Теория эволюции занимает особое место в изучении истории жизни. Она стала той объединяющей теорией, которая служит фундаментом для всей биологии. Эволюция подразумевает всеобщее постепенное развитие, упорядоченное и последовательное. Применительно к живым организмам эволюцию можно определить как «развитие сложных организмов из предсуществующих более простых организмов с течением времени».
Представление об эволюции ведет свое начало не от Дарвина с его книгой
«Происхождение видов». Еще задолго до Дарвина попытки человека объяснить очевидное разнообразие окружающих его живых организмов парадоксальным образом привлекли его внимание к чертам структурного и функционального сходства между ними. Выдвигались различные эволюционные гипотезы, чтобы объяснить это сходство, и такие идеи сами «эволюционировали» по мере развития науки со времен Дарвина.
В древнем Китае Конфуций считал, что жизнь возникла из одного источника путем постепенного развертывания и разветвления.
В античную эпоху этим явлением занимались Диоген, Эмпедокл, Демокрит, Анаксагор, Фалес, Анаксимандр, Аристотель.
Диоген считал, что все вещи - результат дифференциации одной и той же вещи и подобные ей.
Эмпедокл: воздух, земля, огонь и вода – четыре корня всего сущего.
Жизнь возникла в результате действия сил притяжения и отталкивания между этими четырьмя элементами. Он пытался объяснить происхождение Вселенной, растений, животных и человека (впервые высказал зачатки идеи об эволюции органического мира).
Демокрит: живые существа возникли на Земле путем самозарождения из ила.
Анаксагор: организмы возникли из «зародышей», носящихся в воздухе.
Фалес (640-546 до н. э.): все живое происходит из воды.
Анаксимандр: растения, затем животные и, наконец, человек возникли из тины на формировавшейся Земле.
Аристотель (384-322 до н. э.) сформулировал теорию непрерывного и постепенного развития живого из неживой материи, основанной на его наблюдениях над животными. Создал представление о «лестнице природы» применительно к миру животных.
Во всех телах природы Аристотель различал две стороны: материя, обладающая различными возможностями и форма – душа, под влиянием которой реализуется данная возможность материи. Он различал три вида души: растительная или питающая, присущая растениям и животным; чувствующая, свойственная животным и разум, которым помимо двух первых наделён человек.
Такое направление в развитии биологии называется креационизмом (от лат. c r e a t i o – сотворение).
В средневековье (400-1440 н. э.) возникали теории, основанные на более ранних концепциях, перечисленных выше, или признании креационизма.
В более поздний период возникли следующие учения и теории:
. Джон Рей (1627-1705) создал концепцию вида.
. Карл Линней (1707-1778) внес большой вклад в создание системы природы. Он разбил все растения по числу и строению тычинок на 24 класса, классы разбил на отряды, отряды – на роды, роды на виды. Под видом он понимал группу организмов, происходящих от общих предков и дающих при скрещивании плодовитое потомство. Каждому растению Линней дал видовое и родовое название на латинском языке. Такой способ обозначения растения двумя словами называется бинарной (двойной) номенклатурой. Благодаря системе Линнея за несколько десятилетий число известных видов растений увеличилось от 7 000 видов до 100 000 видов.
Сам Линней знал и описал около 10 000 растений и свыше 4 200 видов животных.
Но система Линнея, не превзойденная по своей изящной простоте, была все- таки искусственной: она помогала распознавать растения, но не раскрывала полностью их родственных связей. Растения в ней распределялись по сходству одного, двух признаков. Не случайно родственные растения оказались разделенными, а не родственные – собранными вместе.
Всех животных Линней разделил на 6 классов (млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, насекомые и черви) и каждому классу дал собственную характеристику. Каждому животному он тоже дал родовое и видовое название.
Линней первый выделил классы млекопитающих и птиц, причислил к млекопитающим кита и отделил червей от насекомых.
Система животных, по Линнею, была более естественной, но и она содержала немало ошибок.
Человека Линней поместил рядом с обезьянами. Он сделал это за 120 лет до того, как Чарльз Дарвин обосновал свое учение о происхождении человека от обезьян. Но, опасаясь, как бы не вызвать гнев служителей церкви, Линней осторожно заметил в книге, что близость в системе не говорит о кровном родстве.
Вопроса о происхождении видов для Линнея не существовало. Он полагал, что все виды созданы «всемогущим творцом».
. Бюффон (1707-1778) высказал мнение, что разные типы животных имеют различное происхождение и возникли в разное время. Признавал влияние внешней среды и наследование приобретенных признаков.
. Джеймс Хаттон (1726-1797) – теория униформизма. Исчислял возраст
Земли миллионами лет.
. Эразм Дарвин (1731-1802): жизнь возникла из одной «нити», созданной богом. Не признал отдельного сотворения человека. «Нить» эволюционировала в результате наследования приобретенных признаков.
. Учёным, создавшим первую эволюционную теорию, был французский естествоиспытатель Жан-Батист Ламарк (1744-1829).
В своей знаменитой «Философии зоологии», которая вышла в 1809 году (это год рождения Чарльза Дарвина), Ламарк изложил историю развития органического мира.
К концу XVIII века натуралисты стали интересоваться не отдельными видами растений и животных, а теми изменениями, которые с ними происходят.
Ламарк ввёл термин биология, понимая под этим словом науку о жизни и ее закономерностях. Ламарк не сомневался, что живое происходит от неживого. Он считал, что, пользуясь теплом, светом, электричеством, влажностью, природа создает простейшие животные существа. А сложные организмы возникают путем медленного и постепенного усложнения простейших и могут получить жизнь только от подобных себе. Такое постепенное усложнение организации Ламарк назвал градацией.
Основная идея системы Ламарка – исторический переход от простейших к моллюскам – сохраняется и в современных классификациях.
По мысли Ламарка все живое, все живые существа как бы поднимаются по ступенькам лестницы. На высших ступеньках лестницы размещается семейство
«двуруких», в которое Ламарк поместил и человека, признав улучшенным животным, которое достигло совершенства при благоприятных условиях. Ламарк первый наметил путь, по которому происходило очеловечивание обезьян.
Основные положения своей теории, объясняющей лестницу существ с эволюционных позиций, Ламарк сформулировал в четырех законах:
«Первый закон. Жизнь своими собственными силами непрерывно стремится увеличить объем всякого наделенного ею тела и расширить размеры его частей до предела ею самой установленного.
Второй закон. Образование нового органа в теле животного является результатом новой появившейся потребности, которая продолжает оставаться ощутимой, а также нового движения, порожденного и поддерживаемого этой потребностью.
Третий закон. Развитие органов и сила их действия всегда соответствует употреблению этих органов.
Четвёртый закон. Все, что было приобретено, запечатлено или изменено в организации индивидуумов в течение их жизни, сохраняется путем воспроизведения и передается новым индивидуумам, испытавшим эти изменения».
Несмотря на свою наукообразную форму, законы Ламарка не могли убедить людей со строгим мышлением. Не находя свидетельств изменчивости видов во времени, они продолжали твердо стоять, как они считали, на почве фактов, сохраняя веру в божественное творение. Виднейший авторитет в биологии того времени Кювье, ознакомившись с основным трудом Ламарка «Философия зоологии», заявил: «Никто не считает эту философию настолько опасной, чтобы нужно было ее опровергать». Видимо, опасность не грозила представлению о неизменности видов.
Ламарк был уверен, что Земля не сразу стала такой, как теперь: под влиянием солнца и дождевых вод реки меняли свою глубину, горы рассыпались в пыль. Доказывая изменения видов в природе, Ламарк ссылался на изменения некоторых диких животных и растений под воздействием человека.
Позднейшие исследования показали. Что по наследству не передаются изменения, вызванные прямым влиянием внешней среды, а сохраняются лишь те, которые возникли в результате гибридизации или мутации.
В учении Ламарка были и другие ошибки. Он признавал абсолютную целесообразность в природе. Ламарк считал, что условия жизни изменяют организмы, но не являются причиной их усложнения. Если бы многие поколения жили в абсолютно не измененных условиях, но и тогда бы они изменялись, так как постоянная стремление к усложнению вложено в них, по мнению Ламарка,
«верховным творцом» и потому свойственно их природе. Но если все живые существа стремятся к совершенству, то как же объяснить существования в наши дни простейших организмов? Значит, допускал Ламарк, они зарождаются и сейчас «в пригодных для того веществах».
Ламарк не подозревал о существовании в природе естественного отбора.
Основными факторами эволюции он считал среду и время. Среда вызывает изменения, а время их усиливает и закрепляет. Только спустя полвека Дарвин своим учением о естественном отборе и выживании более приспособленных особей сумел объяснить, каким образом история органического мира от первичной бесформенной протоплазмы привела к высшим фазам жизни.
При всех крупных недочетах теория Ламарка была первой эволюционной теорией, которая раскрывала родственные связи между организмами и объясняла их историю. Ламарк первый обратил всеобщее внимание на то, что все изменения в живом и неживом мире происходят «на основании законов природы.
А не вследствие чудесного вмешательства».[1]
. Жорж Кювье (1769-1832) использовал палеонтологическую летопись.
Ископаемые остатки – результат «катастроф», после которых создавались новые виды. Несмотря на то, что огромное множество видов должно было каким-то образом возникнуть, научная этика Кювье требовала рассматривать только явления, доступные наблюдению. Так как кошки, собаки, ибисы и прочие животные, мумифицированные древними египтянами несколько тысяч лет назад, нисколько не отличались от современных, то проблему видообразования можно было считать внеопытной, то есть научной. Между прочим, сходная точка зрения на проблему возникновения жизни на Земле существует в настоящее время у многих биологов. Различные теории, касающиеся этой проблемы, принято встречать скептически, как будто речь идет о чем- то не вполне серьезном.
. Уильям Смит (1769-1838) возражал против теории катастроф Кювье, основываясь на непрерывном распространении сходных видов, в близких по возрасту слоях.
. Чарльз Лайель (1797-1875) продемонстрировал прогрессивные изменения ископаемых остатков.
. Чарльз Дарвин (1809-1882), находившийся под влиянием идей Лайеля и
Мальтуса, сформировал теорию эволюции в результате естественного отбора.
I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЭВОЛЮЦИОННОГО
УЧЕНИЯ ЧАРЛЬЗА ДАРВИНА.
Весь ход развития науки XIX века неудержимо вел к формированию исторического взгляда на природу. Однако возникновение учения о развитии органического мира было обусловлено не только ходом развития естественных наук, но и социально-экономическими причинами.
В первой половине XIX века Англия была передовой капиталистической страной с высоким уровнем развития производительных сил. Для освоения новых земель туда направлялись военные, торговые и исследовательские экспедиции.
В одной из них принял участие Чарльз Дарвин. Его путешествие дало возможность провести обширные геологические, зоологические и ботанические наблюдения, которые привели к выводу о несостоятельности теории постоянства видов.
В середине XIX века капиталистический способ производства в Англии распространился и на сельское хозяйство. Это способствовало развитию интенсивных методов полеводства и животноводства. Старые малопродуктивные породы животных и сорта растений уже не удовлетворяли запросы рынка. В сельском хозяйстве все шире стали применяться различные приемы улучшения старых и введения новых более продуктивных пород животных и высокоурожайных сортов животных, что подрывало веру в –неизменяемость живой природы. Эти достижения укрепили эволюционные воззрения Чарльза Дарвина и помогли ему обосновать принципы отбора, лежащие в основе его теории.
Естественные науки к этому времени накопили огромное количество фактов, которые нельзя было совместить с метафизическими представлениями о неизменяемости природы. Одной из научных предпосылок возникновения учения
Дарвина было эволюционное учение Ламарка.
Большое влияние на Чарльза Дарвина оказала и работа Чарльза Лайеля, который показал, что геологические изменения происходят под влиянием непрерывного выветривания, размывания, вулканической деятельности и других естественных сил. Представление о постепенном преобразовании Земли и условий жизни на ней привели к учению о постепенном преобразовании организмов, их приспособлении к изменяющейся среде. Учению об изменчивости видов.
Развитие различных областей биологии также наталкивало на мысль об изменяемости в природе. Об этом свидетельствовали многочисленные факты из области сравнительной анатомии, систематики, палеонтологии, эмбрионологии и клеточной теории.
Эволюционные идеи высказывались многими учеными того периода. Их сторонником был и русский ученый К.Ф. Рулье (1814-1858). В своих лекциях и в курсе «Общая зоология» он отстаивал мысль о вечности природы, о необходимости исследования всех ее явлений во взаимосвязи. Рулье считал, что природа не всегда была такой, какой мы ее видим сейчас. В природе нет застоя и покоя. По общему закону природы все образуется путем медленных постоянных изменений. Эти изменения приводят к тому, что из более простого развивается более сложное. Основываясь на палеонтологическом материале,
Рулье выделял три периода в развитии органического мира.
Первый период характеризуется возникновением и развитием жизни в море.
В первичном океане зародились одноклеточные водоросли. Затем при отступлении моря на участках освободившейся суши появились лишайники, а позднее – грибы и мхи. Дальнейшее усложнение первичных растений привело к возникновению более сложно устроенных сосудистых растений.
Второй период ознаменован расцветом однодольных и появлением двудольных растений, а также первых наземных животных.
Для третьего периода характерно появление на земном шаре современных растений и животных.
Учение Рулье не было повторением учения Жана-Батиста Ламарка. Ученый развивал теорию эволюции органического мира на основе обобщения достижений биологических наук за время, прошедшее с момента выхода в свет «Философии зоологии» Ламарка. По своей сути оно глубоко материалистично и объясняет органический мир как результат его исторического развития.
Появление эволюционной теории в середине XIX века К. Бэр, проанализировав строение зародышей у представителей различных классов позвоночных, сделал следующие выводы:
. На ранних стадиях развития зародыши различных животных сходи друг с другом.
. По мере развития зародышей их сходство уменьшается, и они приобретают черты, свойственные данной систематической группе.
Под влиянием работ Бэра зоологи XIX указывали на то, что для определения систематического положения организма важно знать ранние стадии его эмбрионального развития, когда появляются первые характерные признаки данной группы организмов. Так, у эмбрионов позвоночных происходит ранняя закладка нервной трубки и хорды (признаки, характерные для всей этой группы, начиная от рыб и до млекопитающих включительно). Следовательно, хорда и нервная трубка – важнейшие признаки позвоночных животных.
Во второй четверти XIX века были сделаны крупные открытия, касающиеся строения клетки. Английский ботаник Р. Броун в растительных клетках открыл ядро, а М. Шлейден и Т. Шванн создали клеточную теорию, которая дала прочное научное обоснование учению о единстве органического мира.
На формирование эволюционных взглядов Дарвина большое влияние оказали также широко распространенные в Англии идеи, порожденные социально- экономическими условиями, - идея свободы конкуренции и всеобщей борьбы за существование в человеческом обществе. Свобода конкуренции, борьба за существование провозглашались как всеобщий закон природы. Из работы А.
Смита «Исследование о природе и причинах богатства народов» Дарвин извлек идею о естественной «гибели неудачников», что позволило ему подойти к идее естественного отбора.
Большое значение в формировании эволюционных взглядов Дарвина сыграли его собственные открытия, сделанные им во время путешествия на корабле
«Бигль». Изучив геологию Южной Америки, Дарвин убедился в несостоятельности теории катастроф и подчеркнул значение естественных факторов в истории земной коры и ее животного и растительного населения. Благодаря палеонтологическим находкам он отмечает сходство между вымершими и современными животными Южной Америки. Он находит так называемые переходные формы, которые совмещают признаки нескольких отрядов. Таким образом. Был установлен факт преемственности между современными и вымершими формами.
Дарвин называет и ряд связывающих форм. В частности, южноамериканская макраухения объединяет два больших подразделения парнопалых и непарнопалых копытных четвероногих; гиппарион представляет промежуточную форму между нынешней лошадью и некоторыми древними копытными. Южноамериканский гипотерий является тем удивительным соединительным звеном, которое нельзя поместить обособленно ни в один из существующих отрядов. Зеуглодон и сквалодон – связующие звенья между живущими в воде и всеми другими млекопитающими. Далее Дарвин обратил внимание на особенности географического распределения животных. В фауне Южной Америки представлены формы, которых нет в Северной Америке (обезьяны, ламы, ленивцы, муравьеды, броненосцы). Однако, по его мнению, сходство фаун обоих материков имело место в прошлые геологические эпохи. В дальнейшем произошла изоляция фаун
Южной и Северной Америки благодаря появлению преграды (плоскогорья) в южной части Мексики.
Особенно интересные данные Дарвин собрал на Галапагосских островах, лежащих в 950 км от Западного побережья Южной Америки в Тихом океане. Эти острова вулканического происхождения, молоды в геологическом отношении, то есть возникли позже Американского континента. Изучая живущие там эндемичные формы черепах, вьюрков и др., он отметил, что фауна этого архипелага схожа с фауной Южной Америки, но вместе с тем и отличается от нее.
Дарвин показывает американское происхождение галапагосской фауны. Он отмечал, что на каждом острове этого архипелага имеется своя форма вьюрков.
Но все они образует одну естественную группу и произошли от одного первоначального вида, жившего на близлежащем Американском материке.
Итак, в начале XIX века на основе обширного фактического материала были сделаны некоторые важные обобщения: об изменяемости видов, о естественных группах организмов, единстве плана строения организмов, смене форм и увеличении в последовательных геологических горизонтах сходства в строении вымерших форм с современными, об историческом развитии земной коры, а также о сходстве зародышей систематически далеких друг от друга групп животных.
Таким образом, учение об эволюции органического мира – крупнейшее обобщение естествознания XIX века – было подготовлено как предшествующим развитием научной мысли, так и социально-экономическими условиями.
Однако если дарвинизм был подготовлен всем ходом развития науки и социально-экономических условий, если многие ученые до Дарвина высказывали идеи, близкие к его воззрениям, то в чем же заслуга самого Дарвина?
Действительно ли он совершил переворот в биологической науке?
Несмотря на то, что естествознание продвигалось вперед, накапливало факты, крайне противоречившие метафизическому мировоззрению, взгляды о неизменности природы продолжали господствовать. В учениях предшественников
Дарвина оставались нерешенными три основные проблемы. Первая из них – проблема превращения одной органической формы в другую. Никто не доказал, что из одного вида может возникнуть новая видовая форма. Вторая – проблема целесообразности органических существ. Она заключается в следующем: почему, если в природе идет процесс исторического развития, каждая новая органическая форма оказывается приспособленной к окружающим условиям? До
Дарвина эту проблему решали с метафизических позиций, в силу чего целесообразность признавалась абсолютной и изначальной, раз и навсегда данной. Третья проблема касалась движущих сил и факторов эволюции. Все эти проблемы впервые нашли свое решение в эволюционной теории Дарвина, которая и совершила переворот в биологической науке.
Эволюционная теория Дарвина являлась одним из первых удачных примеров решения важных проблем развития живой природы с позиций естественноисторического материализма. Она оказала огромное влияние на все биологические науки, утвердив понимание живой природы и дав материалистическое объяснение явлениям целесообразности.
Положительной стороной теории Дарвина является ее тесная связь с селекционной практикой, которая послужила основой для построения эволюционной теории. Для анализа процесса эволюции органического мира
Дарвин не просто использовал данные практики, а критически пересмотрел свои выводы с учетом достижений биологии и сельского хозяйства. Это отвечало общепризнанному принципу, согласно которому практика является главным критерием истины, и привело к коренной перестройке биологических наук и разрешению многих общебиологических проблем.
II. ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР.
Исходным положением учения Дарвина является его утверждение о наличии изменчивости в природе.
Изменчивостью называют общее свойство организмов приобретать новые признаки – различия между особями в пределах вида.
Изменчивость хорошо прослеживается при сравнениях многих пород животных и сортов растений, выведенных человеком в различных местах земного шара.
Так, в Северной Африке имеется 38 разновидностей финиковой пальмы. Только на одном острове Полинезии возделывается 24 формы хлебного дерева и столько же форм бананов. В Китае выращивают 63 сорта бамбука. В пределах любого вида животных и растений, а в культуре – в пределах любого сорта и породы нет одинаковых особей. Еще К. Линней указывал, что оленеводы узнают в своем стаде каждого оленя, пастухи – каждую овцу. Намного сильнее это способность развита у садоводов. Многие садоводы распознают сорта гиацинтов и тюльпанов по луковицам. Значит, все животные и растения отличаются от себе подобных, хотя неопытному глазу и кажутся одинаковыми. Исходя из этих фактов, Дарвин делает вывод о том, что животным и растениям присуща изменчивость.
Анализируя материал по изменчивости животных, ученый заметил, что достаточно любой перемены в условиях содержания, чтобы вызвать изменчивость. Он различал две основные формы изменчивости: групповую, или определенную, и индивидуальную, или неопределенную.
При групповой, определенной, но не наследственной изменчивости многие особи данной породы или сорта под влиянием конкретной причины изменяются одинаковым образом. Так, например, рост организмов зависит от количества пищи, окраска – от ее качества.
Под индивидуальной, неопределенной, наследственной изменчивостью следует понимать те небольшие различия, которыми отличаются друг от друга особи одного и того же вида. Это изменения, возникающие в результате неопределенного воздействия условий существования на каждую особь, такие изменения появляются у животных одного помета, у растений, выросших из семян одной коробочки. Неопределенность этих изменений заключается в том, что под действием одних и тех же условий особи изменяются по-разному.
Неопределенные изменения Дарвин сравнивает с простудой, которая действует на разных людей по-разному, вызывая то кашель, то ревматизм, то воспаление легких в зависимости от состояния организма человека и его телосложения.
Дарвин отметил далее факт, что организм, изменившийся в каком-либо направлении, передает потомству тенденцию изменяться далее в том же направлении при наличии условий, вызвавших это изменение. В этом заключается так называемая длящаяся изменчивость, которая играет важную роль в эволюционных преобразованиях.
Изучая проявление изменчивости у растений и животных, Дарвин отметил ряд важных закономерностей в изменении различных органов и их систем в организме.
Одной из таких закономерностей является коррелятивная, или соотносительная , изменчивость. Коррелятивная изменчивость заключается в том, что изменение одного органа вызывает изменение других. Примером такой изменчивости может служить связь между развитием функционирующей мышцы и образованием гребня на кости, к которой она прикрепляется. У многих болотных птиц наблюдается корреляция между длиной шеи и длиной конечностей: птицы с длинной шеей имеют и длинные конечности.
Всем организмам в природе присуще наследственность. Это свойство выражается в сохранении и передаче признаков к потомству.
Огромное значение Дарвин придавал наличию изменчивости и наследственности в природе. Изменчивость и наследственность в сочетании с отбором – естественный фактор эволюции.
В книгах «Происхождение видов путем естественного отбора, или
Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (1859) и «Изменения домашних животных и культурных растений» (1868) Дарвин подробно описал многообразие пород домашних животных и анализировал их происхождение. Он отмечал разнообразие пород крупного рогатого скота, которых насчитывается около 400. Они отличаются друг от друга рядом признаков: окраской, формой туловища, степенью развития скелета и мускулатуры, наличием и формой рогов.
Ученый подробно исследовал вопрос о происхождении этих пород и пришел к заключению, что все европейские породы рогатого скота, несмотря на большие различия между ними, произошли от двух предков, одомашненных человеком.
Чрезвычайно разнообразны и породы домашних овец, их более двухсот, но происходят они от ограниченного числа предков – муфлона и архара. Разные породы домашних свиней выведены также от двух предков, которые в процессе одомашнивания изменили многие черты своего строения. Необычно многообразны породы собак, кроликов, кур и других домашних животных.
Особый интерес у Дарвина вызывал вопрос о происхождении голубей.
Он доказал, что все существующие породы голубей произошли от одного дикого предка- скалистого (горного) голубя. Породы голубей так различны, что любой орнитолог, найдя их в диком состоянии, признал бы их за самостоятельные виды. Однако Дарвин показывает их общее происхождение на основании следующих фактов:
. Ни один из видов диких голубей, кроме скалистого, не имеет отличительных признаков домашних пород.
. Многие черты всех домашних пород сходны с чертами дикого скалистого голубя. Домашние голуби не вьют гнезд на деревьях, сохраняя инстинкт дикого голубя, вьющего гнезда на уступах скал. Все породы обладают одинаковым поведением во время ухаживания за самкой.
. При скрещивании голубей разных пород иногда появляются гибриды с признаками дикого скалистого голубя.
. Все гибриды между любыми породами голубей плодовиты, что подтверждает их принадлежность к одному виду. Совершенно очевидно, что все эти многочисленные породы произошли в результате изменения одной первоначальной формы. Такой вывод справедлив и для большинства домашних животных и культурных растений.
Большое внимание Дарвин уделял изучению различных сортов культурных растений. Так, сравнивая разнообразные сорта капусты, он сделал вывод о том, что все они выведены человеком из одного дикого вида.
Таким образом, было показано, что в процессе одомашнивания человек может добиться больших изменений у растений и животных. Однако породы и сорта, создаваемые человеком, характеризуются одной особенностью. Несмотря на то, что изменчивость затрагивает все органы животных и растений, домашние породы отличаются теми признаками, которые особенно ценятся человеком. Так, например, выведенные селекционером сорта капусты редко различаются формой листьев, а их цветки и семена остаются похожими. У декоративных растений, например у разных сортов анютиных глазок, получены разнообразные цветы, а их листья почти одинаковы. У сортов крыжовника разнообразны плоды, а листья почти не различаются. Новые сорта и породы улучшены, усовершенствованны, но их совершенство заключается лишь в том, что они соответствуют потребностям человека. Например, быстро жиреющие свиньи вполне удовлетворяют человека, но в условиях дикой природы они не могли бы защитить себя от врагов и найти достаточное количество корма. Эти примеры показывают, что человек сам создает необходимые ему породы и сорта.
Каким же путем это достигается? Дарвин заметил, что во всех случаях селекционеры применяли один и тот же прием. Разводя животных или раст6ения, они оставляли для размножения только экземпляры, наиболее удовлетворявшие их потребностям, и из поколения в поколение накапливали полезные для человека изменения. Такой способ получения пород и сортов называется искуственным отбором.
Дарвин различает два вида искусcтвенного отбора – методический, или сознательный, и бессознательный отбор. Сущность методического отбора заключается в следующем: приступая к работе, селекционер ставит перед собой определенную задачу в отношении тех признаков, которые он хочет развить у данной породы. Прежде всего, эти признаки должны быть хозяйственно ценными, а некоторые из них должны удовлетворять эстетические потребности человека.
Признаки, с которыми работают селекционеры, могут быть и морфологическими и функциональными. К ним может относиться и характер поведения животных, например драчливость у бойцовых петухов. Решая поставленную перед собой задачу, селекционер выбирает из уже имеющегося материала все то лучшее, в чем проявляется хотя бы в малой степени интересующие его признаки. Выбранные особи содержатся в изоляции во избежание нежелательного скрещивания. Затем селекционер выбирает пары для скрещивания. После этого, начиная уже с первого поколения, он ведет строгий отбор лучшего материала и выбраковку того, который не удовлетворяет предъявленным требованиям.
Таким образом, методический отбор – это творческий процесс, приводящий к образованию новых пород и сортов. Используя этот метод, селекционер, как скульптор лепит новые органические формы по заранее продуманному плану.
Успех искусственного отбора зависит от степени изменчивости исходной формы: чем сильнее изменяются признаки, тем легче найти нужные изменения.
Немалое значение имеет и величина исходной партии: в большой партии большие возможности выбора. сохранению отобранного материала способствует устранение скрещивания с другими формами, то есть изоляция и накопляющее действие отбора .другими словами, усиление нужных признаков в поколениях вследствие отбора в одном и том же направлении. Дарвин отмечал, что это усиление новых признаков достигается в процессе дивергенции, то есть уклонения от первоначальной формы .
Бессознательный отбор производится человеком без определенной, заранее поставленной задачи. Дарвин показал, что такой отбор действительно имеет место. Так, например, крестьянин, имеющий двух коров, желая использовать одну из них на мясо, зарежет ту, которая дает меньше молока; из кур он использует на мясо самых плохих несушек. В обоих случаях крестьянин, сохраняя наиболее продуктивных животных, производит направленный отбор, хотя и не ставит перед собой цели вывести новые породы. Именно такую примитивную форму отбора Дарвин называет бессознательным отбором.
