С точки зрения ламарка признаки приобретенные организмами в течение жизни

Подробное решение параграф 2 по биологии для учащихся 11 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2016

• Гдз рабочая тетрадь по Биологии за 11 класс можно найти тут

Стр. 13. Вспомните.

1. Что такое эволюция?

Термин «эволюция» (от лат. evolutio – развёртывание) был введён в науку в XVIII в. швейцарским зоологом Шарлем Бонне. Под эволюцией в биологии понимают необратимый процесс исторического изменения живых существ и их сообществ. Эволюционное учение – это наука о причинах, движущих силах, механизмах и общих закономерностях преобразования живых существ во времени. Теория эволюции занимает особое место в изучении жизни. Ей принадлежит роль объединяющей теории, которая образует фундамент для всей биологической науки.

2. Чем объясняется господство представлений о неизменности видов в эпоху К. Линнея?

В XVIII в. в Европе господствовало мировоззрение, основанное на догматах христиан-ской церкви. Ученые считали, что поскольку все живые организмы созданы Богом, то они совершенны, отвечают цели своего существования и неизменны во времени. Такое метафизическое направление в биологии получило название «креационизм».

Стр. 16. Вопросы для повторения и задания.

1. Какой вклад в биологию внес Ж. Б. Ламарк? Изложите основные положения его эволюционной теории.

Ламарк стал создателем первой теории эволюции, которая известна сейчас как «ламаркизм». Так же он ввёл в обиход термин «биология». Кроме того он написал огромное количество трудов по биологии(наиболее известные «Философия зоологии» и труды по беспозвоночным).

Основные положения теории Ламарка:

1. Идея изменяемости видов(и,соответственно выделяются законы изменяемости видов)

2. Процесс самозарождения жизни продолжается постоянно

3. У всех организмов существует стремление к совершенствованию

4. Закон упражнения и неупражнения органов(если орган нужен, то это ведёт к его дальнейшему развитию, нет к деградации)

5. Первые организмы произошли из неорганической природы

6. Связь эволюции живых организмов с изменениями условий окружающей среды

7. Наследование благоприятных признаков

2. Охарактеризуйте верные и ошибочные положения теории эволюции Ж. Б. Ламарка?

1. для живой природы характерна эволюция

2. факторы среды принимают непосредственное участие в формировании приспособлений

3. скорость эволюционных преобразований составляет сотни тысяч и миллионы лет

1. эволюционная единица – особь

2. стремление к совершенствованию

3. фенотипические изменения , возникшие в результате воздействия факторов среды

3. Могут ли наследоваться признаки, приобретенные в течении жизни организма?

Приобретенные в течение жизни организма признаки наследуются,е сли их причиной является мутация, которая затрагивает генетический материал гамет.

Без этого наследование приобретенных признаков (например, в результате упражнения и неупражнения органов), невозможно.

4. Как объяснял Ж. Кювье палеонтологические данные о смене форм животных на Земле? Изложите его теорию катастроф.

Для объяснения исчезновения видов, встречающихся в более древних геологических отложениях, французский зоолог Жорж Кювье выдвинул теорию катастроф. Согласно ей, в результате стихийных бедствий на значительной части земного шара погибали все растения и животные. Затем на их место переселялись организмы, уцелевшие на других территориях и никак не связанные с предыдущими. Ученики Кювье впоследствии дополнили его теорию предположением, что после глобальных катастроф совершались новые акты божественного творения.

Подумайте и выполните.

1. Как вы считаете, почему главный труд К. Линнея назывался «Система природы», а Ж. Б. Ламарка – «Философия зоологии»?

К. Линней эволюцию не признавал и пытался понять Божественный умысел, а Ж. Б. Ламарк строил лестницы существ, внутреннее стремление к прогрессу, градации, эволюционное учение создавал.

2. Можно ли экспериментально проверить и, следовательно, доказать или опровергнуть утверждения Ж. Б. Ламарка?

Ламарк считал, что первоначально всё живое на Земле было сотворено Богом и лишь впоследствии уже развивалось, эволюционировало, совершенствовалось само по себе. Ни у Ламарка, а тем более у Дарвина, никогда не было доказательств. Поэтому доказать нельзя экспериментально утверждения Ламарка.

3. Оцените значимость работ Ж. Кювье для дальнейшего развития наук.

Для того чтобы объяснить исчезновение видов, Кювье выдвинул теорию катастроф. Согласно этой теории, в результате стихийных бедствий на значительной части земного шара погибали все растения и животные, а затем на их место переселялись уцелевшие на других территориях и никак не связанные с предыдущими организмы. Ученики Кювье позже развили эту теорию. Они предположили, что после катастроф, в которых гибло всё живое планеты, совершались новые акты божественного творения. В течение нескольких десятилетий теория катастроф имела широкое научное признание, но прошло время, и большинство учёных предпочли ей эволюционную теорию Дарвина.

4. Сравните градации Ламарка и «лестницу существ» Аристотеля. В чём их сходство и отличия?

Сходство в том что, вышей ступенью является человек.

Занимаясь классификацией животных, французский биолог Ж.Б.Ламарк пришел к выводу, что виды не остаются постоянными, они медленно и постоянно изменяются. Ламарк впервые в истории биологии сформулировал положение об эволюционном развитии живой природы: жизнь возникает путем самозарождения простейших живых тел из веществ неживой природы. Дальнейшее развитие идет по пути прогрессивного усложнения организмов и в природе существует некий изначальный закон внутреннего стремления организмов к самосовершенствованию.

В 1809 г Ламарк. выдвинул гипотезу о механизме эволюции, в основе которой лежали две предпосылки: упражнение и неупражнение частей организма и наследование приобретен­ных признаков. Изменения среды, по его мнению, могут вести к изменению форм поведения, что вызовет необходимость использовать некоторые органы или структуры по-новому или более интен­сивно (или, наоборот, перестать ими пользоваться). В случае интенсивного использования эффектив­ность и (или) величина органа будет возрастать, а при неиспользовании может наступить дегенерация и атрофия. Эти признаки, приобретенные индиви­дуумом в течение его жизни, согласно Ламарку, наследуются, т.е. передаются потомкам.

