Эволюция живой природы. Эволюция природы

Эволюционное учение

Эволюционное учение (теория эволюции) - наука, изучающая историческое развитие жизни: причины, закономерности и механизмы. Различают микро- и макроэволюцию.

Микроэволюция - эволюционные процессы на уровне популяций, приводящие к образованию новых видов.

Макроэволюция - эволюция надвидовых таксонов, в результате которой формируются более крупные систематические группы. В их основе лежат одинаковые принципы и механизмы.

Развитие эволюционных идей

Гераклит, Эмпидокл, Демокрит, Лукреций, Гиппократ, Аристотель и другие античные философы сформулировали первые представления о развитии живой природы.
Карл Линней верил в сотворение природы богом и постоянство видов, но допускал возможность возникновения новых видов путём скрещивания или под влиянием условий среды. В книге «Система природы» К. Линней обосновал вид как универсальную единицу и основную форму существования живого; каждому виду животных и растений присвоил двойное обозначение, где существительное - название рода, прилагательное - наименование вида (например, Человек разумный); описал огромное количество растений и животных; разработал основные принципы систематики растений и животных и создал их первую классификацию.
Жан Батист Ламарк создал первое целостное эволюционное учение. В работе «Философия зоологии» (1809) он выделил основное направление эволюционного процесса - постепенное усложнение организации от низших форм к высшим. Также он развивал гипотезу о естественном происхождении человека от обезьяноподобных предков, перешедших к наземному образу жизни. Ламарк считал движущей силой эволюции стремление организмов к совершенству и утверждал наследование благоприобретённых признаков. То есть органы, необходимые в новых условиях, в результате упражнения развиваются (шея у жирафа), а ненужные органы вследствие неупражнения атрофируются (глаза у крота). Однако Ламарк не смог вскрыть механизмы эволюционного процесса. Его гипотеза о наследовании приобретённых признаков оказалась несостоятельной, а утверждение о внутреннем стремлении организмов к усовершенствованию - ненаучным.
Чарлз Дарвин создал эволюционную теорию, основанную на понятиях борьбы за существование и естественного отбора. Предпосылка- ми возникновения учения Ч. Дарвина были следующие: накопление к тому времени богатого материала по палеонтологии, географии, геологии, биологии; развитие селекции; успехи систематики; появление клеточной теории; собственные наблюдения учёного во время кругосветного плавания на корабле «Бигль». Свои эволюционные идеи Ч. Дарвин изложил в ряде работ: «Происхождение видов путём естественного отбора», «Изменение домашних животных и культурных растений под влиянием одомашнивания», «Происхождение человека и половой подбор» и др.

Учение Дарвина сводится к следующему:

каждая особь того или иного вида обладает индивидуальностью (изменчивость);
черты индивидуальности (хотя и не все) могут передаваться по наследству (наследственность);
особи производят большее количество потомков, чем доживает до половой зрелости и начала размножения, то есть в природе существует борьба за существование;
преимущество в борьбе за существование остаётся за наиболее приспособленными особями, которые имеют больше шансов оставить после себя потомство (естественный отбор);
в результате естественного отбора происходит постепенное усложнение уровней организации жизни и возникновение видов.

Факторы эволюции по Ч. Дарвину - это

наследственность,
изменчивость,
борьба за существование,
естественный отбор.

Наследственность - способность организмов передавать из поколения в поколение свои признаки (особенности строения, развития, функции).
Изменчивость - способность организмов приобретать новые признаки.
Борьба за существование - весь комплекс взаимоотношений организмов с условиями окружающей среды: с неживой природой (абиотическими факторами) и с другими организмами (биотическими факторами). Борьба за существование не является «борьбой» в прямом смысле слова, фактически это стратегия выживания и способ существования организма. Различают внутривидовую борьбу, межвидовую борьбу и борьбу с неблагоприятными факторами окружающей среды. Внутривидовая борьба - борьба между особями одной популяции. Всегда идёт очень напряжённо, так как особи одного вида нуждаются в одних и тех же ресурсах. Межвидовая борьба - борьба между особями популяций разных видов. Идёт, когда виды конкурируют за одни и те же ресурсы либо когда они связаны отношениями типа «хищник – жертва». Борьба с неблагоприятными абиотическими факторами среды особенно проявляется при ухудшении условий среды; усиливает внутривидовую борьбу. В борьбе за существование выявляются наиболее приспособленные к данным условиям обитания особи. Борьба за существование ведёт к естественному отбору.
Естественный отбор - процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными в данных условиях наследственными изменениями.

На основе дарвинизма перестроились все биологические и многие другие естественные науки.
В настоящее время наиболее общепризнанной является синтетическая теория эволюции (СТЭ) . Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и СТЭ дана в таблице.

Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и синтетической теории эволюции (СТЭ)

Признаки	Эволюционная теория Ч. Дарвина	Синтетическая теория эволюции (СТЭ)
Основные результаты эволюции	1) Повышение приспособленности организмов к условиям среды; 2) повышение уровня организации живых существ; 3) увеличение многообразия организмов
Единица эволюции	Вид	Популяция
Факторы эволюции	Наследственность, изменчивость, борьба за существование, естественный отбор	Мутационная и комбинативная изменчивость, популяционные волны и дрейф генов, изоляция, естественный отбор
Движущий фактор	Естественный отбор
Трактовка термина естественный отбор	Выживание более приспособленных и гибель менее приспособленных форм	Избирательное воспроизводство генотипов
Формы естественного отбора	Движущий (и половой как его разновидность)	Движущий, стабилизирующий, дизруптивный

Возникновение приспособлений. Каждое приспособление вырабатывается на основе наследственной изменчивости в процессе борьбы за существование и отбора в ряду поколений. Естественный отбор поддерживает только целесообразные приспособления, которые помогают организму выживать и оставлять потомство.
Приспособленность организмов к среде не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания могут изменяться. Доказательством этого служат многие факты. Например, рыбы прекрасно приспособлены к водной среде обитания, но все эти адаптации совершенно непригодны для других сред обитания. Ночные бабочки собирают нектар со светлых цветков, хорошо заметных ночью, но часто летят на огонь и гибнут.

Элементарные факторы эволюции - факторы, изменяющие частоту аллелей и генотипов в популяции (генетическую структуру популяции).

Выделяют несколько основных элементарных факторов эволюции:
мутационный процесс;
популяционные волны и дрейф генов;
изоляция;
естественный отбор.

Мутационная и комбинативная изменчивость.

Мутационный процесс приводит к возникновению новых аллелей (или генов) и их сочетаний в результате мутаций. В результате мутации возможен переход гена из одного аллельного состояния в другое (А→а) или изменение гена вообще (А→С). Мутационный процесс, в силу случайности мутаций, не обладает направленностью и без участия других факторов эволюции не может направлять изменение природной популяции. Он лишь поставляет элементарный эволюционный материал для естественного отбора. Рецессивные мутации в гетерозиготном состоянии составляют скрытый резерв изменчивости, который может быть использован естественным отбором при изменении условий существования.
Комбинативная изменчивость возникает в результате образования у потомков новых комбинаций уже существующих генов, унаследованных от родителей. Источниками комбинативной изменчивости являются перекрёст хромосом (рекомбинация), случайное расхождение гомологичных хромосом в мейозе, случайное сочетание гамет при оплодотворении.

Популяционные волны и дрейф генов.

