к развитию этих признаков;
■ наследования организмами только полезных признаков .
3. Эволюция - это непрерывный процесс приобретения полезных признаков.
4. Результатом эволюции является не только возникновения полезных изменений, но и градация организмов - ступенчатое осложнения органического мира.
5. Жизнь непрерывно самозароджуеться, поэтому существуют виды, которые находятся на разных ступенях лестницы.
6. Живая природа - ряд особей, которые непрерывно меняются и которые человек только в воображении объединяет в виды.
В гипотезе Ж.-Б. Ламарка есть серьезные недостатки: он неправильно объяснял движущие силы эволюции, не признавал виды как реально существующие категории, признавал появление и наследования только полезных признаков.
Успехи биологии в первой половине XIX века как предпосылка дальнейшего развития эволюционного учения
Первая половина XIX века ознаменовалась многими открытиями в различных областях биологии.
Успехи биологии в первой половине XIX века
|
наука |
фамилии ученых |
успехи науки |
|
цитология |
М. Шлейден, Т. Шванн, К. Бэр, Р. Вирхов и др. |
Создание клеточной теории |
|
эмбриология |
Открытие зародышевых листков и исследование основных этапов эмбриогенеза у позвоночных животных |
|
|
палеонтология |
Установил, что каждому геологической эпохе соответствует определенный набор ископаемых видов |
|
|
биогеография |
А. Гумбольдт, П. С. Паллас |
Установлено, что различия в заселении разных континентов и островов тем больше, чем больше они изолированы друг от друга |
|
биохимия |
Установил участие живых существ в круговороте веществ |
Итак, успехи естественных наук, а также географические открытия, практика сельского хозяйства стали предпосылками дальнейшего развития эволюционного учения, поскольку появилось много новых данных о строении и жизнедеятельности живых организмов, об изменяемости живой природы, что требовало систематизации и теоретического объяснения. В обществе возникла потребность в теории, которая бы смогла объяснить, как и почему меняются организмы.
Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина Английский ученый Чарлз Дарвин (1809-1882) - один из самых биологов мира. Его эволюционная гипотеза, известная под названием "дарвинизм", более 100 лет была
теоретическим основанием биологии. Основными научными трудами Дарвина является "Происхождение видов путем естественного отбора" (1859), "Изменение домашних животных и культурных растений» (1868), "Происхождение человека и половой отбор" (1871), "Самоопыление и перекрестное опыление" (1876) и др.
Движущими силами эволюции Дарвин считал наследственную изменчивость и естественный отбор. Дарвин собрал многочисленные доказательства изменчивости организмов, проживающих у человека, и организмов разных видов в природе. В условиях одомашнивания на основе наследственной изменчивости организмов путем искусственного отбора человек создал многочисленные породы домашних животных и сорта культурных растений.
Аналогично Дарвин пришел к выводу, что и в естественных условиях действует фактор, направляющий эволюцию организмов, - естественный отбор. Дарвин показал, что в природе организмам любого вида свойственна постоянная борьба за существование, состоящий из их взаимодействий с факторами внешней среды и внутри- и межвидовой конкуренции. Результатом наследственной изменчивости организмов и борьбы за существование является естественный отбор - преимущественное выживание и участие в размножении наиболее приспособленных особей каждого вида. Следствием естественного отбора является адаптации, видообразования и прогрессивная эволюция живой природы. Частный случай естественного отбора - половой, что обеспечивает развитие признаков, связанных с функцией размножения.
Основные положения теории эволюции Дарвина
1. Эволюция заключается в непрерывных приспособительных изменениях видов.
2. Каждый вид способен к неограниченному размножению.
3. Движущие силы эволюции и механизм изменений организмов:
Основой для эволюции является неопределенная (наследственная ) изменчивость : изменения у организмов могут быть полезны, вредны или нейтральные;
Неограниченному размножению препятствует ограниченность жизненных ресурсов и большая часть особей погибает в борьбе за существование,
выборочное выживание и размножение наиболее приспособленных особей
Ч. Дарвин назвал естественным отбором .
|
Движущие силы эволюции по Дарвину |
|
|
Неопределенная (наследственная ) изменчивость |
Изменения, которые возникают индивидуально у каждого организма независимо от воздействий окружающей среды и могут передаваться потомкам |
|
Борьба за существование |
Вся совокупность взаимосвязей между организмами и ризнмы факторами окружающей среды. Есть три формы борьбы за существование: внутривидовая, межвидовая то взаимодействие с силами неживой природы |
|
естественный отбор |
Процесс, который проявляется в преобладающем выживании и размножении наиболее приспособленных к условиям существования организмов вероятно-И го вида и гибели менее приспособленных |
4. Под действием естественного отбора группы особей одного вида накапливают из поколения в поколение различные приспособительные признаки и превращаются в новые виды.