С точки зрения ламаркизма, длинная шея и ноги жирафа — результат того, что многие поколения его некогда коротконогих и короткошеих предков пита­лись листьями деревьев, за которыми им приходи­лось тянуться все выше и выше. Незначительное удлинение шеи и ног, происходившее в каждом поколении, передавалось следующему поколению, пока эти части тела не достигли своей нынешней длины. Перепонки между пальцами у водоплаваю­щих птиц и форму тела камбалы объясняли таким же образом. Перепонки возникли в результате по­стоянного раздвигания пальцев и растягивания кожи между ними при плавании в поисках пищи или для спасения от хищников, а уплощенное тело-из-за лежанья на боку на мелководье. Хотя теория Ламарка способствовала подготовке почвы для при­нятия эволюционной концепции, его взгляды на механизм изменения никогда не получили широкого признания.

Однако Ламарк был прав, подчеркивая роль усло­вий жизни в возникновении фенотипических измене­ний у данной особи. Например, занятия физкульту­рой увеличивают объем мышц, но хотя эти приобре­тенные признаки затрагивают фенотип, они не яв­ляются генетическими и, не оказывая влияние на генотип, не могут передаваться потомству. Для того чтобы доказать это, Вейсман на протяжении многих последовательных поколений отрезал мышам хвос­ты. По теории Ламарка вынужденное неупотребле­ние хвостов должно было бы привести к их укороче­нию у потомков; однако этого не произошло. Вейс­ман постулировал, что признаки, приобретаемые сомой (телом) и приводящие к изменению феноти­па, не оказывают прямого воздействия на половые клетки (гаметы), с помощью которых признаки передаются следующему поколению. Его теория непрерывности зародышевой плазмы» была истори­чески необходима, для того чтобы стало возмож­ным признание наследования генетических особен­ностей при половом размножении.

Дата добавления: 2015-11-16 ; просмотров: 662 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Ж. Б. Ламарк и его эволюционные воззрения

Жан Батист Ламарк (рисунок 1) родился 1 августа 1744 года в местечке Базантен в семье небогатых дворян. Он принадлежал к старинному, но давно обедневшему роду и был 11 ребёнком в семье.

В возрасте двадцати четырёх лет Ламарк оставил военную службу, через некоторое время приехал в Париж, чтобы учиться медицине. Во время обучения его увлекли естественные науки, особенно ботаника.

В 1778 году он выпустил трёхтомный труд «Французская флора». В третьем её издании Ламарк начал вводить двураздельную, или аналитическую, систему классификации растений.

В 1793 году Королевский ботанический сад, где он работал, был реорганизован в Музей естественной истории, в котором он стал профессором по кафедре зоологии насекомых, червей и микроскопических животных, Ламарк руководил этой кафедрой в течение 24 лет.

С 1815 по 1822 годы выходил в свет капитальный семитомный труд Ламарка «Естественная история беспозвоночных», в котором он описал все их известные в то время роды и виды. Если Линней разделил их только на два класса (червей и насекомых), то Ламарк выделил среди них 10 классов.

Ламарк ввёл в обращение и ещё один термин, ставший общепринятым – «биология» (в 1802 году). Он сделал это одновременно с немецким учёным Г. Р. Тревиранусом и независимо от него.

Но самым важным трудом Ламарка стала книга «Философия зоологии», вышедшая в 1809 году. В ней он изложил свою теорию эволюции живого мира. Ламарк первым заговорил об изменении организмов под влиянием окружающей среды и передаче приобретенных признаков потомкам. Однако он в своей теории опирался на ряд неверных исходных положений, из-за которых ему не удалось решить вопрос о соотношении внутренних и внешних факторов.

Ламарк считал, что первые самозародившиеся организмы дали начало всему многообразию ныне существующих органических форм. К этому времени в науке уже достаточно утвердилось представление о «лестнице существ» как последовательном ряде независимых, неизменных, созданных творцом форм. Он видел в градации этих форм отражение истории жизни, реального процесса развития одних форм из других. Развитие от простейших до самых совершенных организмов — главное содержание истории органического мира.

Но отвечая на вопрос о движущих силах и факторах эволюции, главной причиной эволюции Ламарк считал присущее живой природе изначальное (заложенное Творцом) стремление к усложнению и самосовершенствованию своей организации. Он видел его во врожденной способности каждого индивида к усложнению организма.

Вторым фактором эволюции он называл влияние внешней среды: пока она не изменяется, виды постоянны, как только она становится иной, виды также начинают меняться. При этом изменение живых организмов происходит в результате воздействия на живые тела факторов внешней среды: климата, почвы, пищи, света, тепла, атмосферного влияния и т. д.

Влияние внешних факторов на растения сказывается непосредственно, вызывая у них соответствующие изменения, которые могут передаваться по наследству. У животных, обладающих нервной системой, эволюционирование происходит более сложным путем. Сначала меняются привычки и навыки, возникают новые потребности, благодаря чему животные начинают пользоваться одним органом и не упражняют другой. Так происходят изменения в структуре организма и его функций.

Исходя из уровня организации живых существ, Ламарк выделял две формы изменчивости: прямую — непосредственную изменчивость растений и низших животных под влиянием условий внешней среды и косвенную — изменчивость высших животных, имевших развитую нервную систему, воспринимавшую воздействие условий существования и вырабатывавшую привычки, средства самосохранения, защиты.

Обосновав происхождение изменчивости, Ламарк проанализировал второй фактор эволюции — наследственность. Он отмечал, что индивидуальные изменения, если они повторяются в ряде поколений, при размножении передаются по наследству потомкам и становятся признаками вида. При этом, если одни органы животных развиваются, то другие, не вовлеченные в процесс изменений, атрофируются. Так, например, в результате упражнений у жирафа появилась длинная шея, ведь предки жирафа, питаясь листьями деревьев, тянулись за ними и в каждом поколении шея и ноги росли.

Тем самым Ламарк высказал предположение, что изменения, которые растения и животные приобретают в течение жизни, наследственно закрепляются и передаются по наследству потомкам. При этом потомство продолжает развиваться в том же направлении, и один вид превращается в другой.

