Біологія. 11 клас. Балан

Розділ V. Історичний розвиток органічного світу

Тема 1. Основи еволюційного вчення

Під час вивчення цієї теми ви дізнаєтесь про становлення еволюційних поглядів, основні положення синтетичної гіпотези еволюції, природний добір, механізми видоутворення, сучасні уявлення про фактори еволюції. Ви також навчитеся порівнювати природний і штучний добір, географічне та екологічне видоутворення.

§ 34. Становлення еволюційних поглядів

Аби краще засвоїти матеріал цього параграфа, слід пригадати: що таке модифікаційна мінливість? Які основні положення клітинної теорії?

Що таке еволюція?

Еволюція (від лат. еволютіо - розгортання) - це процес необоротних змін будови та функцій живих істот протягом їхнього історичного існування. Наслідком еволюції є пристосованість живого до умов навколишнього середовища в будь-який момент існування. Проблеми еволюції вивчає розділ біології - еволюційне вчення. Це наука про фактори, механізми, загальні закономірності та наслідки еволюції.

Окремі ідеї про історичний розвиток живих істот висловлювали ще античні мислителі (мал. 34.1): давньогрецькі - Геракліт, Демокріт, давньоримські - Тіт Лукрецій Кар та інші, однак спроби науково пояснити це явище з’явились лише на початку XIX ст.

У чому полягає еволюційна гіпотеза Ж.-Б. Ламарка?

Першу еволюційну гіпотезу створив видатний французький учений Жан-Батіст Ламарк (1744-1829) (мал. 34.2). Це була людина енциклопедичних знань і великого таланту. Він написав багатотомну працю «Флора Франції», створив систему безхребетних тварин, яка включала, поряд із сучасними, і викопні форми. Ж.-Б. Ламарк одночасно з Р. Тревіранусом запропонував термін біологія (1802), обґрунтував уявлення про окрему «область життя» на Землі (пізніше названу біосферою), проводив спостереження за психічною діяльністю тварин. Еволюційну гіпотезу Ж.-Б. Ламарка прийнято називати ламаркізмом. Сучасники її загалом не сприйняли.

Мал. 34.1. 1. Давньогрецький філософ Геракліт Ефеський (535-475 рр. до н. е.). Основна праця - «Про природу». Вважав, що світ вічний і єдиний; у ньому все змінюється і нічого не повторюється, в тому числі і жива матерія. Все підкоряється єдиному закону буття - боротьбі протилежностей. Крилаті вислови Геракліта - «все тече, все змінюється» та «в одну і ту ж річку двічі не увійти». 2. Давньогрецький філософ Демокріт (460-370 рр. до н. е.). Вважав, що життя зародилось у минулому із неживої матерії під впливом сонячного проміння. В живих організмах життя підтримують особливі «атоми вогню»; нові види з’являються внаслідок «взаємного змішування», тобто гібридизації. 3. Давньоримський поет і філософ Тіт Лукрецій Кар (99-55 рр. до н. е.). Написав філософську поему «Про природу речей». Вважав, що всі тіла складаються із різних сортів елементарних тілець - атомів та відрізняються їхніми випадковими поєднаннями Різноманітні живі організми також утворились із таких випадкових поєднань. Проте зберігались і давали нащадків лише найбільш пристосовані істоти

Свої еволюційні погляди Ж.-Б. Ламарк оприлюднив 1809 р. у книзі «Філософія зоології». Вони ґрунтуються на уявленні про те, що еволюція - це безперервний процес набуття корисних пристосувань живими організмами, які успадковуються нащадками. Вона відбувається як низка послідовних змін, що полягають в ускладненні будови і переходах від нижчого щаблю організації до вищого. Такі щаблі він назвав градаціями.

Нижчі градації - це бактерії та інші мікроскопічні організми, вищі - теплокровні тварини, зокрема ссавці і людина. Наявність видів, які перебувають на нижчих щаблях досконалості в кожний момент існування Землі, Ж.-Б. Ламарк пояснював тим, що життя безперервно самозароджується і багато організмів, які виникли пізніше, ще не встигли досягнути вищого щабля.

Нижчі організми, які не мають нервової системи, змінюються безпосередньо під впливом факторів довкілля: підводні листки рослини стрілиці стьожкоподібні (лінійні), бо їх витягує течія; на поверхні води вони округлі, щоб втриматися на плаву; нарешті, в повітряному середовищі листки жорсткі та стрілоподібні, щоб протистояти впливу вітру тощо (мал. 10.1).