5. Новые породы животных и сорта растений образуются под воздействием искусственного отбора .
Значение теории эволюции Дарвина для развития естествознания было очень большим: а) было раскрыто научные основы движущих сил эволюции и этим утверждено исторический метод познания, который ориентировал исследователей не только на описание явлений природы, а и на объяснение их сути, на установление причин явлений, этапов развития; б) доказано, что движущие силы развития природы содержатся в ней самой.
В то же время, учитывая тогдашний уровень развития биологии, учения Ч. Дарвина имело ряд недостатков: оставалась невыясненной природа наследственной изменчивости, элементарной единицей эволюции считалась особь, на которую действует естественный отбор, понятие "вид" осталось таким же, как его предложил К. Линней.
Происхождения жизни вам известны?
3. В чем основной принцип научного метода?
Проблема возникновения жизни на нашей планете является одной из центральных в современном естествознании. С древнейших времен люди пытались найти ответ на этот вопрос.
Креационизм (лат, сгеatio - сотворение).
В разные времена у разных народов были свои представления о возникновении жизни. Свое отражение они нашли в священных книгах различных религий, которые объясняют возникновение жизни как акт Творца (воля Бога). Гипотезу божественного возникновения живого можно принять только на веру, так как ее нельзя экспериментально проверить или опровергнуть. Следовательно, она не может рассматриваться с научной точки зрения.
Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни.
С античных времен и до середины XVII в. ученые не сомневались в возможности самопроизвольного зарождения жизни. Считалось, что живые существа могут появляться из неживой материи, например рыбы - из ила, черви - из почвы, мыши - из тряпок, мухи - из гнилого мяса, а также, что одни формы могут порождать другие, например из плодов могут образовываться и животные (см, с. 343).
Так, великий Аристотель, изучая угрей, установил, что среди них не встречаются особи с икрой или молоками. На основании этого он предположил, что угри рождаются из «колбасок» ила, образующихся от трения взрослой рыбы о дно.
Первый удар по представлениям о самозарождении нанесли эксперименты итальянского ученого Франческа Реди, который в 1668 г доказал невозможность самозарождения мух в гниющем мясе.
Несмотря на это, идеи самозарождения жизни сохранялись до середины XIX в. Только в 1862 г. французский ученый Луи Пастер окончательно опроверг гипотезу самозарождения жизни.
Работы Мастера позволили утверждать, что принцип «Все живое - из живого» справедлив для всех известных организмов на нашей планете но они не разрешали вопрос о происхождении жизни.
Гипотеза панспермии.
Доказанность невозможности самозарождения жизни породила другую проблему. Если для возникновения живого организма необходим другой живой организм, то откуда взялся первый живой организм? Это дало толчок к возникновению гипотезы панспермии, которая имела и имеет много сторонников, в том числе и среди видных ученых, Они считают, что впервые жизнь возникла не на Земле, а была занесена каким-то образом на нашу планету.
Однако гипотеза панспермии пытается лишь объяснить появление жизни на Земле. Она не отвечает на вопрос, как возникла жизнь.
Отрицание факта самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возможности развития жизни в прошлом из неорганической материи.
Гипотеза биохимической эволюции.
В 20-е годы XX в русский ученый А И. Опарин и англичанин Дж. Холдейн высказали гипотезу о возникновении жизни в процессе биохимической эволюции углеродных соединений, которая и легла в основу современных представлении.
В 1924 г. А. И. Опарин опубликовал основные положения своей гипотезы происхождения жизни на Земле. Он исходил из того что в современных условиях возникновение живых существ из неживой природы невозможно. Абиогенное (т. е. без участия живых организмов) возникновение живой материи возможно было только в условиях древней атмосферы и отсутствия живых организмов.
По мнению А. И. Опарина, в первичной атмосфере планеты, насыщенной различными газами, при мощных электрических разрядах, а также под действием ультрафиолетового излучения (кислород в атмосфере отсутствовал и, следовательно, не было защитного озонового экрана, атмосфера была восстановительной) и высокой радиации могли образовываться органические соединения, которые накапливались в океане, образуя «первичный бульон».
Известно, что в концентрированных растворах органических веществ (белков, нуклеиновых кислот, липидов ) при определенных условиях могут образовываться сгустки, называемые коацерватными каплями, или коацерватами. Коацерваты в условиях восстановительной атмосферы не разрушались. Из раствора в них поступали химические вещества, в них шел синтез новых соединений, в результате чего они росли и усложнялись.