Ламарк полагал, что историческое развитие организмов имеет не случайный, а закономерный характер и происходит в направлении постепенного и неуклонного совершенствования, повышения общего уровня организации. Кроме того, он подробно проанализировал предпосылки эволюции и сформулировал главные направления эволюционного процесса и причины эволюции. Он также разработал проблему изменчивости видов под влиянием естественных причин, показал значение времени и условий внешней среды в эволюции, которую рассматривал как проявление общего закона развития природы.

Заслугой Ламарка является и то, что он первым предложил генеалогическую классификацию животных, построенную на принципах родственности организмов, а не только их сходства.

Сущность теории Ламарка заключается в признании того, что животные и растения не всегда были такими, какими мы их видим теперь. Он доказал, что они развивались в силу естественных законов природы, следуя эволюции всего органического мира.

Таким образом, основными положениями учения Ж.Б. Ламарка являются: 1) низшие организмы возникают из тел неживой природы путем самозарождения; 2) виды организмов не являются неизменными, постоянными, а изменяются во времени; 3) имеющееся многообразие форм органического мира есть результат градации — развития форм от низших к высшим; 4) оно сопровождается процессом приспособления организмов к изменяющимся условиям существования, путем упражнения и неупражнения органов и путем передачи по наследству благоприобретенных признаков. В основу учения Ламарка положен принцип изначальной целесообразности организации, принцип приспособительной изменчивости.

Для ламаркизма характерны два основных методологических признака:

• телеологизм — как присущее организмам стремление к совершенствованию;

• организмоцентризм — признание организма в качестве элементарной единицы эволюции, прямо приспосабливающегося к изменению внешних условий и передающего эти изменения по наследству.

С точки зрения современной науки эти положения принципиально неверны, они опровергаются фактами и законами генетики. К тому же доказательства причин изменяемости видов, приводимые Ламарком, не были достаточно убедительными. Поэтому теория Ламарка не получила признания у современников. Но она не была и опровергнута, ее лишь забыли на некоторое время, чтобы вновь вернуться к его идеям во второй половине XIX века, положив их в основу всех антидарвинистских концепций.

К 1820 году Ламарк полностью ослеп, свои труды диктовал дочерям. Жил и умер в бедности и неизвестности, дожив до 85 лет, 18 декабря 1829 года.

Оценка учения Ж. Б. Ламарка. При несомненной прогрессивности взглядов Ламарка его концепция понимания причин эволюции была ошибочной, эволюционные взгляды были слабо аргументированы фактическим материалом. Тем не менее, им предложена первая целостная концепция развития органического мира. Он поднимает основные проблемы эволюции. В его учении отмечены предпосылки (изменчивость и наследственность) эволюции, он пытается объяснить эволюционный процесс. В основе учения Ж.Б. Ламарка лежит правильный вывод о безграничной изменчивости видов, его учение насыщенно элементами эволюционизма.

Итак, впервые эволюционное учениекак целостная система взглядов, доказывающих развитие природы, было создано французским биологом Ж. Б. Ламарком и рядом других ученых в первой половине XIX в.

Дата добавления: 2016-12-05 ; просмотров: 699 | Нарушение авторских прав

С точки зрения ламарка признаки приобретенные организмами в течение жизни

1. Объясните, почему учение Ламарка о происхождении и историческом развитии живых организмов называют научной теорией.

Теорию Ламарка называют научной, так как ученый своими трудами внес большой вклад в биологию; сам термин «биология» принадлежит ему. Теория эволюции Ламарка, в отличие от предыдущих теорий, опиралась на научные исследования. Он заложил основы естественной системы классификации, которая была тщательно отработана им и обоснована научными фактами.

2. Выберите и подчеркните правильный ответ на вопрос.

Что Ламарк считал главной движущей силой эволюции?

Ответ: внутреннее стремление к прогрессу.

3. Закончите утверждение.

В качестве основных механизмов изменчивости Ламарк полагал:

1. Стремление организмов к совершенствованию.

2. Прямое влияние внешней среды и наследование признаков, приобретаемых в течение жизни организма.

4. Выберите и подчеркните правильный ответ на вопрос.

Какие качественно новые категории ввел Ламарк в биологическую науку?

Ответ: фактор времени, условия внешней среды.

5. Отметьте отрицательные (ошибочные с современной точки зрения) стороны эволюционного учения Ламарка.

Ламарк считал, что виды развиваются и приобретают усложнения главным образом путем совершенствования. Доказательства его не были убедительными. Ученый отводил решающую роль в эволюции прямому влиянию внешней среды, упражнению и неупражнению органов и наследованию приобретенных признаков. Но он не мог объяснить возникновение приспособлений, обусловленных «мертвыми» структурами (например, окраску скорлупы яиц). Он был стихийным эволюционистом. В отличие от теории Ламарка, теория видообразования Чарльза Дарвина была полностью продуманной и фундаментально обоснованной.

2. Эволюционная теория Ж. Б. Ламарка

2. Эволюционная теория Ж. Б. Ламарка

Вспомните!

Что такое эволюция?

Чем объясняется господство представлений о неизменности видов в эпоху К. Линнея?

В конце XVIII в. большинство учёных было готово принять идею об изменяемости видов. Продолжалось активное накопление научных знаний, многие из которых было сложно объяснить с точки зрения неизменности видов. Серьёзные перемены происходили в социально-экономической и политической обстановке Европы, в 1789–1794 гг. во Франции разразилась революция. Коренные изменения, которые потрясали общество, приводили к мысли, что и в природе не может быть постоянства.

Создателем первой эволюционной теории стал выдающийся французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк. Учёный считал, что наиболее общие категории явлений, такие как пространство, движение, материя и время, созданы Богом, а все остальные объекты образованы самой природой. Своей задачей Ламарк считал поиск того пути, по которому шла природа, формируя существующее многообразие живых существ. Эволюционную теорию Ламарк изложил в двухтомном труде «Философия зоологии» (1809). Учёный определил два основных направления эволюционного процесса: постоянное усложнение уровня организации живых существ, происходящее во времени (градация, от лат. gradatio – постепенное повышение), и увеличение разнообразия под действием условий среды. Таким образом, эволюционную теорию Ламарка можно разделить на две части: учение о градации организмов и учение об изменчивости.