Популяционные волны (волны жизни) - периодические и непериодические колебания численности популяции как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Причинами популяционных волн могут быть периодические изменения экологических факторов среды (сезонные колебания температуры, влажности и т. д.), непериодические изменения (природные катастрофы), заселение видом новых территорий (сопровождается резкой вспышкой численности).
В качестве эволюционного фактора популяционные волны выступают в малочисленных популяциях, где возможно проявление дрейфа генов. Дрейф генов - случайное ненаправленное изменение частот аллелей и генотипов в популяциях. В малых популяциях действие случайных процессов приводит к заметным последствиям. Если популяция мала по численности, то в результате случайных событий некоторые особи независимо от своей генетической конституции могут оставить или не оставить потомство, вследствие этого частоты некоторых аллелей могут резко меняться за одно или несколько поколений. Так, при резком сокращении численности популяции (например, вследствие сезонных колебаний, сокращения кормовых ресурсов, пожара и т. д.) среди оставшихся в живых немногочисленных особей могут быть редкие генотипы. Если в дальнейшем численность восстановится за счёт этих особей, то это приведёт к случайному изменению частот аллелей в генофонде популяции. Таким образом, популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала.
Изоляция обусловлена возникновением разнообразных факторов, препятствующих свободному скрещиванию. Между образовавшимися популяциями прекращается обмен генетической информацией, в результате чего начальные различия генофондов этих популяций увеличиваются и закрепляются. Изолированные популяции могут подвергаться различным эволюционным изменениям, постепенно превращаться в разные виды.
Различают пространственную и биологическую изоляцию. Пространственная (географическая) изоляция связана с географическими препятствиями (водные преграды, горы, пустыни и др.), а для малоподвижных популяций и просто с большими расстояниями. Биологическая изоляция обусловлена невозможностью спаривания и оплодотворения (в связи с изменением сроков размножения, строения или других факторов, препятствующих скрещиванию), гибелью зигот (вследствие биохимических различий гамет), стерильностью потомства (в результате нарушения конъюгации хромосом при гаметогенезе).
Эволюционное значение изоляции состоит в том, что она закрепляет и усиливает генетические различия между популяциями.
Естественный отбор. Изменения частот генов и генотипов, вызванные рассмотренными выше факторами эволюции, носят случайный, ненаправленный характер. Направляющим фактором эволюции является естественный отбор.

Естественный отбор - процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными для популяции свойствами.

Отбор действует в популяциях, его объектами являются фенотипы отдельных особей. Однако отбор по фенотипам является отбором генотипов, так как потомкам передаются не признаки, а гены. В результате в популяции происходит увеличение относительного числа особей, обладающих определённым свойством или качеством. Таким образом, естественный отбор - это процесс дифференциального (выборочного) воспроизводства генотипов.
Действию отбора подвергаются не только свойства, повышающие вероятность оставления потомства, но и признаки, которые не имеют прямого отношения к воспроизводству. В ряде случаев отбор может быть направлен на создание взаимоприспособлений видов друг к другу (цветки растений и посещающие их насекомые). Также могут создаваться признаки, вредные для отдельной особи, но обеспечивающие выживание вида в целом (ужалившая пчела гибнет, но, нападая на врага, она сохраняет семью). В целом отбор играет творческую роль в природе, поскольку из ненаправленных наследственных изменений закрепляются те, которые могут привести к образованию новых групп особей, более совершенных в данных условиях существования.
Различают три основные формы естественного отбора: стабилизирующий, движущий и разрывающий (дизруптивный) (табл.).

Формы естественного отбора

Форма	Характеристика	Примеры
Стабилизирующий	Направлен на сохранение мутаций, ведущих к меньшей изменчивости средней величины признака. Действует при относительно постоянных условиях окружающей среды, то есть пока сохраняются условия, повлёкшие образование того или иного признака или свойства.	Сохранение у насекомоопыляемых растений размеров и формы цветка, так как цветки должны соответствовать размерам тела насекомого-опылителя. Сохранение реликтовых видов.
Движущий	Направлен на сохранение мутаций, изменяющих среднюю величину признака. Возникает при изменении условий окружающей среды. Особи популяции имеют некоторые отличия по генотипу и фенотипу, и при длительном изменении внешней среды преимущество в жизнедеятельности и размножении может получить часть особей вида с некоторыми отклонениями от средней нормы. Вариационная кривая смещается в направлении приспособления к новым условиям существования.	Возникновение у насекомых и грызунов устойчивости к ядохимикатам, у микроорганизмов - к антибиотикам. Потемнение окраски берёзовой пяденицы (бабочки) в развитых индустриальных районах Англии (индустриальный меланизм). В этих районах кора деревьев становится тёмной из-за исчезновения лишайников, чувствительных к загрязнению атмосферы, а тёмные бабочки менее заметны на стволах деревьев.
Разрывающий (дизруптивный)	Направлен на сохранение мутаций, ведущих к наибольшему отклонению от средней величины признака. Разрывающий отбор проявляется в том случае, если условия среды изменяются так, что преимущество приобретают особи с крайними отклонениями от средней нормы. В результате разрывающего отбора формируется полиморфизм популяции, то есть наличие нескольких, различающихся по какому-либо признаку групп.	При частых сильных ветрах на океанических островах сохраняются насекомые либо с хорошо развитыми крыльями, либо с рудиментарными.

Краткая история эволюции органического мира

Возраст Земли около 4,6 млрд лет. Жизнь на Земле возникла в океане более 3,5 млрд лет назад.
Краткая история развития органического мира представлена в таблице. Филогенез основных групп организмов отражен на рисунке.
Историю развития жизни на Земле изучают по ископаемым останкам организмов или следам их жизнедеятельности. Они встречаются в горных породах разного возраста.
Геохронологическая шкала истории Земли разделена на эры и периоды.

Геохронологическая шкала и история развития живых организмов

Эра, возраст (в млн лет)	Период, продолжительность (в млн лет)	Мир животных	Мир растений	Важнейшие ароморфозы
Кайнозойская, 62–70	Антропоген, 1,5	Современный животный мир. Эволюция и господство человека	Современный растительный мир	Интенсивное развитие коры головного мозга; прямохождение
Кайнозойская, 62–70	Неоген, 23,0 Палеоген, 41±2	Доминируют млекопитающие, птицы, насекомые. Появляются первые приматы (лемуры, долгопяты), позднее парапитеки и дриопитеки. Исчезают многие группы пресмыкающихся, головоногих моллюсков	Широко распространяются цветковые растения, особенно травянистые; сокращается флора голосеменных
Мезозойская, 240	Мел, 70	Преобладают костистые рыбы, первоптицы, мелкие млекопитающие; появляются и распространяются плацентарные млекопитающие и современные птицы; вымирают гигантские пресмыкающиеся	Появляются и начинают доминировать покрытосеменные; сокращаются папоротники и голосеменные	Возникновение цветка и плода. Появление матки
	Юра, 60	Господствуют гигантские пресмыкающиеся, костистые рыбы, насекомые, головоногие моллюски; появляется археоптерикс; вымирают древние хрящевые рыбы	Господствуют современные голосеменные; вымирают древние голосеменные
	Триас, 35±5	Преобладают земноводные, головоногие моллюски, травоядные и хищные пресмыкающиеся; появляются костистые рыбы, яйцекладущие и сумчатые млекопитающие	Преобладают древние голосеменные; появляются современные голосеменные; вымирают семенные папоротники	Появление четырёхкамерного сердца; полное разделение артериального и венозного кровотока; появление теплокровности; появление молочных желёз
Палеозойская, 570
	Пермь, 50±10	Господствуют морские беспозвоночные, акулы; быстро развиваются пресмыкающиеся и насекомые; возникают зверозубые и травоядные пресмыкающиеся; вымирают стегоцефалы и трилобиты	Богатая флора семенных и травянистых папоротников; появляются древние голосеменные; вымирают древовидные хвощи, плауны и папоротники	Образование пыльцевой трубки и семени
	Карбон, 65±10	Доминируют земноводные, моллюски, акулы, двоякодышащие рыбы; появляются и быстро развиваются крылатые формы насекомых, пауки, скорпионы; возникают первые пресмыкающиеся; заметно уменьшаются трилобиты и стегоцефалы	Обилие древовидных папоротникообразных, образующих «каменноугольные леса»; возникают семенные папоротники; исчезают псилофиты	Появление внутреннего оплодотворения; появление плотных оболочек яйца; ороговение кожи
	Девон, 55	Преобладают панцирные, моллюски, трилобиты, кораллы; появляются кистепёрые, двоякодышащие и лучепёрые рыбы, стегоцефалы	Богатая флора псилофитов; появляются мхи, папоротниковидные, грибы	Расчленение тела растений на органы; преобразование плавников в наземные конечности; появление органов воздушного дыхания
	Силур, 35	Богатая фауна трилобитов, моллюсков, ракообразных, кораллов; появляются панцирные рыбы, пер вые наземные беспозвоночные (многоножки, скорпионы, бескрылые насекомые)	Обилие водорослей; растения выходят на сушу - появляются псилофиты	Дифференцировка тела растений на ткани; разделение тела животных на отделы; образование челюстей и поясов конечностей у позвоночных
Ордовик, 55±10 Кембрий, 80±20	Преобладают губки, кишечнополостные, черви, иглокожие, трилобиты; появляются бесчелюстные позвоночные (щитковые), моллюски	Процветание всех отделов водорослей
Протерозойская, 2600		Широко распространены простейшие; появляются все типы беспозвоночных, иглокожих; появляются первичные хордовые - подтип Бесчерепные	Широко распространены сине-зелёные и зелёные водоросли, бактерии; появляются красные водоросли	Появление двусторонней симметрии
Архейская, 3500		Возникновение жизни: прокариоты (бактерии, сине-зелёные водоросли), эукариоты (простейшие), примитивные много-клеточные		Появление фотосинтеза; появление аэробного дыхания; появление эукариотических клеток; появление полового процесса; появление многоклеточности