Коацерваты уже напоминали живые организмы, однако таковыми еще не были, так как не имели упорядоченной внутренней структуры, присущей живым организмам, и не были способны размножаться. Белковые коацерваты рассматривались А. И, Опариным как пробионты - предшественники живого организма. Он предполагал, что на определенном этапе белковые пробионты включили в себя нуклеиновые кислоты, создав единые комплексы.
Взаимодействие белков и нуклеиновых кислот привело к возникновению таких свойств живого, как самовоспроизведение, сохранение наследственной информации и ее передача последующим поколениям.
Пробионты, в которых обмен веществ сочетался со способностью к самовоспроизведению, можно уже рассматривать как примитивные проклетки.
В 1929 г. английский ученый Дж. Холдейн также выдвинул гипотезу абиогенного происхождения жизни, но согласно его взглядам первичной была не коарцерватная система, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству. Другими словами, А. И. Опарин отдавал первенство белкам, а Дж, Холдейн - нуклеиновым кислотам.
Гипотеза Опарина-Холдеина завоевала много сторонников, так как получила экспериментальное подтверждение возможности абиогенного синтеза органических биополимеров.
В 1953 г. американский ученый Стенли Миллер в созданной им установке (рис. 141) смоделировал условия, предположительно существовавшие в первичной атмосфере Земли. В результате опытов были получены аминокислоты. Сходные опыты многократно повторялись в различных лабораториях и позволили доказать принципиальную возможность синтеза в таких условиях практически всех мономеров основных биополимеров. В дальнейшем было установлено, что при определенных условиях из мономеров возможен синтез более сложных органических биополимеров: полипептидов, полинуклеоти- дов, полисахаридов и липидов.
Но гипотеза Опарина - Холдейна имеет и слабую сторону, на которую указывают ее оппоненты. В рамках данной гипотезы не удается объяснить главную проблему: как произошел качественный скачок от неживого к живому. Ведь для саморепродукции нуклеиновых кислот необходимы ферментные белки, а для синтеза белков - нуклеиновые кислоты.
Креационизм. Самопроизвольное зарождение. Гипотеза панспермии. Гипотеза биохимической эволюции. Коацерваты. Пробионты.
1. Почему представление о божественном происхождении жизни нельзя ни подтвердить, ни опровергнуть?
2. Каковы основные положения гипотезы Опарина - Холдейна?
3. Какие экспериментальные доказательства можно привести в пользу данной гипотезы?
4. В чем отличия гипотезы А. И. Опарина от гипотезы Дж. Холдейна?
5. Какие доводы приводят оппоненты, критикуя гипотезу Опарина - Холдейна?
Приведите возможные доводы «за» и «против» гипотезы панспермии.
Ч. Дарвин в 1871 г. писал: «Но если бы сейчас... в каком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т. п., химически образовался белок, способный к дальнейшим, все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено или поглощено, что было невозможно в период до возникновения живых существ».
Подтвердите или опровергните данное высказывание Ч. Дарвина.
В понимании сущности жизни и ее происхождения в культуре человеческой цивилизации издавна существуют две идеи - биогенеза и абиогенеза. Идея биогенеза (происхождения живого от живого) исходит из древних восточных религиозных построений, для которых обычной была мысль об отсутствии начала и конца природных явлений. Реальность вечной жизни для этих культур логически приемлема, так же как и вечность материи, Космоса.
Альтернативная идея – абиогенеза (происхождение живого из неживого) восходит к цивилизациям, существовавшим задолго до нашей эры в долинах рек Тигра и Ефрата. Эта область подвергалась постоянным наводнениям, и неудивительно, что она стала родиной катастрофизма, оказавшего через иудаизм и христианство влияние на европейскую цивилизацию. Катастрофы как бы прерывают связь, цепь поколений, предполагают ее творение, возникновение заново. В связи с этим в европейской культуре была распространена вера в периодическое самозарождение организма под влиянием естественных или сверхъестественных причин.
Каменский А. А., Криксунов Е. В., Пасечник В. В. Биология 10 класс
Отправлено читателями с интернет-сайта
Вопрос 1. Перечислите основные положения гипотезы А. И. Опарина.
В современных условиях возникновение живых существ из неживой природы невозможно. Абиогенное (т. е. без участия живых организмов) возникновение живой материи возможно было только в условиях древней атмосферы и отсутствия живых организмов. В состав древней атмосферы входили метан, аммиак, углекислый газ, водород, пары воды и другие неорганические соединения. Под действием мощных электрических разрядов, ультрафиолетового излучения и высокой радиации из этих веществ могли возникать органические соединения, которые накапливались в океане, образуя "первичный бульон".