Учение о градации организмов. Ламарк считал, что первые организмы произошли из неорганической природы путём самозарождения. Их дальнейшее развитие привело к усложнению живых существ, поэтому классификация организмов не может быть произвольной, она должна отображать процесс движения от низших форм к высшим. Всех животных учёный разделил на 14 классов, которые распределил по степени усложнения организации, образовав 6 ступеней – градаций (рис. 4). Самый низший уровень в этой системе занимали инфузории, наиболее высокий – млекопитающие. Для того чтобы объяснить механизм усложнения живых существ, Ламарк предположил существование у всех организмов стремления к совершенствованию, изначально заложенного в них Богом (принцип самосовершенствования). Одновременное наличие в природе и простых, и более сложных организмов Ламарк объяснял постоянно продолжающимся процессом самозарождения жизни.

Рис. 4. Градации Ламарка

Учение об изменчивости. Совершенствуясь, организмы вынуждены приспосабливаться к условиям внешней среды. Для того чтобы объяснить, как возникает разнообразие на каждой ступени «лестницы существ», Ламарк сформулировал два закона.

Закон упражнения и неупражнения органов: постоянное употребление органа ведёт к его усиленному развитию, а неупотребление – к ослаблению и исчезновению. Согласно этому закону необходимость доставать листья на деревьях ведёт к тому, что жираф, стараясь до них дотянуться, постоянно вытягивает шею, в результате чего она становится длинной. Муравьеду, чтобы доставать муравьёв из глубины муравейника, приходится вытягивать язык, и он становится тонким и длинным, а перепонки между пальцами ног у водоплавающей птицы возникают из-за постоянного раздвигания пальцев и растягивания кожи во время плавания. Примером исчезновения органов в результате неупражнения является редукция глаз у крота.

Закон наследования благоприобретённых признаков: под действием постоянных упражнений и неупражнений органы изменяются, и возникшие изменения наследуются. По мнению Ламарка, вытянувшаяся в течение жизни шея жирафа будет передана следующему поколению, которое родится уже с более длинной шеей. Открытие в XX в. материальной основы наследственности – ДНК – окончательно опровергло возможность наследования благоприобретённых признаков.

Для того чтобы доказать, что признаки, приобретённые в течение жизни, не передаются по наследству, известный исследователь Август Вейсман отрезал хвосты подопытным мышам на протяжении 22 поколений. Однако никакого укорочения хвостов у потомков не произошло.

Значение теории Ламарка. Учение Ламарка стало первой целостной эволюционной теорией. Учёный определил предпосылки эволюции (изменчивость и наследственность) и указал направление эволюции (усложнение организации). Однако, правильно оценив развитие природы от простого к сложному, Ламарк не смог вскрыть причины эволюции. Созданная теория не могла объяснить многие существующие явления, такие как наследование нефункционирующих признаков (например, рудиментарные органы), появление мимикрии или покровительственной окраски.

Эволюционные идеи Ламарка не нашли поддержки у современников и подверглись критике со стороны многих учёных, одним из которых был Жорж Кювье – основоположник сравнительной анатомии и палеонтологии.

Ж. Б. Ламарк преподнёс свою книгу «Философия зоологии» в подарок французскому императору Наполеону Бонапарту, но тот так резко отозвался об этом труде, что пожилой учёный не смог удержаться от слёз.

Скончался Ламарк в бедности и безвестности, дожив до 85 лет. До его последнего часа с ним оставалась дочь Корнелия, писавшая под диктовку ослепшего отца.

В 1909 г., в столетнюю годовщину выхода в свет «Философии зоологии», в Париже был открыт памятник Ламарку. На одном из барельефов памятника изображён Ламарк в старости. Он сидит в кресле, а его дочь, стоя рядом, говорит ему: «Потомство будет восхищаться Вами, отец, оно отомстит за Вас».

Теория катастроф Ж. Кювье. Европейские учёные достаточно часто находили ископаемые остатки каких-то животных и растений, совсем не похожие на современные. Предположение о том, что некогда существовали какие-то другие, ныне вымершие существа, шло вразрез с господствующей тогда теорией креационизма (вечности жизни и неизменности существования видов). Ж. Кювье собрал множество таких находок, описал их, систематизировал и установил, что в более древних геологических отложениях находятся только остатки моллюсков и рыб, в более поздних появляются рептилии, а ещё позднее – млекопитающие. Для того чтобы объяснить исчезновение видов, Кювье выдвинул теорию катастроф. Согласно этой теории, в результате стихийных бедствий на значительной части земного шара погибали все растения и животные, а затем на их место переселялись уцелевшие на других территориях и никак не связанные с предыдущими организмы. Ученики Кювье позже развили эту теорию. Они предположили, что после катастроф, в которых гибло всё живое планеты, совершались новые акты божественного творения. В течение нескольких десятилетий теория катастроф имела широкое научное признание, но прошло время, и большинство учёных предпочли ей эволюционную теорию Дарвина.

Вопросы для повторения и задания

1. Какой вклад в биологию внёс Ж. Б. Ламарк? Изложите основные положения его эволюционной теории.

2. Охарактеризуйте верные и ошибочные положения теории эволюции Ж. Б. Ламарка.

3. Могут ли наследоваться признаки, приобретённые в течение жизни организма?

4. Как объяснял Ж. Кювье палеонтологические данные о смене форм животных на Земле? Изложите его теорию катастроф.

Подумайте! Выполните!

1. Как вы считаете, почему главный труд К. Линнея назывался «Система природы», а Ж. Б. Ламарка – «Философия зоологии»?

2. Можно ли экспериментально проверить и, следовательно, доказать или опровергнуть утверждения Ж. Б. Ламарка?

3. Оцените значимость работ Ж. Кювье для дальнейшего развития науки.

4. Сравните градации Ламарка (см. рис. 4) и «лестницу существ» Аристотеля (см. рис. 2). В чём их сходство и отличия?

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

От Ламарка к Дарвину. и обратно

Александр Владимирович Марков,
доктор биологических наук, старший научный сотрудник Палеонтологического института
«Экология и жизнь» №1, 2008

В 2009 году весь мир отметит 200 лет со дня рождения Чарлза Дарвина, на протяжении многих лет считавшегося признанным автором общепризнанной теории эволюции всего живого. Ее основные положения выдвинуты им в знаменитом труде «Происхождение видов путем естественного отбора», которому в том же году исполнится 150 лет. Этим двум знаменательным событиям журнал «Экология и жизнь» намерен посвятить цикл материалов о различных аспектах и проблемах эволюции, в последние годы вновь вызывающих ожесточенные споры и привлекающих внимание представителей самых разных научных дисциплин, — полемика по многим вопросам эволюционного учения до сих пор не только не утихает, но и разгорается с новой силой. В первом номере предъюбилейного года мы предлагаем вниманию читателей первую из задуманных публикаций, посвященную одному из наиболее интересных предметов дискуссий — наследованию изменений, происходящих в ходе эволюции.

Как известно еще со школьной скамьи, первую последовательную и непротиворечивую теорию эволюции в начале XIX века разработал Жан Батист Ламарк. В ее основе лежали два допущения: о наследовании приобретенных признаков и о внутренне присущем всему живому «стремлении к совершенству».

Первая гипотеза объясняла, почему организмы так хорошо приспособлены к условиям обитания. В течение жизни они используют свои органы по-разному: одни чаще, другие реже. Органы, которые все время «тренируются», крепнут и растут, а «остающиеся без работы» — уменьшаются и слабеют. Небольшие изменения, возникающие вследствие такой избирательной тренировки, передаются по наследству. Например, если животное питается листьями, растущими высоко на деревьях, ему приходится часто вытягивать шею. Шея тренируется, крепнет и постепенно удлиняется. Потомство такого животного уже от рождения получит чуть более длинную шею. Так, по мнению Ламарка, жирафы приобрели свою знаменитую шею. А если какая-то птица перестает летать и переходит к наземному образу жизни, то, согласно его представлениям, ее крылья, долгое время остающиеся неиспользованными, рано или поздно атрофируются. Так возникли нелетающие птицы с рудиментарными крыльями.

Второе предположение Ламарка — внутренняя «тяга к совершенству» — объясняло постепенное усложнение организмов, появление новых органов и тканей. Кстати, эволюционистов до сих пор упрекают в том, что они не могут как следует объяснить этот феномен. Конечно, сами эволюционисты считают, что они все отлично объяснили. Но некоторые ученые продолжают возвращаться к идее Ламарка. Например, замечательный палеонтолог, эволюционист и философ Пьер Тейяр де Шарден, один из тех, кто открыл знаменитого пекинского синантропа, полагал, что повышение уровня организации живых существ, неуклонно происходящее в ходе эволюции, не может быть объяснено отбором случайных, ненаправленных мутаций и служит доказательством присутствия какой-то особой направляющей силы. Он называл ее радиальной энергией, потому что, по его мнению, она движет эволюцию к некому абсолютному средоточию, или центру — «точке Омега».

Отличия подлинные и надуманные

Что же изменил Дарвин в теории Ламарка? Он отказался от второй посылки своего предшественника — «тяги к совершенству» — и придумал такой механизм эволюционных изменений, которого теория Ламарка не предусматривала, — естественный отбор. Механизм естественного отбора основан на борьбе за существование (которая происходит оттого, что живые существа производят больше потомков, чем может выжить), изменчивости (ее причины Дарвин, не зная генетики, не мог сформулировать и принимал просто как данность) и наследственности, благодаря которой свойства, помогающие данной особи выжить, передаются ее потомству.

В силу странного стечения обстоятельств сейчас, противопоставляя дарвинизм ламаркизму, обычно имеют в виду вовсе не разное отношение авторов к идее «стремления к совершенству» и даже не принцип естественного отбора, т. е. вовсе не то, что действительно отличало взгляды двух великих естествоиспытателей. Сложилось совершенно ошибочное мнение о том, что Дарвин якобы опроверг первый постулат Ламарка о наследовании приобретенных признаков и доказал, что наследуются только признаки врожденные.

На самом деле Дарвин вовсе не отвергал эту ламарковскую идею. Она многократно упоминается в его знаменитом «Происхождении видов» и признается им как очевидная. Более того, он даже развил ее, выдвинув теорию пангенеза (или пангенезиса). Дарвин предположил, что в клетках организма образуются особые мельчайшие частицы (он назвал их геммулами, или пангенами), несущие информацию о тех изменениях, которые клетки претерпели в течение жизни. Геммулы с током крови разносятся по организму и в конце концов проникают в половые клетки. Таким образом, потомству передается информация о приобретенных признаках.

О дарвиновской теории пангенеза современные дарвинисты почти не вспоминают. Еще бы, ведь она противоречит основному постулату доминирующей ныне «синтетической теории эволюции», сложившейся в начале XX века из толкований дарвиновского учения и результатов генетики, достигнутых к тому времени. Согласно этому постулату, называемому также центральной догмой неодарвинизма, приобретенные признаки не могут наследоваться.

Догма начала складываться через несколько лет после смерти Дарвина, в основном благодаря усилиям немецкого ученого Августа Вейсмана, которого и считают родоначальником неодарвинизма. Он показал, что если крысам из поколения в поколение отрубать хвосты, это не приводит к рождению бесхвостых крысят. В другом эксперименте черным мышам пересаживали яичники белых. У тех мышек, которым удавалось выжить после этой экзекуции, рождались белые мышата. На основании этих и других подобных экспериментов и был сформулирован главный принцип так называемого вейсмановского барьера: клетки тела (соматические клетки) не могут передавать информацию половым клеткам.

Молекулярные подтверждения

Развитие молекулярной биологии еще больше укрепило в сознании ученых незыблемость этого барьера, действительно превратив учение в догму. Выяснилось, что наследственная информация записана в молекулах ДНК особым кодом, который удалось расшифровать в 1960-е годы. Информация, записанная в ДНК, сначала должна быть «переписана» на молекулу РНК (этот процесс называется транскрипцией). Затем специальные сложные молекулярные комплексы — рибосомы — считывают информацию с молекулы РНК, синтезируя молекулу белка в точном соответствии с записанной в РНК «инструкцией» (этот этап реализации генетической информации называется трансляцией). Белки выполняют огромное множество функций, и в конечном счете именно они определяют строение организма (фенотип). Таким образом, информация передается в одном направлении — от ДНК к РНК и от РНК к белкам. Никаких механизмов переноса информации в обратную сторону — от белков к РНК или от РНК к ДНК — поначалу обнаружено не было, что и укрепило веру в невозможность такого переноса.

Потом, правда, оказалось, что в природе существуют вирусы, у которых хранилищем наследственной информации служат молекулы РНК (а не ДНК, как у всех прочих организмов), и у них есть специальные ферменты, которые умеют осуществлять обратную транскрипцию, т. е. переписывать информацию из РНК в ДНК. Созданная таким путем ДНК встраивается в хромосомы клетки-хозяина и размножается вместе с ними. Поэтому с подобными РНК-вирусами очень трудно бороться (печально известный ВИЧ относится к их числу). Но вот обратной трансляции — переписывания информации из белков в РНК — не обнаружено и по сей день. По-видимому, такого явления в природе и вправду не существует.

Из одной крайности в другую

Итак, появилась и окрепла «центральная догма». Все теории, основанные на возможности наследования приобретенных признаков, стали считать лженаучными априори. Но, как известно, всякое действие рождает противодействие. И не секрет, что иногда лекарство оказывается опаснее болезни. В качестве уродливого и страшного противовеса догматизации достижений генетики и молекулярной биологии в СССР возникла лысенковщина — символ воинствующего невежества.

Т. Д. Лысенко открыл способ придавать семенам морозоустойчивость, выдерживая их некоторое время на холоде, а потом перенося в тепло и укрывая одеялом. Молодого «ученого-крестьянина» направили на работу в лабораторию Н. И. Вавилова. Трагические последствия этого шага всем известны. Лысенко, пользуясь далеко не научными аргументами и средствами, подчинил себе руководство советской биологической наукой. Генетика и «вейсманизм» были объявлены лженауками. В стране официально была принята догма, противоположная вейсмановской и основанная на базовом принципе ламаркизма: приобретенные признаки наследуются; определяющим фактором наследственности являются не мифические гены, а воздействие внешней среды.

Торжество лысенковщины в СССР и особенно репрессии против генетиков привели к окончательной дискредитации ламаркизма на Западе и к абсолютной догматизации принципа Вейсмана. Наука в очередной раз смешалась с политикой. Это не пошло на пользу ни советской, ни западной биологии. Два противоположных подхода к проблеме наследственности сошлись в смертельной схватке. Вопрос заключался уже не в том, могут ли наследоваться приобретенные признаки. Речь шла о борьбе двух «научно-социальных» систем: социалистической лысенковщины и буржуазного вейсманизма.

После смерти Лысенко отечественная биология постепенно вернулась в русло мировой науки. Но последствия этой «аномалии» проявляются и по сей день: многих генетиков (как российских, так и зарубежных) до сих пор передергивает при одном упоминании о возможности наследования приобретенных признаков.

Однако результаты ряда новых исследований свидетельствуют о том, что приобретенные признаки иногда все же могут передаваться по наследству. По-видимому, рациональное зерно есть в обеих «догмах», и для движения вперед необходимо отказаться от догматизма с обеих сторон и искать возможности синтеза.

На пути к компромиссу

В каких же случаях может проявляться «наследственность по Ламарку»?

Перед каждым клеточным делением все молекулы ДНК в клетке удваиваются: специальные белки-ферменты синтезируют точные копии имеющихся ДНК, которые потом распределяются между дочерними клетками. Однако при копировании иногда возникают ошибки — мутации. Если мутация возникает при образовании половой клетки, она, естественно, передается по наследству. Обычно считается, что такие мутации происходят совершенно случайно. Так возникает изменчивость, служащая материалом для естественного отбора. Но мутации могут происходить при делении любых клеток тела. Такие мутации, как и клетки, тоже называются соматическими и приводят к возникновению участков измененных тканей. Понятно, что соматические мутации могут быть вызваны различными воздействиями внешней среды и в какой-то мере, возможно, содержат информацию об этих воздействиях, которая могла бы оказаться полезной для будущих поколений.

Классическая генетика отрицает возможность наследования соматических мутаций. Считается, что изменения клеток тела (в том числе и мутации) не могут отразиться на генах половых клеток. Похоже, что в большинстве случаев это утверждение справедливо. Но Природа остается неизмеримо сложнее любых наших теорий и моделей. У всякого сформулированного людьми закона обязательно находятся исключения. И данный случай не исключение, иными словами, исключения из этого правила тоже существуют.

У одноклеточных организмов, естественно, нет деления на соматические и половые клетки. Их единственная клетка одновременно оказывается и половой, и соматической, так что любые произошедшие с ней изменения немедленно передаются потомкам. А гены у одноклеточных организмов меняются довольно часто. И не только из-за мутаций. У них очень широко распространен так называемый горизонтальный обмен генетическим материалом. Бактерии выделяют в окружающую среду фрагменты своей ДНК, могут поглощать такие фрагменты, выделенные другими бактериями (в том числе и относящимися к совершенно другим видам), и «встраивать» эти кусочки чужого генома в свой собственный.

А вот у многоклеточных организмов горизонтальный обмен, по-видимому, играет гораздо меньшую роль. Вместо него развились более совершенные механизмы «перемешивания» наследственной информации, связанные с половым размножением. К тому же половые железы у многоклеточных, особенно высших, действительно ограждены от остального организма особым барьером, практически непроницаемым для крупных молекул (таких, например, как белки или ДНК).

Эти парадоксальные вирусы

Один из способов горизонтального обмена генами, от которого не защищены даже многоклеточные, — это вирусный перенос генетической информации.

