Біологія - Навчальный посібник - В. О. Мотузний 2009

Частина І. Загальна біологія
13. Еволюційне вчення

Поняття про еволюцію. Еволюція — це процес поступового, прогресивного, пристосувального і незворотного історичного розвитку живої природи, результатом якого є величезна різноманітність видів, адаптованість їх до середовища існування і складність будови багатьох із них.

Розділ біології, що вивчає еволюцію, називається еволюційним вченням. Це наука про чинники, механізми, загальні закономірності та наслідки еволюції. Суть еволюційного вчення в тому, що існуючі нині види походять від тих, що існували раніше, причому цей історичний процес (філогенез) відбувається від простих форм життя до складніших і більш спеціалізованих. Еволюцію як історичний процес, що відбувається протягом мільйонів років, неможливо в цілому ні безпосередньо простежити, ні відтворити експериментально. Тому її реальність доводять, а хід за можливості реконструюють за наявними даними і свідченнями.

Еволюційна гіпотеза Ж.-Б. Ламарка. Жан Батіст Ламарк (17441829) — французький природознавець, основоположник першої цілісної теорії еволюції, яку він виклав у своїй книзі «Філософія зоології» (1809). Ламарк визнавав, що органічний світ розвивається за природними законами, на основі об’єктивних причинних зв’язків і залежностей, але, будучи деїстом, вважав, що Бог є творцем усього сущого й законів, за якими існує жива природа.

Найпростіші форми життя, за Ламарком, виникали і продовжують виникати через самозародження з речовин неживої природи. У розумінні причин історичного розвитку органічної природи Ламарк стояв на матеріалістичних позиціях. Процес еволюції тварин і рослин, прогресивне ускладнення їхньої організації (градації) й пристосування до умов існування він розглядав як результат впливу двох основних чинників: внутрішнього прагнення до вдосконалення та активного впливу середовища, що зумовлює виникнення різноманітних форм одного рівня. На думку Ламарка, під впливом зовнішнього середовища завжди виникають лише корисні для організму пристосувальні ознаки.

Пристосувальні зміни рослин і нижчих тварин виникають під безпосереднім впливом факторів середовища існування. У вищих тварин ця залежність значно складніша. Із зміною середовища виробляються нові звички, що зумовлює вправляння (тренування) чи невправляння органів. Вправляння призводить до посилення, а невправляння — до послаблення або навіть до зникнення органів. Еволюційні зміни, вважав Ламарк, мають пристосувальний характер, оскільки живим істотам притаманна споконвічна доцільність.

Отже, за Ламарком, уся різноманітність видів на Землі виникла завдяки Творцеві. Створивши найпростіші одноклітинні організми, він заклав у них внутрішнє прагнення до прогресу (їх градація або розвиток через ускладнення). Пристосування видів до оточення є результатом вправляння чи невправляння. З погляду Ламарка, довга шия й ноги жирафа є результатом того, що для багатьох поколінь його короткошиїх і коротконогих предків кормом були листки дерев, дістаючи які, вони все більше витягували шию. Незначні видовження шиї і ніг спостерігалися в кожному поколінні і передавалися наступному поколінню доти, доки довжина цих частин тіла не досягла сучасної.

Отже, в основі еволюції (набуття корисних ознак, які успадковуються) лежить такий механізм дії на організм умов середовища: 1) під впливом середовища виникають корисні для організму зміни; 2) ці зміни успадковуються потомством; 3) вправляння чи невправляння органів прискорює цей процес; 4) у високоорганізованих тварин дія середовища опосередковується нервовою системою (зміна потреб зумовлює зміну звичок, зміна звичок призводить до вправляння одних органів і невправляння інших).

Вивчаючи можливість перетворення одних видів на інші, Ламарк стверджував, що всі живі тіла в своєму історичному розвитку проходять шлях поступового ускладнення організації. Це поступове ускладнення організації він назвав градацією (див. схему).

Існування градації виявляється, на думку Ламарка, якщо розмістити види рослинного і тваринного світу від одноклітинних (інфузорії, поліпи) до високоорганізованих (птахи, ссавці; «порядок самої природи»). У такому разі маємо неперервний ряд, східці органічних форм — від найнижчих до найбільш організованих. Ці східці помітні лише при зіставленні головних груп, які входять до класів і великих родин, оскільки види тварин і рослин пов’язані багатьма дрібними переходами від одного до другого, тому їх важко розмежувати. Враховуючи це, Ламарк спочатку вважав, що в реальній дійсності види не існують і що їх просто видумали систематики для зручності класифікації. Пізніше Ламарк дійшов правильного розуміння видів: вони реально існують у певний проміжок часу, тобто є відносно сталими.