В "первичном бульоне" из биополимеров образовывались многомолекулярные комплексы - коацерваты. В коацерватные капли из внешней среды попадали ионы металлов, выступавшие в качестве первых катализаторов. Из огромного количества химических соединений, присутствовавших в "первичном бульоне", отбирались наиболее эффективные в каталитическом отношении комбинации молекул, что в конечном счете привело к появлению ферментов. На границе между коацерватами и внешней средой выстраивались молекулы липидов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны.
На определенном этапе белковые пробионты включили в себя нуклеиновые кислоты, создав единые комплексы, что привело к возникновению таких свойств живого, как самовоспроизведение, сохранение наследственной информации и ее передача последующим поколениям.
Пробионты, у которых обмен веществ сочетался со способностью к самовоспроизведению, можно уже рассматривать как примитивные проклетки, дальнейшее развитие которых происходило по законам эволюции живой материи.
Вопрос 2. Какие экспериментальные доказательства можно привести в пользу данной гипотезы?
В 1953 г. эта гипотеза А. И. Опарина была экспериментально подтверждена опытами американского ученого С. Миллера. В созданной им установке были смоделированы условия, предположительно существовавшие в первичной атмосфере Земли. В результате опытов были получены аминокислоты. Сходные опыты многократно повторялись в различных лабораториях и позволили доказать принципиальную возможность синтеза в таких условиях практически всех мономеров основных биополимеров. В дальнейшем было установлено, что при определенных условиях из мономеров возможен синтез более сложных органических биополимеров: полипептидов, полинуклеотидов, полисахаридов и липидов.
Вопрос 3. В чем отличия гипотезы А. И. Опарина от гипотезы Дж. Холдейна?
Дж. Холдейн также выдвинул гипотезу абиогенного зарождения жизни, но, в отличие от А. И. Опарина, он отдавал первенство не белкам - коацерватным системам, способным к обмену веществ, а нуклеиновым кислотам, т. е. макромолекулярным системам, способным к самовоспроизводству.
Вопрос 4. Какие доводы приводят оппоненты, критикуя гипотезу А. И. Опарина?
К сожалению, в рамках гипотезы А. И. Опарина (да и Дж. Холдейна тоже) не удается объяснить главную проблему: как произошел качественный скачок от неживого к живому.
Жану-Батисту Ламарку часто приписывают большой прорыв в современной эволюционной теории, потому что он был первым, кто оказался способен предложить механизм, по которому протекал процесс смены видов. Кроме того, он расширил определение эволюционных изменений, сказав, что жизнь начиналась просто и становилась все более сложной. В 1809 году он опубликовал работу «Философия зоологии». В ней он описал часть механизма, с помощью которого в вид постепенно вносились изменения и передавались из поколения в поколение. Его теория также иногда называется теорией трансформации или просто ламаркизмом. Хотя сегодня основные положения теории Ламарка считаются большим шагом вперед в теории эволюции, в течение своей жизни он не получил особого признания.
Пример для объяснения теории Ламарка
Классический пример, используемый для объяснения его концепции — удлиненная шея жирафа. Согласно теории Ламарка, если животному в течение его жизни приходилось долгое время напрягать шею для того, чтобы достать до высоких ветвей, в итоге она начинала вытягиваться. Основным минусом его теории было то, что он не мог объяснить, как это может произойти, хотя обсуждал «естественную тенденцию к совершенству».
Другой пример, который использовал Ламарк, — пальцы ног водоплавающих птиц. Он предположил, что годами напрягая пальцы ног, преодолевая сопротивление воды, эти птицы получили удлиненные перепонки, чтобы лучше плавать. Эти два примера показывают, как использование какого-то органа может изменить характерную черту вида. По тому же принципу Ламарк утверждал, что прекращение подобной работы приводит к атрофированию признака. Крылья пингвинов, например, меньше, чем у других птиц, потому что они не используют их для полетов.
Наследование в теории Ламарка
Второе основное положение эволюционной теории Ламарка было посвящено наследованию приобретенных черт. Ученый считал, что измененные или приобретенные черты могут быть переданы потомству. Жирафы, у которых появились длинные шеи, будут иметь потомство с длинными шеями, а не с короткими. Такой тип наследования иногда называют вторым законом ламаркизма. Но он был опровергнут после открытия наследственной генетики.