Известно, что ДНК вируса способна «встраиваться» в геном клетки-хозяина, а потом снова отделяться от него и формировать новые вирусные частицы, которые могут заражать другие клетки. При этом вместе с собственной ДНК вирус может случайно «захватить» кусочек ДНК хозяина и таким образом перенести его в другую клетку, в том числе — и в клетку другого организма. В большинстве случаев вирусы, размножающиеся в клетках организма (например, человеческого), не могут пробиться сквозь барьер Вейсмана и заразить половые клетки. Но все же иногда вирусная инфекция передается потомству. (Обычно заражение происходит уже после оплодотворения, во время внутриутробного развития. Если же оно произойдет достаточно рано, когда «барьер Вейсмана» у эмбриона еще не успел сформироваться, то зародыш будет нести вирусную ДНК не только в соматических, но и в половых клетках, и таким образом признак может стать по-настоящему наследственным.) А ведь это не что иное, как наследование приобретенного признака! И при этом совершенно не важно, что от такого «признака» обычно один только вред. Вирус ведь может «прихватить» с собой и какой-нибудь «полезный» кусочек ДНК (хотя вероятность этого, конечно, весьма мала).

Механизмы наследственности

Недавно ученые открыли еще несколько способов передачи по наследству приобретенных признаков. Эти способы не связаны напрямую с изменениями ДНК, т. е. с мутациями. Поэтому такую наследственность называют эпигенетической, или надгенетической.

Один из эпигенетических механизмов наследственности связан с метилированием ДНК. Оказалось, что в процессе жизнедеятельности к молекулам ДНК в клетках (в том числе и в половых) специальные ферменты присоединяют метильные группы (–СН₃). Причем к одним генам их «прилипает» больше, к другим — меньше. Распределение метильных групп по генам (так называемый рисунок метилирования) зависит от того, насколько активно тот или иной ген используется. Получается почти полная аналогия с «тренировкой» органов, которую Ламарк считал причиной наследственных изменений. Поскольку «рисунок метилирования» передается по наследству и, в свою очередь, влияет на активность генов у потомства, нетрудно заметить, что здесь может работать совершенно ламарковский механизм наследования: «натренированные» предками гены будут и у потомства работать активнее, чем «ослабевшие» от долгого бездействия.

Другой вариант эпигенетического наследования приобретенных признаков основан на взаимной активации и инактивации («отключении») генов. Рассмотрим систему из двух генов, где ген А контролирует синтез белка, одна из функций которого состоит в блокировании работы гена Б, а ген Б, в свою очередь, определяет выработку другого белка, способного «выключать» ген А. Такая система может находиться в одном из двух состояний: либо ген А «работает», и тогда ген Б «выключен», либо наоборот. Допустим, что переход системы из одного состояния в другое может происходить только в результате какого-то особого внешнего воздействия, происходящего довольно редко. То состояние, в котором находится эта «двухгенная» система в клетках матери, будет через яйцеклетку передаваться ее потомству (поскольку сперматозоид содержит пренебрежимо малое количество белков). Если же при жизни матери система переключится в другое состояние, этот признак передастся потомству, родившемуся после «переключения». Опять получается «наследование по Ламарку».

Эволюция представлений о мутациях

Что же касается мутаций, то и тут классические неодарвинистские представления оказались не совсем верными. Мутации, похоже, оказываются не вполне случайными. В последнее время твердо установлено, что разные участки геномов мутируют с разной скоростью, причем у каждого из них эта скорость довольно постоянна. По-видимому, это означает, что одним генам Природа «разрешает» мутировать чаще, чем другим. А недавно появилось достаточно убедительно обоснованное предположение, что в клетках существуют специальные механизмы для целенаправленного увеличения скорости мутаций определенных участков генома.

Способность клеток контролировать скорость мутирования особенно ярко проявляется в работе иммунной системы. Биологов и медиков давно интересовал вопрос, каким образом белым кровяным клеткам — лимфоцитам — удается порождать такое огромное разнообразие антител, используемых для борьбы с различными инфекциями. Антитела — это белки, которые умеют безошибочно распознавать определенные бактерии, вирусы, а также любые чужеродные белки (и многие углеводы) и прикрепляться к ним, что приводит к обезвреживанию возбудителей и выделяемых ими токсинов. По многим независимым оценкам, организм человека способен производить не менее миллиона разных антител. Даже если в организм вторгается вирус, прежде не встречавшийся в природе, уже через несколько дней в крови можно обнаружить специфические антитела, которые безошибочно узнают и «атакуют» именно его (и никакой иной возбудитель).

Стоит ли объяснять, что организм человека не может заранее «заготовить» антитела на все случаи жизни, тем более способные противостоять неведомым ранее бактериям и вирусам. Для кодирования миллиона антител понадобилось бы два миллиона генов (поскольку каждое антитело состоит из двух белковых молекул), но ведь после расшифровки человеческого генома выяснилось, что общее число генов у человека не превышает 30 тыс. Впрочем, еще задолго до расшифровки генома стало очевидно, что гены большинства антител, образующихся в крови при различных инфекциях, не закодированы в геноме изначально, а «изготавливаются» по мере необходимости из небольшого числа «генов-заготовок». И происходит это за счет интенсивного мутирования. В «гены-заготовки» вносятся случайные изменения (происходят соматические мутации) до тех пор, пока не получится нужный белок — такой, который будет безошибочно «узнавать» нового возбудителя.

Это открытие показало, что у клеток есть возможность целенаправленно, почти «сознательно», изменять собственный геном. Конечно, сделать процесс поиска подходящего варианта по-настоящему осознанным клеткам так и не удалось. Они не могут исследовать новый вирус и сразу определить, какой именно белок в данном случае нужен. Им приходится действовать методом «оптимизированного случайного поиска». Оптимизированного — поскольку имеются универсальные заготовки, а клетки «знают», в какие участки этих заготовок следует вносить случайные изменения. Но ведь и это уже немало!

Опыт — по наследству?

Между тем самое интересное еще впереди. Недавно группа австралийских иммунологов собрала убедительные данные, показывающие, что изменения, приобретенные генами иммунных белков в течение жизни организма, иногда могут передаваться по наследству. И тогда потомство прямо от рождения оказывается более устойчивым к некоторым возбудителям. Ученые предположили, что тут имеет место механизм, благодаря которому приобретенный признак (ген нового антитела) может передаваться из лимфоцитов в половые клетки. Внутри лимфоцитов образуется некое подобие РНК-содержащих вирусов, которые захватывают молекулы РНК, несущие информацию о строении нового антитела. Затем эти «вирусы собственного изготовления» выходят из лимфоцитов и разносятся кровью по организму, попадая в разные клетки, в том числе и половые. Здесь методом обратной транскрипции генетическая информация переписывается с РНК на ДНК, и получившийся фрагмент ДНК встраивается в одну из хромосом половой клетки.