Мал. 34.2. Жан-Батіст Ламарк (1744-1829)

Мал. 34.3. Вправляння органів та його результат у жирафи (за Ламарком)

Вищі організми, тобто тварини, що мають нервову систему, виробляють пристосування за схемою: зміна потреб веде до зміни звичок; зміна звичок викликає зміну дій, що зумовлює вправляння одних і невправляння інших органів. Органи, що вправляються, протягом низки поколінь розвиваються, а які не вправляються, зменшуються і зрештою зникають; ці зміни з покоління в покоління успадковуються. Наприклад, жирафа почала живитися листям дерев, тому весь час витягувала шию, щоб дістатись до крони: шия і передні ноги у неї видовжились, і ці набуті особливості успадкували нащадки (мал. 34.3). Неважко помітити, що Ж.-Б. Ламарк досліджував переважно модифікаційну мінливість.

Як рушійні сили еволюції - еволюційні фактори Ж.-Б. Ламарк визначив такі:

1. Успадкування набутих ознак. Це означає, що всякі зміни в будові чи функціях організму спадкові, виникають під впливом зовнішніх умов або внутрішніх чинників і завжди корисні для організму.

2. Внутрішнє вроджене прагнення організмів до прогресу не залежить від характеру зміни умов довкілля. Завдяки йому рівень організації організмів має підвищуватись від покоління до покоління й забезпечувати перехід на вищий рівень (наступну градацію). Прогресивним у гіпотезі Ж.-Б. Ламарка було те, що він визнавав вплив умов існування на формування ознак організмів.

Ж.-Б. Ламарк був єдиним ученим за всю історію біології, який вважав людиноподібних мавп безпосередніми предками людини. Згідно з його поглядами, сучасні шимпанзе, горили, орангутани в найближчому майбутньому перейдуть до вищої градації - людини. Критики еволюційних поглядів чомусь цю гіпотезу приписують Ч. Дарвіну, який її ніколи не підтримував.

Які успіхи біології сприяли подальшому розвитку еволюційного вчення?

Біологи першої половини XIX ст. зробили багато відкриттів, які стали системою доказів існування еволюції.

У галузях цитології та порівняльної ембріології обґрунтування клітинної теорії М. Шлейденом, Т. Шванном та Р. Вірховим, відкриття зародкових листків та основних етапів ембріогенезу у хребетних тварин К. Бером (мал. 34.4) та ін. дало початок ідеї про спільність походження живих істот.

Мал. 34.4. Відомі цитологи та ембріологи першої половини XIX ст.: 1 - Матіас Шлейден (1804-1881) - німецький ботанік, один із авторів клітинної теорії; 2 - Теодор Шванн (1810-1882) - німецький зоолог, співзасновник клітинної теорії; 3 - Рудольф Вірхов (1821-1902) - німецький цитолог і фізіолог. Уперше довів, що нові клітини виникають виключно внаслідок розмноження материнської; 4 - пам’ятник К. Беру в м. Тарту (Естонія). Карл Бер (1792-1876) - естонський і російський зоолог і ембріолог німецького походження; відкрив яйцеклітину ссавців, а також закономірності ембріонального розвитку тварин, зокрема розробив вчення про зародкові листки та їхні похідні, простежив розвиток багатьох органів; помітив, що на ранніх стадіях зародки різноманітних тварин дуже схожі, що свідчить про їх історичну спорідненість

Французький учений Ж. Кюв’є (мал. 34.5), вивчаючи викопні рештки організмів, встановив послідовну зміну певних флор і фаун у минулому Землі. Він був одним із засновників палеонтології (науки про викопні рештки живих організмів минулих геологічних епох) та порівняльної анатомії тварин. Зокрема, Ж. Кюв’є довів, що кожний тип тварин має притаманний лише йому план будови (тобто докорінно відрізняється від інших типів).

Щоб пояснити послідовні зміни населення Землі, цей учений розробив гіпотезу катастроф. Він використав дослідження геологів - англійця Ч. Лайєля та німця К. фон Гоффа, які в 20-30-ті роки XIX ст. показали, що тривалі проміжки відносно стабільного стану біосфери історично розділені різкими та короткочасними періодами змін. Ці зміни виникають унаслідок зсуву материкових платформ, горотворчих процесів, зниження чи підвищення рівня Світового океану, що супроводжується активізацією вулканічної діяльності і пов’язаним з нею збільшенням концентрації деяких газів в атмосфері (передусім оксидів Карбону, Нітрогену, Сульфуру), затопленням або, навпаки, осушенням значних територій тощо. Катастрофи призводили до повного знищення життя; такі ділянки згідно з поглядами Ж. Кюв’є або знову заселювались організмами з інших місць, або знову створювались актом Божественного творіння і не були ніяк пов’язані зі зниклими формами. Гіпотеза катастроф стала основою цілого напряму поглядів, що мають спільну назву неокатастрофізм.