Во время своего путешествия, изучая жизнь полуцивилизованных народов
Южной Африки и Австралии, Дарвин убедился, что и эти народы применяют бессознательный отбор. Очевидно, бессознательный отбор издавна производился человеком при одомашнивании диких животных. Все это дало возможность сделать важный вывод о том, что в практике сельского хозяйства новые формы животных и растений всегда получают только путем отбора. Следовательно, в учении об искусственном отборе Чарльз Дарвин открыл закон, которому подчиняется процесс выведения новых пород животных и сортов растений.
Несмотря на то, что методический отбор является более прогрессивной формой, в своем учении особое значение Дарвин придает отбору бессознательному. По его мнению, бессознательный отбор – это мостик между искусственным и естественным отбором. При бессознательном отборе человек не ставит перед собой цели выведения новой породы и выступает по отношению к полученному результату лишь как слепой отбирающий фактор, каким может быть любой другой фактор среды.
Дарвин указал условия, благоприятствующие проведению искусственного отбора:
. Высокая степень изменчивости организмов.
. Большое число особей, подвергаемых отбору.
. Искусство селекционера.
. Устранение случайных особей.
. Достаточно высокая ценность данных животных или растений для человека.
III. ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР.
По Дарвину, эволюция видов в природе обусловливается факторами, аналогичными тем, которые определяют эволюцию культурных форм. Предпосылкой эволюции видов является наследственная изменчивость. Дарвин и здесь различает те типы изменчивости, которые он выделил в отношении культурных форм, отмечая особую значимость неопределенной (индивидуальной) изменчивости. Он считал, что незначительные индивидуальные изменения организмов ведет к образованию их разновидностей. Вот почему доказательства изменяемости видов он начинает с анализа индивидуальной изменчивости, существующей в природе. Затем Дарвин доказывает наличие в природе и других факторов, обусловливающих возможность эволюции: помимо наследственной изменчивости необходимо наличие отбирающего фактора. Роль отбирающего фактора выполняет естественный отбор, в основе которого лежит борьба за существование, возникающая вследствие огромной интенсивности размножения организмов, приводящих к перенаселенности.
Частным случаем естественного отбора является половой отбор, который связан не с выживанием данной особи, а лишь с ее воспроизводительной функцией, то есть с размножением. Половой отбор действует на признаки, связанные с различными аспектами этой важнейшей функции.
Половой отбор проявляется наиболее ярко при обостренной конкуренции особей одного пола, возникающей в результате специфических форм организации жизни вида (полигамия или полиандрия). Следствием полового отбора является развитие внешних признаков, различающих самцов и самок.
ИНТЕНСИВНОСТЬ РАЗМНОЖЕНИЯ ОРГАНИЗМОВ.
Способность к размножению - одно из основных свойств всего живого. В природе наблюдается тенденция организмов к неограниченному размножению. К.
А. Тимирязев приводит следующий пример, иллюстрирующий это положение.
Одуванчик, по приближенным подсчетам, дает сто семян. Из них на следующий год может вырасти сто растений, каждое из которых тоже дает по сто семян.
Значит, при беспрепятственном размножении число потомков одного одуванчика можно было бы представить геометрической прогрессией: первый год - одно растение; второй год - сто; третий - десять тысяч; ... ;десятый год - десять в восемнадцатой степени растений. Для расселения потомков одного одуванчика, полученного на десятый год, понадобится площадь в пятнадцать раз превышающая площадь земного шара. на самом деле этого не происходит.
Следовательно, не все растения оставляют после себя потомство, часть их погибает. Если подсчитать количество одуванчиков на определенной площади на лугу в течение нескольких лет, окажется, что оно мало изменится.
К такому заключению можно прийти, если проанализировать способность к размножению самых различных растений и животных. По подсчетам Дарвина, в одной коробочке мака содержится три тысячи семян, а куст мака, выросший из одного семени, дает до 60000 семян. Многие рыбы ежегодно мечут до десяти - ста тысяч икринок, треска и осетр - до шести миллионов. Наряду с этим имеются примеры относительно малой плодовитости. Так, самка слона приносит потомство в возрасте между тридцати - девяноста годами. За эти шестьдесят лет она рожает около шести детенышей. Однако даже при такой низкой плодовитости потомство одной пары слонов за 750 лет может составить 19 миллионов особей.
Из сказанного следует вывод о том, что в природе происходит сильная элиминация (удаление, исключение) организмов. Иными словами, не все потомки достигают полового созревания и дают потомство - часть из них погибает.
Несоответствие между числом рождающихся особей и числом особей, доживающих до зрелого состояния, Дарвин положил в основу своего учения о борьбе за существование.
Наследственная (неопределенная) изменчивость дает естественному отбору материал для накопления новых особенностей, подобно тому, как человек накапливает у домашних животных и культурных растений индивидуальные различия и создает новые формы.
Чарльз Дарвин приводит доказательства существования в природе изменчивости и среди них так называемые "сомнительные виды". К ним относятся близкие по систематическому положению формы, в отношении которых трудно сказать виды они или всего лишь подвиды более трудного вида. Неясность границ между сомнительными видами обусловлено существование переходных форм между ними и соседними видами. Из-за этого различные описания флоры и фауны одной и той же местности могут содержать разное количество видов.
Другим доказательством изменчивости видов Дарвин считал тот факт, что виды, имеющие большие ареалы распространения с разнообразными условиями существования, как правило, образуют ряд географических подвидов.
БОРЬБА ЗА СУЩЕСТВОВАНИЕ.
Важнейшее место в теории естественного отбора занимает концепция борьбы за существование. Согласно Дарвину, борьба за существование является результатом тенденции организмов любого вида к безграничному размножению.
Какие же силы осуществляют элиминацию части потомства в природе? Дарвин обращает внимание на широкую взаимосвязь между организмами и их связь с окружающей средой. Хищник, для того чтобы жить, должен питаться, и пищей ему служат травоядные животные. Травоядное животное, чтобы жить, поедает многие тысячи луговых растений. Растения уничтожаются насекомыми. Насекомые же являются кормом для насекомоядных птиц, которые в свою очередь истребляются хищными птицами. Эти сложные взаимосвязи Дарвин назвал борьбой за существование.
Термин "борьба за существование" (s t r u g g l e f o r e x i s t e n c e) не вполне точно соответствует тому значению, которое вкладывал в него сам Дарвин, предлагая понимать этот термин "в широком и метафорическом смысле". Во-первых, Дарвин включал в понятие "существование" не только жизнь данной особи, но и успех ее в оставлении потомства. Во-вторых, словом
"борьба" обозначалась не столько борьба, как таковая, сколько конкуренция, часто происходящая в пассивной форме. Дарвин понимал под борьбой за существование совокупность всех сложных взаимоотношений между организмом и внешней средой, определяющих успех или неудачу данной особи в ее выживании и оставлении потомства.
Борьба за существование принимает самые разные формы. Это, во-первых, непосредственное уничтожение одной особи другой, во-вторых, широко распространенная конкуренция в борьбе за свет, влагу, пищу и место на земле. Растение, отставшее в росте, вытесняется другими растениями, недостаток света еще больше угнетает его, и, наконец, оно погибает.
Различные проявления борьбы за существование Дарвин сводил к трем видам: межвидовая, внутривидовая и борьба с условиями неорганической внешней среды.
Примеры межвидовой борьбы многочисленны. Это отношения между хищником и жертвой, травоядными животными и растениями, насекомыми и насекомоядными птицами; это конкурентная борьба между культурными растениями и сорняками, между деревьями разных видов в лесу и между травами на лугу. Сюда же можно отнести и явление антагонизма между разными видами микроорганизмов.
Поскольку под борьбой за существование Дарвин понимал зависимость организма от физических факторов внешней среды и других живых существ, а также успех особи "в обеспечении себя потомством", то в своей книге "Происхождение видов" он рассматривает и внутривидовые отношения как один из основных видов борьбы за существование.
Подчеркивая роль перенаселения как фактора, обуславливающего борьбу за существование, Дарвин сделал вывод, что наиболее ожесточенной должна быть внутривидовая борьба, как конкуренция между особями одного вида, которые обладают сходными жизненными потребностями. Кроме того, он проанализировал взаимоотношения особей близких и отдаленных видов. Особи отдаленных видов, как правило, имеют различные потребности. Иногда их потребности частично совпадают, и тогда между ними возникает конкурентная борьба за те или иные условия жизни. Напротив, у особей близких видов, и тем более у одного вида, почти все потребности совпадают, поэтому конкурентная борьба между ними становится особенно острой.
Огромную роль в процессе элиминации особи в растительном и животном мире играют условия неорганической внешней среды. Дарвин приводит пример, когда во время суровой зимы в той местности, где он жил, погибло 80%птиц.
Множество растений уничтожается почти ежегодно поздними заморозками, засухой, резкими климатическими колебаниями. При недостатке растворенного в воде кислорода в водоемах гибнут рыбы. Пропадает значительная масса семян, заносимых ветром в неблагоприятные условия.
Перенаселение - необходимая предпосылка возникновения борьбы за существование. Однако самой общей причиной борьбы за существование является относительная приспособленность организмов к окружающей их среде. Это объясняется тем, что физико-химические и биотические (создаваемые самими организмами) условия среды всегда колеблются, изменяются в том или ином направлении. Такие факторы окружающей среды, как количество пищи, влаги, освещенность, численность и активность врагов и паразитов, постоянно меняются. Гибель организмов из-за отсутствия необходимых условий для жизни обычно в природе, и они постоянно "борются" с неблагоприятными условиями окружающей среды.
Борьба за существование приводит к гибели организмов или снижению плодовитости, что в эволюционном плане одно и то же. Какие же особи выживают в процессе борьбы за существование, и какие гибнут? Является ли выживание чистой случайностью?
Для решения этого вопроса вновь обратимся к практике сельского хозяйства.
При искусственном отборе селекционер оставляет для размножения особи, обладающие хотя бы небольшими полезными изменениями. Наличие полезных изменений должно играть определенную роль и при естественном отборе, только в первом случае речь идет об изменениях, полезных для человека, а во втором
- об изменениях, полезных для самих организмов. Всякое, даже мелкое полезное организму изменение будет повышать вероятность его выживания.
Другими словами, выживают особи, наиболее приспособленные к условиям окружающей среды.
Следовательно, естественный отбор - это идущий в природе процесс, при котором в результате воздействия условий среды на развивающиеся организмы сохраняются особи с полезными признаками, повышающими выживаемость в данных условиях среды и обусловливающими более высокую их плодовитость.
Однако нельзя утверждать, что в процессе борьбы за существование выживают самые сильные, так как это искажает смысл учения Дарвина. Черви - паразиты кишечника - не являются самыми ловкими и сильными, но они хорошо приспособлены к жизни в кишечнике хозяина. Или такой пример: большинство насекомых имеют крылья и перелетают с цветка на цветок. Однако, встречаются и бескрылые формы, которые вынуждены в поисках пищи переползать с растения на растение. Казалось бы, крылатые насекомые должны победить в борьбе за существование бескрылые формы, тем не менее, на океанических островах преобладают бескрылые формы, так как крылатые уносятся в океан и погибают.
Следовательно, в результате естественного отбора выживают виды, наиболее приспособленные к тем конкретным условиям среды, в которых протекает их жизнь. Приспособленные изменения возникают постепенно. Естественный отбор способствует накоплению полезных изменений из поколения в поколение, и через много поколений особи данного вида значительно отличаются от своих предков.
Таким образом, Дарвин установил, что отбор имеет место и в естественных условиях без участия человека. Именно благодаря естественному отбору происходит непрерывный процесс адаптации, совершенствования приспособлений, дивергенции и видообразования, то есть процесс эволюции.
В самом общем виде схема действия естественного отбора по Дарвину сводится к следующему. Из-за присущей всем организмам неопределенной изменчивости внутри вида появляются особи с новыми признаками. Они отличаются от обычных особей данной группы (вида) по потребностям. Вследствие различной приспособленности старых и новых форм борьба за существование приводит те или иные формы к элиминации. Как правило, устраняются менее уклонившиеся, ставшие в процессе дивергенции промежуточными, организмы. Промежуточные формы попадают в условия напряженной конкуренции. Это означает, что однообразие, повышающее конкуренцию, является вредным, а уклоняющиеся формы оказываются в более выгодном положении и их численность увеличивается.
Процесс дивергенции происходит в природе постоянно. В результате образуются новые разновидности, и подобное обособление разновидностей в конце концов приводит к появлению новых видов. В природе часто встречаются признаки, которые могут показаться на первый взгляд нецелесообразными, например яркая окраска и громкий голос у птиц, что выдает их присутствие. Это кажущееся противоречие с "ожидаемыми" результатами естественного отбора объясняет дарвиновская теория полового отбора. Такая форма отбора, по мнению Дарвина, определяется борьбой между особями одного пола, обычно самцами, за обладание особями другого пола. Следовательно, половой отбор- это частный случай внутривидового естественного отбора в период размножения. Дарвин различает два типа полового отбора. В первом случае происходит борьба между самцами, во втором - активность проявляют самки, а самцы лишь конкурируют между собой с целью возбудить самок, которые выбирают наиболее привлекательных самцов. Результаты обоих типов полового отбора различаются между собой. При первой форме отбора появляется сильное и здоровое потомство, хорошо вооруженные самцы (появление шпор, рогов). При второй усиливаются такие вторично-половые признаки, как яркость оперения, особенности брачных песен, издаваемый самцом запах, служащий для привлечения самки. Несмотря на кажущуюся нецелесообразность признаков, поскольку они привлекают хищников, у такого самца повышаются шансы на оставление потомства, что оказывается выгодным виду в целом. Важнейший результат полового отбора - появление вторично-половых признаков и связанного с ними полового диморфизма.
В различных обстоятельствах естественный отбор может идти с различной интенсивностью. Дарвин отмечает обстоятельства, благоприятствующие естественному отбору:
. Достаточно высокая частота проявления неопределенных наследственных изменений.
. Многочисленность особей вида, повышающая вероятность проявления полезных изменений.
. Неродственное скрещивание, увеличивающее размах изменчивости в потомстве.
Дарвин отмечает, что перекрестное опыление встречается изредка даже среди растений-самоопылителей.
. Изоляция группы особей, препятствующая их скрещиванию с остальной массой организмов данной популяции.
. Широкое распространение вида, так как при этом на границах ареала особи встречаются с различными условиями, и естественный отбор будет идти в разных направлениях и увеличивать внутривидовое разнообразие.
Наряду с этими обстоятельствами главным условием успеха естественного отбора является его накопляющее действие, в котором и заключается основа его творческой видообразующей деятельности.
IV. ПРИСПОСОБЛЕННОСТЬ ОРГАНИЗМОВ И ЕЁ ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ.
В работе "Происхождение видов..." Дарвин отметил важнейшую черту эволюционного процесса - его приспособительный характер. Виды непрерывно приспосабливаются к условиям существования, и организация любого вида постоянно совершенствуется. Заслугой эволюционного учения и является объяснение этого совершенства организмов как результата исторического накопления приспособлений.
Процесс возникновения целесообразной организации можно проследить на примере любой, достаточно изученной в эволюционном плане группы организмов.
Хорошим примером является эволюция лошади. Изучение предков лошади позволило показать, что ее эволюция была связана с переходом от жизни в лесах на топкой почве к жизни в открытых сухих степях.
Изменение известных предков лошади произошло в следующих направлениях:
Увеличение роста в связи с переходом к жизни на открытых пространствах (высокий рост является приспособлением к расширению горизонта в степях).
Увеличение быстроты бега достигалось облегчением скелета ноги и постепенным уменьшением числа пальцев (способность к быстрому бегу имеет защитное значение и позволяет более эффективно находить водоемы и кормовые угодья).
Интенсификация перетирающей функции зубного аппарата в результате развития гребней на коренных зубах, что было особенно важно с переходом к питанию жесткой злаковой растительностью.
Наряду с этими изменениями происходили и коррелятивные, например удлинение черепа, изменение формы челюстей, физиологии пищеварения и т. д.
Вместе с развитием приспособлений в эволюции любой группы проявляется так называемое приспособительное многообразие. Оно заключается в том, что на фоне единства организации и наличия общих систематических признаков представители любой естественной группы организмов всегда отличаются специфическими признаками, определяющими их приспособленность к конкретным условиям обитания.
В связи с жизнью в сходных условиях обитания неродственные формы организмов могут приобретать сходные приспособления. Например, такие систематически далекие формы, как акула и дельфин, имеют сходный внешний вид, являющийся приспособлением к одинаковым условиям жизни в определенной физической среде, в данном случае в воде. Сходство между далекими в систематическом отношении организмами называется конвергенцией. Широкое распространение конвергенции между неродственными формами есть прямое следствие дивергентного развития большинства естественных групп в пределах сходных местообитаний. У сидячих простейших, губок, кишечно-полостных, кольчатых червей, ракообразных иглокожих, асцидий наблюдается развитие корнеподобных ризоидов, при помощи которых они укрепляются в грунте. Многим из этих организмов свойственна стебельчатая форма тела, позволяющая при сидячем образе жизни смягчать удары волны, толчки плавников рыб и т. д.
Всем сидячим формам свойственна склонность к образованию скоплений особей и даже колониальности, где индивидуум подчинен новому целому - колонии, что снижает вероятность гибели в результате механических повреждений.
Конвергентное сходство всегда строится на разной генетической основе.
Как случаи дивергенции, так и случаи конвергенции есть ни что иное, как проявление эволюционных преобразований, проявление приспособительного характера эволюции.
Чарльз Дарвин считал, что любое приспособление относительно и временно. Приспособление – это не какое-то особое свойство организма, а лишь проявление взаимодействий конкретных признаков в конкретных условиях. Если бы организмы обладали способностью всегда изменяться только приспособительно, то в их организации нельзя было бы обнаружить признаков нецелесообразности. Однако такие примеры нецелесообразного в организации и поведении организмов встречаются довольно часто.
В природе нет организмов, идеально приспособленных к условиям окружающей среды. Это особенно четко прослеживается, когда поведение организмов не обусловлено их образом жизни. Так, перепончатые лапы гусей служат приспособлением к плаванию и их наличие нецелесообразно. Однако перепончатые лапы имеют и горные гуси, что явно нецелесообразно, если учитывать их образ жизни.
Птица фрегат обычно не опускается на поверхность океана, хотя, как и горные гуси, она имеет перепончатые лапы. Можно с уверенностью сказать, что предкам этих птиц перепонки были необходимы и полезны, как и современным водным птицам. С течением времени потомки приспособились к новым условиям жизни, утратили привычку плавать, но органы плавания у них сохранились.
Известно, что многие растения чувствительны к колебаниям температуры и это является целесообразной реакцией на сезонную периодичность вегетации и размножения. Однако подобная чувствительность к колебаниям температуры может привести к массовой гибели растений в случае повышения температуры осенью, стимулирующей переход к повторному цветению и плодоношению. При этом исключается нормальная подготовка многолетних растений к зиме, и они погибают при наступлении холодов.
У многих животных имеются так называемые рудиментарные органы, то есть органы, утратившие свое приспособительное значение, в частности рудиментарные пальцы у копытных, рудименты задней конечности кита, третье веко у человека и его аппендикс. Эти органы утратили свое былое приспособительное значение, свидетельствуют об эволюционном процессе и служат примером относительной целесообразности.
Относительность целесообразности проявляется при значительном изменении условий существования организмов, так как при этом особенно наглядна утрата приспособительного характера того или иного признака. В частности, рациональное устройство нор с выходом на уровне воды у выхухоли губительно в зимние паводки. Ошибочные реакции часто наблюдаются и у перелетных птиц. Иногда водоплавающие птицы прилетают в наши широты до вскрытия водоемов, и отсутствие корма в это время приводит к их массовой гибели.
Целесообразность – это исторически возникшее явление при постоянном действии естественного отбора, и потому она проявляется по-разному на различных этапах эволюции. Кроме того, относительность приспособленности обеспечивает возможность дальнейшей перестройки и совершенствования имеющихся у данного вида адаптаций, то есть бесконечность эволюционного процесса. В качестве аналогии с искусственным отбором можно привести результаты селекционной деятельности человека, который постоянно совершенствует полезные для него признаки и свойства сортов растений и пород животных.
V. Вид. Критерии вида.
Вид – совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенную область – ареал.
Вид – явление историческое; он возникает, развивается, достигает полного развития, а затем при изменившихся условиях среды исчезает, уступая место другим видам, или сам изменяется, давая начало формам.
Вида как категории строго определенной, всегда себе равной и неизменной, в природе не существует. Но вместе с тем следует признать, что виды в наблюдаемый нами момент имеют реальное существование. Такая точка зрения на виды как реально существующие формы материи, возникающие в историческом процессе развития, является общепринятой.
Виды отличаются друг от друга определенными признаками во внешнем и внутреннем строении и характером обмена веществ. Каждый вид характеризуется своим ареалом. Вид – это конкретное звено
(этап) в эволюции живых организмов, основная форма существования жизни на Земле. Он рассматривается как сложная система внутривидовых единиц – популяций. Между популяциями внутри вида осуществляется обмен генетической информацией благодаря постоянной миграции особей.
Виды, как правило, хорошо изолированы в природе. Появление нового вида является центральным и важнейшим этапом эволюции живого на Земле. Возможность подразделения живых организмов на отдельные виды связана с тем, что группы, образующие отдельные виды, обладают определенным комплексом свойств. В одних случаях виды внутри рода могут резко различаться морфологически, в других – особенностями географического распределения, а совместно обитающие виды – лишь характером поведения. В связи с таким разнообразием характеристик видов необходимы четкие критерии для их выделения.
Критерии – характерные для вида признаки и свойства. Таких критериев несколько.
Морфологический критерий предполагает описание внешних признаков особей, входящих в его состав. Морфологические различия между видами могут быть выражены четко или нечетко, а иногда еле уловимы.
Этот критерий не является абсолютным, так как одни и те же признаки у одних и тех же групп организмов могут иметь разное систематическое значение. В мире животных окраска может быть отличительным признаком вида (у многих насекомых, рептилий), хотя в некоторых случаях она отражает лишь индивидуальные особенности (у большинства культурных растений и домашних животных). Значительные морфологические вариации между сортами и породами следует рассматривать как внутривидовые, а незначительные различия в природных условиях могут оказаться видовыми. В систематике при абсолютизации морфологического критерия часто возникает путаница: за отдельные виды принимаются географические и экологические расы одного вида.
Биохимический критерий также относителен, поскольку не существует каких-либо "видовых веществ". Он используется часто, ибо между видами существует количественное различие по многим биохимическим особенностям. Так, обнаружены различия в соотношении пуриновых (аденин и гуанин) и пиримидиновых (тимин и цитозин) оснований у видов одного рода, которые могут быть использованы при определении вида. Однако этот критерий не всегда является надежным, так как виды разных родов могут характеризоваться сходным отношением азотистых оснований.
Географический критерий – это определенный ареал, занимаемый видом в природе. Он может быть большим или меньшим, прерывистым или сплошным. Есть виды, распространенные повсеместно и нередко в связи с деятельностью человека (многие виды сорных растений, насекомых- вредителей). Географический критерий также не может быть решающим.
Экологический критерий, основа его – совокупность факторов внешней среды, в которой существует вид. Позволяет выявить некоторые особенности видов и определить их место в биоценозе.
Например, лютик едкий распространен на лугах и полях; в более сырых местах растет лютик ползучий; по берегам рек и прудов, на болотистых местах встречается лютик жгучий (прыщинец).
Генетический критерий – это характерный для каждого вида набор хромосом, строго определенное их число, размеры и форма. Это главный видовой признак. Особи разных видов имеют разный набор хромосом, поэтому они не могут скрещиваться, и отграничены друг от друга в естественных условиях.
Физиологический критерий – скрещиваться степень половой изоляции групп организмов. В основе физиологического критерия лежит сходство всех процессов жизнедеятельности у особей одного вида, прежде всего сходство размножения. Он также относителен, поскольку не может применяться в случаях отсутствия полового процесса или в случаях изолированных географических и экологических рас. Представители разных видов, как правило, не скрещиваются или потомство их бесплодно. Нескрещиваемость видов объясняется различиями строения полового аппарата, в сроках размножения и другими. Однако в природе есть виды, которые скрещиваются и дают плодовитое потомство
(некоторые виды канареек, зябликов, тополей, ив). Следовательно, физиологический критерий недостаточен для определения видовой принадлежности особи.
Таким образом, ни один из перечисленных критериев вида не является абсолютным и универсальным. При определении вида необходимо учитывать все критерии в совокупности, при этом основное внимание необходимо уделять такому свойству вида, как его генетическое единство и полная изоляция в природных условиях от других видов.
В природных условиях виды практически полностью репродуктивно изолированы друг от друга, то есть не скрещиваются.
Вид является центральным и главным качественным этапом процесса эволюции, потому что он представляет собой наименьшую неделимую, генетически закрытую систему в живой природе. Вид внутренне противоречив. С одной стороны, вид как результат эволюции целостен, приспособлен к данной среде, стабилен и генетически обособлен от других видов. С другой – как этап эволюционного процесса он динамичен и имеет нечеткие границы вследствие своей изменяемости.
VI. ПОПУЛЯЦИЯ – ЕДИНИЦА ЭВОЛЮЦИИ.
Особи любого вида распространены в пределах ареала неравномерно, как бы островами, то есть густонаселенные участки сменяются редконаселенными. В лесостепи Западной Сибири береза распространена островами – рощи, леса, степи. В средней полосе европейской части береза встречается сгущениями. На один кв. километр в чистых березняках растут тысячи деревьев, в смешанных лесах – несколько сотен. Такие сгущения чередуются с лугами, где на один кв. километр попадаются единичные березы.
Неравномерность распределения особей одного вида в ареале связана с различиями в условиях жизни, сложившимися в разных его участках (микроклимат, кормовые объекты, почва, другие виды и т. п.). Виды, жизнь которых связана с древесной растительностью, занимают в ареалах лесные участки. Колонии европейского крота встречаются на лесных опушках и лугах, жгучая крапива растет по канавам, огородам, около дорог.
Особи любого вида живут не поодиночке, а группами; между особями в таких группах на протяжении длительного времени сформировались сложные взаимоотношения. Совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида, называют популяцией. Это элементарная структура вида, в форме которой он существует.
Что же объединяет особей в одну популяцию? Главный объединяющий фактор – это свободное скрещивание особей друг с другом. Особи одной популяции обладают большим сходством во всех свойствах и признаках по сравнению с особями даже соседней популяции того же вида. Возможности встречи особей разного пола и их скрещивание внутри популяции значительно выше, чем между особями соседних популяций.
Смешиванию популяций препятствуют различные барьеры: географические – горы, реки, моря, климат, почва; биологические – у животных, например, некоторые различия в строении полового аппарата, сроках спаривания и гнездования, инстинкте сооружения нор и гнезд, поведении в период спаривания; у растений – в период цветения и опыления, в скорости прорастания пыльцы, в отношениях с насекомыми-опылителями. Все сказанное о популяциях относится главным образом к двуполым животным и к растениям с перекрестным опылением.
Различия между популяциями одного вида хорошо видны на следующем примере. Широко распространенный вид окунь обыкновенный в крупных озерах образует две популяции. Одна популяция живет в прибрежной зоне, особи питаются мелкими животными, растут медленно.
Другая популяция обитает на большой глубине, особи пытаются рыбой и их икрой, растут быстро.
В популяции постоянно возникают наследственные изменения. В результате скрещивания они распространяются в популяции и насыщают ее, она становится неоднородной. В популяции действует борьба за существование, а так же естественный отбор, благодаря которым выживают и оставляют потомство лишь особи с полезными в данных условиях изменениями. Таким образом, популяция представляет собой единую эволюцию.
ДАРВИН О ВИДООБРАЗОВАНИИ. МИКРОЭВОЛЮЦИЯ.
Возникновение новых видов Дарвин представлял как длительный процесс накопления полезных изменений, увеличивающихся из поколения в поколение. Мелкие индивидуальные изменения учений принимал за первые шаги видообразования. Их накопление через много поколений приводит к образованию разновидностей, которые он рассматривал как ступени на путь образования нового вида. Переход от одной ступени к другой происходит в результате накапливающего действия естественного отбора. Разновидность, по мнению Дарвина, - это зарождающийся вид, а вид – резко выраженная разновидность.
В процессе эволюции из одного родоначального вида может возникнуть несколько новых. Такой процесс Дарвин называл дивергенцией или расхождением признаков. Под этим термином он понимал возникновение разнообразных существ в потомстве от одного предка. Из измененных форм выживают и дают потомство только наиболее уклонившиеся разновидности, каждая из которых вновь дает веер изменившихся форм, и опять выживают наиболее уклонившиеся и лучше приспособленные. Так, шаг за шагом возникают все большие различия между крайними формами, перерастающими, наконец, в различия между видами, семействами и так далее.
В природе не всегда сохранялись лишь наиболее расходящиеся, крайние формы, средние так же могли выжить и дать потомство. Из крайних форм иногда развиваются одна, но может развиваться и более.
Если условия среды не изменяются или мало изменяются в течение длительного времени, то вид остается почти неизмененным по сравнению с родоначальным.
С тридцатых годов текущего столетия внимание ученых привлекает популяция как форма существования вида. Новые исследования проливают свет на самые начальные этапы эволюционного процесса, которые протекают внутри вида и приводят к образованию новых внутривидовых группировок – популяций и подвидов. Этот процесс называют микроэволюцией. Она доступна непосредственному наблюдению и изучению, так как происходит в исторически короткое время.
Выделяют два способа видообразования: географическое, или аллопатическое, и экономическое, или симпатическое.
Географическим видообразованием называют процесс формирования и обособления географических рас, когда популяции, дающие им начало, разделены механическими преградами для скрещивания. Этот процесс идет очень медленно. Географическое видообразование связанно с расширением ареала исходного вида или с расчленением ареала на изолированные части физическими преградами (горы, реки, изменения климата). При расширении ареала вида его популяции встречаются с новыми почвенно-климатическими условиями, а также с новыми сообществами животных, растений и микроорганизмов. В популяции постоянно возникают наследственные изменения, происходит борьба за существование, действует естественный отбор. Все это со временем приводит к изменению генного состава популяций. В дальнейшем эволюция популяции может привести к возникновению нового вида.
Например, лиственница сибирская далеко продвинулась на восток; ее популяции заселили территорию от Урала до Байкала, и оказалась в различных условиях. У особей популяции постоянно возникали мутации, в результате скрещивания появлялись новые комбинации генов; благодаря этим процессам популяция становилась неоднородной. В процессе борьбы за существование и в результате действия естественного отбора выживали и оставляли потомство особи с полезными в конкурентных условиях обитания изменениями. Действия этих факторов на протяжении длительного времени способствовало появлению более резких различий между популяциями и в конечном итоге возникновению биологической изоляции – нескрещиваемости особей разных популяций одного вида. В результате в более суровых условиях под действием движущих сил эволюции сформировался новый вид – лиственница наурская.
В условиях Крайнего Севера подобным образом образовался особый вид мака с небольшими, сильно опущенными листьями, быстрым развитием коротких цветоносов и ранним цветением. Еще пример: у лесного ландыша сначала был сплошной ареал, но с оледенением он распался на изолированные части; на этих территориях сформировались самостоятельные популяции, признаваемые некоторыми учеными за молодые виды.
Повсеместно распространенный в Европе прострел занимает непрерывный ареал с запада на восток. У западной формы листья тонко рассечены и разбросаны, цветы поникшие, благодаря чему при обилии дождей на западе вода разбрызгивается и не застаивается, а пыльца не смывается. Восточная форма в засушливых условиях характерна боле грубо расчлененными, стоячими листьями и стоячими цветками, по которым вода стекает к корням. Опытами доказано, что листья восточной формы испаряют воду значительно меньше, чем листья западной. Все эти отличия прострела на западе Европы от прострела на востоке носят приспособительный характер. Между западной и восточной формами прострела существует непрерывный ряд переходных форм.
В средней полосе нашей страны произрастает белее двадцати видов лютика. Все они произошли от одного вида. Потомки его заселили различные места обитания – степи, леса, пола – и благодаря изоляции обособились друг от друга сначала в подвиды, потом в виды.
Вид синица большая представляет сложный комплекс популяций и подвидов, находящихся на разных ступенях изоляции. Ареалы трех подвидов синицы большой –евроазиатского, южно-азиатского и восточно- азиатского – образуют кольцо вокруг Центрально-Азиатского нагорья
– кольцевой ареал. Подвиды занимают хорошо очерченные ареалы, но в зонах контакта южно-азиатские синицы скрещиваются с двумя другими подвидами. Восточно-азиатские и евроазиатские, обитая совместно в долинах верхнего Амура не скрещиваются. Обособление ареалов синиц и образование их подвидов связано с наступлением ледника.
В озере Байкал живут многие виды и роды плоских ресничных червей, ракообразных и рыб, больше нигде не встречающихся, так как озеро отделено от других водных бассейнов горными хребтами уже около двадцати миллионов лет.
Экологическое видообразование происходит в тех случаях, когда популяции одного вида остаются в пределах своего ареала, но условия обитания у них оказываются различными. Под влиянием движущих сил эволюции изменяется их генный состав. Через множество поколений эти изменения могут зайти так далеко, что особи разных популяций одного вида не будут скрещиваться между собой, возникает биологическая изоляция, что характерно, как правило, для разных видов.
Экологическое видообразование наблюдается в пределах ареала материнского вида. Например, один вид традесканции сформировался на солнечных скалистых вершинах, а другой – в тенистых лесах. В пойме нижней Волги образовались виды житняка, костра, щетинника (мышея), которые дают семена до разлива реки или после него. Этим они обособлены от исходных видов, растущих на незаливаемых местах и осеменяющихся по преимуществу во время разлива.
В связи с разным количеством укусов и сроками их у полупаразитирующего растения погремка большого (семейство норичниковых) образовались новые подвиды. Сначала образовался подвид погремок большой летний, затем он разбился на два подвида – погремок большой весенний раннеспелый и погремок большой летний позднеспелый. Естественным отбором, связанным с хозяйственной деятельностью человека, созданы подвиды, изолированные по срокам цветения. Некоторые ученые считают их видами.
Симпатически происходит видообразование у некоторых насекомоопыляемых растений, на основе специализации насекомых- опылителей цветка какой-либо группы внутри данного вида.
Избирательная специализация насекомых-опылителей приводит к половой изоляции данной группы растений от находящихся рядом растений, давших начало этой изменившейся группе. Образование симпатических групп возможно и на основе случайно отдаленной гибридизации, если получающиеся гибриды оказываются плодовитыми, то, как правило, они не скрещиваются с родительскими формами (например, из-за изменения числа хромосом). Примером такого рода видообразования может служить рябинокизильник, являющийся гибридом рябины и кизильником.
Пять видов синиц образовались в связи с пищевой специализацией: синица большая питается крупными насекомыми в садах, парках; лазоревка добывает мелких насекомых в щелях коры, в почках; хохлатая синица питается семенами хвойных деревьев; гаичка и московка питаются преимущественно насекомыми в лесах разных типов.
Популяции севанской форели различаются по срокам нереста, местам и глубине нерестилищ (озеро, река).
Видообразование продолжается и в настоящее время. Вид черный дрозд в настоящее время распадается на две группы, еще не различимые внешне. Одна из них обитает в глухих лесах, другая держится близ жилья человека. Это можно считать началом образования двух подвидов. Популяции и подвиды иногда не различимы.
На разных этапах микроэволюции один способ сменяет другой или они действуют совместно. Географическая изоляция может в дальнейшем присовокупить действия экологической, поэтому трудно установить границы каждого способа видообразования.
Образованием нового вида завершается микроэволюция.
VIII. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭВОЛЮЦИИ.
Эволюция имеет три тесно связанных важнейших следствия:
. Постепенное усложнение и повышение организации живых существ.
. Относительная приспособленность организмов к условиям внешней среды.
. Многообразие видов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Книга Чарльза Дарвина «Происхождение видов…» является самой значительной работой в биологии за последние 125 лет. Но споры вокруг этой работы идут непрерывно, начиная с первого дня её выхода в свет. Через две недели после появления первого издания этой книги Ф. Энгельс писал К.
Марксу: «… до сих пор никогда еще не было столь грандиозной попытки доказать историческое развитие в природе, да к тому же еще с таким успехом».[2] Но были и ярые противники концепции Дарвина. Сначала борьба шла за само признание факта эволюции. О к концу XIX века этот факт стал в науке общепринятым. Тогда разгорелись споры вокруг дарвинизма (точнее, вокруг основ дарвинизма – принципа естественного отбора). Его роль принижалась, сводилась к простому «просеиванию» отдельных вариаций, отвергался и творческий характер отбора. В середине ХХ века начался новый этап критики дарвинизма, на этот раз с позиции молекулярной биологии.
Некоторые исследователи, изучающие жизнь на уровне молекул, стали заявлять, что тут принципы Ч.Дарвина не применимы, что эволюция идет по каким-то случайным направлениям, огромными скачками, случайно приводя к возникновению совершенных форм. Примечательно, что еще современникам
Дарвина было ясно: главное в дарвинизме –совсем не объяснение механизма изменчивости организмов в ходе эволюций. Сам Дарвин как раз принимал изменчивость как постулат, предоставив разгадку ее механизмов будущим поколениям биологов. Великое достижение Дарвина – рациональное, материалистическое истолкование целесообразности – приспособленности организмов к внешним условиям. Здесь уже нельзя обойтись без принципа естественного отбора, одной случайной изменчивости явно недостаточно.
Порой остается только удивляться, насколько аргументация совремснных противников дарвинизма даже в деталях совпадает с критикой, на которую уже был дан ответ в «Происхождении видов…». Многие из них не читали работу
Дарвина и спорят не с дарвинизмом, а со своим искаженным и неверным представлением о нем.
За время, прошедшее с первого издания «Происхождения видов», эволюционная теория претерпела значительное развитие. Открыты генетические механизмы эволюции, расшифрованы пути эволюции для большинства крупных групп растительного и животного мира. В общем учении об эволюции выделились два огромных направления – изучение эволюции на внутривидовом уровне
(микроэволюция) и изучение закономерностей эволюционного процесса в более крупных масштабах (макроэволюция). Но все эти грандиозные достижения не изменили того главного вывода, который сделал Дарвин в «Происхождении видов»: естественной и постоянно работающей силой эволюции, единственным направленным фактором, оказывается естественный отбор. История показывает, что отказ от этого положения неизбежно приводит ученых к различным вариантам идеалистических представлений.
Классический дарвинизм продолжает развиваться, решая все новые и новые проблемы эволюционной теории.
Лучшее подтверждение этого – большое число современных глубоких исследований в области эволюции. В нашей стране издано немало книг, рассказывающих о достижениях в изучении эволюционной теории. Среди них:
Н.В.Тимофеев-Ресовский, Н.Н.Воронцов и А.В.Яблоков. Краткий очерк теории эволюции (М., 1977); Б.М.Медников. Дарвинизм в XX веке (М., 1975); Э.Майр.
Популяции, виды и эволюция. (пер. с англ. М., 1972); И.И.Шмальгаузен.
Проблемы дарвинизма. (М., 1969); Н.Н. Иорданский. Основы теории эволюции
(М., 1979) ; В.Грант. Эволюция организмов. (пер. с англ. М., 1980);
А.С.Северцов. Введение в теорию эволюции. (М., 1981); А.В.Яблоков,
А.Г.Юсуфов. Эволюционное учение (М., 1981) и многие другие.
На основе дарвинизма перестраивались все отрасли биологической науки.
Палеонтология стала выяснять пути развития органического мира; систематика
– родственные связи и происхождение систематических групп; эмбриология – устанавливать общее в стадиях индивидуального развития организмов в процессе эволюции; физиология человека и животных – сравнивать их жизнедеятельность и выявлять родственные связи между ними.
В начале XX века стало развиваться экспериментальное изучение естественного отбора, быстро развивались генетика, экология. Идеи Дарвина в
России встретили поддержку передовой интеллигенции. В вузах либеральная часть профессуры перестраивала курс зоологии и ботаники в свете дарвинизма.
Появились статьи в журналах, освещавшие учение Дарвина. В 1864 году
«Происхождение видов» впервые было опубликовано на русском языке.
Большая роль в развитии биологической науки на основе дарвинизма принадлежит нашим отечественным ученым. Братья Ковалевские, К.А.Тимирязев,
И.И.Мечников, И.П.Павлов, Н.И.Вавилов, А.Н.Северцов, И.И.Шмальгаузен,
С.С.Четвертиков и многие другие корифеи русской науки положили в основу своих исследований идеи Дарвина.
понедельник, 13 сентября 2010 г.
Реферат: Жизнь и творчество Ч. Дарвина
Небольшой английский городок Шрусбери. На вершине крутого обрыва, который уступами спускался к реке Северну, стоял высокий, выстроенный из красных кирпичей дом. Его окружал большой сад с декоративными и плодовыми деревьями. Комнаты нижнего этажа, увитого зеленым плющом, выходили прямо в оранжерею. В этом доме 12 февраля 1809 года родился Чарльз Дарвин.
Его отец Роберт Дарвин был врачом и пользовался широкой известностью.
Он был необыкновенно заинтересован в людях, относился к ним с искренней симпатией и внушал пациентам такое уважение к себе, что они даже делились с ним своими житейскими проблемами.
Мать Дарвина умерла, когда Чарльзу было немногим более 8 лет, и он помнил только ее кровать, черное бархатное платье и рабочий столик. Через год после смерти матери Чарльза отдали в школу доктора Батлера, где изучались главным древние языки. Маленький Дарвин увлекался сбором коллекций раковин, печатей, монет. Особенно любил он собирать птичьи яйца, но никогда не брал из гнезда больше одного яйца. Многие часы он проводил на берегу реки, забросив удочку и поглядывая на поплавок. Как-то он узнал, что червей можно умертвлять морской водой, и с тех пор никогда не насаживал на крючок живого червья, хотя это, может быть, и уменьшало его улов. Он старался находить для коллекции мертвых бабочек и жуков, чтобы не прокалывать живых насекомых булавками.
Вечерами, когда в Шрусбери гасли огни, Чарльз с братом Эразмом забирались в беседку и здесь, в самодельной химической лаборатории, пытались получить вещества, которых не получил до них еще не один химик.
Узнав о новом увлечении Чарльза, товарищи прозвали его “Газом”, а доктор Батлер сделал ему при всех выговор, выразив надежду, что вместо никчемных занятий он будет с должным прилежанием изучать языки.
Так как от пребывания в школе Доктора Батлера не было никакого проку, отец забрал Чарльза из школы вместе с его старшим братом и отправил детей в
Эдинбургский университет на медицинский факультет.
Чарльза увлекало изучение живой природы. Среди студентов было немало любителей природы. Вместе с ними он собирал в лужах и на берегу после отлива червей, рачков и моллюсков; нередко выезжал с рыбаками в море, где вылавливал устриц, и за короткое время собрал большую коллекцию раковин. Он познакомился с негром, который зарабатывал на жизнь набивкой чучел. Дарвин стал брать у него уроки и просиживал в его доме целые вечера.
Но медицина не увлекла Чарльза, и отец предложил ему стать священником. Молодой Дарвин прчел несколько богословских книг и не нашел в них ничего, что противоречило его убеждениям. Он верил сказкам библии о сотворении мира богом и о всемирном потопе. Кто бы мог подумать, что пройдут годы и Дарвин нанесет самый сильный удар религии, который ей когда- либо случалось получать.
В 1828 году Дарвин поступил в Кембриджский университет на богословский факультет. Изучая богословские науки, Чарльз попрежнему увлекался спортом, живописью, музыкой, часами простаивал в галлерее
Кембриджа перед картинами. Вглядываясь в живописные пейзажи, в лица людей, он думал, как прекрасно серьезное исскуство, выражающее большие мысли. Он любил чарующую музыку Бетховена: когда в комнате раздавались тихие, нежные звуки Лунной сонаты, Чарльз затаивал дыхание, дрожь пробегала у него по телу и перед его глазами вставало озеро в мягком сиянии лунной ночи или яркие солнечные блики среди тенистой литсвы, омытой дождем.
Но ничто не доставляло ему такого удовольствия, как собирание жуков.
Это уже было служение науке, и довольно скоро все виды кембриджских жуков были в его коробках. Он отыскивал их повсюду, даже во мху, снятом со старых деревьев, и в соре, сметенном со дна барок. Особенно запомнился ему один случай. Однажды, содрав с дерева кусок коры, он увидел двух редких жуков.
Взяв по одному из них в руки, он уже собрался уходить, как вдруг увидел третьего, с рисунком на брюшке в виде большого креста. Этого жука он не знал. Ошибится он не мог: память на жуков у него была прекрасная. Недолго думая, Дарвин сунул одного жука в рот и придавил его зубами, но жук внезапно выпустил Чарльзу в рот едкую жидкость, которая больно обожгла язык. Дарвин с отвращением выплюнул жука, потеряв при этом свою находку.
Как-то Чарльз прочел в одном журнале о редком жуке, там же было указано:
“Пойман Ч. Дарвином”. Самолюбие его было черезвычайно польщено, и он даже подумал: не стать ли ему жуколовом?
В Кембридже Дарвин познакомился с профессором Генсло. Впервые в мрачных средневековых аудиториях Генсло предложил студентам для изучения живые цветки. Знания его по ботанике, химии и минералогии были так обширны, что Дарвину казалось: Генсло знает все.
Дарвин впитывал в себя эти знания, как впитывает сухая земля каждую упавшую на нее каплю дождя. Часто Генсло уводил студентов в окресности
Кембриджа и образно рассказывал о растениях. Дарвин всегда принимал участие в этих прогулках, так что его стали называть “Тот, что гуляет с Генсло”.
Познакомился Дарвин и с геологом Седжвиком. Не раз карабкался он с ним по необитаемым горам Северного Уэльса и делал геологическую разведку еще не исследованных мест. Несмотря на свое обещание никогда не заниматся геологией, он работал “как тигр” и на каникулах составил геологическую карту окрестностей Шрусбери.
Как-то Дарвин нашел в песчаной яме тропическую раковину. Пласты относились к ледниковому периоду - как же попала в них эта раковина?
Удивленный, Дарвин показал свою находку Седжвику.
- Скорей всего,- спокойно сказал геолог,- кто-нибудь выбросил эту штуку в яму. Если бы действительно раковина попала в ледниковые пласты естественным путем, то это перевернуло бы вверх дном все наши представления о них.
Дарвина удивило равнодушие ученного, который не заинтересовался такой редкой находкой. Разве человек, которому все ясно, перевернет науку?
Священником Дарвин так и не стал. Однажды он получил письмо от профессора Генсло. Профессор писал, что корабль “Бигль” (“Ищейка”) отправляется в кругосветное плавание, и советовал Дарвину принять участие в этом путешествии в качестве натуралиста.
Начались энергичные сборы в дорогу. Приехав в Плимутскую бухту,
Дарвин увидел стоявший на якоре десятипушечный бриг, один из тех небольших судов, которые моряки прозвали “гробами”, так как такие корабли легко переворачивались во время шторма.
“Бигль” должен был обследовать морские пути к Южной Америке (где находились тогда колонии Англии) и привезти точные мореходные карты для безопасного плавания вдоль ее неисследованых берегов. Капитан “Бигля” Фиц-
Рой провел Дарвина в каюту: середину ее загромождал большой стол, над ним висел гамак, в котором Дарвин мог отлеживатся во время качки; вдоль стен стояли книжные шкафы. Предложив Дарвину свои книги, инструменты и оружие,
Фиц-Рой сказал:
- Располагайтесь поудобнее. Ведь нам предстоит трястись на этом судне долго. Для меня было бы истинным несчастьем знать, что мой спутник чем-то недоволен.
Когда “Бигль” покинул Плихмутскую бухту и уходил в открытое море,
Дарвин долго еще слышал печальные удары колокола с Элдистонского маяка и все смотрел на берег, пока тот совершенно не скрылся из виду за голубой далью воды.
Кажое утро, забросив за борт сеть, он вылавливал мелких морских животных. Матросы прозвали его “Мухоловом”, а лейтенант Уихгем, в обязанности которого входило следить за порядком и чистотой на палубе, приходил в отчаяние при виде уймы грязи, которую Дарвин вытряхивал из сети.
Немало неприятностей доставляла Дарвину качка. Во время шторма, когда яростно дул ветер, море грохотало, с ревом вздымались покрытые пеной волны,- ничего не было видно вокруг, кроме бесчисленных брызг. И только альбатрос, распустив крылья, ровно несся по ветру. Маленький корабль бросало, как щепку, он то взлетал на гребень волны, то нырял в бездну, и тогда бурная волна захлестывала его жалобно скрипевшие снасти. В такие минуты Дарвину казалось, что сама судьба против него. Он жестоко страдал от морской болезни и горячо раскаивался, что поехал. Но отказаться от дальнейшего путешествия он не мог. Мысль исследовать тропическую природу все сильнее захватывала его воображение.
За все время плавания никто не слышал от него сердитого слова и не видел его в дурном расположении духа.
Когда “Бигль” бросил якорь у берегов Бразилии, Дарвин попал в места, полные таких соблазнов для любознательного натуралиста, что чувствовал себя вознагражденным за все свои страдания. Ему казалось, что он попал в волшебный край исполненных желаний.
Красота тропического леса поразила его. Множество лиан, подобно змеям, обвивали деревья, ползли по земле и переплетали все, создавая дикую неразбериху, которая поражала глаз первобытной красотой. Дарвин любовался беспорядочной, роскошной оранжереей, созданной природой. Какое богатство видов! Какой буйный рост зелени под благотворным влиянием тепла и влаги!
Дарвин следил за полетом больших ярких бабочек. Медленно и величественно летали они над цветками, а опустившись на землю, распускали крылья и бегали, производя треск и шум. Целая армия муравьев-листорезов не спеша шествовала по тропикам, прикрываясь кусочками листьев, словно зонтиками. Оса охотилась за пауком, готовя корм для своих личинок.
Отрывисто чиркая, носились среди колючих деревьев крошечные колибри. Время от времени они подлетали к цветам, глубоко погружали в них тонкий изогнутый клюв и висели в воздухе на своих невидимых крылышках.
Когда наступали сумерки, древесные лягушки, цикады и сверчки поднимали неумолчный концерт и, прислушиваясь к их разноголосому хору,
Дарвин следил за светящимися насекомыми...
Летом 1832 года “Бигль” подошел к побережью Уругвая.
...Гасла вечерняя заря, за горизонтом тонул тусклый розовый блеск последенго луча. Ярко разгорался костер, разведенный туземцами, и причудливые тени от пляшущих языков пламени метались по траве. Дарвин лежал на земле, положив под голову седло вместо подушки, и наблюдал, как местные жители - гаучосы жарят мясо дикой коровы, завернув его в шкуры, чтобы ни одна капля мясного сока не вытекла. Какой-то гаучос поймал эту корову с помощью лассо(аркана, сплетенного из сыромятных ремней). Дарвин видел, как ловчий сделал большую петлю, покрутил ее над головой и, прицелившись, ловко метнул вперед, набросив на шею убегающему животному. И Дарвин понял, почему этих местах звери боялись человека верхом на лошади и не обращали внимания на выстрелы: они не знали ружья. Взяв лассо, он хотел поохотится, но поймал своего собственного коня, и гаучосы хохотали до упаду, впервые увидев, как всадник изловил самого себя.
В Уругвае песчаные волнистые равнины местами были покрыты блеклой, сожженной солнцем травой. Деревьев не было, лишь по берегам рек росли чахлые безлистые кустики, они безмолвно повествовали о палящем зное, о жгучих ветрах и искушенном зноем земле.
Вспомнив раскошную растительность тропиков, Дарвин подумал: какую большую роль играют условия жизни в развитии растений и животных.
В Бразилии и Уругвае Дарвин собрал в коллекцию 80 видов птиц и много пресмыкающихся. Здесь он нашел крупную челюсть и зуб мегатерии - вымершего ленивца. Стоя на обрывистом речном берегу, Дарвин с удивлением рассматривал найденную челюсть. Судя по ее величине, древние ленивцы были огромными животными, величиной со слона. Но как же они питались? Лазить по деревьям, как это делают современные ленивцы, они не могли (какая же ветка выдержала бы слона?). Очевидно, опираясь на массивные задние конечности и хвост, они обхватывали дерево передними конечностями, пригибали его к себе и объедали листву. Но отчего они вымерли? Человек не мог их уничтожить - тогда не было людей.
Может быть, причиной гибели этих гигантов были катастрофы? Но если бы это было так, ленивцы вообще исчезли бы с лица земли, а не уменьшились бы до в размерах до величины современных ленивцев. Дарвин не находил ответа: отчего они вымерли? Чем объяснить их сходство с современными животными?
Еще более удивился Дарвин, найдя зуб ископаемой лошади. Дикая американская лошадь! Но ведь лошадей в Америке не было, пока их не завезли туда европейцы. При виде лошадей, привезенных испанцами, индейцы шарахались в сторону. Откуда же этот зуб? Кости вымерших животных заставили задуматся
Дарвина о далеком прошлом Земли. Кювье считал, что только лицо катастрофы меняют лицо планеты и ее живой мир.
Дарвин знал, что вулканические извержения, землетресения, наводнения
- грозная сила. Однажды он сам был свидетелем землетресения. Это случилось в Южной Америке. В этот день он лежал на берегу моря и отдыхал. Вдруг сильный толчок поднял его на ноги. Земля глухо гудела, стонала, горбилась, подземный гул и грохот камней слились в оглушительный рев разрушения гибели. Деревья качались, словно от сильного ветра, в море поднимались огромные волны, они обрушивались на берег, выбрасывая тяжелые камни. Два города были разрушены до основания, земля растрескалась, берега заметно поднялись, и раковины, за которыми жители еще недавно ныряли на дно, теперь покрывали прибережные скалы.
Дарвин был потрясен зрелищем переворота, который совершается веками, а здесь произошел в одну минуту. Он знал, что страшные опустошения производят и обвалы, когда огромные массы густой грязи сползают по травянистым склонам в долины и превращают цветущие места в серую, слабоволнистую, безжизненную поверхность. Иногда обвалы перегрождают горные долины, создают запруды высотой в несколько сот метров и новые озера длиной в сотни километров. Изменяют поверхность Земли и песчаные бури, и весенние половодья, и ливни, которые, стремительно стекая вниз по склону, увлекают за собой продукты разрушения горных пород и минералов, отлагая их где-то в другом месте. Но эти слепые силы разрушения действуют не везде и не всегда, от случая к случаю.
И у Дарвина возникла иная идея, чем у Кювье: кроме этих катастроф, есть и другие силы.
Дарвин взял с собой в путешествие только что вышедшую книгу известного геолога Лайлеля “Основные начала геологии”. Лайлель утверждал новую в то время мысль - весь облик Земли меняется постепенно, без катастроф, под действием ветра, воды, колебаний температуры. Размельченные в песок и гальку, горные породы смываются в море, где постепенно оседают и образуют отложения в виде пластов. В одних местах земная кора опускается и вместо сухой безлесной равнины появляется обширное пространство голубой воды. В других - поднимается морское дно, и новые горные складки возникают там, где некогда бушевал и пенился прибой...
Лайлель переоценивал значение “малых сил” природы. Но для того времени книга, говорящая о постепенных изменениях, об эволюции, была замечательна.
Если изменяются условия жизни, то и живые организмы должны изменятся.
Впервые у Дарвина появилось сомнение в сотворении мира богом.
Особенно заинтересовал Дарвина животный и растительный мир
Галапагосских островов. Эти острова, расположенные в 700 километрах к западу от американского берега, покрыты черной вулканической лавой, застывшей волнами и изборожденной темно-коричневыми трещинами. Низкий, тощий кустарник местами сухо шелестел своими безлистными ветвями, и лишь по склонам гор после обильных дождей поднималась яркая солнечная зелень. На береговых скалах грелись на солнце крупные ящерицы, они убегали из-под самых ног, ища укрытия в неровных массах лавы. На ногах у них были плавательные перепонки, они могли прекрасно плавать и питались морскими водорослями. Огромные слоновые черепахи медленно бродили среди камней, опустив голову, а увидев врага, прятались в свой панцырь и громко шипели.
Здесь Дарвин собирал растения, образцы минералов, ловил насекомых и птиц. Птицы были удивительно доверчивы. Они подходили к человеку на такое расстояние, что их можно было прикрыть шляпой.
Колонисты рассказывали, что раньше птицы садились даже на протянутую руку, принимая ее, очевидно, за ветку дерева.
Дарвин объяснял доверчивость птиц тем, что они еще не знали человека и не научились на своем горьком опыте его бояться.
Растительный и животный мир островов заинтересовал Дарвина своим своеобразием. Он собрал здесь 20 видов сложноцветных растений и обнаружил
25 видов птиц, которые встречались только на архипелаге, например вьюрки, совы, пищухи.
Особенно замечательными были вьюрки. Дарвин насчитал из 13 видов. В окраске оперения этих мелких воробьиных птиц не было ничего примечательного, зато клювы... У одних видов клювы были широкие, как у дубоноса, у других - средние, как у зяблика, у третьих - тонкие, как у малиновки. Одни охотились за насекомыми, другие собирали зерна. Сравнение их клюва, хвоста, формы тела и оперения приводило к мысли, что все эти 13 видов птиц произошли от одного общего предка. На разных островах архипелага и черепахи были разные, и ящерицы, и растения...
Дарвин задумался. Расстояние между островами невелико, всего несколько десятков километров, но океан между ними очень глубокий, течение быстрое, поэтому переплыть с одного острова на другой животные не могли.
Но, может быть, ветер переносил семена и помогал птицам преодолевать проливы? Однако сильных ветров, дующих с острова на остров, здесь нет. К тому же эти голые скалистые острова никогда не были одним куском суши, они так и появились отдельными островами много тысяч лет назад, когда морское дно стало подниматся и вулканы вышли из воды. Следовательно, о перемещении животных между островами не могло быть и речи: их жизнь ограничена водой, омывающий остров.
Так отчего же они так различны? Ведь природные условия на островах сходны: один и тот же климат, одинаковой высоты скалы... Если верить библейским легендам, животные и растения были созданы богом для той среды, в которой они живут. Но не сотворил же бог для каждого острова свои виды! И что особенно странно: островные виды напоминают американские, хотя острова никогда не были соединены с материком Южной Америки. Остается допустить, что некогда растения и животные различными путями прилетели, прыплыли или были завезены человеком на Галапагосские острова, а на каждом острове изменялись самостоятельно, пока не образовали новые виды, различия между которыми тем больше, чем дальше отстоят друг от друга острова и чем глубже разделяющие их проливы.
Изучение фауны Галапагсских островов заставило Дарвина задуматься над тайной появления новых видов на Земле, о многообразии жизни, о сложных взаимоотношениях между видами.
Дарвин прожил на “славном кораблике” 5 лет. Он переплыл
Атлантический, Тихий, Индийский и снова Атлантический океаны. Он видел богатую растительность тропиков, безотрадные равнины Патагонии, покрытые лесом скалы Огненной Земли.
В тот день, когда “Бигль” бросил якорь у родных берегов, свирепствовала буря. Густой мрак покрывал небо, порывами бил сырой, пронизывающий ветер, лил мелкий косой дождь. С почтовым дилижансом Дарвин отправился в Шрусберри. Отец, окинув взглядом его возмужавшую фигуру, с удовлетворением воскликнул:
- Вот ты каков! Ну, что же, видимо, путешествие пошло тебе на пользу.
Дарвин стал разбирать ящики с коллекциями. Чего там только не было!
Гербарии растений, кости вымерших животных, банки с улитками, коробки с насекомыми и целая связка исписанных тетрадей - его дневник. Все это требовало обработки.
Некоторое время Дарвин жил в Лондоне, потом женился и переехал с семьей в Даун - небольшой уединенный городок недалеко от Лондона.
Теперь его интересовали уже не отдельные виды, а взаимные связи между ними, их приспособленность к окружающей среде. Раньше описывали виды такими, какими они были, теперь нужно было выяснить, как и почему они стали такими. Вот ископаемые остатки. Чем дальше вглубь веков, тем меньше вымершие животные похожи на современных. Как это объяснить? Видимо, животные изменялись. Но как происходил процесс изменения? Это важно было знать - в этом был ключ к разгадке появления новых видов. Дарвин уже не верил в божественное “да будет”, он признавал “естественный ход вещей”.
Ответ на вопрос, как возникают новые виды, Дарвин искал практической деятельности человека. Он изучал работу животноводов растениеводов, сам занимался разведением кур и голубей, наблюдал за питанием насекомых и опылением растений, вел обширную переписку с людьми науки и практики, читал множество книг.
Изучая историю выведения разных пород лошадей, кур, овец, Дарвин установил, что многочисленные породы берут начало от одного или немногих диких видов. Изменения их связаны с изменением условий жизни: питания, климата и т. д. Человек отбирает животных и растения с полезными для него изменениями. Сам человек, как думал Дарвин, не может создавать эти изменения, их вызывает природа, а человек лишь комбинирует эти дары природы, отбирает их. Благодаря отбору накапливаются и усиливаются полезные человеку изменения, а это приводит к совершенствованию старых пород и сортов и к выведению новых.
Но как возникают новые виды в природе? Отбор может идти не только по заранее намеченному плану, но и без него, без ясно осознанной цели. При этом человек не только отбирает лучших, но и уничтожает тех, которые не отвечают его нуждам или вкусам. Следовательно, не каждое существо, появившееся на свет, может уцелеть и подарить миру потомство.
А как же в естественных условиях? Каждый ли пробившийся из земли росток разовьется в растение? Каждый ли появившийся в гнезде птенец станет взрослой птицей? Нет. Но кто выжевет? Очевидно, тот, кто окажется более приспособленным к условиям жизни. Но ведь в природе нет браковщика. Кто же отбирает?
Отбор происходит сам собой, естественным путем. Да, слово найдено: естественный отбор.
В хозяйстве отбирает рука человека - это искусственный отбор, в природе - рука времени - естественный отбор. В природе животные и растения тоже изменяются под давлением изменившихся условий жизни. Но не все особи одного вида изменяются одинаково, и те из них, которые имеют хоть какое- нибудь, пусть незначительное, преимущество перед остальными, выживают в результате естественного отбора, оставляют потомство и в конце концов вытесняют менее приспособленных. Естественный отбор приводит к постепенному накоплению и усилению полезных для организма изменений, к совершенствованию организмов и приспособлению их к меняющимся условиям среды, а в результате
- к появлению новых видов.
Наконец-то приспособленность организмов и происхождение видов - то, что раньше казалось загадкой, чудом, что представлялось многим проявлением
“премудрости творца”,- нашли свое объяснение.
По преданию, однажды увидев, как упало на землю спелое яблоко, Ньютон открыл закон всемирного тяготения.
Хозяйственная практика человека оказалась для Дарвина тем “ньютоновым яблоком”, которое натолкнуло его на верное решение великого вопроса, волнующего беспокойный человеческий ум,- появление в природе новых видов.
В умах великих ученных произошел смелый скачок мысли: у Ньютона - от падающего яблока к планете, несущейся в бесконечных просторах Вселенной; у
Дарвина - от приемов скотоводов - к законам, управляющим живым миром.
Дарвин пришел к выводу: виды изменчивы, и родственные виды происходят от общего корня. Он нашел новое и простое объяснение загадочного явления.
Для него лично вопрос о происхождении видов был решен, но как мало это значило! Он представлял, с какими трудностями ему придется встретится, доказывая свою теорию, но она объясняла слишком многое, чтобы быть ложной.
Не так-то легко было объяснить, почему все живое приспособлено к жизни. В 1858 году Дарвин получил от английского натуралиста Уоллеса, находившегося в то время на Малайском архипелаге, очерк “О стремлении разновидностей бесконечно удалятся от первоначального типа”. В очерке излагалась теория, аналогичная теории самого Дарвина. Дарвина поразило удивительное совпадения мыслей его и Уоллеса. 20 с лишним лет Дарвин с необыкновенной глубиной разрабатывал вопрос о происхождении видов, и вот... его опередили.
По совету друзей Дарвин коротко изложил свои мысли в статье, которая вместе с очерком Уоллеса была опубликована в трудах Линеевского общества.
Но эти работы не привлекали к себе внимания ученых, и только один профессор написал отзыв, в котором заметил, что все новое в записках неверно, а все верное - не ново.
В этом же году Дарвин написал сжатое изложение своей теории, а на следующий год, когда ему исполнилось 50 лет, вышел небольшой зеленый томик, озаглавленный “Происхождение видов путем естественного отбора, или
Сохранение пород в борьбе за жизнь”. Книга была раскуплена в один день.
Успех был огромный.
Одни ученые сравнивали впечатление от книги со вспышкой молнии, которая заблудившемуся темной ночью человеку внезапно освещает дорогу.
Другие - с бомбой, которую Дарвин бросил из своего мирного сельського жилища в лагерь противника.
Во Франции ученые отнеслись к теории с презрением. Немецкие антидарвинисты выпустили свинцовую медаль, на которой Дарвин был изображен в оскорбительно-карикатурном виде с ослинными ушами.
Английский геолог Седжвик с возмущением говорил, что эта теория не более как цепь мыльных пузырей, и свое письмо к Дарвину закончил так: “Ныне
- один из потомков обезьяны, в прошлом - ваш старый друг”. Так как учение
Дарвина подрывало устои религии, реакционные ученые натравливали на него духовенство. Об одном критике Дарвин писал друзьям, что сам критик, пожалуй, не стал бы его жечь на костре, но он принес бы хворосту и указал бы черным бестиям, как его поймать. Католические священники организовали особую академию для борьбы с эволюционным учением, назвав его “скотской философией”.
Брань и презрение невежественных людей огорчали Дарвина, но он не отвечал им. Он ценил лишь мнение людей, которых уважал.
Передовые ученные встретили теорию Дарвина с большим воодушевлением.
Немецкий биолог Э. Геккель писал, что, прочтя эту гениальную книгу, он почувствовал, как “завеса упала с его глаз”. Молодой профессор Гексли готов был “взойти на костер” за новую идею. Тропа, по которой Дарвин предлагал следовать за собой, казались ему не воздушным путем из нитей паутины, а широким мостом, по которому можно пройти через многие пропасти.
Ф. Энгельс отметил, что Дарвин нанес сильнейший удар идеалистическим представлениям о природе, доказав, что современный органический мир является продуктом исторического развития, длившегося миллионы лет. Он сравнивал заслуги Дарвина в открытии законов развития природы с заслугами
Маркса, открывшего законы развития общества.
Русский перевод “Происхождения видов” появился в 1864 году.
Распространение дарвинизма в России совпало с подъемом революционного движения, с пробуждением общественного сознания после Крымсокой войны, с распространением идей великих русских демократов Н. Г. Чернышевского, А. И.
Герцена, Д. И. Писарева. И хотя и здесь не обошлось без попыток превратить теорию в “бессвязную кучу мусора”, но при помощи многочисленных популяризаторов учение Дарвина стало достоянием широких читающих кругов и было встречено сочуственно. Д. И. Писарев называл Дарвина гениальным мыслителем и писал, что Дарвин рассказывает о законах органической природы так просто и доказывает так неопровержимо, что всякий, кто прочтет его книгу, удивляется, как это он сам не додумался давным-давно до таких ясных выводов. Но главным бойцом в этой битве идей была сама книга Дарвина.
Прошли годы, и учениe Дарвина разлилось бурным потоком, сметающим на пути все препятствия. Дарвину посчастливилось при жизни увидеть торжество своих детей: не проходило и года, чтобы он не получал какой-нибудь награды.
В последние годы жизни Дарвин чувствовал себя особенно плохо: не мог ходить, все его утомляло. В ночь на 18 апреля 1882 года у Дарвина случился сердечный припадок, он потерял сознание, а придя в себя, разбудил жену и тихо сказал:
- Я совсем не боюсь умереть.
19 апреля 1882 года Дарвина не стало. Его похоронили в Лондоне в
Вестминстерском аббатстве - усыпальнице великих людей страны.
Его отец Роберт Дарвин был врачом и пользовался широкой известностью.
Он был необыкновенно заинтересован в людях, относился к ним с искренней симпатией и внушал пациентам такое уважение к себе, что они даже делились с ним своими житейскими проблемами.
Мать Дарвина умерла, когда Чарльзу было немногим более 8 лет, и он помнил только ее кровать, черное бархатное платье и рабочий столик. Через год после смерти матери Чарльза отдали в школу доктора Батлера, где изучались главным древние языки. Маленький Дарвин увлекался сбором коллекций раковин, печатей, монет. Особенно любил он собирать птичьи яйца, но никогда не брал из гнезда больше одного яйца. Многие часы он проводил на берегу реки, забросив удочку и поглядывая на поплавок. Как-то он узнал, что червей можно умертвлять морской водой, и с тех пор никогда не насаживал на крючок живого червья, хотя это, может быть, и уменьшало его улов. Он старался находить для коллекции мертвых бабочек и жуков, чтобы не прокалывать живых насекомых булавками.
Вечерами, когда в Шрусбери гасли огни, Чарльз с братом Эразмом забирались в беседку и здесь, в самодельной химической лаборатории, пытались получить вещества, которых не получил до них еще не один химик.
Узнав о новом увлечении Чарльза, товарищи прозвали его “Газом”, а доктор Батлер сделал ему при всех выговор, выразив надежду, что вместо никчемных занятий он будет с должным прилежанием изучать языки.
Так как от пребывания в школе Доктора Батлера не было никакого проку, отец забрал Чарльза из школы вместе с его старшим братом и отправил детей в
Эдинбургский университет на медицинский факультет.
Чарльза увлекало изучение живой природы. Среди студентов было немало любителей природы. Вместе с ними он собирал в лужах и на берегу после отлива червей, рачков и моллюсков; нередко выезжал с рыбаками в море, где вылавливал устриц, и за короткое время собрал большую коллекцию раковин. Он познакомился с негром, который зарабатывал на жизнь набивкой чучел. Дарвин стал брать у него уроки и просиживал в его доме целые вечера.
Но медицина не увлекла Чарльза, и отец предложил ему стать священником. Молодой Дарвин прчел несколько богословских книг и не нашел в них ничего, что противоречило его убеждениям. Он верил сказкам библии о сотворении мира богом и о всемирном потопе. Кто бы мог подумать, что пройдут годы и Дарвин нанесет самый сильный удар религии, который ей когда- либо случалось получать.
В 1828 году Дарвин поступил в Кембриджский университет на богословский факультет. Изучая богословские науки, Чарльз попрежнему увлекался спортом, живописью, музыкой, часами простаивал в галлерее
Кембриджа перед картинами. Вглядываясь в живописные пейзажи, в лица людей, он думал, как прекрасно серьезное исскуство, выражающее большие мысли. Он любил чарующую музыку Бетховена: когда в комнате раздавались тихие, нежные звуки Лунной сонаты, Чарльз затаивал дыхание, дрожь пробегала у него по телу и перед его глазами вставало озеро в мягком сиянии лунной ночи или яркие солнечные блики среди тенистой литсвы, омытой дождем.
Но ничто не доставляло ему такого удовольствия, как собирание жуков.
Это уже было служение науке, и довольно скоро все виды кембриджских жуков были в его коробках. Он отыскивал их повсюду, даже во мху, снятом со старых деревьев, и в соре, сметенном со дна барок. Особенно запомнился ему один случай. Однажды, содрав с дерева кусок коры, он увидел двух редких жуков.
Взяв по одному из них в руки, он уже собрался уходить, как вдруг увидел третьего, с рисунком на брюшке в виде большого креста. Этого жука он не знал. Ошибится он не мог: память на жуков у него была прекрасная. Недолго думая, Дарвин сунул одного жука в рот и придавил его зубами, но жук внезапно выпустил Чарльзу в рот едкую жидкость, которая больно обожгла язык. Дарвин с отвращением выплюнул жука, потеряв при этом свою находку.
Как-то Чарльз прочел в одном журнале о редком жуке, там же было указано:
“Пойман Ч. Дарвином”. Самолюбие его было черезвычайно польщено, и он даже подумал: не стать ли ему жуколовом?
В Кембридже Дарвин познакомился с профессором Генсло. Впервые в мрачных средневековых аудиториях Генсло предложил студентам для изучения живые цветки. Знания его по ботанике, химии и минералогии были так обширны, что Дарвину казалось: Генсло знает все.
Дарвин впитывал в себя эти знания, как впитывает сухая земля каждую упавшую на нее каплю дождя. Часто Генсло уводил студентов в окресности
Кембриджа и образно рассказывал о растениях. Дарвин всегда принимал участие в этих прогулках, так что его стали называть “Тот, что гуляет с Генсло”.
Познакомился Дарвин и с геологом Седжвиком. Не раз карабкался он с ним по необитаемым горам Северного Уэльса и делал геологическую разведку еще не исследованных мест. Несмотря на свое обещание никогда не заниматся геологией, он работал “как тигр” и на каникулах составил геологическую карту окрестностей Шрусбери.
Как-то Дарвин нашел в песчаной яме тропическую раковину. Пласты относились к ледниковому периоду - как же попала в них эта раковина?
Удивленный, Дарвин показал свою находку Седжвику.
- Скорей всего,- спокойно сказал геолог,- кто-нибудь выбросил эту штуку в яму. Если бы действительно раковина попала в ледниковые пласты естественным путем, то это перевернуло бы вверх дном все наши представления о них.
Дарвина удивило равнодушие ученного, который не заинтересовался такой редкой находкой. Разве человек, которому все ясно, перевернет науку?
Священником Дарвин так и не стал. Однажды он получил письмо от профессора Генсло. Профессор писал, что корабль “Бигль” (“Ищейка”) отправляется в кругосветное плавание, и советовал Дарвину принять участие в этом путешествии в качестве натуралиста.
Начались энергичные сборы в дорогу. Приехав в Плимутскую бухту,
Дарвин увидел стоявший на якоре десятипушечный бриг, один из тех небольших судов, которые моряки прозвали “гробами”, так как такие корабли легко переворачивались во время шторма.
“Бигль” должен был обследовать морские пути к Южной Америке (где находились тогда колонии Англии) и привезти точные мореходные карты для безопасного плавания вдоль ее неисследованых берегов. Капитан “Бигля” Фиц-
Рой провел Дарвина в каюту: середину ее загромождал большой стол, над ним висел гамак, в котором Дарвин мог отлеживатся во время качки; вдоль стен стояли книжные шкафы. Предложив Дарвину свои книги, инструменты и оружие,
Фиц-Рой сказал:
- Располагайтесь поудобнее. Ведь нам предстоит трястись на этом судне долго. Для меня было бы истинным несчастьем знать, что мой спутник чем-то недоволен.
Когда “Бигль” покинул Плихмутскую бухту и уходил в открытое море,
Дарвин долго еще слышал печальные удары колокола с Элдистонского маяка и все смотрел на берег, пока тот совершенно не скрылся из виду за голубой далью воды.
Кажое утро, забросив за борт сеть, он вылавливал мелких морских животных. Матросы прозвали его “Мухоловом”, а лейтенант Уихгем, в обязанности которого входило следить за порядком и чистотой на палубе, приходил в отчаяние при виде уймы грязи, которую Дарвин вытряхивал из сети.
Немало неприятностей доставляла Дарвину качка. Во время шторма, когда яростно дул ветер, море грохотало, с ревом вздымались покрытые пеной волны,- ничего не было видно вокруг, кроме бесчисленных брызг. И только альбатрос, распустив крылья, ровно несся по ветру. Маленький корабль бросало, как щепку, он то взлетал на гребень волны, то нырял в бездну, и тогда бурная волна захлестывала его жалобно скрипевшие снасти. В такие минуты Дарвину казалось, что сама судьба против него. Он жестоко страдал от морской болезни и горячо раскаивался, что поехал. Но отказаться от дальнейшего путешествия он не мог. Мысль исследовать тропическую природу все сильнее захватывала его воображение.
За все время плавания никто не слышал от него сердитого слова и не видел его в дурном расположении духа.
Когда “Бигль” бросил якорь у берегов Бразилии, Дарвин попал в места, полные таких соблазнов для любознательного натуралиста, что чувствовал себя вознагражденным за все свои страдания. Ему казалось, что он попал в волшебный край исполненных желаний.
Красота тропического леса поразила его. Множество лиан, подобно змеям, обвивали деревья, ползли по земле и переплетали все, создавая дикую неразбериху, которая поражала глаз первобытной красотой. Дарвин любовался беспорядочной, роскошной оранжереей, созданной природой. Какое богатство видов! Какой буйный рост зелени под благотворным влиянием тепла и влаги!
Дарвин следил за полетом больших ярких бабочек. Медленно и величественно летали они над цветками, а опустившись на землю, распускали крылья и бегали, производя треск и шум. Целая армия муравьев-листорезов не спеша шествовала по тропикам, прикрываясь кусочками листьев, словно зонтиками. Оса охотилась за пауком, готовя корм для своих личинок.
Отрывисто чиркая, носились среди колючих деревьев крошечные колибри. Время от времени они подлетали к цветам, глубоко погружали в них тонкий изогнутый клюв и висели в воздухе на своих невидимых крылышках.
Когда наступали сумерки, древесные лягушки, цикады и сверчки поднимали неумолчный концерт и, прислушиваясь к их разноголосому хору,
Дарвин следил за светящимися насекомыми...
Летом 1832 года “Бигль” подошел к побережью Уругвая.
...Гасла вечерняя заря, за горизонтом тонул тусклый розовый блеск последенго луча. Ярко разгорался костер, разведенный туземцами, и причудливые тени от пляшущих языков пламени метались по траве. Дарвин лежал на земле, положив под голову седло вместо подушки, и наблюдал, как местные жители - гаучосы жарят мясо дикой коровы, завернув его в шкуры, чтобы ни одна капля мясного сока не вытекла. Какой-то гаучос поймал эту корову с помощью лассо(аркана, сплетенного из сыромятных ремней). Дарвин видел, как ловчий сделал большую петлю, покрутил ее над головой и, прицелившись, ловко метнул вперед, набросив на шею убегающему животному. И Дарвин понял, почему этих местах звери боялись человека верхом на лошади и не обращали внимания на выстрелы: они не знали ружья. Взяв лассо, он хотел поохотится, но поймал своего собственного коня, и гаучосы хохотали до упаду, впервые увидев, как всадник изловил самого себя.
В Уругвае песчаные волнистые равнины местами были покрыты блеклой, сожженной солнцем травой. Деревьев не было, лишь по берегам рек росли чахлые безлистые кустики, они безмолвно повествовали о палящем зное, о жгучих ветрах и искушенном зноем земле.
Вспомнив раскошную растительность тропиков, Дарвин подумал: какую большую роль играют условия жизни в развитии растений и животных.
В Бразилии и Уругвае Дарвин собрал в коллекцию 80 видов птиц и много пресмыкающихся. Здесь он нашел крупную челюсть и зуб мегатерии - вымершего ленивца. Стоя на обрывистом речном берегу, Дарвин с удивлением рассматривал найденную челюсть. Судя по ее величине, древние ленивцы были огромными животными, величиной со слона. Но как же они питались? Лазить по деревьям, как это делают современные ленивцы, они не могли (какая же ветка выдержала бы слона?). Очевидно, опираясь на массивные задние конечности и хвост, они обхватывали дерево передними конечностями, пригибали его к себе и объедали листву. Но отчего они вымерли? Человек не мог их уничтожить - тогда не было людей.
Может быть, причиной гибели этих гигантов были катастрофы? Но если бы это было так, ленивцы вообще исчезли бы с лица земли, а не уменьшились бы до в размерах до величины современных ленивцев. Дарвин не находил ответа: отчего они вымерли? Чем объяснить их сходство с современными животными?
Еще более удивился Дарвин, найдя зуб ископаемой лошади. Дикая американская лошадь! Но ведь лошадей в Америке не было, пока их не завезли туда европейцы. При виде лошадей, привезенных испанцами, индейцы шарахались в сторону. Откуда же этот зуб? Кости вымерших животных заставили задуматся
Дарвина о далеком прошлом Земли. Кювье считал, что только лицо катастрофы меняют лицо планеты и ее живой мир.
Дарвин знал, что вулканические извержения, землетресения, наводнения
- грозная сила. Однажды он сам был свидетелем землетресения. Это случилось в Южной Америке. В этот день он лежал на берегу моря и отдыхал. Вдруг сильный толчок поднял его на ноги. Земля глухо гудела, стонала, горбилась, подземный гул и грохот камней слились в оглушительный рев разрушения гибели. Деревья качались, словно от сильного ветра, в море поднимались огромные волны, они обрушивались на берег, выбрасывая тяжелые камни. Два города были разрушены до основания, земля растрескалась, берега заметно поднялись, и раковины, за которыми жители еще недавно ныряли на дно, теперь покрывали прибережные скалы.
Дарвин был потрясен зрелищем переворота, который совершается веками, а здесь произошел в одну минуту. Он знал, что страшные опустошения производят и обвалы, когда огромные массы густой грязи сползают по травянистым склонам в долины и превращают цветущие места в серую, слабоволнистую, безжизненную поверхность. Иногда обвалы перегрождают горные долины, создают запруды высотой в несколько сот метров и новые озера длиной в сотни километров. Изменяют поверхность Земли и песчаные бури, и весенние половодья, и ливни, которые, стремительно стекая вниз по склону, увлекают за собой продукты разрушения горных пород и минералов, отлагая их где-то в другом месте. Но эти слепые силы разрушения действуют не везде и не всегда, от случая к случаю.
И у Дарвина возникла иная идея, чем у Кювье: кроме этих катастроф, есть и другие силы.
Дарвин взял с собой в путешествие только что вышедшую книгу известного геолога Лайлеля “Основные начала геологии”. Лайлель утверждал новую в то время мысль - весь облик Земли меняется постепенно, без катастроф, под действием ветра, воды, колебаний температуры. Размельченные в песок и гальку, горные породы смываются в море, где постепенно оседают и образуют отложения в виде пластов. В одних местах земная кора опускается и вместо сухой безлесной равнины появляется обширное пространство голубой воды. В других - поднимается морское дно, и новые горные складки возникают там, где некогда бушевал и пенился прибой...
Лайлель переоценивал значение “малых сил” природы. Но для того времени книга, говорящая о постепенных изменениях, об эволюции, была замечательна.
Если изменяются условия жизни, то и живые организмы должны изменятся.
Впервые у Дарвина появилось сомнение в сотворении мира богом.
Особенно заинтересовал Дарвина животный и растительный мир
Галапагосских островов. Эти острова, расположенные в 700 километрах к западу от американского берега, покрыты черной вулканической лавой, застывшей волнами и изборожденной темно-коричневыми трещинами. Низкий, тощий кустарник местами сухо шелестел своими безлистными ветвями, и лишь по склонам гор после обильных дождей поднималась яркая солнечная зелень. На береговых скалах грелись на солнце крупные ящерицы, они убегали из-под самых ног, ища укрытия в неровных массах лавы. На ногах у них были плавательные перепонки, они могли прекрасно плавать и питались морскими водорослями. Огромные слоновые черепахи медленно бродили среди камней, опустив голову, а увидев врага, прятались в свой панцырь и громко шипели.
Здесь Дарвин собирал растения, образцы минералов, ловил насекомых и птиц. Птицы были удивительно доверчивы. Они подходили к человеку на такое расстояние, что их можно было прикрыть шляпой.
Колонисты рассказывали, что раньше птицы садились даже на протянутую руку, принимая ее, очевидно, за ветку дерева.
Дарвин объяснял доверчивость птиц тем, что они еще не знали человека и не научились на своем горьком опыте его бояться.
Растительный и животный мир островов заинтересовал Дарвина своим своеобразием. Он собрал здесь 20 видов сложноцветных растений и обнаружил
25 видов птиц, которые встречались только на архипелаге, например вьюрки, совы, пищухи.
Особенно замечательными были вьюрки. Дарвин насчитал из 13 видов. В окраске оперения этих мелких воробьиных птиц не было ничего примечательного, зато клювы... У одних видов клювы были широкие, как у дубоноса, у других - средние, как у зяблика, у третьих - тонкие, как у малиновки. Одни охотились за насекомыми, другие собирали зерна. Сравнение их клюва, хвоста, формы тела и оперения приводило к мысли, что все эти 13 видов птиц произошли от одного общего предка. На разных островах архипелага и черепахи были разные, и ящерицы, и растения...
Дарвин задумался. Расстояние между островами невелико, всего несколько десятков километров, но океан между ними очень глубокий, течение быстрое, поэтому переплыть с одного острова на другой животные не могли.
Но, может быть, ветер переносил семена и помогал птицам преодолевать проливы? Однако сильных ветров, дующих с острова на остров, здесь нет. К тому же эти голые скалистые острова никогда не были одним куском суши, они так и появились отдельными островами много тысяч лет назад, когда морское дно стало подниматся и вулканы вышли из воды. Следовательно, о перемещении животных между островами не могло быть и речи: их жизнь ограничена водой, омывающий остров.
Так отчего же они так различны? Ведь природные условия на островах сходны: один и тот же климат, одинаковой высоты скалы... Если верить библейским легендам, животные и растения были созданы богом для той среды, в которой они живут. Но не сотворил же бог для каждого острова свои виды! И что особенно странно: островные виды напоминают американские, хотя острова никогда не были соединены с материком Южной Америки. Остается допустить, что некогда растения и животные различными путями прилетели, прыплыли или были завезены человеком на Галапагосские острова, а на каждом острове изменялись самостоятельно, пока не образовали новые виды, различия между которыми тем больше, чем дальше отстоят друг от друга острова и чем глубже разделяющие их проливы.
Изучение фауны Галапагсских островов заставило Дарвина задуматься над тайной появления новых видов на Земле, о многообразии жизни, о сложных взаимоотношениях между видами.
Дарвин прожил на “славном кораблике” 5 лет. Он переплыл
Атлантический, Тихий, Индийский и снова Атлантический океаны. Он видел богатую растительность тропиков, безотрадные равнины Патагонии, покрытые лесом скалы Огненной Земли.
В тот день, когда “Бигль” бросил якорь у родных берегов, свирепствовала буря. Густой мрак покрывал небо, порывами бил сырой, пронизывающий ветер, лил мелкий косой дождь. С почтовым дилижансом Дарвин отправился в Шрусберри. Отец, окинув взглядом его возмужавшую фигуру, с удовлетворением воскликнул:
- Вот ты каков! Ну, что же, видимо, путешествие пошло тебе на пользу.
Дарвин стал разбирать ящики с коллекциями. Чего там только не было!
Гербарии растений, кости вымерших животных, банки с улитками, коробки с насекомыми и целая связка исписанных тетрадей - его дневник. Все это требовало обработки.
Некоторое время Дарвин жил в Лондоне, потом женился и переехал с семьей в Даун - небольшой уединенный городок недалеко от Лондона.
Теперь его интересовали уже не отдельные виды, а взаимные связи между ними, их приспособленность к окружающей среде. Раньше описывали виды такими, какими они были, теперь нужно было выяснить, как и почему они стали такими. Вот ископаемые остатки. Чем дальше вглубь веков, тем меньше вымершие животные похожи на современных. Как это объяснить? Видимо, животные изменялись. Но как происходил процесс изменения? Это важно было знать - в этом был ключ к разгадке появления новых видов. Дарвин уже не верил в божественное “да будет”, он признавал “естественный ход вещей”.
Ответ на вопрос, как возникают новые виды, Дарвин искал практической деятельности человека. Он изучал работу животноводов растениеводов, сам занимался разведением кур и голубей, наблюдал за питанием насекомых и опылением растений, вел обширную переписку с людьми науки и практики, читал множество книг.
Изучая историю выведения разных пород лошадей, кур, овец, Дарвин установил, что многочисленные породы берут начало от одного или немногих диких видов. Изменения их связаны с изменением условий жизни: питания, климата и т. д. Человек отбирает животных и растения с полезными для него изменениями. Сам человек, как думал Дарвин, не может создавать эти изменения, их вызывает природа, а человек лишь комбинирует эти дары природы, отбирает их. Благодаря отбору накапливаются и усиливаются полезные человеку изменения, а это приводит к совершенствованию старых пород и сортов и к выведению новых.
Но как возникают новые виды в природе? Отбор может идти не только по заранее намеченному плану, но и без него, без ясно осознанной цели. При этом человек не только отбирает лучших, но и уничтожает тех, которые не отвечают его нуждам или вкусам. Следовательно, не каждое существо, появившееся на свет, может уцелеть и подарить миру потомство.
А как же в естественных условиях? Каждый ли пробившийся из земли росток разовьется в растение? Каждый ли появившийся в гнезде птенец станет взрослой птицей? Нет. Но кто выжевет? Очевидно, тот, кто окажется более приспособленным к условиям жизни. Но ведь в природе нет браковщика. Кто же отбирает?
Отбор происходит сам собой, естественным путем. Да, слово найдено: естественный отбор.
В хозяйстве отбирает рука человека - это искусственный отбор, в природе - рука времени - естественный отбор. В природе животные и растения тоже изменяются под давлением изменившихся условий жизни. Но не все особи одного вида изменяются одинаково, и те из них, которые имеют хоть какое- нибудь, пусть незначительное, преимущество перед остальными, выживают в результате естественного отбора, оставляют потомство и в конце концов вытесняют менее приспособленных. Естественный отбор приводит к постепенному накоплению и усилению полезных для организма изменений, к совершенствованию организмов и приспособлению их к меняющимся условиям среды, а в результате
- к появлению новых видов.
Наконец-то приспособленность организмов и происхождение видов - то, что раньше казалось загадкой, чудом, что представлялось многим проявлением
“премудрости творца”,- нашли свое объяснение.
По преданию, однажды увидев, как упало на землю спелое яблоко, Ньютон открыл закон всемирного тяготения.
Хозяйственная практика человека оказалась для Дарвина тем “ньютоновым яблоком”, которое натолкнуло его на верное решение великого вопроса, волнующего беспокойный человеческий ум,- появление в природе новых видов.
В умах великих ученных произошел смелый скачок мысли: у Ньютона - от падающего яблока к планете, несущейся в бесконечных просторах Вселенной; у
Дарвина - от приемов скотоводов - к законам, управляющим живым миром.
Дарвин пришел к выводу: виды изменчивы, и родственные виды происходят от общего корня. Он нашел новое и простое объяснение загадочного явления.
Для него лично вопрос о происхождении видов был решен, но как мало это значило! Он представлял, с какими трудностями ему придется встретится, доказывая свою теорию, но она объясняла слишком многое, чтобы быть ложной.
Не так-то легко было объяснить, почему все живое приспособлено к жизни. В 1858 году Дарвин получил от английского натуралиста Уоллеса, находившегося в то время на Малайском архипелаге, очерк “О стремлении разновидностей бесконечно удалятся от первоначального типа”. В очерке излагалась теория, аналогичная теории самого Дарвина. Дарвина поразило удивительное совпадения мыслей его и Уоллеса. 20 с лишним лет Дарвин с необыкновенной глубиной разрабатывал вопрос о происхождении видов, и вот... его опередили.
По совету друзей Дарвин коротко изложил свои мысли в статье, которая вместе с очерком Уоллеса была опубликована в трудах Линеевского общества.
Но эти работы не привлекали к себе внимания ученых, и только один профессор написал отзыв, в котором заметил, что все новое в записках неверно, а все верное - не ново.
В этом же году Дарвин написал сжатое изложение своей теории, а на следующий год, когда ему исполнилось 50 лет, вышел небольшой зеленый томик, озаглавленный “Происхождение видов путем естественного отбора, или
Сохранение пород в борьбе за жизнь”. Книга была раскуплена в один день.
Успех был огромный.
Одни ученые сравнивали впечатление от книги со вспышкой молнии, которая заблудившемуся темной ночью человеку внезапно освещает дорогу.
Другие - с бомбой, которую Дарвин бросил из своего мирного сельського жилища в лагерь противника.
Во Франции ученые отнеслись к теории с презрением. Немецкие антидарвинисты выпустили свинцовую медаль, на которой Дарвин был изображен в оскорбительно-карикатурном виде с ослинными ушами.
Английский геолог Седжвик с возмущением говорил, что эта теория не более как цепь мыльных пузырей, и свое письмо к Дарвину закончил так: “Ныне
- один из потомков обезьяны, в прошлом - ваш старый друг”. Так как учение
Дарвина подрывало устои религии, реакционные ученые натравливали на него духовенство. Об одном критике Дарвин писал друзьям, что сам критик, пожалуй, не стал бы его жечь на костре, но он принес бы хворосту и указал бы черным бестиям, как его поймать. Католические священники организовали особую академию для борьбы с эволюционным учением, назвав его “скотской философией”.
Брань и презрение невежественных людей огорчали Дарвина, но он не отвечал им. Он ценил лишь мнение людей, которых уважал.
Передовые ученные встретили теорию Дарвина с большим воодушевлением.
Немецкий биолог Э. Геккель писал, что, прочтя эту гениальную книгу, он почувствовал, как “завеса упала с его глаз”. Молодой профессор Гексли готов был “взойти на костер” за новую идею. Тропа, по которой Дарвин предлагал следовать за собой, казались ему не воздушным путем из нитей паутины, а широким мостом, по которому можно пройти через многие пропасти.
Ф. Энгельс отметил, что Дарвин нанес сильнейший удар идеалистическим представлениям о природе, доказав, что современный органический мир является продуктом исторического развития, длившегося миллионы лет. Он сравнивал заслуги Дарвина в открытии законов развития природы с заслугами
Маркса, открывшего законы развития общества.
Русский перевод “Происхождения видов” появился в 1864 году.
Распространение дарвинизма в России совпало с подъемом революционного движения, с пробуждением общественного сознания после Крымсокой войны, с распространением идей великих русских демократов Н. Г. Чернышевского, А. И.
Герцена, Д. И. Писарева. И хотя и здесь не обошлось без попыток превратить теорию в “бессвязную кучу мусора”, но при помощи многочисленных популяризаторов учение Дарвина стало достоянием широких читающих кругов и было встречено сочуственно. Д. И. Писарев называл Дарвина гениальным мыслителем и писал, что Дарвин рассказывает о законах органической природы так просто и доказывает так неопровержимо, что всякий, кто прочтет его книгу, удивляется, как это он сам не додумался давным-давно до таких ясных выводов. Но главным бойцом в этой битве идей была сама книга Дарвина.
Прошли годы, и учениe Дарвина разлилось бурным потоком, сметающим на пути все препятствия. Дарвину посчастливилось при жизни увидеть торжество своих детей: не проходило и года, чтобы он не получал какой-нибудь награды.
В последние годы жизни Дарвин чувствовал себя особенно плохо: не мог ходить, все его утомляло. В ночь на 18 апреля 1882 года у Дарвина случился сердечный припадок, он потерял сознание, а придя в себя, разбудил жену и тихо сказал:
- Я совсем не боюсь умереть.
19 апреля 1882 года Дарвина не стало. Его похоронили в Лондоне в
Вестминстерском аббатстве - усыпальнице великих людей страны.
Паутина в жизни пауков В.Е.Ефимик
Пауки обитают в различных биотопах. На суше они встречаются от пустынь до тундр. Существует много околоводных форм, а есть и поистине водный - паук-серебрянка (Argyroneta aquatica). Несмотря на большое разнообразие жизненных форм, паук всегда оставался пауком. Он всегда, во всех главных жизненных проявлениях, поддерживающих существование вида (добывании пищи, размножении, расселении и переживании неблагоприятных условий), пользовался паутиной. Из нее он делает убежище и ловчее устройство, плетет яйцевой кокон и зимовочный мешок, с ее помощью у пауков происходит сложная процедура спаривания, на ней молодь разносится ветром.
Даже название классу паукообразных, в который пауки входят в ранге отряда, дано благодаря способности пауков плести паутину. В греческом мифе о молодой девушке по имени Арахна повествуется о превращении ее в паука за то, что она осмелилась соперничать с богиней в искусстве ткачества. Так ей было суждено всю жизнь плести паутину, а паукообразных стали называть в ее честь - арахнидами.
Большое значение паутины в жизни и эволюции пауков объясняется особенностями организации самих пауков. Паутинный аппарат у них образовался в удобном месте - на брюшке. Несклеротизированное, способное растягиваться брюшко легко вмещает объемистые паутинные железы, обеспечивающие обилие паутины. Функцию выведения секрета желез выполняют брюшные конечности, превратившиеся в паутинные бородавки и, что очень важно, сохранившие подвижность. А главное, подвижным стало брюшко, поскольку соединяется с головогрудью тонким стебельком. Плюс ко всему семичлениковые конечности головогруди обеспечивают высокую подвижность всему телу. В итоге получается достаточно объемный и чрезвычайно подвижный агрегат по производству шелка и прядения разнообразных паутинных конструкций. Подвижные паутинные бородавки обеспечивают прицельное попадание шелковых выделений. Немаловажно наличие специальных чесальных и прядильных инструментов: гребенчатые коготки и ряды щетинок на ногах для расчесывания паутины.
Справедливости ради надо отметить, что паутиной пользуются не только пауки, но и их ближайшие сородичи - ложноскорпионы и паутинные клещи. Но расположение паутинных желез в передней паре конечностей - хелицерах не позволило достичь им такого развития, как у пауков. Гусеницы некоторых бабочек тоже выделяют много шелка, но шелковые железы у них располагаются спереди и, что важно, не сохраняются у взрослых насекомых, а значит, применение шелка ограничено плетением кокона. У пауков же, развивающихся без метаморфоза, паутинные железы сохраняются на всех стадиях жизни.
Подведем итоги. Хотя способность вырабатывать шелк не является исключительной чертой пауков, эти своеобразные членистоногие усовершенствовали производство шелка и паутинных конструкций до такой степени, что сетестроение стало их отличительной особенностью.
Другие гипотезы не имеют широкой научной поддержки. Так, например, Р. Покок (R. Pocock) и В. Бристоу (W. Bristowe) предполагали, что паутина выделялась из ротового отверстия для смазывания кладки яиц. Голландец Артур Дикэ (Arthur Decae) предложил "морскую" гипотезу, по которой паутина у первопауков появилась еще до того, как они стали наземными. В водной среде, считает А. Дикэ, паутина могла сохранять норы, сделанные в морском грунте от разрушения или заполнения осадком.
При необходимости паук может выделять липкую или сухую нить определенной толщины и цвета. Сухая (не клейкая) нить используется для изготовления кокона, для постройки вертикальных колесовидных тенет у пауков-кругопрядов. Последние из таких нитей натягивают каркас сети и ее внутренние радиусы. Основу клейкой нити составляют двойные шелковые волокна, покрытые слоем липкого слизистого секрета. Вскоре после формирования этих нитей липкий слой фрагментируется вследствие поверхностного натяжения, образуя мельчайшие капельки (будто бусинки на ниточке). Это липкое покрытие недолговечно и высыхая теряет свои свойства. Поэтому большинство пауков, плетущих сети из такого шелка, должны периодически обновлять липкую нить.
Совершенно особый случай представляет собой "пряжа" или "кружево" крибеллятных пауков (пауки, имеющие перед паутинными бородавками небольшой склерит - крибеллятную пластинку с тончайшими отверстиями, из которых выделяется специальный шелк). Две или четыре нити окружаются широкой слизистой муфтой. В нее погружена еще одна закрученная в многочисленные петли нить. Благодаря такому строению к паутине не только прилипают, но и запутываются в ней своими щетинками и волосками насекомые, а ее клейкая слизь долго не высыхает.
Во время поиска самки паук-самец руководствуется главным образом обонянием. Но, столкнувшись на своем пути с паутинной нитью, он безошибочно находит самку, оставившую ее. Обнаружив половозрелую самку, самец начинает за ней ухаживать, и это проявляется у различных пауков по-разному. Опишем только те случаи, при которых используется паутина. Самцы некоторых тенетников (сем. Theridiidae) плетут по соседству с сетями самки маленькие брачные сети, на которые ее заманивают ритмическими движениями ног. Вместо брачных тенет самцы пауков-крестовиков (рода Araneus) к радиальным нитям сети самки натягивают горизонтальную паутинную нить и, расположившись поудобнее, начинают барабанить по ней ногами. Следует заметить, что движения ног, совершаемые самцом, не беспорядочны, как у бьющейся в сетях жертвы, а довольно ритмичны и состоят из повторяющихся мелодий, представляющих собой специфический сигнал, который свидетельствует о присутствии половозрелого самца того же вида. Если самка готова к спариванию, то рано или поздно она покидает свое убежище или центр сети и спускается к месту прикрепления нити-струны, не проявляя агрессии к самцу-музыканту.
Оплодотворенные яйца откладываются кучкой в коконе, сделанном самкой из одного или нескольких слоев паутины. Собственно кокон - это оболочка, непосредственно облегающая яйца, и состоит обычно из основной и кроющей пластинок, соединенных краями. Такое строение кокона объясняется способом его изготовления. Самка из паутинного шелка делает сперва основную пластинку (аналог сперматической сеточки самцов) и откладывает на нее яйца, а затем заплетает их сверху паутиновой кроющей пластинкой.
Стенка кокона обычно делается из плотно прилегающих прямых нитей и часто пропитывается застывающим секретом, выделяемым через рот. В этом случае оболочка кокона плотная и напоминает пергаментную. В других случаях паутинная ткань для кокона рыхлая и пушистая наподобие ваты. Формы коконов различны: дисковидные, шарообразные, грушевидные.
Вылупившаяся молодь одной кладки какое-то время держится вместе, затем паучки расходятся. У некоторых видов расселение происходит на паутинках по воздуху. Молодые паучки забираются на возвышающиеся предметы и, подняв брюшко, выпускают паутинную нить. При достаточной длине нити, увлекаемой токами воздуха, паучок отцепляется и уносится на ней. У некоторых видов, особенно мелких, на паутине расселяются и взрослые формы. Пауки могут подниматься токами воздуха на значительные высоты (до 2-3 км) и переноситься на большие расстояния. Известны случаи массового залета мелких пауков на суда, находящихся в сотнях километров от берега.
Даже представители второй группы пауков используют паутину в такие периоды жизни, когда те наиболее беззащитны. Во время отдыха, линек и зимовок они плетут паутинные мешки или полотнища-покрышки.
С характерной особенностью пауков использовать в минуты опасности страховочную нить знаком каждый, кто когда-нибудь пытался поймать паука. Пауки-тенетники при опасном приближении к ним падают вниз, оставляя за собой паутинную нить, по которой, как по канату, поднимаются обратно на сеть. Возвращаясь по страховочной нити, паук не забывает сматывать ее и съедать.
Свободноживущие пауки тоже используют страховочную нить. Так, например, пауки-скакунчики прикрепляют такую нить к субстрату перед тем, как резко прыгнуть на добычу [4]. Подобной страховкой пользуется южнорусский тарантул (Allohogna singoriensis). Когда в спокойной обстановке паук отходит от норы, он тянет за собой незаметную паутинную нить, по которой возвращается обратно. Если такую нить порвать, тарантул оказывается не в состоянии найти свою норку и отправляется путешествовать в поисках нового убежища [3]. Некоторые виды скакунчиков рода Evarcha на таких страховочных нитях ночуют. Один конец они прикрепляют к травинке, на другом повисают сами. Таким образом эти пауки предохраняют себя от непредвиденных встреч с ночными хищниками.
Тарантул, как и многие другие пауки, выкапывающие норки, использует паутину для выстилки стенок своего убежища. Шелковая выстилка предотвращает осыпание стенок. Нора, вырытая для постоянного жилья или даже на один раз для дневного отдыха, конечно, лучше, чем временное убежище под камнями, упавшими стволами, но и она не может защитить от пронырливых врагов вроде дорожных ос. Поэтому не случайно появление у многих видов всевозможных паутинных надстроек над входом в норку. Это и вертикальные двухсантиметровые трубки, и длинные надземные горизонтальные трубки, и воронки, и, наконец, подвижные дверцы-крышечки, закрывающие вход. У некоторых пауков-птицеядов крышечка утолщена за счет частиц почвы и затыкает норку наподобие пробки. Обычно паук днем сидит в норе, удерживая крышечку хелицерами. Снаружи крышечка бывает замаскирована частицам почвы, растительными остатками и неотличима от окружающего фона.
Типичные тенетные пауки теридииды и кругопряды-аранеиды помимо ловчей сети нередко плетут небольшое логовище, чаще всего в виде колпачка. Оно делается из чистого шелка или содержит примесь растительных остатков или других посторонних частиц, органически входящих в постройку. Эти логовища обязательно связаны с ловчей сетью и помещаются иногда в ее центре, но часто устраиваются за ее пределами. Некоторые аранеиды для изготовления логовища используют живые листья деревьев и кустарников, искусно свернув их конусом и скрепив паутиной.
Особо надо отметить паутинную конструкцию единственного водяного паука - серебрянки (Argyroneta aquatica), которую он сооружает под водой. Этот вид в России широко распространен в стоячих и медленно текущих водах, богатых растительностью. Принося воздух с поверхности на конце брюшка в виде пузырьков, он сооружает под водой среди растительности воздушный колокол. Воздух в колоколе удерживается густым сплетением из паутины, от которого тянутся ловчие нити.
Варианты использования паутинных нитей в целях поимки жертв чрезвычайно разнообразны - от сигнальных нитей, своеобразных арканов до искусно сплетенных тенет. Применение паутины для охотничьих целей характерно не только для плетущих ловчие сети пауков, но и для бестенетных форм. Пауки-птицеяды, например, пойманную добычу высоко поднимают, держа в хелицерах, и под ней плетут небольшую паутинку-подстилку, к которой и прикрепляют свою жертву. Пауки, обитающие в норках и трубках, от устья логовища натягивают сигнальные нити. Прикосновение к ним дает паукам знать о приближении добычи.
Не все так называемые тенетники плетут настоящие сети. Небольшой паук Dipoena tristis, как на канате, повисает на своей паутинной нити над землей в местах, где обычны муравьи, и таким образом подкарауливает их. Другой интересный пример представляют тропические африканские пауки рода Cladomelea. Приступая к ловле добычи, паук выпускает нить длиной до 2 см с капелькой клейкого секрета на конце. Затем с помощью третьей пары ног он начинает быстро размахивать этой нитью, вертя ее вокруг себя. Если этой капельки коснется насекомое, то приклеивается к ней. Тогда паук подтягивает жертву к себе и высасывает ее. Такой способ добычи возможен, конечно, только в местах скопления насекомых. Ближайший родич Cladomelea - американские тропические пауки рода Glyptocranium тоже охотятся с помощью клейкой нити, но держат ее в вытянутой передней ноге. Приближаясь осторожно к насекомому, эти пауки внезапно бросают свои "арканы" и подтягивают к себе приклеившуюся добычу. Крибеллятные пауки рода Miagrammopes из Южной Африки между ветвями натягивают одну-единственную горизонтальную нить длиной от 90 см до 3,6 м. Ее средняя часть дополнительно покрыта крибеллярными нитями. Паук сидит на одном конце нити, не выпуская ее. Когда насекомое задевает нить, он мгновенно ослабляет ее, что способствует запутыванию добычи.
Пауки способны манипулировать не только отдельными нитями, но и небольшими сетями. Тропический паук Dinopis spinosa из Центральной и Южной Америки держит свою паутину на кончиках ног. Когда мимо пробегает или пролетает какое-нибудь насекомое, паук быстро набрасывает на него сетку и подтягивает к себе.
Но тем и знамениты пауки, что из паутины умеют создавать сложные ловчие конструкции. Паутинные сети бывают самой разнообразной формы. На земле или на траве строят свои сети пауки-воронкопряды (сем. Agelenidae). От шелковой трубки, которая находится тут же в толще травы, отходит воронковидное расширение, продолжающееся в горизонтальный тент или полотнище. Сидя у входа в паутинную трубку-убежище, паук подстерегает насекомых, заползающих на ловчую сеть. Пауки-тенетники теридииды, к которым относится широко известная своей ядовитостью черная вдова, строят неправильные тенета, представляющие собой беспорядочную сеть наклонных нитей. Теридиида Steatoda castanea под камнями устраивает широкопетлистую сеть, вертикальные клейкие нити которой образуют у земли густой частокол - ловушку, почти непреодолимую для ползающих насекомых. Пауки-балдахинники из семейства Linyphiidae делают горизонтальные сети-тенты, от которых вверх и вниз расходятся поддерживающие нити. Пролетающие насекомые натыкаются на вертикальные нити и падают на тент, где их подкарауливает хозяин. По такому же принципу устроены куполообразные тенета пауков-долгоножек. Самым совершенным типом тенет являются колесовидные сети пауков-кругопрядов (семейства Araneidae, Tetragnathidae и Uloboridae). Такие сети состоят из опорной рамы, натянутой между ветвями или иными предметами, радиусов, соединяющих раму с центральным сплетением, и наложенной на радиусы ловчей липкой спирали (см. рис. 3). Колесовидные сети бывают вертикальными, что встречается чаще, и горизонтальными.
В. Бристоу считал, что эволюция тенет шла двумя независимыми путями. Он разделил всех пауков на тех, кто откладывал яйцевые коконы в укромные места на земле, сплетая для этого мешковидное убежище, и на тех, кто убежищ не делал, а подвешивал кокон среди растений открыто. У первой группы пауков ловчие сети могли эволюционировать следующим образом. Мешковидное убежище, находящееся под каким-нибудь предметом, могло переместиться в земляную норку, выполняя роль выстилки ее стенок. Некоторые пауки от края такой паутинной земляной трубки стали натягивать радиально расходящиеся нити. Такие паутинки, встречающиеся у норок примитивных членистобрюхих пауков (сем. Liphistidae), играют роль сигнальных нитей, которые предупреждают о приближении добычи или врага, а иногда и облегчают поиск своего убежища. Дальнейшее развитие шло по пути расширения устья трубки в виде воронки. Последняя легко превращается в сеть-полотнище - широкую, несколько рыхлую шелковую подстилку, предваряющую вход в трубчатое убежище.
Другое направление развития тенет связано с группой пауков, которые охотятся среди растений. Свой кокон они подвешивали к ветвям и листьям и охраняли его, повисая рядом с ним на горизонтальной нити. Поддерживающие кокон нити предупреждали о приближении добычи или врага. Постепенно прибавлением новых нитей вокруг кокона создавалась простая беспорядочная сеть. Такие неправильные тенета есть у пауков-теридиид. Следующую ступень развития, вероятно, представляют крыше- и куполообразные сети пауков-балдахинников (сем. Linyphiidae), пауков-долгоножек (сем. Pholcidae) и др. От паутинного сплетения с коконом в середине произошли и колесовидные сети пауков-кругопрядов.
Позже, в 90-е годы XX века, американский исследователь Виллиам Шер (W. Sher) предложил нелинейную схему эволюции тенет. Он объясняет свой подход конвергентной эволюцией отдельных типов сетей. В частности, сеть-полотнище, по его мнению, могла появиться двумя независимыми путями: от радиальных нитей, отходящих от устья норки, а также путем создания паутинных надстроек и постепенного растягивания их в горизонтальные полотнища. Колесовидная сеть кругопрядов могла образоваться несколькими путями. Наиболее предпочтительными В. Шер считает направления, ведущие от куполообразных сетей-тентов или горизонтальных круговых сетей крибеллят. Еще одно существенное отличие нелинейной схемы В. Шера состоит в том, что, по мнению ее автора, тенета, сооружаемые пауками в растительности, произошли от наземных ловчих сетей типа тенет-полотнищ пауков-воронкопрядов (сем. Agelenidae).
Единого взгляда на историю формирования сетей пауков у арахнологов до сих пор нет. И это не случайно, отсутствие палеонтологических фактов заставляет искать косвенные доказательства тех или иных построений. Дальнейшее изучение этого вопроса и новые свидетельства расставят все точки над i и сделают более ясными наши знания об эволюции паутинных сетей и сетестроительной деятельности пауков.
Даже название классу паукообразных, в который пауки входят в ранге отряда, дано благодаря способности пауков плести паутину. В греческом мифе о молодой девушке по имени Арахна повествуется о превращении ее в паука за то, что она осмелилась соперничать с богиней в искусстве ткачества. Так ей было суждено всю жизнь плести паутину, а паукообразных стали называть в ее честь - арахнидами.
Эволюционное значение паутины для пауков
Паутина имела решающее значение в эволюции пауков. Как уже отмечалось, пауки постоянно так или иначе используют ее. Можно сказать, что они взаимодействуют с окружающим миром посредством своих паутинных приспособлений. В связи с этим пауки, приспосабливаясь к новым условиям, изменяли прежде всего свои паутинные приспособления, мало изменяясь сами, а значит, сохраняли общий тип организации. Действительно, пауки при большом видовом разнообразии сохраняют единство в особенностях биологии, типе питания, индивидуального развития. В этом плане показательно сравнение их с клещами. Разнообразие способов питания и образа жизни клещей повлекло за собой значительные изменения в их организации. Отличия между биологическими группами клещей настолько велики, что среди них систематики различают три самостоятельных отряда, различных по строению и образу жизни [2].Большое значение паутины в жизни и эволюции пауков объясняется особенностями организации самих пауков. Паутинный аппарат у них образовался в удобном месте - на брюшке. Несклеротизированное, способное растягиваться брюшко легко вмещает объемистые паутинные железы, обеспечивающие обилие паутины. Функцию выведения секрета желез выполняют брюшные конечности, превратившиеся в паутинные бородавки и, что очень важно, сохранившие подвижность. А главное, подвижным стало брюшко, поскольку соединяется с головогрудью тонким стебельком. Плюс ко всему семичлениковые конечности головогруди обеспечивают высокую подвижность всему телу. В итоге получается достаточно объемный и чрезвычайно подвижный агрегат по производству шелка и прядения разнообразных паутинных конструкций. Подвижные паутинные бородавки обеспечивают прицельное попадание шелковых выделений. Немаловажно наличие специальных чесальных и прядильных инструментов: гребенчатые коготки и ряды щетинок на ногах для расчесывания паутины.
Справедливости ради надо отметить, что паутиной пользуются не только пауки, но и их ближайшие сородичи - ложноскорпионы и паутинные клещи. Но расположение паутинных желез в передней паре конечностей - хелицерах не позволило достичь им такого развития, как у пауков. Гусеницы некоторых бабочек тоже выделяют много шелка, но шелковые железы у них располагаются спереди и, что важно, не сохраняются у взрослых насекомых, а значит, применение шелка ограничено плетением кокона. У пауков же, развивающихся без метаморфоза, паутинные железы сохраняются на всех стадиях жизни.
Подведем итоги. Хотя способность вырабатывать шелк не является исключительной чертой пауков, эти своеобразные членистоногие усовершенствовали производство шелка и паутинных конструкций до такой степени, что сетестроение стало их отличительной особенностью.
Гипотезы происхождения паутинного шелка
Вопрос происхождения шелка у пауков, давно волновавший специалистов-арахнологов, остается актуальным и сегодня. Прямых доказательств происхождения паутины, из чего она появилась, нет. Ведь паутина не сохраняется в ископаемом состоянии. Поэтому ученые могут предложить только гипотезы происхождения паутинного шелка, опираясь на изучение анатомии пауков и особенности их паутинной деятельности. Наиболее вероятной является гипотеза Г. Мак-Кука (Henry McCook), в которой американский исследователь поведения пауков сделал предположение о том, что примитивные первопауки, подобно современным многоножкам, во время движения оставляли следовые метки экскреторными выделениями специальных желез, расположенных в основании ног. По мнению Мак-Кука, экскреторная функция этих желез со временем полностью перешла к передним (у ныне живущих пауков в основании первой пары или первой и третьей пар ног находятся выделительные коксальные железы), часть редуцировалась, а оставшиеся на брюшке сохранили способность к следовому мечению. Следовые выделения были заменены эластичным протеиновым шелком, а некоторые из брюшных придатков преобразовались в паутинные бородавки. И сегодня большинство пауков постоянно тянут за собой паутинную нить во время передвижения, а нити самок могут быть хорошим проводником для самцов в их поиске полового партнера. Подтверждением данной гипотезы является доказанное на основе изучения индивидуального развития происхождение паутинных бородавок от рудиментов брюшных конечностей [1].Другие гипотезы не имеют широкой научной поддержки. Так, например, Р. Покок (R. Pocock) и В. Бристоу (W. Bristowe) предполагали, что паутина выделялась из ротового отверстия для смазывания кладки яиц. Голландец Артур Дикэ (Arthur Decae) предложил "морскую" гипотезу, по которой паутина у первопауков появилась еще до того, как они стали наземными. В водной среде, считает А. Дикэ, паутина могла сохранять норы, сделанные в морском грунте от разрушения или заполнения осадком.
Химический состав и физические свойства паутины
Секрет паутинных желез представляет собой вязкую, отчасти резиноподобную массу, быстро застывающую при соприкосновении с воздухом. По химическому составу паутина близка к шелку гусениц шелкопрядов, отличаясь меньшим содержанием серицина - склеивающего вещества, растворимого в воде. Основу паутинного и гусеничного шелка составляет не растворяющийся в воде фиброин, состоящий из сложного комплекса альбуминов, альфа-аланина и глютаминовой кислоты. По физическим свойствам паутиновые нити отличаются от гусеничного и искусственного шелка большей прочностью. Так, разрывное усилие, выраженное в кг на 1 мм2, у пауков колеблется от 40 до 261, а у гусеничного и искусственного шелка соответственно не превышает 43 и 20 [5]. Паутина обладает антибиотическими свойствами, в особенности та, которая идет на изготовление кокона, предохраняя яйца от губительного действия бактерий и плесневых грибков.При необходимости паук может выделять липкую или сухую нить определенной толщины и цвета. Сухая (не клейкая) нить используется для изготовления кокона, для постройки вертикальных колесовидных тенет у пауков-кругопрядов. Последние из таких нитей натягивают каркас сети и ее внутренние радиусы. Основу клейкой нити составляют двойные шелковые волокна, покрытые слоем липкого слизистого секрета. Вскоре после формирования этих нитей липкий слой фрагментируется вследствие поверхностного натяжения, образуя мельчайшие капельки (будто бусинки на ниточке). Это липкое покрытие недолговечно и высыхая теряет свои свойства. Поэтому большинство пауков, плетущих сети из такого шелка, должны периодически обновлять липкую нить.
Совершенно особый случай представляет собой "пряжа" или "кружево" крибеллятных пауков (пауки, имеющие перед паутинными бородавками небольшой склерит - крибеллятную пластинку с тончайшими отверстиями, из которых выделяется специальный шелк). Две или четыре нити окружаются широкой слизистой муфтой. В нее погружена еще одна закрученная в многочисленные петли нить. Благодаря такому строению к паутине не только прилипают, но и запутываются в ней своими щетинками и волосками насекомые, а ее клейкая слизь долго не высыхает.
Паутинные приспособления, связанные с размножением и расселением
Как уже отмечалось, паутина используется пауками в период их размножения. Именно благодаря паутине этот процесс по своей сложности и своеобразию стал уникальным среди подобных явлений, свойственных членистоногим. Для пауков характерно внутреннее оплодотворение, которому предшествует спаривание. Но копулятивные органы самцов (бульбусы) находятся не на брюшке, а на передних конечностях - педипальпах или ногощупальцах (не путать с четырьмя парами ходных ног). Для переноса спермы с нижней стороны брюшка, где расположено мужское половое отверстие, в спермофор бульбусов используется так называемая сперматическая сеточка. Часто это небольшая нежная сеточка треугольной или четырехугольной формы, растянутая горизонтально в виде гамачка. Прижимаясь брюшком к сеточке, самец оставляет на ней капельку семенной жидкости и погружает в нее концы педипальп. Сперма заполняет узкий канал спермохранилища благодаря его капиллярности.Во время поиска самки паук-самец руководствуется главным образом обонянием. Но, столкнувшись на своем пути с паутинной нитью, он безошибочно находит самку, оставившую ее. Обнаружив половозрелую самку, самец начинает за ней ухаживать, и это проявляется у различных пауков по-разному. Опишем только те случаи, при которых используется паутина. Самцы некоторых тенетников (сем. Theridiidae) плетут по соседству с сетями самки маленькие брачные сети, на которые ее заманивают ритмическими движениями ног. Вместо брачных тенет самцы пауков-крестовиков (рода Araneus) к радиальным нитям сети самки натягивают горизонтальную паутинную нить и, расположившись поудобнее, начинают барабанить по ней ногами. Следует заметить, что движения ног, совершаемые самцом, не беспорядочны, как у бьющейся в сетях жертвы, а довольно ритмичны и состоят из повторяющихся мелодий, представляющих собой специфический сигнал, который свидетельствует о присутствии половозрелого самца того же вида. Если самка готова к спариванию, то рано или поздно она покидает свое убежище или центр сети и спускается к месту прикрепления нити-струны, не проявляя агрессии к самцу-музыканту.
Оплодотворенные яйца откладываются кучкой в коконе, сделанном самкой из одного или нескольких слоев паутины. Собственно кокон - это оболочка, непосредственно облегающая яйца, и состоит обычно из основной и кроющей пластинок, соединенных краями. Такое строение кокона объясняется способом его изготовления. Самка из паутинного шелка делает сперва основную пластинку (аналог сперматической сеточки самцов) и откладывает на нее яйца, а затем заплетает их сверху паутиновой кроющей пластинкой.
Стенка кокона обычно делается из плотно прилегающих прямых нитей и часто пропитывается застывающим секретом, выделяемым через рот. В этом случае оболочка кокона плотная и напоминает пергаментную. В других случаях паутинная ткань для кокона рыхлая и пушистая наподобие ваты. Формы коконов различны: дисковидные, шарообразные, грушевидные.
Вылупившаяся молодь одной кладки какое-то время держится вместе, затем паучки расходятся. У некоторых видов расселение происходит на паутинках по воздуху. Молодые паучки забираются на возвышающиеся предметы и, подняв брюшко, выпускают паутинную нить. При достаточной длине нити, увлекаемой токами воздуха, паучок отцепляется и уносится на ней. У некоторых видов, особенно мелких, на паутине расселяются и взрослые формы. Пауки могут подниматься токами воздуха на значительные высоты (до 2-3 км) и переноситься на большие расстояния. Известны случаи массового залета мелких пауков на суда, находящихся в сотнях километров от берега.
Паутинные приспособления и постройки, связанные с защитой
Всех пауков можно разделить на две группы: тенетные пауки, делающие ловчие сети (тенета), и нетенетные формы, во время охоты не использующие паутинные приспособления.Даже представители второй группы пауков используют паутину в такие периоды жизни, когда те наиболее беззащитны. Во время отдыха, линек и зимовок они плетут паутинные мешки или полотнища-покрышки.
С характерной особенностью пауков использовать в минуты опасности страховочную нить знаком каждый, кто когда-нибудь пытался поймать паука. Пауки-тенетники при опасном приближении к ним падают вниз, оставляя за собой паутинную нить, по которой, как по канату, поднимаются обратно на сеть. Возвращаясь по страховочной нити, паук не забывает сматывать ее и съедать.
Свободноживущие пауки тоже используют страховочную нить. Так, например, пауки-скакунчики прикрепляют такую нить к субстрату перед тем, как резко прыгнуть на добычу [4]. Подобной страховкой пользуется южнорусский тарантул (Allohogna singoriensis). Когда в спокойной обстановке паук отходит от норы, он тянет за собой незаметную паутинную нить, по которой возвращается обратно. Если такую нить порвать, тарантул оказывается не в состоянии найти свою норку и отправляется путешествовать в поисках нового убежища [3]. Некоторые виды скакунчиков рода Evarcha на таких страховочных нитях ночуют. Один конец они прикрепляют к травинке, на другом повисают сами. Таким образом эти пауки предохраняют себя от непредвиденных встреч с ночными хищниками.
Тарантул, как и многие другие пауки, выкапывающие норки, использует паутину для выстилки стенок своего убежища. Шелковая выстилка предотвращает осыпание стенок. Нора, вырытая для постоянного жилья или даже на один раз для дневного отдыха, конечно, лучше, чем временное убежище под камнями, упавшими стволами, но и она не может защитить от пронырливых врагов вроде дорожных ос. Поэтому не случайно появление у многих видов всевозможных паутинных надстроек над входом в норку. Это и вертикальные двухсантиметровые трубки, и длинные надземные горизонтальные трубки, и воронки, и, наконец, подвижные дверцы-крышечки, закрывающие вход. У некоторых пауков-птицеядов крышечка утолщена за счет частиц почвы и затыкает норку наподобие пробки. Обычно паук днем сидит в норе, удерживая крышечку хелицерами. Снаружи крышечка бывает замаскирована частицам почвы, растительными остатками и неотличима от окружающего фона.
Типичные тенетные пауки теридииды и кругопряды-аранеиды помимо ловчей сети нередко плетут небольшое логовище, чаще всего в виде колпачка. Оно делается из чистого шелка или содержит примесь растительных остатков или других посторонних частиц, органически входящих в постройку. Эти логовища обязательно связаны с ловчей сетью и помещаются иногда в ее центре, но часто устраиваются за ее пределами. Некоторые аранеиды для изготовления логовища используют живые листья деревьев и кустарников, искусно свернув их конусом и скрепив паутиной.
Особо надо отметить паутинную конструкцию единственного водяного паука - серебрянки (Argyroneta aquatica), которую он сооружает под водой. Этот вид в России широко распространен в стоячих и медленно текущих водах, богатых растительностью. Принося воздух с поверхности на конце брюшка в виде пузырьков, он сооружает под водой среди растительности воздушный колокол. Воздух в колоколе удерживается густым сплетением из паутины, от которого тянутся ловчие нити.
Паутинные приспособления, связанные с добыванием пищи
Все пауки - хищники, но в отличие от хищных насекомых они не обладают хорошим зрением. Их близорукость зачастую обусловливает применение такой охотничьей стратегии, как подстерегание, ожидание добычи. В рамках этой стратегии можно выделить три тактики поведения пауков. Первая - нападение на жертву из засады. Вторая - подкрадывание на короткое расстояние для решающего броска. Первых двух тактик придерживается большинство нетенетных пауков: пауки-бокоходы (сем. Thomisidae и Philodromidae), пауки-скакунчики (сем. Salticidae), пауки-волки (сем. Lycosidae). Но пауки не были бы пауками, если бы не стали использовать паутину во время своей охоты. Паутина, а чаще сложные паутинные конструкции оказались отличным тактическим шагом в применении стратегии ожидания. Это позволило паукам не только увеличить область отлова, но и расширить спектр питания. В паучьи силки попадаются более крупные, чем сами охотники, жертвы, среди которых хорошо вооруженные, жалящие, а также летающие насекомые.Варианты использования паутинных нитей в целях поимки жертв чрезвычайно разнообразны - от сигнальных нитей, своеобразных арканов до искусно сплетенных тенет. Применение паутины для охотничьих целей характерно не только для плетущих ловчие сети пауков, но и для бестенетных форм. Пауки-птицеяды, например, пойманную добычу высоко поднимают, держа в хелицерах, и под ней плетут небольшую паутинку-подстилку, к которой и прикрепляют свою жертву. Пауки, обитающие в норках и трубках, от устья логовища натягивают сигнальные нити. Прикосновение к ним дает паукам знать о приближении добычи.
Не все так называемые тенетники плетут настоящие сети. Небольшой паук Dipoena tristis, как на канате, повисает на своей паутинной нити над землей в местах, где обычны муравьи, и таким образом подкарауливает их. Другой интересный пример представляют тропические африканские пауки рода Cladomelea. Приступая к ловле добычи, паук выпускает нить длиной до 2 см с капелькой клейкого секрета на конце. Затем с помощью третьей пары ног он начинает быстро размахивать этой нитью, вертя ее вокруг себя. Если этой капельки коснется насекомое, то приклеивается к ней. Тогда паук подтягивает жертву к себе и высасывает ее. Такой способ добычи возможен, конечно, только в местах скопления насекомых. Ближайший родич Cladomelea - американские тропические пауки рода Glyptocranium тоже охотятся с помощью клейкой нити, но держат ее в вытянутой передней ноге. Приближаясь осторожно к насекомому, эти пауки внезапно бросают свои "арканы" и подтягивают к себе приклеившуюся добычу. Крибеллятные пауки рода Miagrammopes из Южной Африки между ветвями натягивают одну-единственную горизонтальную нить длиной от 90 см до 3,6 м. Ее средняя часть дополнительно покрыта крибеллярными нитями. Паук сидит на одном конце нити, не выпуская ее. Когда насекомое задевает нить, он мгновенно ослабляет ее, что способствует запутыванию добычи.
Пауки способны манипулировать не только отдельными нитями, но и небольшими сетями. Тропический паук Dinopis spinosa из Центральной и Южной Америки держит свою паутину на кончиках ног. Когда мимо пробегает или пролетает какое-нибудь насекомое, паук быстро набрасывает на него сетку и подтягивает к себе.
Но тем и знамениты пауки, что из паутины умеют создавать сложные ловчие конструкции. Паутинные сети бывают самой разнообразной формы. На земле или на траве строят свои сети пауки-воронкопряды (сем. Agelenidae). От шелковой трубки, которая находится тут же в толще травы, отходит воронковидное расширение, продолжающееся в горизонтальный тент или полотнище. Сидя у входа в паутинную трубку-убежище, паук подстерегает насекомых, заползающих на ловчую сеть. Пауки-тенетники теридииды, к которым относится широко известная своей ядовитостью черная вдова, строят неправильные тенета, представляющие собой беспорядочную сеть наклонных нитей. Теридиида Steatoda castanea под камнями устраивает широкопетлистую сеть, вертикальные клейкие нити которой образуют у земли густой частокол - ловушку, почти непреодолимую для ползающих насекомых. Пауки-балдахинники из семейства Linyphiidae делают горизонтальные сети-тенты, от которых вверх и вниз расходятся поддерживающие нити. Пролетающие насекомые натыкаются на вертикальные нити и падают на тент, где их подкарауливает хозяин. По такому же принципу устроены куполообразные тенета пауков-долгоножек. Самым совершенным типом тенет являются колесовидные сети пауков-кругопрядов (семейства Araneidae, Tetragnathidae и Uloboridae). Такие сети состоят из опорной рамы, натянутой между ветвями или иными предметами, радиусов, соединяющих раму с центральным сплетением, и наложенной на радиусы ловчей липкой спирали (см. рис. 3). Колесовидные сети бывают вертикальными, что встречается чаще, и горизонтальными.
Гипотезы и теории эволюции сетей
Историей развития паутинных ловчих конструкций ученые-арахнологи заинтересовались еще в XIX веке. В 1895 году англичанин Р. Покок (R. Pocock) впервые предложил схему, описывающую ход эволюции ловчих сетей пауков. Его работа была продолжена многими исследователями. Наиболее известное исследование эволюции сетей пауков принадлежит британскому арахнологу В. Бристоу (W. Bristowe), стороннику линейной эволюционной схемы.В. Бристоу считал, что эволюция тенет шла двумя независимыми путями. Он разделил всех пауков на тех, кто откладывал яйцевые коконы в укромные места на земле, сплетая для этого мешковидное убежище, и на тех, кто убежищ не делал, а подвешивал кокон среди растений открыто. У первой группы пауков ловчие сети могли эволюционировать следующим образом. Мешковидное убежище, находящееся под каким-нибудь предметом, могло переместиться в земляную норку, выполняя роль выстилки ее стенок. Некоторые пауки от края такой паутинной земляной трубки стали натягивать радиально расходящиеся нити. Такие паутинки, встречающиеся у норок примитивных членистобрюхих пауков (сем. Liphistidae), играют роль сигнальных нитей, которые предупреждают о приближении добычи или врага, а иногда и облегчают поиск своего убежища. Дальнейшее развитие шло по пути расширения устья трубки в виде воронки. Последняя легко превращается в сеть-полотнище - широкую, несколько рыхлую шелковую подстилку, предваряющую вход в трубчатое убежище.
Другое направление развития тенет связано с группой пауков, которые охотятся среди растений. Свой кокон они подвешивали к ветвям и листьям и охраняли его, повисая рядом с ним на горизонтальной нити. Поддерживающие кокон нити предупреждали о приближении добычи или врага. Постепенно прибавлением новых нитей вокруг кокона создавалась простая беспорядочная сеть. Такие неправильные тенета есть у пауков-теридиид. Следующую ступень развития, вероятно, представляют крыше- и куполообразные сети пауков-балдахинников (сем. Linyphiidae), пауков-долгоножек (сем. Pholcidae) и др. От паутинного сплетения с коконом в середине произошли и колесовидные сети пауков-кругопрядов.
Позже, в 90-е годы XX века, американский исследователь Виллиам Шер (W. Sher) предложил нелинейную схему эволюции тенет. Он объясняет свой подход конвергентной эволюцией отдельных типов сетей. В частности, сеть-полотнище, по его мнению, могла появиться двумя независимыми путями: от радиальных нитей, отходящих от устья норки, а также путем создания паутинных надстроек и постепенного растягивания их в горизонтальные полотнища. Колесовидная сеть кругопрядов могла образоваться несколькими путями. Наиболее предпочтительными В. Шер считает направления, ведущие от куполообразных сетей-тентов или горизонтальных круговых сетей крибеллят. Еще одно существенное отличие нелинейной схемы В. Шера состоит в том, что, по мнению ее автора, тенета, сооружаемые пауками в растительности, произошли от наземных ловчих сетей типа тенет-полотнищ пауков-воронкопрядов (сем. Agelenidae).
Единого взгляда на историю формирования сетей пауков у арахнологов до сих пор нет. И это не случайно, отсутствие палеонтологических фактов заставляет искать косвенные доказательства тех или иных построений. Дальнейшее изучение этого вопроса и новые свидетельства расставят все точки над i и сделают более ясными наши знания об эволюции паутинных сетей и сетестроительной деятельности пауков.
Классификация линнея
Все живые существа можно классифицировать с помощью иерархической системы, в основе которой лежат категории рода и вида.
Карл Линней, шведский физиолог, был профессором медицины в университете города Упсала. Он заведовал большим ботаническим садом, который был нужен университету для проведения научных исследований. Люди присылали ему растения и семена со всего света для выращивания в ботаническом саду. Именно благодаря интенсивному изучению этой огромной коллекции растений Карл Линней сумел решить задачу систематизации всех живых существ — сегодня ее назвали бы задачей таксономии (систематики). Можно сказать, что он придумал категории для популярной в Америке викторины «Двадцать вопросов», в которой первым делом спрашивают, относится ли предмет к животным, растениям или минералам. В системе Линнея действительно все относится либо к животным, либо к растениям, либо к неживой природе (минералам).
Чтобы легче понять принцип систематизации, представьте, что вы хотите классифицировать все дома в мире. Можно начать с того, что дома в Европе, например, больше похожи друг на друга, чем на дома в Северной Америке, поэтому на первом, самом грубом уровне классификации необходимо указать континент, где расположено здание. На уровне каждого континента можно пойти дальше, отметив, что дома в одной стране (например, во Франции) больше похожи друг на друга, чем на дома в другой стране (например, в Норвегии). Таким образом, вторым уровнем классификации будет страна. Можно продолжать в том же роде, рассматривая последовательно уровень страны, уровень города и уровень улицы. Номер дома на конкретной улице будет той конечной ячейкой, куда можно поместить искомый объект. Значит, каждый дом будет полностью классифицирован, если для него будут указаны континент, страна, город, улица и номер дома.
Линней заметил, что подобным образом можно классифицировать живые существа в соответствии с их характеристиками. Человек, например, больше похож на белку, чем на гремучую змею, и больше похож на гремучую змею, чем на сосну. Проделав те же рассуждения, что и в случае домов, можно построить систему классификации, в которой каждое живое существо получит свое уникальное место.
Именно так и сделали последователи Карла Линнея. На начальном уровне все живые существа делятся на пять царств — растения, животные, грибы и два царства одноклеточных организмов (безъядерных и содержащих в ядре ДНК). Далее каждое царство делится на типы. Например, в нервную систему человека входит длинный спиной мозг, образующийся из хорды. Это относит нас к типу хордовых. У большинства животных, обладающих спинным мозгом, он расположен внутри позвоночника. Эта большая группа хордовых называется подтипом позвоночных. Человек относится к этому подтипу. Наличие позвоночника — критерий, по которому позвоночные животные отличаются от беспозвоночных, то есть не имеющих позвоночного хребта (к ним относятся, например, крабы).
Следующая категория классификации — класс. Человек является представителем класса млекопитающих — теплокровных животных с шерстью, живородящих и выкармливающих своих детенышей молоком. Этот уровень различает человека и таких животных, как пресмыкающиеся и птицы. Следующая категория — отряд. Мы относимся к отряду приматов — животных с бинокулярным зрением и руками и ногами, приспособленными для хватания. Классификация человека как относящегося к приматам отличает нас от других млекопитающих — таких, например, как собаки и жирафы.
Следующие две категории классификации — семейство и род. Мы относимся к семейству гоминид и роду Homo. Впрочем, это разграничение мало что значит для нас, поскольку других представителей нашего семейства и нашего рода больше нет (хотя в прошлом они существовали). У большинства животных каждый род содержит несколько представителей. Например, белый медведь — это Ursus maritimis, а медведь гризли — Ursus horibilis. Оба эти медведя относятся к одному роду (Ursus), но к разным видам — они не скрещиваются.
Последняя категория в классификации Линнея — вид — обычно определяется как популяция особей, которые могут скрещиваться между собой. Человек относится к виду sapience.
При описании животных принято указывать род и вид. Поэтому человек классифицируется как Homo sapiens («Человек разумный»). Это не означает, что другие категории классификации не важны — они просто подразумеваются, когда говорят о роде и виде. Главный вклад Линнея в науку состоит в том, что он применил и ввел в употребление так называемую бинарную номенклатуру, согласно которой каждый объект классификации обозначается двумя латинскими названиями — родовым и видовым.
Классифицируя таким способом живую природу, система Линнея определяет каждому организму свое собственное уникальное место в мире живых существ. Но успех зависит в первую очередь от того, насколько правильно систематик выделит важные физические характеристики, и здесь возможны неверные суждения и даже ошибки — Линней, к примеру, отнес бегемота к отряду грызунов! В настоящее время при систематизации все больше учитывается генетический код отдельных организмов или история их эволюции — генеалогическое древо (этот подход называется кладистикой).
Карл ЛИННЕЙ
Carolus Linnaeus, 1707–78
Шведский ботаник и врач. Родился в Росхульте, изучал медицину в Лундском университете, а с 1728 года — в Упсальском университете. Впоследствии начал заниматься систематизацией растений, а затем — животных и минералов. Осознал родовое сходство между различными группами, классифицировав китов как млекопитающих и поместив человека и приматов в один класс. В 1741 году Линней стал профессором Упсальского университета. Исследование коллекции растений университетского ботанического сада привело его к созданию бинарной классификации растений. После смерти Линнея эта коллекция и тематическая библиотека были куплены английским натуралистом Джеймсом Смитом, а позже приобретены лондонским Линнеевским обществом.
Карл Линней, шведский физиолог, был профессором медицины в университете города Упсала. Он заведовал большим ботаническим садом, который был нужен университету для проведения научных исследований. Люди присылали ему растения и семена со всего света для выращивания в ботаническом саду. Именно благодаря интенсивному изучению этой огромной коллекции растений Карл Линней сумел решить задачу систематизации всех живых существ — сегодня ее назвали бы задачей таксономии (систематики). Можно сказать, что он придумал категории для популярной в Америке викторины «Двадцать вопросов», в которой первым делом спрашивают, относится ли предмет к животным, растениям или минералам. В системе Линнея действительно все относится либо к животным, либо к растениям, либо к неживой природе (минералам).
Чтобы легче понять принцип систематизации, представьте, что вы хотите классифицировать все дома в мире. Можно начать с того, что дома в Европе, например, больше похожи друг на друга, чем на дома в Северной Америке, поэтому на первом, самом грубом уровне классификации необходимо указать континент, где расположено здание. На уровне каждого континента можно пойти дальше, отметив, что дома в одной стране (например, во Франции) больше похожи друг на друга, чем на дома в другой стране (например, в Норвегии). Таким образом, вторым уровнем классификации будет страна. Можно продолжать в том же роде, рассматривая последовательно уровень страны, уровень города и уровень улицы. Номер дома на конкретной улице будет той конечной ячейкой, куда можно поместить искомый объект. Значит, каждый дом будет полностью классифицирован, если для него будут указаны континент, страна, город, улица и номер дома.
Линней заметил, что подобным образом можно классифицировать живые существа в соответствии с их характеристиками. Человек, например, больше похож на белку, чем на гремучую змею, и больше похож на гремучую змею, чем на сосну. Проделав те же рассуждения, что и в случае домов, можно построить систему классификации, в которой каждое живое существо получит свое уникальное место.
Именно так и сделали последователи Карла Линнея. На начальном уровне все живые существа делятся на пять царств — растения, животные, грибы и два царства одноклеточных организмов (безъядерных и содержащих в ядре ДНК). Далее каждое царство делится на типы. Например, в нервную систему человека входит длинный спиной мозг, образующийся из хорды. Это относит нас к типу хордовых. У большинства животных, обладающих спинным мозгом, он расположен внутри позвоночника. Эта большая группа хордовых называется подтипом позвоночных. Человек относится к этому подтипу. Наличие позвоночника — критерий, по которому позвоночные животные отличаются от беспозвоночных, то есть не имеющих позвоночного хребта (к ним относятся, например, крабы).
Следующая категория классификации — класс. Человек является представителем класса млекопитающих — теплокровных животных с шерстью, живородящих и выкармливающих своих детенышей молоком. Этот уровень различает человека и таких животных, как пресмыкающиеся и птицы. Следующая категория — отряд. Мы относимся к отряду приматов — животных с бинокулярным зрением и руками и ногами, приспособленными для хватания. Классификация человека как относящегося к приматам отличает нас от других млекопитающих — таких, например, как собаки и жирафы.
Следующие две категории классификации — семейство и род. Мы относимся к семейству гоминид и роду Homo. Впрочем, это разграничение мало что значит для нас, поскольку других представителей нашего семейства и нашего рода больше нет (хотя в прошлом они существовали). У большинства животных каждый род содержит несколько представителей. Например, белый медведь — это Ursus maritimis, а медведь гризли — Ursus horibilis. Оба эти медведя относятся к одному роду (Ursus), но к разным видам — они не скрещиваются.
Последняя категория в классификации Линнея — вид — обычно определяется как популяция особей, которые могут скрещиваться между собой. Человек относится к виду sapience.
При описании животных принято указывать род и вид. Поэтому человек классифицируется как Homo sapiens («Человек разумный»). Это не означает, что другие категории классификации не важны — они просто подразумеваются, когда говорят о роде и виде. Главный вклад Линнея в науку состоит в том, что он применил и ввел в употребление так называемую бинарную номенклатуру, согласно которой каждый объект классификации обозначается двумя латинскими названиями — родовым и видовым.
Классифицируя таким способом живую природу, система Линнея определяет каждому организму свое собственное уникальное место в мире живых существ. Но успех зависит в первую очередь от того, насколько правильно систематик выделит важные физические характеристики, и здесь возможны неверные суждения и даже ошибки — Линней, к примеру, отнес бегемота к отряду грызунов! В настоящее время при систематизации все больше учитывается генетический код отдельных организмов или история их эволюции — генеалогическое древо (этот подход называется кладистикой).
Карл ЛИННЕЙ
Carolus Linnaeus, 1707–78
Шведский ботаник и врач. Родился в Росхульте, изучал медицину в Лундском университете, а с 1728 года — в Упсальском университете. Впоследствии начал заниматься систематизацией растений, а затем — животных и минералов. Осознал родовое сходство между различными группами, классифицировав китов как млекопитающих и поместив человека и приматов в один класс. В 1741 году Линней стал профессором Упсальского университета. Исследование коллекции растений университетского ботанического сада привело его к созданию бинарной классификации растений. После смерти Линнея эта коллекция и тематическая библиотека были куплены английским натуралистом Джеймсом Смитом, а позже приобретены лондонским Линнеевским обществом.
Фотосинтез
Растения превращают солнечный свет в запасенную химическую энергию в два этапа: сначала они улавливают энергию солнечного света, а затем используют ее для связывания углерода с образованием органических молекул.
Зеленые растения — биологи называют их автотрофами — основа жизни на планете. С растений начинаются практически все пищевые цепи. Они превращают энергию, падающую на них в форме солнечного света, в энергию, запасенную в углеводах (см. Биологические молекулы), из которых важнее всего шестиуглеродный сахар глюкоза. Этот процесс преобразования энергии называется фотосинтезом. Другие живые организмы получают доступ к этой энергии, поедая растения. Так создается пищевая цепь, поддерживающая планетарную экосистему.
Кроме того, воздух, которым мы дышим, благодаря фотосинтезу насыщается кислородом. Суммарное уравнение фотосинтеза выглядит так:
вода + углекислый газ + свет —> углеводы + кислород
Растения поглощают углекислый газ, образовавшийся при дыхании, и выделяют кислород — продукт жизнедеятельности растений (см. Гликолиз и дыхание). К тому же, фотосинтез играет важнейшую роль в круговороте углерода в природе.
Кажется удивительным, что при всей важности фотосинтеза ученые так долго не приступали к его изучению. После эксперимента Ван-Гельмонта, поставленного в XVII веке, наступило затишье, и лишь в 1905 году английский физиолог растений Фредерик Блэкман (Frederick Blackman, 1866–1947) провел исследования и установил основные процессы фотосинтеза. Он показал, что фотосинтез начинается при слабом освещении, что скорость фотосинтеза возрастает с увеличением светового потока, но, начиная с определенного уровня, дальнейшее усиление освещения уже не приводит к повышению активности фотосинтеза. Блэкман показал, что повышение температуры при слабом освещении не влияет на скорость фотосинтеза, но при одновременном повышении температуры и освещения скорость фотосинтеза возрастает значительно больше, чем при одном лишь усилении освещения.
На основании этих экспериментов Блэкман заключил, что происходят два процесса: один из них в значительной степени зависит от уровня освещения, но не от температуры, тогда как второй сильно определяется температурой независимо от уровня света. Это озарение легло в основу современных представлений о фотосинтезе. Два процесса иногда называют «световой» и «темновой» реакцией, что не вполне корректно, поскольку оказалось, что, хотя реакции «темновой» фазы идут и в отсутствии света, для них необходимы продукты «световой» фазы.
Фотосинтез начинается с того, что излучаемые солнцем фотоны попадают в особые пигментные молекулы, находящиеся в листе, — молекулы хлорофилла. Хлорофилл содержится в клетках листа, в мембранах клеточных органелл хлоропластов (именно они придают листу зеленую окраску). Процесс улавливания энергии состоит из двух этапов и осуществляется в раздельных кластерах молекул — эти кластеры принято называть Фотосистемой I и Фотосистемой II. Номера кластеров отражают порядок, в котором эти процессы были открыты, и это одна из забавных научных странностей, поскольку в листе сначала происходят реакции в Фотосистеме II, и лишь затем — в Фотосистеме I.
Когда фотон сталкивается с 250-400 молекулами Фотосистемы II, энергия скачкообразно возрастает и передается на молекулу хлорофилла. В этот момент происходят две химические реакции: молекула хлорофилла теряет два электрона (которые принимает другая молекула, называемая акцептором электронов) и расщепляется молекула воды. Электроны двух атомов водорода, входивших в молекулу воды, возмещают два потерянных хлорофиллом электрона.
После этого высокоэнергетический («быстрый») электрон перекидывают друг другу, как горячую картофелину, собранные в цепочку молекулярные переносчики. При этом часть энергии идет на образование молекулы аденозинтрифосфата (АТФ), одного из основных переносчиков энергии в клетке (см. Биологические молекулы). Тем временем немного другая молекула хлорофилла Фотосистемы I поглощает энергию фотона и отдает электрон другой молекуле-акцептору. Этот электрон замещается в хлорофилле электроном, прибывшим по цепи переносчиков из Фотосистемы II. Энергия электрона из Фотосистемы I и ионы водорода, образовавшиеся ранее при расщеплении молекулы воды, идут на образование НАДФ-Н, другой молекулы-переносчика.
В результате процесса улавливания света энергия двух фотонов запасается в молекулах, используемых клеткой для осуществления реакций, и дополнительно образуется одна молекула кислорода. (Отмечу, что в результате еще одного, значительно менее эффективного процесса с участием одной лишь Фотосистемы I, также образуются молекулы АТФ.) После того как солнечная энергия поглощена и запасена, наступает очередь образования углеводов. Основной механизм синтеза углеводов в растениях был открыт Мелвином Калвином, проделавшим в 1940-е годы серию экспериментов, ставших уже классическими. Калвин и его сотрудники выращивали водоросль в присутствии углекислого газа, содержащего радиоактивный углерод-14. Им удалось установить химические реакции темновой фазы, прерывая фотосинтез на разных стадиях.
Цикл превращения солнечной энергии в углеводы — так называемый цикл Калвина — сходен с циклом Кребса (см. Гликолиз и дыхание): он тоже состоит из серии химических реакций, которые начинаются с соединения входящей молекулы с молекулой-«помощником» с последующей инициацией других химических реакций. Эти реакции приводят к образованию конечного продукта и одновременно воспроизводят молекулу-«помощника», и цикл начинается вновь. В цикле Калвина роль такой молекулы-«помощника» выполняет пятиуглеродный сахар рибулозодифосфат (РДФ). Цикл Калвина начинается с того, что молекулы углекислого газа соединяются с РДФ. За счет энергии солнечного света, запасенной в форме АТФ и НАДФ-H, сначала происходят химические реакции связывания углерода с образованием углеводов, а затем — реакции воссоздания рибулозодифосфата. На шести витках цикла шесть атомов углерода включаются в молекулы предшественников глюкозы и других углеводов. Этот цикл химических реакций будет продолжаться до тех пор, пока поступает энергия. Благодаря этому циклу энергия солнечного света становится доступной живым организмам.
В большинстве растений осуществляется описанный выше цикл Калвина, в котором углекислый газ, непосредственно участвуя в реакциях, связывается с рибулозодифосфатом. Эти растения называются C3-растениями, поскольку комплекс «углекислый газ—рибулозодифосфат» расщепляется на две молекулы меньшего размера, каждая из которых состоит из трех атомов углерода. У некоторых растений (например, у кукурузы и сахарного тростника, а также у многих тропических трав, включая ползучий сорняк) цикл осуществляется по-другому. Дело в том, что углекислый газ в норме проникает через отверстия в поверхности листа, называемые устьицами. При высоких температурах устьица закрываются, защищая растение от чрезмерной потери влаги. В C3-растения при закрытых устьицах прекращается и поступление углекислого газа, что приводит к замедлению фотосинтеза и изменению фотосинтетических реакций. В случае же кукурузы углекислый газ присоединяется к трехуглеродной молекуле на поверхности листа, затем переносится во внутренние участки листа, где углекислый газ высвобождается и начинается цикл Калвина. Благодаря этому довольно сложному процессу фотосинтез у кукурузы осуществляется даже в очень жаркую, сухую погоду. Растения, в которых происходит такой процесс, мы называем C4-растениями, поскольку углекислый газ в начале цикла транспортируется в составе четырехуглеродной молекулы. C3-растения — это в основном растения умеренного климата , а C4-растения в основном произрастают в тропиках.
Гипотеза Ван Ниля
Процесс фотосинтеза описывается следующей химической реакцией:
СО2 + Н2О + свет —> углевод + О2
В начале XX века считалось, что кислород, выделяющийся в процессе фотосинтеза, образуется в результате расщепления углекислого газа. Эту точку зрения опроверг в 1930-е годы Корнелис Бернардус Ван Ниль (Van Niel, 1897–1986), в то время аспирант Стэнфордского университета в штате Калифорния. Он занимался изучением пурпурной серобактерии (на фото), которая нуждается для осуществления фотосинтеза в сероводороде (H2S) и выделяет в качестве побочного продукта жизнедеятельности атомарную серу. Для таких бактерий уравнение фотосинтеза выглядит следующим образом: СО2 + Н2S + свет —> углевод + 2S.
Исходя из сходства этих двух процессов, Ван Ниль предположил, что при обычном фотосинтезе источником кислорода является не углекислый газ, а вода, поскольку у серобактерий, в метаболизме которых вместо кислорода участвует сера, фотосинтез возвращает эту серу, являющуюся побочным продуктом реакций фотосинтеза. Современное подробное объяснение фотосинтеза подтверждает эту догадку: первой стадией процесса фотосинтеза (осуществляемой в Фотосистеме II) является расщепление молекулы воды.
Мелвин КАЛВИН
Melvin Calvin, 1911–97
Американский биолог. Родился в г. Сент-Пол, штат Миннесота, в семье выходцев из России. В 1931 году получил степень бакалавра в области химии в Мичиганском колледже горного дела и технологии, а в 1935 году — степень доктора химии в университете штата Миннесота. Двумя годами позже Калвин начал работать в Калифорнийском университете в Беркли и в 1948 году стал профессором; за год до этого был назначен директором отдела биоорганики в Радиационной лаборатории Лоренса в Беркли, где использовал технологические достижения военных исследований времен Второй мировой войны, например новые методы хроматографии, для изучения темновой фазы фотосинтеза. В 1961 году Калвин был удостоен Нобелевской премии в области химии.
Зеленые растения — биологи называют их автотрофами — основа жизни на планете. С растений начинаются практически все пищевые цепи. Они превращают энергию, падающую на них в форме солнечного света, в энергию, запасенную в углеводах (см. Биологические молекулы), из которых важнее всего шестиуглеродный сахар глюкоза. Этот процесс преобразования энергии называется фотосинтезом. Другие живые организмы получают доступ к этой энергии, поедая растения. Так создается пищевая цепь, поддерживающая планетарную экосистему.
Кроме того, воздух, которым мы дышим, благодаря фотосинтезу насыщается кислородом. Суммарное уравнение фотосинтеза выглядит так:
вода + углекислый газ + свет —> углеводы + кислород
Растения поглощают углекислый газ, образовавшийся при дыхании, и выделяют кислород — продукт жизнедеятельности растений (см. Гликолиз и дыхание). К тому же, фотосинтез играет важнейшую роль в круговороте углерода в природе.
Кажется удивительным, что при всей важности фотосинтеза ученые так долго не приступали к его изучению. После эксперимента Ван-Гельмонта, поставленного в XVII веке, наступило затишье, и лишь в 1905 году английский физиолог растений Фредерик Блэкман (Frederick Blackman, 1866–1947) провел исследования и установил основные процессы фотосинтеза. Он показал, что фотосинтез начинается при слабом освещении, что скорость фотосинтеза возрастает с увеличением светового потока, но, начиная с определенного уровня, дальнейшее усиление освещения уже не приводит к повышению активности фотосинтеза. Блэкман показал, что повышение температуры при слабом освещении не влияет на скорость фотосинтеза, но при одновременном повышении температуры и освещения скорость фотосинтеза возрастает значительно больше, чем при одном лишь усилении освещения.
На основании этих экспериментов Блэкман заключил, что происходят два процесса: один из них в значительной степени зависит от уровня освещения, но не от температуры, тогда как второй сильно определяется температурой независимо от уровня света. Это озарение легло в основу современных представлений о фотосинтезе. Два процесса иногда называют «световой» и «темновой» реакцией, что не вполне корректно, поскольку оказалось, что, хотя реакции «темновой» фазы идут и в отсутствии света, для них необходимы продукты «световой» фазы.
Фотосинтез начинается с того, что излучаемые солнцем фотоны попадают в особые пигментные молекулы, находящиеся в листе, — молекулы хлорофилла. Хлорофилл содержится в клетках листа, в мембранах клеточных органелл хлоропластов (именно они придают листу зеленую окраску). Процесс улавливания энергии состоит из двух этапов и осуществляется в раздельных кластерах молекул — эти кластеры принято называть Фотосистемой I и Фотосистемой II. Номера кластеров отражают порядок, в котором эти процессы были открыты, и это одна из забавных научных странностей, поскольку в листе сначала происходят реакции в Фотосистеме II, и лишь затем — в Фотосистеме I.
Когда фотон сталкивается с 250-400 молекулами Фотосистемы II, энергия скачкообразно возрастает и передается на молекулу хлорофилла. В этот момент происходят две химические реакции: молекула хлорофилла теряет два электрона (которые принимает другая молекула, называемая акцептором электронов) и расщепляется молекула воды. Электроны двух атомов водорода, входивших в молекулу воды, возмещают два потерянных хлорофиллом электрона.
После этого высокоэнергетический («быстрый») электрон перекидывают друг другу, как горячую картофелину, собранные в цепочку молекулярные переносчики. При этом часть энергии идет на образование молекулы аденозинтрифосфата (АТФ), одного из основных переносчиков энергии в клетке (см. Биологические молекулы). Тем временем немного другая молекула хлорофилла Фотосистемы I поглощает энергию фотона и отдает электрон другой молекуле-акцептору. Этот электрон замещается в хлорофилле электроном, прибывшим по цепи переносчиков из Фотосистемы II. Энергия электрона из Фотосистемы I и ионы водорода, образовавшиеся ранее при расщеплении молекулы воды, идут на образование НАДФ-Н, другой молекулы-переносчика.
В результате процесса улавливания света энергия двух фотонов запасается в молекулах, используемых клеткой для осуществления реакций, и дополнительно образуется одна молекула кислорода. (Отмечу, что в результате еще одного, значительно менее эффективного процесса с участием одной лишь Фотосистемы I, также образуются молекулы АТФ.) После того как солнечная энергия поглощена и запасена, наступает очередь образования углеводов. Основной механизм синтеза углеводов в растениях был открыт Мелвином Калвином, проделавшим в 1940-е годы серию экспериментов, ставших уже классическими. Калвин и его сотрудники выращивали водоросль в присутствии углекислого газа, содержащего радиоактивный углерод-14. Им удалось установить химические реакции темновой фазы, прерывая фотосинтез на разных стадиях.
Цикл превращения солнечной энергии в углеводы — так называемый цикл Калвина — сходен с циклом Кребса (см. Гликолиз и дыхание): он тоже состоит из серии химических реакций, которые начинаются с соединения входящей молекулы с молекулой-«помощником» с последующей инициацией других химических реакций. Эти реакции приводят к образованию конечного продукта и одновременно воспроизводят молекулу-«помощника», и цикл начинается вновь. В цикле Калвина роль такой молекулы-«помощника» выполняет пятиуглеродный сахар рибулозодифосфат (РДФ). Цикл Калвина начинается с того, что молекулы углекислого газа соединяются с РДФ. За счет энергии солнечного света, запасенной в форме АТФ и НАДФ-H, сначала происходят химические реакции связывания углерода с образованием углеводов, а затем — реакции воссоздания рибулозодифосфата. На шести витках цикла шесть атомов углерода включаются в молекулы предшественников глюкозы и других углеводов. Этот цикл химических реакций будет продолжаться до тех пор, пока поступает энергия. Благодаря этому циклу энергия солнечного света становится доступной живым организмам.
В большинстве растений осуществляется описанный выше цикл Калвина, в котором углекислый газ, непосредственно участвуя в реакциях, связывается с рибулозодифосфатом. Эти растения называются C3-растениями, поскольку комплекс «углекислый газ—рибулозодифосфат» расщепляется на две молекулы меньшего размера, каждая из которых состоит из трех атомов углерода. У некоторых растений (например, у кукурузы и сахарного тростника, а также у многих тропических трав, включая ползучий сорняк) цикл осуществляется по-другому. Дело в том, что углекислый газ в норме проникает через отверстия в поверхности листа, называемые устьицами. При высоких температурах устьица закрываются, защищая растение от чрезмерной потери влаги. В C3-растения при закрытых устьицах прекращается и поступление углекислого газа, что приводит к замедлению фотосинтеза и изменению фотосинтетических реакций. В случае же кукурузы углекислый газ присоединяется к трехуглеродной молекуле на поверхности листа, затем переносится во внутренние участки листа, где углекислый газ высвобождается и начинается цикл Калвина. Благодаря этому довольно сложному процессу фотосинтез у кукурузы осуществляется даже в очень жаркую, сухую погоду. Растения, в которых происходит такой процесс, мы называем C4-растениями, поскольку углекислый газ в начале цикла транспортируется в составе четырехуглеродной молекулы. C3-растения — это в основном растения умеренного климата , а C4-растения в основном произрастают в тропиках.
Гипотеза Ван Ниля
Процесс фотосинтеза описывается следующей химической реакцией:
СО2 + Н2О + свет —> углевод + О2
В начале XX века считалось, что кислород, выделяющийся в процессе фотосинтеза, образуется в результате расщепления углекислого газа. Эту точку зрения опроверг в 1930-е годы Корнелис Бернардус Ван Ниль (Van Niel, 1897–1986), в то время аспирант Стэнфордского университета в штате Калифорния. Он занимался изучением пурпурной серобактерии (на фото), которая нуждается для осуществления фотосинтеза в сероводороде (H2S) и выделяет в качестве побочного продукта жизнедеятельности атомарную серу. Для таких бактерий уравнение фотосинтеза выглядит следующим образом: СО2 + Н2S + свет —> углевод + 2S.
Исходя из сходства этих двух процессов, Ван Ниль предположил, что при обычном фотосинтезе источником кислорода является не углекислый газ, а вода, поскольку у серобактерий, в метаболизме которых вместо кислорода участвует сера, фотосинтез возвращает эту серу, являющуюся побочным продуктом реакций фотосинтеза. Современное подробное объяснение фотосинтеза подтверждает эту догадку: первой стадией процесса фотосинтеза (осуществляемой в Фотосистеме II) является расщепление молекулы воды.
Мелвин КАЛВИН
Melvin Calvin, 1911–97
Американский биолог. Родился в г. Сент-Пол, штат Миннесота, в семье выходцев из России. В 1931 году получил степень бакалавра в области химии в Мичиганском колледже горного дела и технологии, а в 1935 году — степень доктора химии в университете штата Миннесота. Двумя годами позже Калвин начал работать в Калифорнийском университете в Беркли и в 1948 году стал профессором; за год до этого был назначен директором отдела биоорганики в Радиационной лаборатории Лоренса в Беркли, где использовал технологические достижения военных исследований времен Второй мировой войны, например новые методы хроматографии, для изучения темновой фазы фотосинтеза. В 1961 году Калвин был удостоен Нобелевской премии в области химии.
Учение В.И.Вернадского о биосфере
История науки знает немало великих имён, с которыми связаны фундаментальные открытия в области естественных и общественных наук, однако в подавляющем большинстве случаев это - учёные, работавшие в одном направлении развития наших знаний. Значительно реже появлялись мыслители, которые охватывали своим мудрым взором всю совокупность знаний своей эпохи и на столетия определяли характер научного мировоззрения. Такими были Аристотель, влияние идей которого закончилось только в эпоху возрождения, Абу Али Ибн Сина, известный на средневековом Западе под именем Авиценны. В эпоху возрождения к этой когорте мыслителей правильнее всего отнести Леонардо да Винчи. В XVIII в. в России выделилась могучая фигура М.В.Ломоносова, который внёс крупный вклад в развитие астрономии, физики, химии, геологии, минералогии, был создателем нового русского языка, поэтом, мастером мозаики и своими трудами определил мировоззрение многих поколений.
В XX в. такой же по значению величиной в области естественных наук стал Владимир Иванович Вернадский. На его принадлежность к своей сфере могут претендовать и естествоиспытатели самых различных направлений, и приверженцы точного экспериментально проверяемого знания, и историки науки и человеческой мысли, и науковеды, и, конечно, философы-гуманисты, социологи. Он, несомненно, принадлежал к тем немногим в истории не только своего народа, но и человечества, кому было по силам охватить могучим умом целостность всей картины мира и стать провидцем.
Труды В.И.Вернадского не только внесли огромный вклад в развитие многих разделов естествознания, но и принципиально изменили научное мировоззрение XX века, определили положение человека и его научной мысли в эволюции биосферы, позволили по-новому взглянуть на окружающую нас природу как среду обитания человека, поставили много актуальных проблем и наметили пути их решения в будущем.
Одно из величайших достижений естествознания XX в. – учение Вернадского о биосфере, области жизни, объединяющей в едином взаимодействии живые организмы (живое вещество) и косное вещество.
Первым начал разрабатывать эту тему учитель Вернадского В.В.Докучаев. Он же обратил внимание на единство материальной и духовной культуры людей с окружающей природной средой. Но если Докучаева волновали в первую очередь практические аспекты этой проблемы, то Вернадский постарался создать теоретически стройную концепцию перехода биосферы в ноосферу в результате разумных преобразований человеком - на основе науки - среды жизни.
1. Характеристика и состав биосферы.
В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.
Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э.Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитаюшую на поверхности Земли".
Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.
Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.
Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 – 1920) трех способов питания живых организмов:
1 автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы;
2 гетеротрофное – строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;
3 миксотрофное – смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).
Биосфера (в современном понимании) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.
Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.
• Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом.
Атмосфера имеет несколько слоев:
тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17 км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;
стратосфера;
ноносфера – там “живое вещество” отсутствует.
Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).
• Гидросфера – водная оболочка Земли. В следствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.
Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.
• Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.
Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.
Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. Т.о. в количественном отношении земная кора – это “царство” кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры.
Постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы все настойчивее проникала в сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов природы с позиций отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ – ХХ вв. в науку все шире проникают идеи холистического, или целостного, подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод ее изучения.
Результаты такого подхода незамедлительно сказались при исследовании общих проблем воздействия биотических, или живых, факторов на абиотические, или физические, условия. Так, оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Число подобных примеров легко увеличить, и все они свидетельствуют о наличии обратной связи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество в значительной мере меняет лик нашей Земли. Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны зависит, а с другой – сама воздействует на нее. Поэтому перед естествоиспытателями возникает задача – конкретно исследовать, каким образом и в какой мере живое вещество влияет на физико-химические и геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре. Только подобный подход может дать ясное и глубокое представление о концепции биосферы. Такую задачу как раз и поставил перед собой выдающийся российский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945).
2.В.И.Вернадский о биосфере и “живом веществе”.
Центральным в этой концепции является понятие о живом веществе, которое В.И.Вернадский определяет как совокупность живых организмов. Кроме растений и животных, В.И.Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество.
Это воздействие сказывается прежде всего в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.
По мнению В.И.Вернадского, в прошлом не придавали значения двум важным факторам, которые характеризуют живые тела и продукты их жизнедеятельности:
открытию Пастера о преобладании оптически активных соединений, связанных с дисимметричностью пространственной структуры молекул, как отличительной особенности живых тел;
явно недооценивался вклад живых организмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Ведь в состав биосферы входит не только живое вещество, но и разнообразные неживые тела, которые В.И.Вернадский называет косными (атмосфера, горные породы, минералы и т. д.), а также и биокосные тела, образованные из разнородных живых и косных тел (почвы, поверхностные воды и т. п.). Хотя живое вещество по объему и весу составляет незначительную часть биосферы, но оно играет основную роль в геологических процессах, связанных с изменением облика нашей планеты.
Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку можно утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно поэтому В.И.Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.
Решающее отличие живого вещества от косного заключается в следующем:
изменения и процессы в живом веществе происходят значительно быстрее, чем в косных телах. Поэтому для характеристики изменений в живом веществе используется понятие исторического, а в косных телах – геологического времени. Для сравнения отметим, что секунда геологического времени соответствует примерно ста тысячам лет исторического;
в ходе геологического времени возрастают мощь живого вещества и его воздействие на косное вещество биосферы. Это воздействие, указывает В.И. Вернадский, проявляется прежде всего "в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно";
только в живом веществе происходят качественные изменения организмов в ходе геологического времени. Процесс и механизмы этих изменений впервые нашли объяснение в теории происхождения видов путем естественного отбора Ч.Дарвина (1859 г.);
живые организмы изменяются в зависимости от изменения окружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории Дарвина, именно постепенное накопление таких изменений служит источником эволюции.
В.И.Вернадский высказывает предположение, что живое вещество, возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды.
Для подтверждения своей мысли он ссылается на непрерывный рост центральной нервной системы животных и ее значение в биосфере, а также на особую организованность самой биосферы. По его мнению, в упрощенной модели эту организованность можно выразить так, что ни одна из точек биосферы "не попадает в то же место, в ту же точку биосферы, в какой когда-нибудь была раньше” . В современных терминах это явление можно описать как необратимость изменений, которые присущи любому процессу эволюции и развития.
Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийся появлением новых видов организмов, оказывает воздействие на всю биосферу в целом, в том числе и на природные биокосные тела, например, почвы, наземные и подземные воды и т. д. Это подтверждается тем, что почвы и реки девона совсем другие, чем третичной и тем более нашей эпохи. Таким образом, эволюция видов постепенно распространяется и переходит на всю биосферу.