Соотношение равновесия и эволюции

Итак, в природе существуют и равновесие, и эволюция. В каком случае эволюция может быть устойчивой? Механизм, ответственный за эволюцию живой природы, получил название гомеореза. Он дает возможность переходить из одного устойчивого состояния в другое через неравновесные точки (как бы «с кочки на кочку»), тем самым проявляя такую отличительную особенность живых тел, как их способность поддерживать устойчиво неравновесное состояние. Речь идет об устойчивом неравновесии, потому что, как показала синергетика, именно неравновесие ведет к развитию, т. е. к созданию качественно нового.
Под воздействием внешних изменений система переходит от одного состояния устойчивого равновесия к другому. Это называют устойчивым развитием. Многочисленные научные данные показывают, что экологическая обстановка на нашей планете не была всегда одной и той же. Более того, она испытывала резкие перемены, отражавшиеся на всех ее компонентах. Одно из таких глобальных изменений произошло, по-видимому, на начальном этапе развития жизни на Земле, когда в результате деятельности живого вещества атмосфера резко изменилась, в ней появился кислород, и тем самым была обеспечена возможность дальнейшего становления и распространения жизни. Жизнь создала нужную ей атмосферу. В процессе своей эволюции живое вещество, преображаясь само и изменяя косную материю, сформировало биосферу. Процесс эволюции идет через накопление и разрешение противоречий между отдельными компонентами биосферы, и периоды резкого обострения противоречий могут быть названы экологическими кризисами (по другой терминологии – «биоценотическими кризисами», «геологическими катастрофами»).
Рассмотрим более подробно пример с созданием кислородной атмосферы. Ультрафиолетовое излучение Солнца, губительное для жизни, породило химическую эволюцию, приведшую к возникновению аминокислот. Процессы разложения водяного пара под действием ультрафиолета привели к образованию кислорода и создали слой озона, который препятствовал дальнейшему проникновению ультрафиолетовых лучей на Землю. В этом случае действует тот же механизм, что и в сукцессии, когда один вид создает благоприятные условия для существования других видов. Пока не было атмосферного кислорода, жизнь могла развиваться только под защитой слоя воды, который не должен был быть очень большим, чтобы поступало видимое излучение и органическая пища. Таковой было мало, и давление отбора привело к возникновению фотосинтеза. Как в звездных системах один механизм выполняет несколько функций – звезды вырабатывают химические элементы и одновременно свет, – так фотосинтез дает органическое вещество и кислород. Первые многоклеточные организмы появились, когда содержание кислорода достигло в атмосфере 3 % от нынешнего. Создание кислородной атмосферы привело к новому состоянию устойчивого равновесия. Так, благодаря способности зеленых растений моря продуцировать такое количество кислорода, которое превышало потребности в нем всех организмов, оказалось возможным заселение живыми существами за сравнительно короткое время всей Земли. Произошел популяционный взрыв. В результате потребление кислорода догнало его образование на отметке 20 %. Затем наблюдались подъемы и падения в содержании кислорода, и повышение содержания углекислого газа послужило толчком к созданию запасов ископаемого топлива. Это тоже экологический кризис в истории развития жизни. Впоследствии отношение кислорода к углекислому газу пришло в колебательно стационарное состояние. Избыток углекислого газа в результате промышленной деятельности может сделать это состояние опять нестабильным. В связи с этим появилась концепция «возврата к естественному равновесию».
Если под естественным равновесием понимать сохранение существующих циклов круговорота в природе, то в общем плане это, видимо, столь же невозможно, сколь невмешательство в природу вообще. Возвращение к естественному равновесию невозможно из-за действия самих природных законов (например, второго начала термодинамики), оно нарушается в процессе любой человеческой деятельности. Известный эволюционный закон гласит, что эволюция необратима. Поэтому возвращение к естественному равновесию, существовавшему до появления человека или даже до второй половины ХХ века, попросту невозможно.
Сторонники возврата к естественному равновесию недостаточно учитывают то обстоятельство, что возрастающая техническая мощь человека увеличивает его способность противостоять природным катастрофам – землетрясениям, извержениям вулканов, резким изменениям климата и т. п., с которыми он пока не в силах справиться. В более общем плане можно сказать, что всегда были и будут воздействия со стороны природы на социокультурную систему, от которых общество захочет себя оградить. С таким обстоятельством всегда надо считаться, учитывая активный характер функционирования природы. В соответствии с одним из положений кибернетики, если система не будет воздействовать на внешние параметры, они выведут существенные переменные системы из устойчивого положения. С кибернетической точки зрения общество можно представить как самоуправляемую систему, которая осуществляет два типа поведения. Во-первых, она противодействует стремлению внешних параметров вывести существенные переменные системы из состояния равновесия, во-вторых, она воздействует на внешние параметры для того, чтобы обеспечивать осуществление каких-либо целей и перейти к другому состоянию. Если бы главной заботой человека было «выживание», он ограничился бы действием первого рода, но человек ставит перед собой и иные цели, которые могут даже входить в противоречие с целью «выживания».
Позиция сторонников возврата к естественному равновесию показывает, к чему приводит буквальная экстраполяция биологических принципов на развитие общества. Акцент на принципе равновесия в природе очень ценен, но возникает важный вопрос: каким путем обеспечить равновесие, не отказываясь от развития общества? Несомненно, что экологический подход должен покоиться на глубоких философских основаниях, которые отражают характернейшую черту функционирования человечества – его стремление к переустройству мира в соответствии с его идеалами.
Напоминание о необходимости для человека поддерживать его равновесие со средой обитания весьма своевременно и является реакцией на экологический кризис. Весьма важный вопрос, который возникает в этой связи, – вопрос о том, возможно ли обеспечить дальнейшее развитие человеческого рода и системы его взаимоотношений с природной средой без нарушения устойчивости этой системы. Но прежде надо сказать несколько слов о том, что такое развитие. Это особенно важно, потому что развитие порой отождествляется с ростом и понимается как простое количественное увеличение того, что присутствует в наличии. На самом же деле развитие представляет собой единство качественных и количественных изменений, причем качественные изменения могут происходить на определенном этапе количественного роста автоматически, а могут быть результатом целенаправленной сознательной деятельности людей.
Развитие общества по пути достижения поставленных им перед собой целей возможно лишь в том случае, если глобальная система «человек – природная среда» будет существовать, а это предполагает поддержание динамического равновесия между обществом и природой. Именно динамического, так как человеческое общество поддерживает свою целостность в процессе осуществления поставленных целей за счет собственной изменчивости и изменения среды. Вообще, свойством живых систем является то, что они изменяются по одним параметрам и остаются относительно неизменными по другим. Динамическое равновесие живых систем со средой обитания может быть названо и устойчивым неравновесием, как предложил Э. Бауэр. Последнее определение даже предпочтительнее, поскольку динамическое равновесие можно понимать слишком узко, как равновесие, скажем, системы «вода – пар», когда в данное время одно и то же количество молекул воды переходит из жидкого состояния в газообразное и наоборот. Пожалуй, если более точно говорить о равновесии развивающихся систем, то это будет синтез динамического равновесия и устойчивого неравновесия. Наличие последнего и ответственно за развитие системы.
Возвращаясь к экологической проблеме, можно сказать, что экологическое равновесие – равновесие жизни, которое поддерживает состояние низкой энтропии, а не равновесие смерти при максимуме энтропии. Принцип равновесия в природе не стоит абсолютизировать. Равновесие – неотъемлемый элемент функционирования природы, с которым человек должен считаться как с объективным законом и значение которого он только начинает осознавать. Принцип равновесия действует в природе, ему подчиняется функционирование человеческого организма. Справедлив он и для системы «человек – природная среда». Но равновесие только необходимый момент развития. Человек должен поддерживать экологическое развитие в природе, но не ценой отказа от осуществления своих целей, не путем растворения в природной среде.
Гомеостатические механизмы есть в природе человека, однако его деятельность не сводится только к поддержанию равновесия в собственном организме. Так же и в системе «человек – природная среда» гомеостатические механизмы должны быть, и, если общество нарушает некоторые из них, взамен должны создаваться искусственные гомеостатические механизмы. Но только к поддержанию равновесия деятельность человека в природной среде не сводится. Авторы концепции «возврата к естественному равновесию» представляют равновесие общества с природной средой часто в виде некоего единственного неизменного состояния, к которому нужно стремиться. При таком равновесии, когда система стремится к устойчивости в пределах какой-либо строго фиксированной области, не может быть речи о развитии. Синергетика утверждает, что новые структуры формируются вдали от состояния равновесия. Поэтому для развития необходимо, чтобы существовали моменты отхода от равновесия. Важно только, чтобы неравновесные состояния не нарушали общей устойчивости и не приводили к ее распаду. Современная наука свидетельствует о том, что в неравновесных ситуациях возможно сохранение устойчивости. Экологический материал подтверждает эти положения.
Одум указывает на существование ряда уровней, или ступеней, экологического равновесия (так называемое гомеостатическое плато). Переход на каждую последующую ступень не приводит к распаду системы, однако для достижения надежного положения на каждой из этих ступеней необходим период эволюционного приспособления. К. Уоддингтон считает, что для биологических систем более применимо не понятие гомеостаза, а понятие гомеореза. Равновесие человеческого общества с природной средой также представляет собой не точку, а множество, определенный набор состояний, из которого оно может выбрать наиболее желаемые в данный момент. Есть смысл говорить о возможности сознательного перехода с одного уровня равновесия системы «человек – природная среда» на другой через соответствующее преобразование окружающей среды и внутренней среды человека. На этом пути возможно обеспечение развития без нарушения устойчивости системы «человек – природная среда».
Общество выходит из сферы необходимости помимо всего прочего еще и потому, что увеличивается число степеней его свободы по отношению к природной среде, число альтернативных равновесных состояний, в которых оно может находиться с внешней природой. И в настоящее время не существует жесткой дилеммы – экологическая катастрофа или сокращение воздействия человека на природу. Человечество должно выбирать и создавать из всех альтернатив своего будущего ту, которая в наибольшей степени соответствует его истинным желаниям и потребностям (это и обеспечивает его развитие). Таковая окажется экологически осуществимой и даже наиболее выгодной, если человек действительно будет стремиться к осуществлению своих истинных желаний и потребностей, поскольку они не противоречат ни его внутренней, ни его внешней природе.
Равновесные состояния, в которых будет находиться общество с природной средой, будут состояниями искусственного равновесия. Здесь слово «искусственное» означает созданное человеком (аналогично «искусственному интеллекту»). В этом словосочетании выражается и активность общества (искусственное), и подчиненность его объективным законам природы (равновесие), образуя некое единство, хотя только к искусственному равновесию природопреобразующая деятельность человека не сводится, точно так же, как и понятие «естественное равновесие» не полностью отражает ситуацию в не тронутой человеком природе, поскольку и в ней наличествует развитие.
Несомненно, человек не откажется от преобразовательной деятельности, например от создания синтетических материалов с новыми, неизвестными в природе свойствами. Человек во все большей степени будет нарушать естественное равновесие, но взамен этого он должен создавать искусственные циклы в природе. Например, он должен создавать неизвестные природе способы разложения новых синтетических веществ. Развитие человеческого общества может и должно в числе прочего достигаться путем сознательного изменения области, в которой осуществляется его равновесие с природной средой. При таких условиях человек способен управлять своей эволюцией и в социальном, и в биологическом смысле. Эволюция может происходить также по причине независимого от человека изменения области достижения равновесия. Скорости этих естественных изменений по большей части незначительны по сравнению со скоростью изменения природной среды человека, но они должны приниматься в расчет.
Концепция «искусственного равновесия», будучи моментом общей концепции экологического развития, позволяет примирить эволюцию общества с сохранением природной среды и активность преобразовательной деятельности с подчиненностью ее объективным законам. Понятие «искусственное равновесие», как следует из вышеизложенного, не должно давать повод думать о наличии одного идеального состояния системы «человек – природная среда», к которому следует стремиться. Оно говорит о развитии данной системы как о единстве качественных и количественных изменений, изменчивости и устойчивости, роста и равновесия.
Было сформулировано «правило социально-экологического равновесия: общество развивается до тех пор и постольку, поскольку сохраняет равновесие между своим давлением на среду и восстановлением этой среды – природно-естественным и искусственным» (Н. Ф. Реймерс. Надежды... с. 147). Это правило устанавливает соотношение равновесия и развития.