Мал. 34.5. Жорж Леопольд Кюв’є (1769-1832)

Мал. 34.6. Засновники науки біогеографії: 1 - Олександр Гумбольдт (1769-1859) - знаменитий німецький мандрівник, географ і натураліст. Засновник ботанічної географії; вперше дослідив природну зональність суходолу, поясність рослинності в горах; вивчав тваринний і рослинний світ тодішньої Російської імперії, зокрема терени сучасної України; 2 - Петро-Симон Паллас (1741-1811) - видатний німецький і російський натураліст; організував експедиції в різні частини тодішньої Російської імперії, в тому числі і на теренах сучасної України. Вивчав тваринний і рослинний світ; основна праця - багатотомна «Флора Росії» (1784-1788). 1895 р. він переселився до Криму, вивчав його природу, заснував школи для виховання садівників і виноробів. 3. Голуба сорока - вид, описаний П.-С. Палласом у 1776 р. Цей птах має дуже дивний ареал - мешкає в Східній Азії (Китай, Корея, Монголія) та на Іберійському п-ві (Іспанія і Португалія)

У кінці XVIII - на початку XIX ст. розвинулась біогеографія - наука про закономірності розповсюдження на земній кулі видів живих істот і їхніх спільнот - біогеографічних комплексів. Вона виникла завдяки організації розвиненими країнами того часу експедицій в різні куточки земної кулі. Одними із засновників біогеографії були німецькі учені О. Гумбольдт та П.-С. Паллас (мал. 34.6).

Створення систем видів живих істот наштовхнуло різних учених на думку, що ступінь подібності певних груп одна до одної визначається їхнім походженням від спільного предка. Було показано, що між різними континентами, островами тощо тим більші відмінності в їхньому населенні, чим надійніше вони ізольовані одне від одного. Це явище можна пояснити тим, що в умовах ізоляції види пристосовуються до умов довкілля незалежно від видів інших місцевостей. Наприклад, молодий Ч. Дарвін (мал. 34.7, 1) під час навколосвітнього плавання відкрив, що на кожному з островів архіпелагу Галапагос мешкає свій вид дрібних пташок - в’юрків. Ці види, однак, досить близькі між собою і видом, який мешкає в тій частині Південної Америки, біля берега якої розташовані острови архіпелагу. Це явище навело Ч. Дарвіна на думку, що материковий вид свого часу розселився на архіпелаг, де внаслідок пристосувань до певних умов від нього виникли характерні для кожного острова різні види (мал. 34.7, 2).

Мал. 34.7. 1. Видатний англійський біолог Чарльз Дарвін (1809-1882). 2. Дарвінівські (галапагоські) в’юрки. Зверніть увагу: у різних видів ферма дзьоба залежить від раціону живлення

Мал. 34.8. Юстус Лібіх (1803-1873) - німецький хімік, один із засновників органічної хімії та біохімії. В екології - автор закону мінімуму. Він встановив, що з усього комплексу екологічних факторів, що діють на живий організм конкретного виду, найбільший обмежуючий вплив має той фактор, інтенсивність дії якого найбільш віддалена від оптимальної. Крім того, Ю. Лібіх показав, що продуктивність рослин залежить від того мінерального елемента, вміст якого у ґрунті найменший

Відомий німецький учений Ю. Лібіх (мал. 34.8) сформулював поняття про обмін речовин у природі за участю живих істот. Він встановив, що для підтримання родючості ґрунту в нього слід постійно вносити таку кількість хімічних елементів, яка вилучається рослинами. Успіхи хімії показали, що органічні речовини можуть виникати з неорганічних, а також було встановлено, що до складу живих істот входять ті самі хімічні елементи, що формують тіла неживої природи. Так було доведено хімічну єдність живої і неживої природи. Було встановлено основні класи органічних сполук, які входять до складу живих організмів, закладено основи вивчення фотосинтезу та фізіологічних процесів тварин тощо.

У першій половині XIX ст. було накопичено багато нових даних про життєдіяльність і будову живих організмів, які потребували свого теоретичного пояснення. Це і зробив видатний англійський учений Ч. Дарвін.

Нові терміни та поняття. Еволюція, неокатастрофізм, біогеографія.

Запитання для повторення: 1. Що таке еволюція? 2. Які фактори еволюції за Ж.-Б. Ламарком? 3. Які основні досягнення біологічних наук у першій половині XIX сторіччя вплинули на розвиток еволюційних ідей? 4. У чому суть гіпотези катастроф? 5. Яке значення палеонтології для розвитку еволюційних ідей? 6. Що вивчає біогеографія? 7. Як дані біогеографії вплинули на створення основ еволюційного вчення?

Проблемне завдання. Поміркуйте, чому одночасно існують організми, що перебувають на різних рівнях організації.