Если гипотеза австралийских иммунологов окажется правильной, это подтвердит не только справедливость идей Ламарка о возможности наследования приобретенных признаков, но и впоследствии преданную анафеме раннюю теорию Дарвина о геммулах и пангенезе. Ведь «самодельные» РНК-вирусы, образующиеся в лимфоцитах, по всем признакам и свойствам вполне соответствуют удивительным агентам, передающим приобретенные изменения, существование которых предсказывал великий Дарвин, как выясняется, отнюдь не отвергавший все представления своего выдающегося предшественника.

2.1. Теория эволюции Ламарка

Французский биолог Ламарк в 1809 году выдвинул ги­потезу о механизме эволюции, в основе которой лежали две предпосылки: упражнение и неупражнение частей организ­ма и наследование приобретенных признаков. Изменения среды могут вести, по его мнению, к изменению форм по­ведения, что вызовет необходимость использовать некото­рые органы или структуры по-новому или более интенсивно (или перестать ими пользоваться). В случае интенсивно­го использования эффективность и (или) величина органа будет возрастать, а при неиспользовании может наступить его дегенерация и атрофия. Эти признаки, приобретенные индивидуумом в течение всей жизни, согласно Ламарку, наследуются, т. е. передаются потомкам.

С точки зрения ламаркизма, длина шеи и ноги жира­фа — результат того, что многие поколения его некогда коротконогих и короткошеих предков питались листьями деревьев, за которыми им приходилось тянуться все выше и выше. Незначительное удлинение шеи и ног, происходя­щее в каждом поколении, передавалось следующему поко­лению, пока эти части тела не достигли своей нынешней длины. Перепонки между пальцами у водоплавающих птиц и форму тела камбалы объясняли таким же образом. Пе­репонки возникли в результате постоянного раздвигания пальцев и растяжения кожи между ними при плавании в поисках пищи или для спасения от хищников, а уплощен­ное тело — из-за лежания на боку на мелководье. Хотя теория Ламарка подготовила почву для принятия эволю­ционной концепции, его взгляды на механизм изменения так и не получили широкого признания.

Однако Ламарк был прав, подчеркивая роль условий жизни в возникновении фенотипных изменений у дан­ной особи. Например, занятия физкультурой увеличивают объем мышц, но, хотя эти приобретенные признаки затра­гивают фенотип, они не являются генетическими и, не ока­зывая влияния на генотип, не могут передаваться потом­ству.

Но теория Ламарка была исторической предпосылкой для признания впоследствии наследования генетических особенностей при половом размножении.

2.2. Дарвин, Уоллес и происхождение видов в результате естественного отбора

Чарлз Дарвин родился в 1809 году. Он был сыном вра­ча. В 1831 году он принял предложение отправиться в качестве натуралиста (без жалованья) в путешествие на военном корабле «Бигль», который уходил на пять лет в море для проведения топографических съемок у восточного

побережья Южной Америки. «Бигль» возвратился в октяб­ре 1836 года. Большую часть этого времени Дарвин зани­мался геологическими исследованиями, но во время пяти­недельного пребывания на Галапагосских островах его внимание привлекло сходство между флорой и фауной этих островов и материков. Он собрал много данных об измен­чивости организмов, которые убедили его в том, что виды нельзя считать неизменяемыми. После возвращения в Анг­лию Дарвин занялся изучением практики разведения го­лубей и других домашних животных, что привело его к концепции искусственного отбора. Однако он все еще не мог представить себе, каким образом отбор мог бы действо­вать в природных условиях.

В 1778 году священник Томас Мальтус опубликовал свой труд «Трактат о народонаселении», в котором пока­зал, к чему бы привел рост населения, если бы он ничем не сдерживался. Дарвин перенес такой подход на другие орга­низмы и обратил внимание на то, что все-таки численность популяций остается относительно постоянной. Он начал понимать, что в условиях интенсивной конкуренции меж­ду членами популяции любые изменения, благоприятные для выживания в данных условиях, повышали бы способ­ность особи размножаться и оставлять плодовитое потом­ство, а неблагоприятные изменения, очевидно, не выгодны, и у организмов, переживающих эти неблагоприятные изме­нения, шансы на успешное размножение понижались бы. Эти соображения послужили отправным пунктом для со­здания теории эволюции путем естественного отбора, сфор­мулированной Дарвином в 1839 году. В сущности, наиболь­ший вклад Дарвина в науку заключается не в том, что он доказал существование эволюции, а в том, что он объяснил, как она может происходить.

Тем временем другой естествоиспытатель, Альфред Рас­сел Уоллес, много путешествовавший по Южной Америке и островам Юго-Восточной Азии и тоже читавший Маль­туса, пришел к тем же выводам, что и Дарвин.

В 1858 году Уоллес изложил свою теорию на двадца­ти страницах и послал их Дарвину. Это стимулировало и ободрило Дарвина, и в июле 1858 года Дарвин и Уоллес выступили с докладами о своих идеях на заседании Лин-неевского общества в Лондоне. В ноябре 1859 года Дарвин

опубликовал свой труд «Происхождение видов путем ес­тественного отбора».

Согласно Дарвину и Уоллесу, механизмом, с помощью которого из предсуществующих видов возникают новые виды, служит естественный отбор. Эта гипотеза (или тео­рия) основана на трех наблюдениях и двух выводах.

Наблюдение 1. Особи, входящие в состав популяции, обладают большим репродуктивным потенциалом.

Наблюдение 2. Число особей в каждой данной популя­ции примерно постоянно.

Вывод 1. Многим особям не удается выжить и оста­вить потомство. В популяции происходит «борьба за суще­ствование».

Наблюдение 3. Во всех популяциях существует измен­чивость.

Вывод 2. В «борьбе за существование» те особи, при­знаки которых наилучшим образом приспособлены к ус­ловиям существования, обладают «репродуктивным пре­имуществом» и производят больше потомков, чем менее приспособленные особи.