Виходячи з уявлень Ламарка, неможливо зрозуміти появу таких ознак, як маскувальне забарвлення і мімікрія (наприклад, схожість гусені з формою і забарвленням сучка). Природно, що тварини не можуть «вправляти» забарвлення або форму тіла. Тим більше не витримує критики положення Ламарка про природжену властивість організму до вдосконалення, яка зумовлює його прогресивний розвиток.

Ламарк здійснив науковий подвиг — створив першу еволюційну теорію, проголосивши принцип мінливості видів, першим виявив прогресивний хід еволюції, походження вищих форм від нижчих. Проте він не зумів дати правильну відповідь на запитання про рушійні сили еволюції. На жаль, його еволюційна гіпотеза не дає науково обґрунтованих відповідей на три фундаментальних запитання: 1) «Чому в природі спостерігається величезна різноманітність видів?», 2) «Чому особини усіх видів так добре пристосовані до навколишнього природного середовища?», 3) «Чому в природі відбувається розвиток від простого до складного (ускладнення)?».

Успіхи біології в першу половину XIX ст. як передумова подальшого розвитку еволюційного вчення. У першу половину XIX ст. великих успіхів досягли систематика й морфологія. Величезний фактичний зоологічний і ботанічний матеріал дає поштовх до розвитку ідеї про спорідненість, а потім — і про єдність походження органічного світу. Порівнюючи зародки хребетних тварин різних класів, учені відкривали подібність індивідуального та історичного розвитку (Ф. Мюллер, Е. Геккель). Було виявлено подібність між зародками різних тварин.

Французький учений Ж. Кюв’є, засновник порівняльної анатомії тварин, вивчаючи викопні рештки, встановив послідовну зміну флор і фаун у минулому Землі, що свідчить про їх історичний розвиток. Закономірні зміни органічних форм неминуче наводили на думку про мінливість видів тварин і рослин, про їх поступове перетворення.

Значних успіхів було досягнуто у вивченні клітини, як тваринної (німецький зоолог Т. Шванн), так і рослинної (німецький ботанік М. Шлейден). Відкриття клітини Р. Гуком (1665), створення клітинної теорії Т. Шванном (1839), відкриття зародкових листків, дослідження основних етапів ембріогенезу у хребетних тварин (К. Бер) стали основою для створення положення про єдність органічної природи. У цей період вперше було сформульовано поняття про обмін речовин у природі за участю живих істот (Ю. Лібіх), доведено хімічну єдність живої і неживої природи.

Отже, розвиток усіх галузей природознавства, практика сільського господарства підготували ґрунт для вчення про еволюцію органічного світу. Для пояснення накопичених фактів, їх правильного тлумачення потрібні були ідея, теорія, узагальнення. Це зумів зробити Ч. Дарвін (1809—1882).

Ч. Дарвін, основні положення його еволюційної гіпотези та основні праці. Чарлз Роберт Дарвін народився 12 лютого 1809 р. в англійському місті Шрусбері. Навчаючись в університеті спочатку на медичному, а потім на богословському факультеті, виявив схильність до вивчення природничих наук і мав глибокі знання з геології, ботаніки й зоології. Тому після закінчення університету його як натураліста рекомендували на корабель «Бігл», який готувався до тривалого навколосвітнього мандрування. Під час подорожі різні спостереження переконали молодого вченого в мінливості видів. Думки про це він ретельно занотовував у своєму щоденнику.

Після повернення із подорожі Дарвін опублікував щоденник, в якому описав ряд нових для науки видів тварин. Згодом вийшли три великі його праці з геології, з яких найбільше значення мала розроблена ним теорія походження коралових рифів (див. мал. 3.14). Тривалий час Дарвін вивчав вусоногих раків, уперше дослідив роль дощових червів у ґрунтоутворенні, пристосування орхідних рослин до запилення комахами тощо.

Двадцять років Ч. Дарвін витратив на підготовку своєї основної праці «Походження видів шляхом природного добору, або збереження обраних порід у боротьбі за життя», яка вийшла в світ у 1859 р., в якій розкрив рушійні сили еволюції. Найголовнішими її положеннями є такі: види рослин і тварин не сталі, а мінливі, вони виникли природним шляхом від інших видів, які мешкали на Землі раніше; природна доцільність у живій природі сформувалась і формується в результаті природного добору корисних для організму змін. У 1868 р. була опублікована двотомна праця Дарвіна «Зміна свійських тварин і культурних рослин», яка була своєрідним доповненням до основної праці й додала доказів еволюції із практики сільського господарства. У 1871 р. Ч. Дарвін опублікував третю працю з питань еволюції «Походження людини і статевий добір», у якій докладно проаналізував численні докази походження людини від тварини.

За вченням Ч. Дарвіна, рушійні сили розвитку природи містяться в ній самій. Такими силами є спадкова мінливість і боротьба за існування, яка завершується природним добором.