Основное положение теории Ламарка о наследовании, которое выдержало испытание временем — идея, что эволюционные изменения происходят постепенно и постоянно. Он изучал древние ракушки и заметил, что чем старше они были, чем проще выглядели. Из этого он пришел к выводу, что виды начали с простоты и последовательно усложнялись или совершенствовались.
Недостатки теории Ламарка
То, что сегодня называют теорией эволюции Ламарка, на самом деле не было его идеей. Имя настоящего ее создателя потерялось в истории. Ламарк описал эту теорию в одной из своих книг. И было очевидно, что изначальная идея была не его собственной. Основные положения теории Ж.-Б. Ламарка стали очень популярны, и в результате идеи стали ассоциироваться с его именем. Современная эпигенетика тоже не является результатом труда этого ученого.
Отсутствие механизма наследственных черт
Основные положения теории Жана-Батиста Ламарка — это теория не эволюции, а адаптации, которая является лишь частью эволюции. Она аналогична естественному отбору, а не эволюционной теории в целом. Теория Ламарка перестала быть популярной, так как было установлено, что ее первый постулат, принцип использования и неиспользования определенных органов, можно применить лишь к небольшому количеству органов, систем или приспособлений. А для большинства наследственных черт такой механизм просто не работает.
Доказательства несостоятельности теории
Основные положения эволюционной теории Жана-Батиста Ламарка не прошли практической проверки. У взрослого жирафа не происходит удлинения шеи в течение его жизни независимо от того, насколько трудно ему дотянуться до высоких ветвей. Некоторые системы органов фактически деградируют из-за чрезмерного использования. Постоянное использование суставов не делает их сильнее, а наоборот, ускоряет артритическую деградацию. И некоторые приспособления используются только один раз в жизни любого животного, например, нерестовое поведение лососей. Если родитель использует адаптацию только один раз, а затем умирает, возникает вопрос, как могут произойти какие-либо изменения от повторного использования или отказа от использования, чтобы перейти на всех потомков.
Наследственность и потомство
Наконец, если бы этот принцип был общим для всех животных, можно было бы ожидать, что потомство, родившееся в конце жизни родителя, будет иметь более развитые приобретенные характеристики, чем то потомство, которое родилось в начале его жизни. Поскольку родитель жил дольше и у него было больше времени, чтобы приобрести больше характеристик, переданные черты могли быть совсем другими. Кроме того, были найдены убедительные доказательства несостоятельности основных положений эволюционной теории Ж.-Б. Ламарка, потому что многие приобретенные черты не передаются по наследству. Но все же эти черты по-прежнему развивались и менялись с течением времени. Это говорит о том, что механизм наследования, названный Ламарком, не может быть основной причиной приспособительных изменений в процессе эволюции. Но с другой стороны, это не исключает возможности того, что механизмы, описанные ученым, могут быть ответственны за некоторые эволюционные адаптации как незначительные. Но до сих пор не было ни одного наблюдения какого-либо признака, развивающегося в результате передачи приобретенных характеристик.
Что такое эпигенетика
Эпигенетика — это механизм, с помощью которого родитель иногда в ответ на стимулы внешней среды различного рода может изменить экспрессии генов или фенотип клетки без изменения ДНК. Это в основном частный пример нормальной фенотипической пластичности, в котором организм может изменить картину экспрессии генов подмножеств собственных клеток в ответ на экологические триггеры. Это может произойти в гаметах, поэтому оказывает влияние на потенциальное потомство. Но это ни в коем случае не «наследование приобретенных характеристик», как говорилось в основных положениях теории Ламарка. Новых характеристик не приобретается. Гены, чьи модели экспрессии изменились, уже были там и не изменяются. Другими словами, потенциал для фенотипической пластичности был там, эволюционировав, предположительно, через дарвиновские механизмы за несколько поколений до этого.
Отличие одноклеточных и многоклеточных организмов
Все что изменилось — это выражение фенотипа. За исключением дополнительных мутаций, что является нео-дарвиновским механизмом, не происходит постоянного изменения в наследуемой информации, передаваемой будущим поколениям в долгосрочной перспективе. Таким образом, все то, что потомство в конечном итоге выражает, не является новой или измененной характеристикой вообще, а выступает чертой, которую родители всегда имели возможность выразить. Но стоит отметить, что все вышесказанное относится в первую очередь к многоклеточным формам жизни, которые были основными типами организмов, с которыми биологи были связаны во время Ламарка и Дарвина. Если говорить об основных положениях теории Ламарка, то стоит упомянуть, что в области одноклеточной жизни различие между новой мутацией и «приобретенной характеристикой» довольно размыто и более или менее сводится к вопросу семантики.
