2.5. Биология в XVI–XIX вв

Антропоцентризм эпохи Возрождения дал толчок развитию биологического познания, а точнее, одной из его областей – медицины. Интерес к человеческой природе, а затем и ко всему миру живого в XVI–XVII вв. способствовал быстрому накоплению эмпирических знаний и становлению биологии как описательной дисциплины. В это время развивались в основном прикладные сферы биологического знания: медицина, цветоводство и садоводство, коневодство и т. п. Накопленный эмпирический материал нуждался в упорядочивании и систематизации. Эту задачу выполнила биология XVIII в. Так, К. Линней создал первую классификацию живых организмов, в которую входили 4 тыс. видов животных и 10 тыс. видов растений.

Для объяснения такого многообразия живых организмов уже в науке XVIII в. были выдвинуты различные концепции. ж. Бюффон предложил идею трансформации видов, которая подготовила почву для первой теории эволюции органического мира ж. Б. Ламарка. Эмпирической базой концепции ж. Б. Ламарка послужили данные о существовании таких разновидностей живых организмов, которые занимали промежуточное положение между двумя видами, о явлениях гибридизации, ископаемых формах живых организмов и т. п. ж. Б. Ламарк утверждал, что изменение биологических видов происходит благодаря прямому влиянию окружающей среды и приспособлению к ней живых организмов. Приспособление осуществляется путем изменения органов тела в результате тренировки. Именно тренировка органов тела является, по мнению ж. Б. Ламарка, основным фактором эволюции и причиной целесообразности в живой природе.

Совершенно иным образом идея трансформации видов была конкретизирована в концепции катастрофических изменений французского ученого ж. Кювье. ж. Кювье пришел к выводу, что некогда населявшие нашу планету животные вымирали почти мгновенно под действием различных катастрофических причин. Базой для такого вывода послужили прежде всего данные палеонтологии, которые свидетельствовали о том, что в геологических напластованиях обнаруживаются остатки только определенных животных, тогда как в других пластах эти остатки отсутствуют. ж. Кювье утверждал, что на Земле время от времени происходили внезапные глобальные катаклизмы, приводившие к вымиранию одних видов животных и появлению новых. При этом, по мнению французского ученого, в периоды между катастрофами никаких изменений органического мира не происходило. Появляющиеся в ходе глобального катаклизма виды более прогрессивны, однако они не имеют никакого отношения к уничтоженным, поэтому преемственности в живой природе нет. Для объяснения прогрессивного развития органического мира сторонники теории катастроф обращались к идее творящей силы, т. е. некой нематериальной силы, которая организует живую материю после очередной катастрофы.

Несмотря на существенные недостатки и ложные выводы, теория катастроф содержала новаторскую идею, которая была воспринята и по-своему интерпретирована современной наукой, – идею о единстве геологических и биологических изменений, единстве гео– и биогенеза (7.3). Теория катастроф сыграла также свою положительную роль в подготовке эволюционной теории, поскольку развивала идею трансформаций в растительном и животном мире.

Вместе с тем теория катастроф никак не объясняла причины глобальных катаклизмов, эта неопределенность давала серьезный повод для критики. В начале XIX в. с такой критикой выступил английский ученый Ч. Лайель. Ч. Лай-ель обратил внимание на то, что некоторые виды живых организмов, существовавшие в предшествовавшие геологические эпохи, продолжают существовать и сейчас, другие же виды, напротив, погибают. Английский ученый не утверждал, что одни виды живых организмов произошли от других, однако он подчеркивал, во-первых, медленный и постепенный характер геологических изменений; во-вторых, однообразие тех факторов, которые действуют на протяжении всей истории Земли; в-третьих, он обращал внимание на то, что на протяжении длительного времени происходит суммирование небольших изменений. При этом все трансформации Ч. Лайель сводил к обратимым, циклическим изменениям и отрицал возможность прогресса.

Труды своего соотечественника Ч. Лайеля подробно и внимательно изучал Ч. Дарвин. Во время кругосветного путешествия Ч. Дарвин собрал богатейший материал, свидетельствующий об изменчивости видов растений и животных. Особенно поразительной находкой был огромный скелет ископаемого ленивца, обнаруженный в Южной Америке. Сравнение с современными, небольшими по размерам ленивцами натолкнуло Ч. Дарвина на мысль об эволюции видов. По возвращении в Англию он продолжил изучение практики селекции домашних животных. Эти знания впоследствии помогли сформулировать идею естественного отбора.

Богатейший эмпирический материал, который к тому времени был накоплен в географии, археологии, палеонтологии, эмбриологии, физиологии, систематике и т. п., позволил английскому ученому сделать вывод о длительной эволюции живой природы. Свою концепцию Ч. Дарвин изложил в работе «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859). Книга Ч. Дарвина имела феноменальный успех, ее первый тираж (1250 экземпляров) был продан уже в первый день. По-видимому, такой ажиотажный спрос можно объяснить, с одной стороны, принципиальной новизной, а с другой – ожидаемостью идей, изложенных в книге Ч. Дарвина. Речь шла об объяснении возникновения живых существ без апелляции к идее Бога. Понятно, что для XIX в., когда преобладала идея Науки с большой буквы, такая книга была очень интересна, актуальна и своевременна. При этом следует отметить, что несмотря на огромную популярность у читающей публики идея постепенного появления в живой природе новых видов для научного сообщества того времени оказалась столь необычной, что была принята не сразу.

Ч. Дарвин предположил, что в популяциях животных существует конкуренция, благодаря которой выживают только те особи, которые обладают выгодными в данных конкретных условиях свойствами, позволяющими оставить потомство. Основу эволюционной теории Ч. Дарвина составляют три принципа:

• наследственности и изменчивости,

• борьбы за существование,

• естественного отбора.

Изменчивостъ

является неотъемлемым свойством всего живого. Несмотря на похожесть живых организмов одного вида, внутри популяции невозможно обнаружить две совершенно одинаковые особи. Эта вариативность признаков и свойств создает преимущество одних организмов перед другими. В обычных условиях различие свойств остается незаметным и не оказывает существенного влияния на развитие организмов, однако при изменении условий, особенно в неблагоприятную сторону, даже малейшее различие может дать одним организмам значительное преимущество перед другими. Только особи с соответствующими условиям свойствами оказываются способными выжить и оставить потомство. Ч. Дарвин различает неопределенную и определенную изменчивость.

Определенная изменчивостъ, или адаптивная модификация, – это способность особей одного вида одинаковым образом реагировать на изменение окружающей среды. Подобные групповые изменения не передаются по наследству, поэтому не могут поставлять материал для эволюции.

Неопределенная изменчивость, или мутация, – индивидуальные изменения в организме, которые передаются по наследству. Мутации не связаны напрямую с изменениями условий окружающей среды, однако именно неопределенная изменчивость играет важнейшую роль в эволюционном процессе. Случайно появившиеся позитивные изменения передаются по наследству, и в итоге выживает и достигает зрелости лишь небольшая часть потомства, которая обладает полезными наследственными свойствами.

Между живыми существами, как считает Ч. Дарвин, разворачивается

борьба за существование.

Конкретизируя это понятие, Ч. Дарвин указывал на то, что внутри вида рождается больше особей, чем доживает до взрослого состояния. Борьба за существование как раз и означает, что выживают и размножаются сильнейшие и наиболее приспособленные организмы, а слабые и неприспособленные погибают.

Естественный отбор

– ведущий фактор эволюции, объясняющий механизм образования новых видов. Естественный отбор происходит по принципу лучшей приспособленности к условиям окружающей среды, именно этот отбор выступает движущей силой эволюции. Механизм отбора приводит к избирательному уничтожению тех особей, которые менее приспособлены к условиям окружающей среды. Таким образом, естественный отбор обеспечивает прогресс в развитии живых организмов. Изменения происходят постепенно и очень медленно, однако их суммирование на протяжении длительного времени приводит к возникновению новых видов. По образному выражению Ч. Дарвина, естественный отбор «расследует» мельчайшие изменения, отбрасывая вредные и сохраняя полезные, и таким образом работает над усовершенствованием живых организмов.

Слабым звеном эволюционной теории Ч. Дарвина было отсутствие точного и убедительного объяснения механизма наследственности, поскольку законы наследования в то время еще не были известны. Так, эволюционная теория не объясняла, каким образом происходят накопление и сохранение полезных наследственных изменений в результате дальнейшего скрещивания живых организмов. Вопреки бытовавшему мнению, что при скрещивании организмов с полезными свойствами и организмов, у которых эти свойства отсутствуют, должно происходить усреднение полезных признаков, их растворение в череде поколений, эволюционная теория предполагала, что эти признаки накапливаются. Противники эволюционной теории утверждали, что естественный отбор не действует, а популяция со временем должна становиться совершенно однородной. Ч. Дарвин сознавал слабости своей концепции, однако не сумел удовлетворительно объяснить механизм наследования. Ответ на этот вопрос дала теория Г. Менделя, которая обосновала дискретный характер наследственности (5.6). Создание в XX в. синтетической теории эволюции завершило объединение эволюционной теории и генетики (5.7).

Значительным достижением классической биологии стало создание теории клеточного строения живых организмов. В комплексе современных биологических знаний существует отдельная дисциплина, занимающаяся изучением клетки, –

цитология.

Исследование микроскопического строения живых организмов стало возможно благодаря изобретению в 1600 г. микроскопа. Понятие «клетка» было введено в научный обиход английским ботаником Р. Гуком в 1665 г. Рассматривая срезы высушенной пробки, он обнаружил множество ячеек, или камер, которые назвал клетками. Однако с момента этого открытия до создания клеточной теории прошло еще два столетия.

В 1837 г. немецкий ботаник М. Шлейден предложил теорию образования растительных клеток, основные идеи которой он изложил в работе «Данные о развитии растений». По мнению М. Шлейдена, важную роль в размножении и развитии клеток играет клеточное ядро, существование которого было установлено в 1831 г. Р. Броуном. В 1839 г. соотечественник М. Шлейдена анатом Т. Шванн, опираясь на экспериментальные данные и теоретические выводы своего коллеги, создал клеточную теорию строения живых организмов. Основные идеи своей концепции Т. Шванн изложил в работе «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». Создание в середине XIX в. клеточной теории стало существенным шагом в становлении биологии как самостоятельной научной дисциплины. Основные положения и принципы концепции М. Шлейдена и Т. Шванна сохраняют свою актуальность и для современной биологии.

Клетка

– это элементарная биологическая единица, структурно-функциональная основа всего живого. Клетки осуществляют самостоятельный обмен веществ, способны к делению (воспроизводству) и саморегуляции, т. е. обладают всеми свойствами живого. Образование новых клеток из неклеточного материала невозможно, размножение клеток происходит только благодаря делению. Органическое развитие следует рассматривать как универсальный процесс клеткообразования. В структуре клетки выделяют мембрану, отграничивающую содержимое клетки от внешней среды; цитоплазму, представляющую собой соляной раствор с растворимыми и взвешенными ферментами и молекулами РНК; ядро, содержащее хромосомы, состоящие из молекул ДНК и присоединенных к ним белков. Различают два способа деления клеток: митоз и мейоз.

Митоз

– деление клеточного ядра на два дочерних с наборами хромосом, идентичными набору хромосом родительской клетки. Митоз характерен для всех клеток, кроме половых.

Мейоз

– деление клеточного ядра на четыре дочерних ядра, в каждом из которых содержится вдвое меньше хромосом, чем в родительской клетке. Такой способ деления характерен только для половых клеток.

Клеточная теория строения живых организмов стала убедительным аргументом в пользу идеи единства происхождения жизни на Земле и оказала существенное влияние на формирование современной научной картины мира.