Rumyantsev 11 марта 2017 в 23:35

Эволюция природы

Научно-популярное

Совместно с Игорем Сунчелеем

В работе сделана попытка расширить теорию эволюции Дарвина на неживую природу, показать, что биологическая эволюция является одним из этапов развития природы, и предсказать направление эволюционного развития после него. Кроме того, авторы дают свою версию определения жизни и ее эволюционного смысла.

1 Первый и второй уровни эволюции

Термином «эволюция» обычно называют переход материи от простого состояния к более сложному и одновременно к более совершенному состоянию. Эволюция считается процессом развития материи «вперед», а противоположный процесс развития материи «назад» от сложного состояния к более простому состоянию принято называть разложением или деградацией. Направление движения «вперед» мы пока оставим на интуитивном уровне понимания, однако ниже будет сформулировано более точное определение эволюции.

Эволюционирует ли неживая природа? Рассмотрим общеизвестные состояния неживой материи:

Элементарные частицы;
Атомы химических элементов;
Молекулы.

Каждое следующее из перечисленных состояний можно считать совершенней и сложней предыдущего. На интуитивном уровне понимания направление движения «вперед» присутствует, значит, эволюция неживой природы, по крайней мере, была. Вспомним основные движущие факторы биологической эволюции Дарвина:

Борьба за существование;
Естественный отбор;
Наследственная изменчивость.

Из допущения возможности эволюции неживой природы вытекает следующий вопрос. Какие у нее могут быть основные движущие факторы? Выдвинем следующую, кажущуюся невероятной, гипотезу: движущие факторы эволюции живой и неживой природы одинаковые, их отличие только в механизмах действия. Для ее проверки переформулируем три основных движущих фактора биологической эволюции в более общий вид для произвольного материального объекта и добавим четвертый фактор, который, вероятно, Дарвин подразумевал по умолчанию:

Сопротивление объекта неизбежным изменениям с целью сохранения его текущей формы существования;
Количественное или качественное изменение формы существования объекта;
Модификация способов сопротивления объекта неизбежным изменениям;
Изменение условий существования объекта.

На рисунке 1 показана условная последовательность действия факторов эволюции. На самом деле все они, конечно, действуют одновременно.

Очевидно, что наши модифицированные формулировки движущих факторов эволюции остались эквивалентными движущим факторам Дарвинизма при их применении к живым формам существования. Введем два определения.

Эволюция первого уровня – это способ эволюции неживой природы.
Эволюция второго уровня – это способ эволюции природы, основанный на факторах биологической эволюции Дарвина.

Общую сущность факторов эволюции на обоих уровнях можно сформулировать так: текущую форму существования сохраняют только наиболее приспособленные к изменившимся внешним условиям материальные объекты. В этом смысле факторы эволюции первого и второго уровней эквивалентны. Рассмотрим механизмы действия переформулированных в более общем виде факторов эволюции на ее первом уровне.

Сопротивление объекта неизбежным изменениям с целью сохранения его текущей формы существования

Смысл первого фактора в том, что материя стремится сохранить свое достигнутое состояние, сопротивляясь его изменению. Изменения неизбежны, потому что противное означало бы остановку времени, но сопротивление изменениям влияет на то, какими именно будут изменения.

Механизм сопротивления неживого материального объекта неизбежным изменениям основан на третьем законе Ньютона – сила действия равна силе противодействия. Привносящая изменения сила наталкивается на противоположную силу сопротивления изменениям, например, твердые материальные тела стремятся сохранить свою форму, противодействуя внешним силам.

В отличие от неживых объектов живые могут сопротивляться неизбежным изменениям еще одним качественно новым энергетически затратным способом. Они сами изменяют окружающую среду таким образом, чтобы продлить свое существование в живом виде. Поскольку живая природа находится под воздействием одновременно двух уровней эволюции, то появление у нее дополнительной возможности самой вносить изменения в окружающую среду с целью борьбы за существование фактически означает усиление сопротивления изменениям.

Пример. Чтобы не замерзнуть зимой, человек построил деревянный дом. Изменения в природе: раньше деревья росли, а теперь из них построены стены дома.

Мы изменяем поверхность планеты Земля благодаря действию фактора эволюции второго уровня – борьбы за существование, или, что эквивалентно, – сопротивления неизбежным изменениям.

Итак, в сравнении с эволюцией первого уровня на втором уровне сопротивление живой природы неизбежным изменениям возрастает, однако достигается это ценой ускорения изменений в окружающей ее неживой и живой природе. У эволюции второго уровня рост сопротивления изменениям приводит не к замедлению, а к ускорению изменений и эволюции.

Количественное или качественное изменение формы существования объекта

Поясним действие второго движущего фактора. Это природный механизм принятия решения о результате сопротивления объекта изменениям. Если объект успешно сопротивляется изменениям, то он продолжает существование в своей прежней форме, получая лишь количественные изменения. Если сопротивление объекта сломлено внешними силами, то его материя вынуждена менять форму своего существования. На втором уровне эволюции слом внешними силами сопротивления объекта изменениям означает смерть особи.

На первом уровне эволюции фактор естественного отбора действует по-другому механизму, ведь материя неуничтожима. В случае недостаточно сильного сопротивления изменениям второй фактор эволюции принуждает неживой материальный объект менять форму существования. Однако суть действия от этого не меняется – в своем прежнем виде материальный объект уже более не существует.

Пример. Метеорит падает на Луну. В момент удара и Луна, и метеорит сопротивляются изменившимся внешним условиям в стремлении сохранить свои формы. Масса Луны многократно больше, поэтому второй фактор эволюции вносит в ее форму существования лишь количественные изменения – на ее поверхности появляется еще один кратер. Но материи метеорита приходится качественно менять форму своего существования – часть его переходит в газообразное состояние и медленно оседает на поверхность Луны в виде пыли, а оставшаяся рассыпается на мелкие куски.

Отметим, что после качественной смены формы существования материя бывшего объекта всегда оказывается приспособленной к существованию в изменившихся условиях.

Модификация способов сопротивления объекта неизбежным изменениям

В разных условиях внешней среды способы сопротивления неживой материи изменениям являются разными. Мы знаем, что одни и те же материальные объекты ведут себя по-разному в условиях сверхнизких и сверхвысоких температур, давлений, гравитационных и электромагнитных полей, в разной по химическому составу окружающей среде и так далее. При действии в совокупности эти и многие другие свойства окружающей среды порождают огромное количество разных способов сопротивления неживой материи неизбежным изменениям.

Таким образом, в эволюции первого уровня источником модификации способов сопротивления объекта неизбежным изменениям является окружающая среда. Ниже это утверждение будет подробнее пояснено.

Что такое эволюция природы?

Мы предполагаем, что эволюция обязательно должна нести в себе элемент новизны. Поведение неживой природы подчиняется жестко определенным законам физики. У неживой материи нет никакого выбора – например, строение атомов и молекул однозначно следует из современной Стандартной модели элементарных частиц. Если при атмосферном давлении нагреть воду до 100°C, то она всегда начнет закипать, а при охлаждении до 0°C всегда начнет превращаться в лед. Здесь нет никакого элемента новизны, и все полностью предопределено. Действительно, эволюции неживой природы не хватает чего-то еще, что позволило бы ей проявлять новые свойства материи в условиях действующих законов физики. Где здесь эволюция?

Для ответа на этот ключевой вопрос нам придется прибегнуть к аксиоматике и сформулировать аксиому необратимости эволюционных процессов, которая расширяет гипотезу Луи Долло [i] на неживую природу.

Текущее состояние материи вселенной неповторимо в будущем.

Обратное означало бы, что время вселенной может течь по замкнутому контуру. Смысл аксиомы в том, что каждое текущее состояние вселенной уникально. Это означает, что в каждый момент времени в состоянии материи вселенной появляется элемент новизны относительно всех ее прошлых состояний, который и дает возможность эволюции неживой природы.

Пока внешние условия существования меняются незначительно, мы можем не замечать эволюции неживого объекта. Однако, в конце концов условия существования изменятся настолько, что проявят его ранее нам неизвестные, «дремавшие» его свойства.

При изменении температуры вода может оставаться водой или превращаться в лед или в пар, однако внешние условия ее существования всегда будут уже новыми. Эти новые внешние условия создают новые уникальные внутренние состояния и свойства молекул воды, и если мы этого не замечаем, то это значит, что мы пока недостаточно внимательны.

В подтверждение этого утверждения приведем еще один пример с водой. Как известно, в белковых телах преобладают углеродосодержащие молекулы и вода. Синтез белков в организме представляет собой сложный процесс, напоминающий процесс производства молекулярного завода, работающего по заданной программе. Причем молекулы воды тоже являются частью этого завода и управляющего им молекулярного компьютера, о принципах работы которого мы пока имеем лишь самое смутное представление. В белковой среде молекулы воды проявляют новые пока неизвестные нам свойства, участвуя в обработке и передаче информации.

Следствием нашей аксиомы является то, что эволюция неживой природы продолжается и в настоящее время, причем мы обнаруживаем, что она ускоряется благодаря параллельно идущей биологической эволюции. Все искусственные химические материалы производятся людьми благодаря помещению сырья и полуфабрикатов в новые внешние условия, самопроизвольное возникновение которых в условиях неживой природы крайне маловероятно.

А теперь все предыдущие умозаключения уже позволяют нам дать более точное определение понятия эволюции природы, формализующее наше интуитивное представление о движении «вперед».

Эволюция природы – это процесс создания природой новых, ранее не существовавших, форм и условий существования материи.

2 Определение жизни

Во второй части работы мы попробуем найти ключевые признаки, отличающие живую природу от неживой, и на их основе сформулировать определение, формализующее понятие жизни. Свои версии определения феномена жизни дали многие исследователи, однако, общепринятого определения у нас нет до сих пор.

Поставим задачу более строго. Предположим, что у нас есть возможность наблюдать не только за поведением знакомого или не знакомого нам объекта, но и за внутренним состоянием его материи. Тогда будем искать такое определение, которое по результатам этого наблюдения однозначно позволило бы отнести объект к живой или к неживой природе.

Поведение объекта определяет первый фактор эволюции. Поэтому ключевые отличия живой и неживой природы будем искать в отличиях их способов сопротивления неизбежным изменениям. Живой объект сам является источником изменений, причем он имеет возможность выбора из набора доступных ему видов реакций на внешние и внутренние условия. Технически живой объект можно представить как систему управления, блок-схема которой приведена на рисунке 2.

Рис. 2

Обратим внимание, что для алгоритма управления F внутреннее состояние материального тела живого объекта, в сущности, является только одним из видов внешних условий. Внутренние изменения могут быть следствием внешних изменений, а могут и не быть. Приведем по одному примеру обоих случаев.

Понижение температуры окружающего воздуха может грозить живой особи переохлаждением. Здесь изменение внутреннего состояния особи является следствием изменения внешних условий.

Напротив, главная причина старения организма особи заключается не в изменении внешних условий, а в том, что механизм старения клеток закодирован в полученной особью от родителей наследственной информации.

Алгоритм управления F работает с учетом прошлого опыта. Прошлый опыт может возникать двумя способами:

Передаваться с наследственной информацией;
Накапливаться в процессе жизнедеятельности.

Память для хранения прошлого опыта, переданного с наследственной информацией, является частью алгоритма управления. Обратим внимание, что для живого объекта наличие накопленного в процессе жизнедеятельности опыта не является обязательным, в противном случае новорожденных детей нельзя было бы признать живыми. Поэтому для живого существа не является обязательным и наличие у него показанного пунктиром блока памяти для хранения накопленного в процессе жизнедеятельности опыта.

Любой алгоритм управления основан на попытке приближения наблюдаемых параметров к набору неких целевых значений. Целями алгоритма управления F могут быть: противостояние вредоносным бактериям и вирусам, утоление голода, отдых, воспитание детей, победа на соревнованиях, зарабатывание денег и так далее. Очевидно, что главной целью живого существа должна быть борьба за жизнь. Эта цель всегда должна иметь наивысший приоритет, все остальные цели возникают только в такие моменты времени, когда алгоритму управления удалось создать условия, при которых угроза жизни временно устранена.

А теперь, после всех предыдущих умозаключений, мы, наконец, дадим свою версию определения жизни.

Материальный объект является живым, если в целях борьбы за свое существование он может использовать хотя бы один управляемый им энергетически затратный способ влияния на свое внутреннее состояние и/или окружающую среду.

Приведем два важных следствия из определения жизни.

Следствие 1. Все живые материальные объекты ведут энергетически затратный способ существования.

Датчики, процессор, память и исполнительные механизмы не являются вечными двигателями, для их работы требуется источник энергии.

Следствие 2. Все материальные объекты, ведущие энергетически не затратный способ существования, являются неживыми.

Следствие 2 логически следует из следствия 1.

Теперь проверим наше определение на примерах. Отметим, что следствие 2 сразу позволяет отнести к неживой природе все объекты с энергетически не затратным способом существования, такие как: камни, озера, карандаши, ложки и многие другие. Этот вывод совпадает с нашим жизненным опытом.

Теперь проверим определение на объектах с энергетически затратной формой существования.

Костер. Когда дров в костре много, огонь разгорается, когда дров остается меньше, огонь постепенно затухает. Может быть, огонь становится меньше потому, что костер хочет дольше гореть? Нет, интенсивность реакции горения определяется только количеством и качеством дров и состоянием внешней среды. Это не костер управляет интенсивностью горения, а человек, подкладывая в костер дрова. Вывод: неживой.

Жертвующий жизнью или идущий на суицид человек. На уровне своего сознания он отказался от борьбы за жизнь и управляет своими конечностями таким образом, чтобы ее прекратить. Но его организм от жизни еще не отказался. Организм продолжает управлять другими исполнительными механизмами тела в целях продолжения жизни: сердцем, мышцами дыхания, пищеварительной системой и так далее. Вывод: живой.

Человек в состоянии клинической смерти. Сердце остановилось, но смерть не наступает одномоментно, организм умирает постепенно по мере прекращения энергетически затратного обмена веществ, который в разных частях организма наступает в разные моменты времени. Вывод: человек считается живым до тех пор, пока хотя бы одна клетка организма продолжает обмен веществ.

Ребенок в чреве матери. Для своего роста он использует энергетически затратный способ синтеза белка, который ему нужен для последующего рождения. Вывод: живой.

Выводы из приведенных примеров показывают, что у них нет противоречий со здравым смыслом. Предлагаем читателям самим проверить определение на Солнце, летящей пуле, растениях, на семенах растений, на яйцах птиц и земноводных, на сперматозоиде, молекуле белка и на любых других объектах.

Мы же проверим наше определение на самом сложном и одновременно самом интересном примере с, казалось бы, заранее известным ответом.

Представим себе созданного людьми несложного робота, который запрограммирован на выполнение правила стропальщика: «Не стой под грузом!» Робот может ездить на четырех колесах по огороженной со всех сторон забором площадке. Подъемный кран держит над площадкой груз, а крановщик старается расположить его над роботом. Робот следит за положением груза и, стараясь не оказаться под ним, все время отъезжает в сторону.

По нашему определению такой робот оказывается живым. В тоже время, наш здравый смысл отказывается считать такой ответ истиной.

Борется ли робот за свое существование, когда он отъезжает из-под груза? Он ведь не понимает, зачем он это делает. Значит, он отъезжает не в целях борьбы за существование, и, может быть, поэтому перестает соответствовать нашему определению жизни? Однако определение не случайно не требует, чтобы живой объект что-то осознавал. Наши безусловные рефлексы действуют аналогично программе робота из примера. Если мы случайно дотронемся до горячего предмета, то отдернем руку еще до того, как осознаем, зачем мы это сделали. Объекты растительного мира, который мы причисляем к живой природе, тоже вряд ли что-то осознают в процессе своей жизнедеятельности.

Зададимся следующим вопросом. Основывается ли вывод нашего здравого смысла, что робот не живой, на его поведении? Оказывается, нет. Наш здравый смысл причисляет робота к неживой природе только на основе нашего прошлого опыта о том, что роботы живыми не бывают. В доказательство этого утверждения представим, что вместо робота на нашей огороженной забором площадке будет живое существо – собака. Собака может бегать, лаять, бросаться на забор, но меньше всего ее будет беспокоить тот факт, что груз окажется над ней. Она тоже не осознает опасности от нависшего над ней груза, а ее условные и безусловные рефлексы не заставляют ее отбежать в сторону. В нашем примере робот борется за свое существование более адекватно сложившимся внешним условиям, чем собака, и, тем не менее, наш здравый смысл продолжает считать собаку живой, а робота нет. Полное игнорирование поведения робота при отнесении его к неживой природе порождает первые сомнения в истинности выводов нашего здравого смысла.

И все-таки что это – ошибка в формулировке определения или определение предсказывает возможность существования новой, отличной от биологической формы жизни? Может быть, наш здравый смысл относит робота из примера к неживой природе, исходя из стереотипа мышления, что жизнь может существовать только в биологической форме? Поиску ответов на эти вопросы посвящена третья часть работы.

3 Третий уровень эволюции

Наш последний пример показывает, что возможность существования созданных людьми роботов, которые в той или иной форме способны бороться за свое существование, не вызывает сомнений. Остался открытым вопрос: живые они или нет?

Предположим, что они живые, тогда, поскольку они созданы представителями биологической жизни, их форму жизни далее будем называть вторичной, а биологическую первичной. Термин «вторичная форма жизни» подчеркивает то, что она не может возникнуть из неживой природы, а может быть создана только «первичной формой жизни», то есть биологической.

