Владимир Соломатин - Система гуманитарного и социально-экономического знания

Обмен веществ и энергии (метаболизм) – это процесс, лежащий в основе явлений жизни. Поток вещества и энергии, наблюдаемый в организме, обусловливает самовозобновление и самовоспроизведение. Совокупность процессов, соответствующих ассимиляции и приводящих к образованию веществ, которые входят в состав организма, получила название анаболизма. Совокупность процессов, соответствующих диссимиляции и приводящих к расщеплению сложных органических соединений организма, называется катаболизмом. По характеру ассимиляции все организмы делятся на гетеротрофные, автотрофные и миксотрофные. Гетеротрофные организмы нуждаются в готовых органических веществах, автотрофные синтезируют органические соединения своего тела из более простых, неорганических; миксотрофы занимают промежуточное положение.

По характеру диссимиляции организмы делятся на аэробные (использующие свободный кислород для процессов окисления) и анаэробные (у которых процессы диссимиляции происходят в бескислородной среде). Постоянно совершающийся процесс перехода химических элементов из одних соединений в другие, из состава земной коры в живые организмы, далее расщепление их на неорганические соединения и химические элементы и снова переход в состав земной коры называется круговоротом вещества и энергии.

Современная биология невозможна без теории эволюции. Идеи постепенного и непрерывного изменения всех видов растений и животных высказывались задолго до Ч. Дарвина многими учеными. В частности, Ж.-Б. Ламарк считал, что эволюция живых организмов происходит под направляющим влиянием условий окружающей среды, а все приобретенные живыми организмами благоприятные признаки оказываются наследственными и поэтому определяют ход дальнейшей эволюции. В первой половине XIX века уже был собран огромный материал из различных областей естествознания (геологии, палеонтологии, биогеографии, эмбриологии, сравнительной анатомии, учения о клеточном строении организмов, селекции), свидетельствующий в пользу эволюции. Создать эволюционную теорию смог Дарвин. Принципы его теории сводятся к следующим.

• Изменчивость свойственна организмам любого уровня, является общебиологическим свойством. Причину изменчивости Дарвин видел во влиянии окружающей среды. Он различал определенную и неопределенную виды изменчивости. Определенная изменчивость проявляется однотипно у особей, подвергшихся какому-либо определенному воздействию (модификационная изменчивость, происходящая в пределах нормы реакции). Неопределенная изменчивость (с современной точки зрения – это мутация) проявляется лишь у отдельных особей и происходит в различных направлениях. Эволюция связана именно с неопределенной изменчивостью.

• Изменчивость невозможна без наследственности. Если изменчивость обеспечивает разнообразие организмов, то наследственность – передачу изменений потомкам.

• Выделение в эволюционном процессе борьбы за существование в природе. Дарвин обратил внимание, что в природе рождается намного больше особей, чем может выжить. Все виды организмов имеют тенденцию к размножению в геометрической прогрессии, но выживает и достигает зрелости лишь небольшая часть потомства, поскольку развертывается борьба за выживание. «Борьба за существование» – метафорическое выражение, характеризующее различные отношения между организмами, начиная от сотрудничества внутри вида против неблагоприятных условий окружающей среды и кончая конкуренцией между организмами в добывании пищи, лидерстве и т. д. (внутривидовая и межвидовая борьба).

• В природе существует особый механизм отбора, который приводит к избирательному уничтожению организмов, оказавшихся неприспособленными к существующим или изменившимся условиям окружающей среды. Отсюда, выживание наиболее сильных и гибель наиболее слабых.

Самым уязвивым местом теории Дарвина были представления о наследственности. «В результате скрещивания особей с полезными признаками с другими особями, которые ими не обладают, они передадут эти признаки потомству в ослабленном виде. В конце концов в течение ряда поколений случайно возникшие полезные изменения должны постепенно ослабнуть, а затем и вовсе исчезнуть» [92] Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. – С. 214–215. . Принцип естественного отбора был обоснован недостаточно убедительно, прежде всего относительно передачи наследственных признаков.

Современная теория эволюции отличается от дарвиновской по ряду положений:

• выделена элементарная структура, с которой начинается эволюция – популяция (а не отдельная особь или вид, как было у Дарвина);

• устойчивое изменение генотипа популяции – элементарное явление эволюции;

• Дарвин выделял изменчивость, наследственность и борьбу за существование как факторы эволюции. Современная концепция добавляет к этим факторам и другие, которые оказывают действенное влияние на эволюционный процесс. Среди ведущих факторов эволюции в настоящее время выделяют мутационные процессы, популяционные волны численности и изоляцию.

Те затруднения, с которыми столкнулся Дарвин при объяснении наследственной передачи полезных признаков, были преодолены на основе законов наследственности, открытых Г. Менделем. Было выяснено, что отдельные наследственные признаки родителей при скрещивании не сливаются, а передаются потомству в первоначальном виде.

Основную массу эволюционного материала составляют различные формы мутаций, т. е. изменений, обусловленных реорганизацией воспроизводящих структур, их генетического аппарата. Этим мутации резко отличаются от модификаций, не затрагивающих генотипа особи. Мутации возникают внезапно. По характеру изменений генетического аппарата различают мутации, обусловленные:

• изменением числа хромосом (геномные);

• изменением структуры хромосом (хромосомные аберрации);

• изменением молекулярной структуры гена (генные, или толчковые, мутации).

В своей совокупности мутации представляют то, что Дарвин называл индивидуальной или неопределенной изменчивостью. Однако случайные изменения, оказавшиеся полезными в определенных условиях окружающей среды, отбираются в естественной природе или искусственно человеком для дальнейшей эволюции.

Вторым фактором эволюции являются популяционные волны («волны жизни»). Они определяют количественные флуктуации, или отклонения, от среднего значения численности организмов в популяции, а также области ее расположения (ареала). Установлено, что ни одна популяция не существует непрерывно на одном уровне численности. Эти колебания С. Четвериков назвал «волнами жизни». Резко уменьшившаяся по численности популяция затем восстанавливается и достигает прежнего уровня за счет случайно выживших особей. Случайное повышение концентрации некоторых мутаций дает новый материал для отбора. Таким образом, популяционные волны, наряду с мутационным процессом являются поставщиками элементарного эволюционного материала.