Поскольку эволюция и возникновение новых видов предполагают существование своего начала, постольку закономерно возникает вопрос: а есть ли такое начало у жизни? Если есть, то где его искать – на Земле или в Космосе? Может ли возникнуть живое из неживого?
Над этими вопросами на протяжении столетий задумывались многие религиозные деятели, представители искусства, философы и ученые. В.И.Вернадский подробно рассматривает наиболее интересные точки зрения, которые выдвигались выдающимися мыслителями разных эпох, и приходит к выводу, что никакого убедительного ответа на эти вопросы пока не существует. Сам он как ученый вначале придерживался эмпирического подхода к решению указанных вопросов, когда утверждал, что многочисленные попытки обнаружить в древних геологических слоях Земли следы присутствия каких-либо переходных форм жизни не увенчались успехом. Во всяком случае некоторые останки жизни были обнаружены даже в докембрийских слоях, насчитывающих 600 миллионов лет. Эти отрицательные результаты, по мнению В.И.Вернадского, дают возможность высказать предположение, что жизнь как материя и энергия существует во Вселенной вечно и поэтому не имеет своего начала. Но такое предположение есть не больше, чем эмпирическое обобщение, основанное на том, что следы живого вещества до сих пор не обнаружены в земных слоях. Чтобы стать научной гипотезой, оно должно быть согласовано с другими результатами научного познания, в том числе и с более широкими концепциями естествознания и философии. Во всяком случае нельзя не считаться со взглядами тех натуралистов и философов, которые защищали тезис о возникновении живой материи из неживой, а в настоящее время даже выдвигают достаточно обоснованные гипотезы и модели происхождения жизни.
Предположения относительно абиогенного, или неорганического, происхождении жизни делались неоднократно еще в античную эпоху, например, Аристотелем, который допускал возможность возникновения мелких организмов из неорганического вещества. С возникновением экспериментального естествознания и появлением таких наук, как геология, палеонтология и биология, такая точка зрения подверглась критике как не обоснованная эмпирическими фактами. Еще во второй половине XVII в. широкое распространение получил принцип, провозглашенный известным флорентийским врачом и натуралистом Ф.Реди, что все живое возникает из живого. Утверждению этого принципа содействовали исследования знаменитого английского физиолога Уильяма Гарвея (1578 – 1657), который считал, что всякое животное происходит из яйца, хотя он и допускал возможность возникновения жизни абиогенным путем.
В дальнейшем, по мере проникновения физико-химических методов в биологические исследования снова и все настойчивее стали выдвигаться гипотезы об абиогенном происхождении жизни. Выше мы уже говорили о химической эволюции как предпосылке возникновения предбиотической, или предбиологической, стадии возникновения жизни. С указанными результатами не мог не считаться В.И. Вернадский, и поэтому его взгляды по этим вопросам не оставались неизменными, но, опираясь на почву точно установленных фактов, он не допускал ни божественного вмешательства, ни земного происхождения жизни. Он перенес возникновение жизни за пределы Земли, а также допускал возможность ее появлении в биосфере при определенных условиях. Он писал: “Принцип Реди... не указывает на невозможность абиогенеза вне биосферы или при установлении наличия в биосфере (теперь или раньше) физико-химических явлений, не принятых при научном определении этой формы организованности земной оболочки.”
Несмотря на некоторые противоречия, учение Вернадского о биосфере представляет собой новый крупный шаг в понимании не только живой природы, но и ее неразрывной связи с исторической деятельностью человечества.
3. Роль человеческого фактора в развитии биосферы.
Центральной темой учения о ноосфере является единство биосферы и человечества. Вернадский в своих работах раскрывает корни этого единства, значение организованности биосферы в развитии человечества. Это позволяет понять место и роль исторического развития человечества в эволюции биосферы, закономерности ее перехода в ноосферу.
Одной из ключевых идей, лежащих в основе теории Вернадского о ноосфере, является то, что человек не является самодостаточным живым существом, живущим отдельно по своим законам, он сосуществует внутри природы и является частью ее. Это единство обусловлено прежде всего функциональной неразрывностью окружающей среды и человека, которую пытался показать Вернадский как биогеохимик. Человечество само по себе есть природное явление и естественно, что влияние биосферы сказывается не только на среде жизни но и на образе мысли.
Но не только природа оказывает влияние на человека, существует и обратная связь. Причем она не поверхностная, отражающая физическое влияние человека на окружающую среду, она гораздо глубже. Это доказывает тот факт, что в последнее время заметно активизировались планетарные геологические силы. “...мы все больше и ярче видим в действии окружающие нас геологические силы. Это совпало, едва ли случайно, с проникновением в научное сознание убеждения о геологическом значении Homo sapiens, с выявлением нового состояния биосферы — ноосферы — и является одной из форм ее выражения. Оно связано, конечно, прежде всего с уточнением естественной научной работы и мысли в пределах биосферы, где живое вещество играет основную роль” . Так, в последнее время резко меняется отражение живых существ на окружающей природе. Благодаря этому процесс эволюции переносится в область минералов. Резко меняются почвы, воды и воздух. То есть эволюция видов сама превратилась в геологический процесс, так как в процессе эволюции появилась новая геологическая сила. Вернадский писал: “Эволюция видов переходит в эволюцию биосферы” .
Здесь естественно напрашивается вывод о том, что геологической силой является собственно вовсе не Homo Sapiens, а его разум, научная мысль социального человечества. В “Философских мыслях натуралиста” Вернадский писал: “Мы как раз переживаем ее яркое вхождение в геологическую историю планеты. В последние тысячелетия наблюдается интенсивный рост влияния одного видового живого вещества — цивилизованного человечества — на изменение биосферы. Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние — в ноосферу” .
Мы являемся наблюдателями и исполнителями глубокого изменения биосферы. Причем перестройка окружающей среды научной человеческой мыслью посредством организованного труда вряд ли является стихийным процессом. Корни этого лежат в самой природе и были заложены еще миллионы лет назад в ходе естественного процесса эволюции. “Человек... составляет неизбежное проявление большого природного процесса, закономерно длящегося в течение, по крайней мере, двух миллиардов лет” .
Отсюда, кстати, можно заключить что высказывания о самоистреблении человечества, о крушении цивилизации не имеют под собой веских оснований. Было бы по меньшей мере странно, если бы научная мысль – порождение естественного геологического процесса противоречила бы самому процессу. Мы стоим на пороге революционных изменений в окружающей среде: биосфера посредством переработки научной мыслью переходит в новое эволюционное состояние – ноосферу.
Заселяя все уголки нашей планеты, опираясь на государственно организованную научную мысль и на ее порождение, технику, человек создал в биосфере новую биогенную силу, поддерживающую размножение и дальнейшее заселение различных частей биосферы. Причем вместе с расширением области жительства, человечество начинает представлять себя все более сплоченную массу, так как развивающие средства связи – средства передачи мысли окутывают весь Земной шар. “Этот процесс – полного заселения биосферы человеком – обусловлен ходом истории научной мысли, неразрывно связан со скоростью сношений, с успехами техники передвижения, с возможностью мгновенной передачи мысли, ее одновременного обсуждения всюду на планете” .
При этом человек впервые реально понял, что он житель планеты и может и должен мыслить и действовать в новом аспекте, не только в аспекте отдельной личности, семьи или рода, государств или их союзов, но и в планетном аспекте. Он, как и все живое, может мыслить и действовать в планетном аспекте только в области жизни — в биосфере, в определенной земной оболочке, с которой он неразрывно, закономерно связан и уйти из которой он не может. Его существование есть ее функция. Он несет ее с собой всюду. И он ее неизбежно, закономерно, непрерывно изменяет. Похоже, что впервые мы находимся в условиях единого геологического исторического процесса, охватившего одновременно всю планету. XX век характерен тем, что любые происходящее на планете событие связываются в единое целое. И с каждым днем социальная, научная и культурная связанность человечества только усиливается и углубляется. “Увеличение вселенскости, спаянности всех человеческих обществ непрерывно растет и становится заметным в немногие годы чуть не ежегодно” .
Результат всех вышеперечисленных изменений в биосфере планеты дал повод французскому геологу Тейяр де Шардену заключить, что биосфера в настоящий момент быстро геологически переходит в новое состояние – в ноосферу, то есть такое состояние в котором человеческий разум и направляемая им работа представляют собой новую мощную геологическую силу. Это совпало, видимо не случайно, с тем моментом когда человек заселил всю планету, все человечество экономически объединилось в единое целое и научная мысль всего человечества слилась воедино, благодаря успехам в технике связи. Таким образом:
1 Человек, как он наблюдается в природе, как и все живые организмы, как всякое живое вещество, есть определенная функция биосферы, в определенном ее пространстве-времени;
2 Человек во всех его проявлениях представляет собой часть биосферы;
3 Прорыв научной мысли подготовлен всем прошлым биосферы и имеет эволюционные корни. Ноосфера – это биосфера, переработанная научной мыслью, подготавливающейся всем прошлым планеты, а не кратковременное и переходящее геологическое явление.
Вернадский неоднократно отмечал, что “цивилизация “культурного человечества” — поскольку она является формой организации новой геологической силы, создавшейся в биосфере,— не может прерваться и уничтожиться, так как это есть большое природное явление, отвечающее исторически, вернее, геологически сложившейся организованности биосферы. Образуя ноосферу, она всеми корнями связывается с этой земной оболочкой, чего раньше в истории человечества в сколько-нибудь сравнимой мере не было” .
Многое из того, о чем писал Вернадский, становится достоянием сегодняшнего дня. Современны и понятны нам его мысли о целостности, неделимости цивилизации, о единстве биосферы и человечества. Переломный момент в истории человечества, о чем сегодня говорят ученые, политики, публицисты, был увиден Вернадским.
Вернадский видел неизбежность ноосферы, подготавливаемой как эволюцией биосферы, так и историческим развитием человечества. С точки зрения ноосферного подхода по-иному видятся и современные болевые точки развития мировой цивилизации. Варварское отношение к биосфере, угроза мировой экологической катастрофы, производство средств массового уничтожения — все это должно иметь преходящее значение.
Заключение
В целом, предложенный В.И.Вернадским научный подход к изучению всех природных явлений в рамках биосферы - области нахождения живых организмов вероятно, правильный. Однако, вопрос о совершающемся (или совершённом) переходе биосферы в новое состояние ноосферу - является вопросом философским, и поэтому на него нельзя дать строгий, однозначный ответ.
Идеи Вернадского намного опережали то время, в котором он творил. В полной мере это относится к учению о биосфере и ее переходе в ноосферу. Только сейчас, в условиях необычайного обострения глобальных проблем современности, становятся ясны пророческие слова Вернадского о необходимости мыслить и действовать в планетном — биосферном — аспекте. Только сейчас рушатся иллюзии технократизма, покорения природы и выясняется сущностное единство биосферы и человечества. Судьба нашей планеты и судьба человечества — это единая судьба.
Необходимо иметь в виду, что задача созидания биосферы — это задача сегодняшнего дня. Ее решение связано с объединением усилий всего человечества, с утверждением новых ценностей сотрудничества и взаимосвязи всех народов мира. В нашей стране идеи учения о биосфере органично связаны с революционной перестройкой социалистического общества. Народовластие, демократические принципы общественной жизни, возрождение культуры, науки и народной жизни, коренной пересмотр ведомственного подхода к природопользованию и т. п.
Устремленность в будущее, таким образом,— характерная черта учения о биосфере, которое в современных условиях необходимо развивать со всех его сторон.
В XX в. такой же по значению величиной в области естественных наук стал Владимир Иванович Вернадский. На его принадлежность к своей сфере могут претендовать и естествоиспытатели самых различных направлений, и приверженцы точного экспериментально проверяемого знания, и историки науки и человеческой мысли, и науковеды, и, конечно, философы-гуманисты, социологи. Он, несомненно, принадлежал к тем немногим в истории не только своего народа, но и человечества, кому было по силам охватить могучим умом целостность всей картины мира и стать провидцем.
Труды В.И.Вернадского не только внесли огромный вклад в развитие многих разделов естествознания, но и принципиально изменили научное мировоззрение XX века, определили положение человека и его научной мысли в эволюции биосферы, позволили по-новому взглянуть на окружающую нас природу как среду обитания человека, поставили много актуальных проблем и наметили пути их решения в будущем.
Одно из величайших достижений естествознания XX в. – учение Вернадского о биосфере, области жизни, объединяющей в едином взаимодействии живые организмы (живое вещество) и косное вещество.
Первым начал разрабатывать эту тему учитель Вернадского В.В.Докучаев. Он же обратил внимание на единство материальной и духовной культуры людей с окружающей природной средой. Но если Докучаева волновали в первую очередь практические аспекты этой проблемы, то Вернадский постарался создать теоретически стройную концепцию перехода биосферы в ноосферу в результате разумных преобразований человеком - на основе науки - среды жизни.
1. Характеристика и состав биосферы.
В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.
Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э.Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитаюшую на поверхности Земли".
Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.
Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.
Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 – 1920) трех способов питания живых организмов:
1 автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы;
2 гетеротрофное – строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;
3 миксотрофное – смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).
Биосфера (в современном понимании) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.
Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.
• Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом.
Атмосфера имеет несколько слоев:
тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17 км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;
стратосфера;
ноносфера – там “живое вещество” отсутствует.
Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).
• Гидросфера – водная оболочка Земли. В следствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.
Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.
• Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.
Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.
Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. Т.о. в количественном отношении земная кора – это “царство” кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры.
Постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы все настойчивее проникала в сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов природы с позиций отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ – ХХ вв. в науку все шире проникают идеи холистического, или целостного, подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод ее изучения.
Результаты такого подхода незамедлительно сказались при исследовании общих проблем воздействия биотических, или живых, факторов на абиотические, или физические, условия. Так, оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Число подобных примеров легко увеличить, и все они свидетельствуют о наличии обратной связи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество в значительной мере меняет лик нашей Земли. Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны зависит, а с другой – сама воздействует на нее. Поэтому перед естествоиспытателями возникает задача – конкретно исследовать, каким образом и в какой мере живое вещество влияет на физико-химические и геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре. Только подобный подход может дать ясное и глубокое представление о концепции биосферы. Такую задачу как раз и поставил перед собой выдающийся российский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945).
2.В.И.Вернадский о биосфере и “живом веществе”.
Центральным в этой концепции является понятие о живом веществе, которое В.И.Вернадский определяет как совокупность живых организмов. Кроме растений и животных, В.И.Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество.
Это воздействие сказывается прежде всего в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.
По мнению В.И.Вернадского, в прошлом не придавали значения двум важным факторам, которые характеризуют живые тела и продукты их жизнедеятельности:
открытию Пастера о преобладании оптически активных соединений, связанных с дисимметричностью пространственной структуры молекул, как отличительной особенности живых тел;
явно недооценивался вклад живых организмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Ведь в состав биосферы входит не только живое вещество, но и разнообразные неживые тела, которые В.И.Вернадский называет косными (атмосфера, горные породы, минералы и т. д.), а также и биокосные тела, образованные из разнородных живых и косных тел (почвы, поверхностные воды и т. п.). Хотя живое вещество по объему и весу составляет незначительную часть биосферы, но оно играет основную роль в геологических процессах, связанных с изменением облика нашей планеты.
Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку можно утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно поэтому В.И.Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.
Решающее отличие живого вещества от косного заключается в следующем:
изменения и процессы в живом веществе происходят значительно быстрее, чем в косных телах. Поэтому для характеристики изменений в живом веществе используется понятие исторического, а в косных телах – геологического времени. Для сравнения отметим, что секунда геологического времени соответствует примерно ста тысячам лет исторического;
в ходе геологического времени возрастают мощь живого вещества и его воздействие на косное вещество биосферы. Это воздействие, указывает В.И. Вернадский, проявляется прежде всего "в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно";
только в живом веществе происходят качественные изменения организмов в ходе геологического времени. Процесс и механизмы этих изменений впервые нашли объяснение в теории происхождения видов путем естественного отбора Ч.Дарвина (1859 г.);
живые организмы изменяются в зависимости от изменения окружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории Дарвина, именно постепенное накопление таких изменений служит источником эволюции.
В.И.Вернадский высказывает предположение, что живое вещество, возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды.
Для подтверждения своей мысли он ссылается на непрерывный рост центральной нервной системы животных и ее значение в биосфере, а также на особую организованность самой биосферы. По его мнению, в упрощенной модели эту организованность можно выразить так, что ни одна из точек биосферы "не попадает в то же место, в ту же точку биосферы, в какой когда-нибудь была раньше” . В современных терминах это явление можно описать как необратимость изменений, которые присущи любому процессу эволюции и развития.
Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийся появлением новых видов организмов, оказывает воздействие на всю биосферу в целом, в том числе и на природные биокосные тела, например, почвы, наземные и подземные воды и т. д. Это подтверждается тем, что почвы и реки девона совсем другие, чем третичной и тем более нашей эпохи. Таким образом, эволюция видов постепенно распространяется и переходит на всю биосферу.
Поскольку эволюция и возникновение новых видов предполагают существование своего начала, постольку закономерно возникает вопрос: а есть ли такое начало у жизни? Если есть, то где его искать – на Земле или в Космосе? Может ли возникнуть живое из неживого?
Над этими вопросами на протяжении столетий задумывались многие религиозные деятели, представители искусства, философы и ученые. В.И.Вернадский подробно рассматривает наиболее интересные точки зрения, которые выдвигались выдающимися мыслителями разных эпох, и приходит к выводу, что никакого убедительного ответа на эти вопросы пока не существует. Сам он как ученый вначале придерживался эмпирического подхода к решению указанных вопросов, когда утверждал, что многочисленные попытки обнаружить в древних геологических слоях Земли следы присутствия каких-либо переходных форм жизни не увенчались успехом. Во всяком случае некоторые останки жизни были обнаружены даже в докембрийских слоях, насчитывающих 600 миллионов лет. Эти отрицательные результаты, по мнению В.И.Вернадского, дают возможность высказать предположение, что жизнь как материя и энергия существует во Вселенной вечно и поэтому не имеет своего начала. Но такое предположение есть не больше, чем эмпирическое обобщение, основанное на том, что следы живого вещества до сих пор не обнаружены в земных слоях. Чтобы стать научной гипотезой, оно должно быть согласовано с другими результатами научного познания, в том числе и с более широкими концепциями естествознания и философии. Во всяком случае нельзя не считаться со взглядами тех натуралистов и философов, которые защищали тезис о возникновении живой материи из неживой, а в настоящее время даже выдвигают достаточно обоснованные гипотезы и модели происхождения жизни.
Предположения относительно абиогенного, или неорганического, происхождении жизни делались неоднократно еще в античную эпоху, например, Аристотелем, который допускал возможность возникновения мелких организмов из неорганического вещества. С возникновением экспериментального естествознания и появлением таких наук, как геология, палеонтология и биология, такая точка зрения подверглась критике как не обоснованная эмпирическими фактами. Еще во второй половине XVII в. широкое распространение получил принцип, провозглашенный известным флорентийским врачом и натуралистом Ф.Реди, что все живое возникает из живого. Утверждению этого принципа содействовали исследования знаменитого английского физиолога Уильяма Гарвея (1578 – 1657), который считал, что всякое животное происходит из яйца, хотя он и допускал возможность возникновения жизни абиогенным путем.
В дальнейшем, по мере проникновения физико-химических методов в биологические исследования снова и все настойчивее стали выдвигаться гипотезы об абиогенном происхождении жизни. Выше мы уже говорили о химической эволюции как предпосылке возникновения предбиотической, или предбиологической, стадии возникновения жизни. С указанными результатами не мог не считаться В.И. Вернадский, и поэтому его взгляды по этим вопросам не оставались неизменными, но, опираясь на почву точно установленных фактов, он не допускал ни божественного вмешательства, ни земного происхождения жизни. Он перенес возникновение жизни за пределы Земли, а также допускал возможность ее появлении в биосфере при определенных условиях. Он писал: “Принцип Реди... не указывает на невозможность абиогенеза вне биосферы или при установлении наличия в биосфере (теперь или раньше) физико-химических явлений, не принятых при научном определении этой формы организованности земной оболочки.”
Несмотря на некоторые противоречия, учение Вернадского о биосфере представляет собой новый крупный шаг в понимании не только живой природы, но и ее неразрывной связи с исторической деятельностью человечества.
3. Роль человеческого фактора в развитии биосферы.
Центральной темой учения о ноосфере является единство биосферы и человечества. Вернадский в своих работах раскрывает корни этого единства, значение организованности биосферы в развитии человечества. Это позволяет понять место и роль исторического развития человечества в эволюции биосферы, закономерности ее перехода в ноосферу.
Одной из ключевых идей, лежащих в основе теории Вернадского о ноосфере, является то, что человек не является самодостаточным живым существом, живущим отдельно по своим законам, он сосуществует внутри природы и является частью ее. Это единство обусловлено прежде всего функциональной неразрывностью окружающей среды и человека, которую пытался показать Вернадский как биогеохимик. Человечество само по себе есть природное явление и естественно, что влияние биосферы сказывается не только на среде жизни но и на образе мысли.
Но не только природа оказывает влияние на человека, существует и обратная связь. Причем она не поверхностная, отражающая физическое влияние человека на окружающую среду, она гораздо глубже. Это доказывает тот факт, что в последнее время заметно активизировались планетарные геологические силы. “...мы все больше и ярче видим в действии окружающие нас геологические силы. Это совпало, едва ли случайно, с проникновением в научное сознание убеждения о геологическом значении Homo sapiens, с выявлением нового состояния биосферы — ноосферы — и является одной из форм ее выражения. Оно связано, конечно, прежде всего с уточнением естественной научной работы и мысли в пределах биосферы, где живое вещество играет основную роль” . Так, в последнее время резко меняется отражение живых существ на окружающей природе. Благодаря этому процесс эволюции переносится в область минералов. Резко меняются почвы, воды и воздух. То есть эволюция видов сама превратилась в геологический процесс, так как в процессе эволюции появилась новая геологическая сила. Вернадский писал: “Эволюция видов переходит в эволюцию биосферы” .
Здесь естественно напрашивается вывод о том, что геологической силой является собственно вовсе не Homo Sapiens, а его разум, научная мысль социального человечества. В “Философских мыслях натуралиста” Вернадский писал: “Мы как раз переживаем ее яркое вхождение в геологическую историю планеты. В последние тысячелетия наблюдается интенсивный рост влияния одного видового живого вещества — цивилизованного человечества — на изменение биосферы. Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние — в ноосферу” .
Мы являемся наблюдателями и исполнителями глубокого изменения биосферы. Причем перестройка окружающей среды научной человеческой мыслью посредством организованного труда вряд ли является стихийным процессом. Корни этого лежат в самой природе и были заложены еще миллионы лет назад в ходе естественного процесса эволюции. “Человек... составляет неизбежное проявление большого природного процесса, закономерно длящегося в течение, по крайней мере, двух миллиардов лет” .
Отсюда, кстати, можно заключить что высказывания о самоистреблении человечества, о крушении цивилизации не имеют под собой веских оснований. Было бы по меньшей мере странно, если бы научная мысль – порождение естественного геологического процесса противоречила бы самому процессу. Мы стоим на пороге революционных изменений в окружающей среде: биосфера посредством переработки научной мыслью переходит в новое эволюционное состояние – ноосферу.
Заселяя все уголки нашей планеты, опираясь на государственно организованную научную мысль и на ее порождение, технику, человек создал в биосфере новую биогенную силу, поддерживающую размножение и дальнейшее заселение различных частей биосферы. Причем вместе с расширением области жительства, человечество начинает представлять себя все более сплоченную массу, так как развивающие средства связи – средства передачи мысли окутывают весь Земной шар. “Этот процесс – полного заселения биосферы человеком – обусловлен ходом истории научной мысли, неразрывно связан со скоростью сношений, с успехами техники передвижения, с возможностью мгновенной передачи мысли, ее одновременного обсуждения всюду на планете” .
При этом человек впервые реально понял, что он житель планеты и может и должен мыслить и действовать в новом аспекте, не только в аспекте отдельной личности, семьи или рода, государств или их союзов, но и в планетном аспекте. Он, как и все живое, может мыслить и действовать в планетном аспекте только в области жизни — в биосфере, в определенной земной оболочке, с которой он неразрывно, закономерно связан и уйти из которой он не может. Его существование есть ее функция. Он несет ее с собой всюду. И он ее неизбежно, закономерно, непрерывно изменяет. Похоже, что впервые мы находимся в условиях единого геологического исторического процесса, охватившего одновременно всю планету. XX век характерен тем, что любые происходящее на планете событие связываются в единое целое. И с каждым днем социальная, научная и культурная связанность человечества только усиливается и углубляется. “Увеличение вселенскости, спаянности всех человеческих обществ непрерывно растет и становится заметным в немногие годы чуть не ежегодно” .
Результат всех вышеперечисленных изменений в биосфере планеты дал повод французскому геологу Тейяр де Шардену заключить, что биосфера в настоящий момент быстро геологически переходит в новое состояние – в ноосферу, то есть такое состояние в котором человеческий разум и направляемая им работа представляют собой новую мощную геологическую силу. Это совпало, видимо не случайно, с тем моментом когда человек заселил всю планету, все человечество экономически объединилось в единое целое и научная мысль всего человечества слилась воедино, благодаря успехам в технике связи. Таким образом:
1 Человек, как он наблюдается в природе, как и все живые организмы, как всякое живое вещество, есть определенная функция биосферы, в определенном ее пространстве-времени;
2 Человек во всех его проявлениях представляет собой часть биосферы;
3 Прорыв научной мысли подготовлен всем прошлым биосферы и имеет эволюционные корни. Ноосфера – это биосфера, переработанная научной мыслью, подготавливающейся всем прошлым планеты, а не кратковременное и переходящее геологическое явление.
Вернадский неоднократно отмечал, что “цивилизация “культурного человечества” — поскольку она является формой организации новой геологической силы, создавшейся в биосфере,— не может прерваться и уничтожиться, так как это есть большое природное явление, отвечающее исторически, вернее, геологически сложившейся организованности биосферы. Образуя ноосферу, она всеми корнями связывается с этой земной оболочкой, чего раньше в истории человечества в сколько-нибудь сравнимой мере не было” .
Многое из того, о чем писал Вернадский, становится достоянием сегодняшнего дня. Современны и понятны нам его мысли о целостности, неделимости цивилизации, о единстве биосферы и человечества. Переломный момент в истории человечества, о чем сегодня говорят ученые, политики, публицисты, был увиден Вернадским.
Вернадский видел неизбежность ноосферы, подготавливаемой как эволюцией биосферы, так и историческим развитием человечества. С точки зрения ноосферного подхода по-иному видятся и современные болевые точки развития мировой цивилизации. Варварское отношение к биосфере, угроза мировой экологической катастрофы, производство средств массового уничтожения — все это должно иметь преходящее значение.
Заключение
В целом, предложенный В.И.Вернадским научный подход к изучению всех природных явлений в рамках биосферы - области нахождения живых организмов вероятно, правильный. Однако, вопрос о совершающемся (или совершённом) переходе биосферы в новое состояние ноосферу - является вопросом философским, и поэтому на него нельзя дать строгий, однозначный ответ.
Идеи Вернадского намного опережали то время, в котором он творил. В полной мере это относится к учению о биосфере и ее переходе в ноосферу. Только сейчас, в условиях необычайного обострения глобальных проблем современности, становятся ясны пророческие слова Вернадского о необходимости мыслить и действовать в планетном — биосферном — аспекте. Только сейчас рушатся иллюзии технократизма, покорения природы и выясняется сущностное единство биосферы и человечества. Судьба нашей планеты и судьба человечества — это единая судьба.
Необходимо иметь в виду, что задача созидания биосферы — это задача сегодняшнего дня. Ее решение связано с объединением усилий всего человечества, с утверждением новых ценностей сотрудничества и взаимосвязи всех народов мира. В нашей стране идеи учения о биосфере органично связаны с революционной перестройкой социалистического общества. Народовластие, демократические принципы общественной жизни, возрождение культуры, науки и народной жизни, коренной пересмотр ведомственного подхода к природопользованию и т. п.
Устремленность в будущее, таким образом,— характерная черта учения о биосфере, которое в современных условиях необходимо развивать со всех его сторон.
Подписаться на:
Сообщения (Atom)