Доказать возможность существования вторичной формы жизни можно теоретическим способом. Если мы сумеем найти движущие факторы эволюции вторичной формы жизни и доказать, что в сравнении с движущими факторами биологической эволюции Дарвина они приводят к дальнейшему усилению борьбы за существование и к ускорению эволюции, то тогда будем считать доказанной и саму возможность существования вторичной формы жизни.
Вспомним, что эволюция Дарвина объясняет появление новых биологических видов, а не эволюцию отдельно взятой живой особи. Более того, Дарвинизм даже исключает эволюцию отдельно взятой живой особи, потому что механизм приспособления биологической жизни к изменяющимся внешним условиям заключен в наследственной изменчивости. Следствием этого является то, что приспособиться к новым внешним условиям имеет шанс не сама живая особь, а только ее потомки.

Поэтому по аналогии с первичной формой жизни движущие факторы эволюции вторичной формы жизни мы будем искать, рассматривая не отдельно взятого ее представителя, а на воображаемом примере некоторого социума представителей вторичной жизни по аналогии с биологическим видом. То есть в своем допущении о возможности существования вторичной формы жизни нам придется пойти еще дальше и предположить, что сначала с помощью людей, а позже и самостоятельно представители вторичной формы жизни смогут создавать себе подобных.

Мы не имеем в виду завод, с конвейера которого сходят неотличимые друг от друга роботы. Внешне они действительно могут быть неотличимыми, но мы исходим из того, что по аналогии с биологической жизнью каждая особь вторичной жизни должна быть уникальной и для сохранения единства вида обладать изменчивой наследственной информацией не менее чем от двух родителей. Опишем один из многих теоретически возможных способов создания себе подобных представителями вторичной формы жизни в процессе спаривания двух бесполых особей.

Наследственной информацией существа вторичной формы жизни будем считать только управляющий алгоритм , рис.2. Принципиальным отличием такого подхода к наследственной информации от биологической жизни является то, что в ней наследственной информацией является еще и строение всего организма живого существа, то есть еще и датчиков, процессора, исполнительных механизмов. Новый подход к наследственной информации позволяет сделать алгоритм работы и накопленный в процессе жизнедеятельности опыт отделяемыми от остального тела существа вторичной формы жизни. Появляется возможность их переноса в новое, например, построенное на усовершенствованной элементной базе тело. Это делает представителей вторичной формы жизни защищенными от старения их тел.

Здесь мы находим первое необходимое условие для нашего доказательства возможности существования вторичной формы жизни – это ее усиление борьбы за существование по сравнению особями биологической жизни. Возможность избежать смерти от старости, конечно, означает усиление борьбы за существование, то есть за жизнь.

Вернемся к процессу спаривания особей вторичной формы жизни. Подобно тому, как кодируется ДНК в дискретных генах, управляющий алгоритм F может быть закодирован частями. Допустим, что у нас есть два бесполых представителя вторичной формы жизни с управляющими алгоритмами и и накопленным в процессе жизнедеятельности опытом и . В процессе их спаривания будут образованы два новых управляющих алгоритма и . Каждый из них составлен из частей родительских алгоритмов, которые случайным образом выбираются или из , или из . Далее новые алгоритмы управления обратно загружаются в прежние тела двух представителей вторичной формы жизни – загружается в тело первого, а в тело второго, на места , и соответственно. Обратим внимание, что в результате спаривания данные в памяти о накопленном в процессе жизнедеятельности опыте каждого из двух представителей вторичной формы жизни не изменились.

В результате такой процедуры как было два живых существа, так и осталось, причем, благодаря сохраненной памяти о своем прошлом, каждое из них продолжает считать себя прежней личностью, то есть осталось живым. Изменился только образ мышления каждого из них. Теперь он имеет некоторые черты их партнера. Сами партнеры могут выбираться случайным образом из представителей социума, проживших больше наперед заданного количества лет. Таким образом, в процессе жизни представитель вторичной формы жизни может пройти через через эту процедуру многократно.

В целях воспроизводства по этой процедуре могут создаваться в новых телах и новые особи. Они будут иметь новый алгоритм управления вместе с переданными с наследственной информацией безусловными рефлексами родителей, аналогичными тем, которые передаются детям в биологической жизни. У только что созданных новых особей память для хранения накопленного в процессе жизнедеятельности опыта будет совершенно пустой. В этом случае первое время их придется воспитывать как малых детей.

Имеет ли описанная процедура спаривания какие-то преимущества относительно полового размножения в биологической жизни? Преимуществ много, но мы рассмотрим только два главных из них.

Во-первых – это возможность искусственного отбора. У социума вторичной формы жизни имеется возможность оценки того, насколько полезно для социума провел отрезок жизни его представитель между прошлым спариванием и предстоящим. Сравнивая оценки двух выбранных для спаривания особей, социум может увеличить вероятность выбора наследственных частей из управляющего алгоритма той особи, оценка которой выше. Допустим, оценка была выше у первой особи, тогда в и в частей из , окажется больше, чем из . Негативная наследственность может искусственно подавляться социумом. Искусственный отбор тоже не лишен недостатков, однако известно, что в сравнении с биологическим естественным отбором он в тысячи раз ускоряет закрепление в наследственной информации желаемых признаков.

Во-вторых, в биологической жизни элементы новизны в изменчивости наследственной информации несут ее случайные мутации. Они вносят в наследственную информацию признаки, которых не было ни у одного из родителей. Природу к этому вынуждает то, что внешние условия жизни постепенно тоже начинают нести в себе принципиальные отличия от прошлых условий, в которых жили прежние поколения. Поэтому одним только прошлым опытом родителей решить задачу приспособления потомства к новым условиям жизни нельзя. Случайными мутациями природа вслепую пытается угадать в каком направлении следует направить адаптацию к внешним условиям. Лишь очень малая часть случайных мутаций оказывается полезной и закрепляется в наследственной информации через многие поколения. Особей с вредными для жизни мутациями из дальнейшей эволюции устраняет естественный отбор.

В описанном механизме спаривания особей вторичной формы жизни источник новизны в наследственной информации не упомянут потому, что в механизме спаривания его нет. Источником новизны для управляющего алгоритма F станут научно-исследовательские работы самих членов социума. Чтобы понять, насколько это эффективней случайных мутаций, достаточно представить, что новые модели наших электронных гаджетов разрабатывались бы методом внесения случайных изменений в их конструкции. Например, путем замены мест на принципиальной электрической схеме конденсатора и резистора. А потом, чтобы понять насколько полезными оказались изменения, разработчики ждали бы реакцию на них рынка.

Мы нашли и второе необходимое условие для доказательства возможности существования вторичной формы жизни – это ускорение ее эволюции по сравнению особями биологической эволюции Дарвина. Дадим очередное определение.

Эволюция третьего уровня – это способ эволюции природы, основанный на факторах эволюции вторичной формы жизни.

Движущие факторы эволюции третьего уровня остаются теми же, что и на двух предыдущих уровнях, рис.1, но отличаются от них только особенностями механизмов действия. Вот они:

Борьба за существование;
Естественный отбор;
Искусственный отбор и самосовершенствование внутреннего строения объекта;
Изменение условий существования.

Обратим внимание, что в сравнении с движущими факторами эволюции второго уровня, то есть эволюции Дарвина, изменениям подвергся только третий фактор эволюции, а именно фактор, определяющий способ модификации сопротивления неизбежным изменениям.

Механизм действия третьего фактора уже описан выше. Отметим, что искусственный отбор и самосовершенствование внутреннего состояния объекта означают, что на третьем уровне эволюции природа предоставляет представителям вторичной формы жизни самим решать, как им самим себя видоизменять. Это большой шаг вперед и первое качественное отличие эволюции третьего уровня от эволюции первых двух уровней.

Видно, что первый и третий факторы относятся к ведущему борьбу за свое существование материальному объекту. Четвертый фактор относится к внешним и внутренним условиям существования объекта, на которые сам объект начинает оказывать влияние уже на втором биологическом уровне эволюции. Вспомним пример о том, как чтобы не замерзнуть зимой, человек построил дом.

Вторым качественным отличием эволюции третьего уровня от первых двух уровней является то, что под частичный контроль объекта попадает даже и естественный отбор. Дело в том, что в случае уничтожения существа вторичной формы жизни естественным отбором его алгоритм управления и накопленный в процессе жизнедеятельности опыт, то есть память о его прошлом, в основном, хотя и не полностью, могут быть восстановлены с их резервной копии.

Добавить метки

Во все века жила, затаена, Надежда - вскрыть все таинства природы.

В. Брюсов

15.1. Доказательства эволюции живого

Понятие "эволюция" употребляется в разных смыслах, но большей частью отождествляется с развитием. В ходе изложения нам уже приходилось говорить о глобальной эволюции Вселенной, геологической эволюции и эволюции живой природы. Во всех этих случаях под эволюцией подразумевается процесс длительных, постоянных, медленных изменений, которые в конечном итоге приводят к изменениям коренным, качественным, завершающимся возникновением новых более сложных материальных систем, структур, форм и видов. Под эволюцией живого мира понимают процесс развития природы со времени возникновения жизни до настоящего времени. В ходе эволюции менялись и возникали новые виды, появлялись все более сложные формы живых организмов, причем живое приспосабливалось к изменениям окружающей среды. После возникновения одноклеточных ступень эволюции заключалась в образовании и прогрессивном развитии многоклеточного организма. Одной из важных предпосылок возникновения высокоразвитых форм жизни стало образование колоний клеток путем скопления клеток с ядрами (эукариотов) и распределения функций между ними. Возникновение примерно 0,6 млрд лет назад многоклеточных эукариотов привело к взрывоподобному увеличению числа высокоразвитых форм жизни. В течение сравнительно короткого

геологического периода появились многие виды беспозвоночных и макроскопические водоросли. Для того чтобы произошел этот эволюционный скачок, понадобились три шага: 1) развитие полового размножения; 2) открытие принципа гетеротрофии; 3) образование колоний клеток с распределением функций.

Всех многоклеточных разделяют на три царства: грибы (Fungi ), растения (Melaphyta ) и животные (Metazoa ). Относительно эволюции грибов известно очень мало, так как палеонтологическая летопись их остается скудной. Два других царства намного богаче представлены ископаемыми остатками, дающими возможность довольно подробно восстановить ход их истории.

В протерозойскую эру (около 1 млрд лет назад) эволюционный ствол древнейших эукариот разделился на несколько ветвей, от которых возникли многоклеточные растения (зеленые, бурые и красные водоросли), а также грибы. Большинство из первичных растений свободно плавало в морской воде (диатомовые, золотистые водоросли), часть прикреплялась ко дну.

Существенным условием дальнейшей эволюции растений было образование почвенного субстрата на поверхности суши в результате взаимодействия бактерий и цианей с минеральными веществами и под влиянием климатических факторов. В конце силурийского периода почвообразовательные процессы подготовили возможность выхода растений на сушу (440 млн лет назад). Среди растений, первыми освоивших сушу, были псилофиты.

Самые ранние следы животных обнаруживаются в конце докембрия (700 млн лет назад). Предполагается, что первые животные произошли либо от общего ствола всех эукариот, либо от одной из групп древнейших водорослей.

Можно выделить четыре основных этапа эволюции: 1) биохимическая эволюция, начавшаяся примерно 3 млрд лет назад и закончившаяся к кембрию; 2) морфофизиологический прогресс, осуществляемый на протяжении 500 млн лет до настоящего времени; 3) эволюция психики, начавшаяся около 250 млн лет назад с момента появления насекомых; 4) эволюция сознания, связанная с возникновением и развитием человеческого общества на протяжении последних 500 тыс. лет.

Основными доказательствами эволюции живой природы являются следующие.

1. Доказательства единства происхождения органического мира:

все организмы, будь то вирусы, бактерии, растения, животные или грибы, имеют удивительно близкий элементарный химический состав;

у всех у них особо важную роль в жизненных явлениях играют белки и нуклеиновые кислоты, которые построены всегда по единому принципу и из сходных компонентов. Высокая степень сходства обнаруживается не только в строении биологических молекул, но и в способе их функционирования. Принципы генетического кодирования, биосинтеза белков и нуклеиновых кислот едины для всего живого;

у подавляющего большинства организмов в качестве молекул - аккумуляторов энергии используется АТФ, одинаковы также механизмы расщепления Сахаров и основной энергетический цикл клетки;

большинство организмов имеют клеточное строение.

2. Эмбриологические доказательства эволюции. Отечественные и зарубежные ученые обнаружили и глубоко

изучили сходства начальных стадий эмбрионального развития животных. Все многоклеточные животные проходят в ходе индивидуального развития стадии бластулы и гаструлы. С особой отчетливостью выступает сходство эмбриональных стадий в пределах отдельных типов или классов. Например, у всех наземных позвоночных, так же и у рыб, обнаруживается закладка жаберных дуг, хотя эти образования не имеют функционального значения у взрослых организмов. Подобное сходство эмбриональных стадий объясняется единством происхождения всех живых организмов.

3. Морфологические доказательства эволюции:

а) особую ценность для доказательства единства происхождения органического мира представляют формы, сочетающие в себе признаки нескольких крупных систематических единиц. Существование таких промежуточных форм указывает на то,

что в прежние геологические эпохи жили организмы, являющиеся родоначальниками нескольких систематических групп. Наглядным примером этого может служить одноклеточный организм эвглена зеленая. Она одновременно имеет признаки, типичные для растений и для простейших животных;

б) строение передних конечностей некоторых позвоноч ных, несмотря на выполнение этими органами совершенно разных функций, в принципиальных чертах строения сходны. Некоторые кости в скелете конечностей могут отсутствовать, другие - срастаться, относительные размеры костей могут ме няться, но их гомология совершенно очевидна. Гомологичными называются такие органы, которые развиваются из одинаковых эмбриональных зачатков сходным образом;

в) некоторые органы или их части не функционируют у взрослых животных и являются для них лишними - это так называемые рудиментарные органы, или рудименты. Наличие рудиментов, так же как и гомологичных органов, - тоже сви детельство общности происхождения.

4. Палеонтологические доказательства эволюции.

Палеонтология указывает на причины эволюционных преобразований. В этом отношении интересна эволюция лошадей. Изменение климата на Земле повлекло за собой изменение конечностей лошади. Параллельно изменению конечностей происходило преобразование всего организма: увеличение размеров тела, изменение формы черепа и усложнение строения зубов, возникновение свойственного травоядным млекопитающим пищеварительного тракта и многое другое. В результате изменения внешних условий под влиянием естественного отбора произошло постепенное превращение мелких пятипалых всеядных животных в крупных травоядных. Богатейший палеонтологический материал - одно из наиболее убедительных доказательств эволюционного процесса, длящегося на нашей планете уже более 3 млрд лет.

5. Биогеографические доказательства эволюции.

Ярким свидетельством происшедших и происходящих эволюционных изменений является распространение животных и

растений по поверхности нашей планеты. Сравнение животного и растительного мира разных зон дает богатейший научный материал для доказательства эволюционного процесса. Фауна и флора палеоарктической и неоарктической областей имеют много общего. Это объясняется тем, что в прошлом между названными областями существовал сухопутный мост - Берингов перешеек. Другие области имеют мало общих черт.

Таким образом, распределение видов животных и растений по поверхности планеты и их группировка в биографические зоны отражают процесс исторического развития Земли и эволюции живого.

6. Островные фауна и флора.

Для понимания эволюционного процесса интерес представляют флора и фауна островов, которые полностью зависит от истории происхождения островов. Огромное количество разнообразных биографических фактов указывает на то, что особенности распределения живых существ на планете тесно связаны с преобразованием земной коры и с эволюционными изменениями видов.