Боротьба за існування та її форми. Всі організми в природі мають тенденцію до розмноження в геометричній прогресії. Потенційно кожний вид має можливість збільшувати чисельність особин у необмеженій кількості. За підрахунками Дарвіна, навіть дуже повільне розмноження слонів має великі потенційні можливості — через 750 років одна пара дасть 19 млн голів.

У природі геометрична прогресія розмноження ніколи не спостерігається, фактично організмів народжується завжди більше, ніж виживає. На шляху до безмежного в потенції розмноження стають перешкоди у вигляді «боротьби за існування». Дарвін зауважував, що застосовує цей вираз у широкому й метафоричному розумінні, маючи на увазі залежність однієї істоти від іншої, а також розуміючи (що ще важливіше) не тільки життя однієї особини, а й успіх її у забезпеченні себе потомством. Про рослину на околиці пустелі, підкреслював він, так само говорять, що вона бореться з посухою, хоча правильніше було б сказати, що вона залежить від вологості. У всіх цих значеннях учений для зручності вдавався до загального вислову «боротьба за існування». Дарвін розрізняв три форми боротьби за існування: 1) взаємовідносини організмів з неживою природою, або пристосування до абіотичних факторів зовнішнього середовища; 2) міжвидову боротьбу, яка охоплює і взаємовідносини між особинами, що належать до різних видів; 3) внутрішньовидову боротьбу, взаємовідносини між особинами, які належать до одного виду.

Взаємовідносини організмів з неживою природою можна проілюструвати на таких прикладах. Рослини Півночі більш морозостійкі за південні форми, бо особини, які нездатні витримувати низьку температуру, вимирають, і потомство зберігається лише від тих із них, які внаслідок мутаційної мінливості набули морозостійкості. У трав’янистих рослин тундри короткий вегетаційний період, упродовж якого вони встигають утворити насіння. І це є наслідком того, що рослини, які не встигали утворювати насіння за короткий час північного літа, не могли залишити потомства. У життєвій боротьбі перемагали ті представники видів, які завдяки відповідним спадковим змінам мали скорочений вегетаційний період.

Розвиток дарвінізму наприкінці XIX — на початку XX ст. Учення Ч. Дарвіна було значно доповнене й розширене його послідовниками і як закінчена система поглядів остаточно сформувалося на початку XX ст. як класичний дарвінізм.

Найбільший внесок у розвиток дарвінізму того часу зробив німецький учений Е. Геккель — засновник філогенетичного напряму цього вчення. Він звернув увагу на те, що упродовж історичного розвитку певної систематичної групи організми, котрі зазнали еволюційних змін, передають потомкам свої властивості. Отже, філогенез — це історичний розвиток як усього живого загалом, так і окремих груп (видів, родів, родин і т. д. до царств включно). Для визначення філогенезу певної групи Геккель порівнював дані палеонтології, порівняльної анатомії та ембріології (онтогенезу).

Дослідження викопних решток організмів та порівняння їх із сучасними видами, а також порівняння будови сучасних видів між собою дають підстави стверджувати про існування певних відмінностей між ними, а також про напрями історичних змін як окремих рис будови, так і типу організації загалом. Отже, викопні й сучасні форми ніби пов’язані в єдиний філогенетичний ряд — послідовність історичних змін організмів у цілому або їх окремих органів у межах певної систематичної групи (наприклад, послідовність еволюційних змін черепа й кінцівок у предків коней, мал. 1.74).

Мал. 1.74. Еволюція коня:

а — еогіпус; б — меригіпус; в — гіпаріон; г — сучасний кінь

У 1920—1950 рр. виникла синтетична теорія еволюції. Значних успіхів було досягнуто в ембріології, палеонтології та ін.

Дослідження адаптацій організмів до середовища існування. Мімікрія та її види. Адаптованим є, наприклад, захисне забарвлення тварин, біологічна роль якого полягає в тому, що організм стає менш помітним. Деякі тварини мають застережне забарвлення. Птахи не поїдають гусениць певних комах через їх неприємний смак, запах або щетинки на тілі. Деякі комахоїдні птахи і земноводні (жаби, ропухи) не їдять джмелів, ос, бджіл. Цим тваринам «вигідно» мати такі ознаки, за якими вороги відрізняють їх від інших комах. Вони яскраво забарвлені, літають відносно повільно, тримаються відкрито.

Поширене серед тварин явище мімікрії виявляється в імітації ними подібності організму чи окремого органа до інших організмів або предметів середовища завдяки захисній реакції. Мімікрія є результатом природного добору в боротьбі за існування. Для прикладу, форма крил багатьох метеликів збігається з формою зеленого або сухого листка. Малюнок на крилах деяких метеликів відтворює жилкування листків. Є мухи, подібні до ос, джмелів та інших комах (мал. 1.75). Іноді пристосування до умов життя виявляється в поведінці, інстинктах. Так, перепілки в разі небезпеки на п





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити