Спомнете си основните принципи на дарвинизма относно движещите сили на еволюцията на видовете в природата. Какъв е елементарният еволюционен материал? Какво се нарича елементарен еволюционен феномен?

Какво влияе върху популацията от организми и променя нейния генетичен състав? На първо място, това е процес на мутация, комбинирана променливост, популационни вълни, изолация и естествен подбор. Те се наричат ​​основните движещи сили – елементарните фактори на еволюцията.

ориз. 147. Албинизмът при животните е свързан с липсата на пигмент меланин. Такива животни, в допълнение към липсата на пигментация на обвивката, имат безцветен ирис, през който се виждат кръвоносните съдове. Ето защо албиносите имат червени очи. Албиноси: 1 - заек; 2 - млечница

Мутационен процес и комбинирана изменчивост. Процесът на мутация, т.е. процесът на възникване на мутации в организмите, е основният доставчик на елементарен еволюционен материал. Има случаен и ненасочен характер. Често отделни мутации възникват в организми, които вървят в една посока, например при много гръбначни животни има мутация „албинизъм“, характеризираща се с пълна липса на пигмент в кожата и ириса на очите (фиг. 147).

Появата на мутации в популацията се увеличава поради комбинираната изменчивост. В резултат на неговото действие в популацията възникват нови комбинации от гени в генотипове, включително тези, съдържащи мутирали гени. Комбинативната изменчивост засилва влиянието на мутационния процес върху популацията.

Броят на индивидите в популациите не е постоянен. В природата винаги има или увеличение, или намаление. Такива колебания в числеността се наричат ​​популационни вълни. Техните причини обикновено са изобилие от храна или липса на храна, действие на хищници или влияние на болест (фиг. 148). Понякога популационните вълни се причиняват и от метеорологични и климатични фактори: наводнения, силни студове, урагани и др.

ориз. 148. Популационни вълни: колебания в броя на обикновените катерици в зависимост от реколтата от смърчови семена

Значението на популационните вълни за еволюцията се състои в това, че с нарастването на популацията броят на мутациите и съответно на мутантните индивиди в нея се увеличава толкова пъти, колкото се увеличава броят на индивидите.

Ако броят на индивидите в една популация намалява, тогава нейният генетичен състав става по-малко разнообразен. В този случай в популацията остават индивиди с определени генотипове. В бъдеще възстановяването на числеността му ще се случи само благодарение на тези лица. В този случай някои гени могат да изчезнат завинаги от генофонда на популацията, т.е. генофондът на популацията ще обеднее (фиг. 149).

ориз. 149. Когато числеността намалява, индивиди с определени генотипове могат да останат в популацията (цветните кръгове показват отделни индивиди от популацията)

Така популационните вълни, без сами по себе си да причиняват наследствена променливост, допринасят за промени в честотата на мутациите и комбинациите от гени в популацията. Популационните вълни също влияят върху интензивността на борбата за съществуване на индивидите в популацията. С увеличаване на числеността на популацията борбата за съществуване между нейните индивиди се засилва, а с намаляване на популацията тя отслабва.

Процесът на мутация, комбинираната променливост и популационните вълни, дори когато действат заедно, не могат да осигурят еволюцията. Необходимо е наличието на фактори, които да имат дългосрочно и целенасочено въздействие върху населението. В допълнение към естествения подбор, който ще разгледаме отделно, изолацията е такъв фактор.

Изолация.Изолацията се разбира като отделяне на популациите в рамките на ареала на даден вид в резултат на появата на бариери пред свободното кръстосване на индивиди, съставляващи популацията. Значението на изолацията като елементарен фактор на еволюцията е, че под нейно влияние първоначално възникналите генетични различия се консолидират в популацията.

Най-важното свойство на изолацията е нейната значителна продължителност. В зависимост от характера на бариерите се разграничават две форми на изолация - географска и биологична. При географска изолация планински вериги, резервоари, пустини и други непреодолими географски обекти действат като бариери (фиг. 150).

ориз. 150. Географска изолация на популациите в района на сибирската лиственица

Биологичната изолация може да бъде екологична, поведенческа и генетична. При екологична изолация преминаването става невъзможно поради различията в условията на живот на популациите. Например във високопланинското езеро Севан в Армения има шест популации на севанска пъстърва. Профилът на дъното на езерото е сложен, така че температурата на водата в различните части на езерото не е еднаква. Съответно, при риби, живеещи на различни дълбочини, яйцата и млякото не узряват едновременно и хвърлянето на хайвера на индивиди в шест популации на пъстърва се случва по различно време (фиг. 151).

ориз. 151. Екологична изолация на шест популации севанска пъстърва: числата показват местообитания на популации, които се различават по периоди на хвърляне на хайвера

Поведенческата изолация е свързана с поведението на женските и мъжките по време на размножаване. Този тип биологична изолация съществува при насекоми, риби, птици и бозайници. Сложният ритуал за идентифициране на партньор за чифтосване е генетично програмиран и почти напълно елиминира възможността за чифтосване с индивиди от друг вид (фиг. 152).

ориз. 152. Идентифициране на партньор по време на брачния ритуал сред ганетите

Ако по някаква причина се случи чифтосване между индивиди от различни видове, тогава генетичната изолация действа като пречка за размножаването. Състои се в несъвместимостта на репродуктивните продукти на индивиди от различни видове, което предотвратява развитието на зиготи. В редки случаи, когато зиготите са се развили в ембриони и е настъпила хибридизация между различни видове, получените хибриди остават стерилни. Те не могат да произвеждат потомство поради нарушаване на мейозата по време на узряването на зародишните им клетки.

И така, мутационният процес, комбинираната изменчивост, популационните вълни и изолацията, променяйки генофонда на популацията, създават предпоставки за действието на основния еволюционен фактор - естествения отбор.

Упражнения по преминатия материал

1. Назовете основните движещи сили (елементарни фактори) на еволюцията.
2. Какво е значението на мутационния процес и комбинираната изменчивост за еволюцията?
3. Какво представляват популационните вълни и какви са причините за тях?
4. Какво е еволюционното значение на популационните вълни?
5. Опишете изолацията като еволюционен фактор.
6. По какво се различава географската изолация от биологичната? Дайте примери за географска и биологична изолация на популации от организми в природата.

Сравнете основните движещи сили зад еволюцията на видовете в природата. Начертайте диаграма в тетрадките си за ефекта им върху популация от организми. Какъв принос имат те за еволюционния процес?

Биологични фактори на антропогенезата в еволюцията на човека.Човекът е най-новият биологичен вид, появил се в еволюцията на органичния свят. Фактори в еволюцията на органичния свят, като наследствената изменчивост, борбата за съществуване и естествения отбор, заемат значително място в еволюцията на човека. Чарлз Дарвин доказва тези естествени модели в човешката еволюция, използвайки конкретни примери. Поради влиянието на природните фактори в тялото на древните маймуни са настъпили важни анатомични и физиологични промени. В резултат на това човекоподобните маймуни постепенно развиват изправена стойка, функциите на ръцете и краката са разделени и ръцете се адаптират към производството на инструменти. Естественият подбор създаде благоприятни условия за определени групи хора за подобряване на инструментите, колективния лов и грижата за възрастните хора. В резултат на тази дейност груповият подбор се проведе едновременно с индивидуалния подбор. Въпреки това, само биологичните закони не са достатъчни, за да обяснят антропогенезата. В своите трудове Ф. Енгелс (1820-1895) доказва огромното значение на социалните фактори тук. Той особено отбеляза работата, социалния начин на живот, съзнанието и речта.

Трудът е най-важният фактор в човешката еволюция.Всяка работа започва с производството на инструменти, извършвани с помощта на ръце. Ф. Енгелс високо оценява ролята на труда в развитието на човека. Той пише, че „трудът е първото основно условие на целия човешки живот и до такава степен, че в известен смисъл трябва да кажем: трудът е създал самия човек“. Ако е така, тогава основната социална движеща сила на антропогенезата е трудът. Някои маймуни могат да използват прости инструменти, но не могат да ги създадат. Животните влияят на природата чрез своята жизнена дейност, но хората я променят в процеса на съзнателен труд.

Влиянието на човека върху природата е значително и разнообразно. Нашите маймуноподобни предци в резултат на труда са развили морфологични и физиологични промени, наречени антропоморфоза. Трудът е основният фактор в човешката еволюция. Маймуните живееха в горите, катереха се по дърветата, след което постепенно слязоха на земята. Тази промяна в начина им на живот създава условия за ходене на два крака. Преходът към изправено ходене „се превърна в решаваща стъпка по пътя от маймуна към човек“ (Ф. Енгелс). В резултат на изправеното ходене се появила S-образна извивка на човешкия гръбнак, която придала еластичност на тялото. Ходилото (метатарзалните кости) става по-извито и еластично, тазовите кости се разширяват, сакрумът става по-силен, челюстите стават по-леки. Такива наследствени промени продължиха милиони години. Преходът към изправено ходене доведе до определени трудности: скоростта на движение беше ограничена, сливането на сакрума с бедрото затрудни раждането, а голямото тегло на човек доведе до плоски стъпала. Но благодарение на изправеното ходене ръцете на човека бяха освободени за правене на инструменти.

В началния период на формиране ръката му беше недоразвита и можеше да изпълнява само най-простите действия. Благодарение на наследствеността такива характеристики се запазват и предават на следващото поколение. Ф. Енгелс обяснява, че ръката е не само орган на труда, но и продукт на труда. С освобождаването на ръката нашите маймуноподобни предци можеха да използват прости инструменти, направени от камък и животински кости. Всичко това повлия на тяхното ниво на мислене, поведение и допринесе за подобряването на инструментите. Развитието на труда доведе до повишена роля на социалните фактори в антропогенезата, но постепенно отслаби ефектите на биологичните закони (фиг. 58).

ориз. 58.

Социалният начин на живот като движеща сила на човешката еволюция.Всички жизнени действия на животните се извършват рефлексивно и инстинктивно. Преходът към стаден начин на живот на животните се случи поради естествения подбор. От самото начало работата е била социална и първите маймуноподобни предци на човека са живели на стада. Затова Ф. Енгелс подчертава, че би било погрешно да се търсят предците на човека, най-социалното същество в природата, сред несоциалните животни. Груповата работа допринесе за развитието на социалните отношения, единството на членовете на обществото; те колективно ловуваха животни, защитаваха се от хищници и отглеждаха деца. Възрастните членове на обществото предават житейски опит на по-младите. Човекът постепенно се научи да прави и поддържа огън.

Нашите далечни предци постепенно преминаха от растителна към животинска храна. Месната храна осигурява на човешкото тяло необходимите полезни аминокиселини, така че той започва да подобрява инструментите за лов и риболов. Преходът към месна храна доведе до промени в човешкото тяло, например скъсяване на червата и развитие на дъвкателните мускули. Използването на огън също е улеснило живота на нашите предци.

Със социален начин на живот предците на човека са имали големи възможности да разберат природата и да натрупат житейски опит. Съвместната дейност на членовете на обществото налагаше общуване с жестове и звуци. Първите думи бяха пряко свързани с трудовата дейност. Постепенно ларинксът и органите на устната кухина, в резултат на наследствена променливост и естествен подбор, се превръщат в органи на артикулираната реч.

Човекът, подобно на животните, възприема сигналите от околния свят чрез дразнене на сетивата. Това е първата сигнална система. Втората сигнална система е свързана с висшата нервна дейност на човека. Появата на речта, връзката между предците чрез думи допринесе за развитието на мозъка и мисленето - речта постепенно се превърна в средство за обучение. Речта засили комуникацията на нашите предци и допринесе за развитието на социалните отношения. Еволюцията на нашите предци е протекла под комбинираното влияние на биологични и социални фактори. Естественият подбор постепенно губи значението си на водещ фактор в еволюцията на човешкото общество. Напротив, социалните фактори (работа, реч) стават основни в човешката еволюция. Ако морфологичните и физиологичните характеристики на човека са наследени, то способностите за колективна трудова дейност, мислене и реч никога не са били наследени и не се предават сега. Тези специфични човешки качества са възникнали исторически и са се усъвършенствали под въздействието на социални фактори и се развиват във всеки човек в процеса на неговото индивидуално развитие само в обществото благодарение на възпитанието и образованието. Добре известни случаи на сравнително дълготрайна изолация на дете от ранна възраст от човешкото общество (отглеждане от животни) показват, че когато се върне в нормални условия, способността му да говори и мисли е много слабо развита или не се развива при всички. Това потвърждава, че тези качества не се предават по наследство. Всяко по-старо поколение предава житейски опит, знания и духовни ценности на следващите в процеса на възпитание и образование. С развитието на обществото работата на хората става все по-разнообразна. Появяват се различни отрасли на икономиката, развива се индустрията, възникват науката, изкуството, търговията и религията. Племената образували нации и държави.

По този начин основните движещи сили на антропогенезата са биологични (наследствена променливост, борба за съществуване и естествен подбор) и социални фактори (трудова дейност, социален начин на живот, реч и мислене) (схема 2).

Има три основни етапа в социалната еволюция на човека.

Първият е разбирането на околната среда чрез произведения на изкуството. Например скални рисунки.

Вторият етап е пряко свързан с опитомяването на дивите животни и развитието на селското стопанство. Така човекът започва да влияе на природната среда.

Третият етап е развитието на научно-техническия прогрес, който започва през 15 век. през Ренесанса. В момента основният социален фактор е станал човешкият ум. Човечеството, след като се разпространи широко по земното кълбо, изследва космическото пространство. Биосферата, обитавана от хората, се превръща в ноосфера, контролирана от човешкия ум.

Биологични фактори на антропогенезата. Социални фактори на антропогенезата. Антропоморфоза. кроманьонец. Ноосфера.

1. Биологичните фактори на антропогенезата включват наследствена изменчивост, борба за съществуване и естествен подбор.

2. Трудът е основната стъпка в човешката еволюция.

3. Прогресивните промени в човешката еволюция са производството на инструменти с ръце и преходът към изправено ходене.

4. Социалният начин на живот, речта, мисленето и разумът са станали основните социални движещи сили на еволюцията.

1. Кои фактори принадлежат към биологичните движещи сили на антропогенезата?

2. Обяснете значението на социалните фактори в човешката еволюция.

3. Какви признаци са се развили в структурата на човешкото тяло в резултат на изправеното ходене?

1. Каква е ролята на труда в човешката еволюция?

2. Какво място заема речта в еволюцията на човека?

3. Какво е антропоморфоза!

1. Характеризирайте социалните фактори.

2. Назовете трите етапа на социалната еволюция на човека.

3. Какво е сегашното влияние на социалните фактори върху човешката еволюция?

Обяснете с примери движещите сили на еволюцията в диаграма 2, която показва биологичните и социалните движещи сили на човешката еволюция.

Велик английски учен Ч. Дарвин(1809-1882) се развива научна теория за еволюцията на живата природа. Основната работа на Дарвин 1859 г - „Произходът на видовете чрез естествен подбор или запазването на предпочитаните породи в борбата за живот.“ Еволюционният фактор е движеща сила, която причинява и консолидира промените в популациите като елементарни единици на еволюцията.

Историческите заслуги на Дарвинне че той посочи наличието на биологична еволюция (много мислители са говорили за това много преди него), но че той разкри материалните фактори на еволюцията (наследственост и променливост) и един от движещите фактори (естествен подбор) и по този начин разкри причините за биологична еволюция. Фактори на еволюцията- Триадата на Дарвин - изменчивост и мутации, наследственост, естествен подбор.

Променливост- способността на живите организми да се променят, да придобиват нови характеристики под въздействието на външни (ненаследствена променливост) и вътрешни (наследствена променливост) условия на околната среда. Наследствена изменчивост може да бъде комбинативни и мутационни. Комбинативната изменчивост е свързана с появата на различни комбинации от алелни гени (рекомбинации). Мутациите са стабилни промени в генетичния материал и, като следствие, наследствена черта. Резултатът от мутациите е появата на нови характеристики в дъщерния организъм, които липсват в неговите родители. Дарвин се отличава определени, несигурна и относителна променливост. Определена променливост е придобиването на нови характеристики в значителен брой организми, принадлежащи към даден вид, под въздействието на различни фактори на външната и вътрешната среда. Несигурната изменчивост е придобиването на нови характеристики от отделни организми, принадлежащи към даден вид, под въздействието на външни и вътрешни фактори на околната среда. Относителната променливост е връзката между придобиването на нови характеристики от различни органи и системи от органи.

Наследственост- свойството на живите организми да осигуряват предаването на потомството на генетично кодирана информация за всякакви характеристики. Комуникацията между поколенията се осъществява чрез възпроизвеждане. Наследствените свойства се предават от поколение на поколение чрез зародишни клетки (при половото размножаване).

Естествен подбор- основният еволюционен фактор, насърчаващ оцеляването на „благоприятните“ структурни характеристики и елиминирането на неблагоприятните. Процесът на оцеляване на индивиди с наследствени промени, полезни при дадени условия на околната среда и тяхното последващо възпроизвеждане. Факторът за избор са условията на околната среда: висока или ниска температура на въздуха; излишък или липса на влага, светлина, храна. Маркирайте три форми на естествен подбор, най-често срещащи се в природата: водещи или движещи (разширява границите на наследствената променливост на популацията), стабилизиращи (разделя популациите на части), разрушителни (разделя популациите на части). Естественият подбор не е случаен, а строго естествен процес, който дава насока на еволюцията и в крайна сметка създава сложни адаптации, подобни на резултата от „интелигентния дизайн“.

Наричайки съвременната теория за еволюцията "дарвинизъм" или "теория на Дарвин" - не е правилно, защото биологичната наука е стигнала много далеч в разбирането на еволюцията след първоначалната теория на Дарвин. Нови фактори на еволюцията:

Популационни вълни– периодични колебания в размера на популацията. Например: броят на зайците не е постоянен, на всеки 4 години има много от тях, след това следва спад в броя. Значение: По време на упадък възниква генетичен дрейф.

Генетичен дрейф- ако населението е много малко (поради бедствие, болест, спад в популационната вълна), тогава характеристиките се запазват или изчезват, независимо от тяхната полезност, случайно.

Изолация- фактор в еволюционния процес, който влияе върху процесите на кръстосване на индивиди един с друг. Изолацията насърчава разминаването на характеристиките и засилва различията между индивидите от изолирани групи. Продължителността на изолацията е от известно значение.

миграциииндивидите от популация до популация също са важен източник на генетично разнообразие в популацията. Благодарение на свободното кръстосване по време на миграция, гените се обменят между индивиди от популация от един и същи вид (поток на гени).В този случай гените на мигриращите индивиди се включват в генофонда на популациите по време на кръстосването. В резултат на това генофондът на популациите се актуализира.

Взаимовръзка на движещите сили на еволюцията . Въпреки че от всички елементарни еволюционни фактори водещата роля в еволюционния процес принадлежи на естествения подбор, той може да възникне само при наличие на мутационна променливост, която създава материал за подбор и представлява основният (но не единственият) фактор на еволюцията. По този начин мутациите, рекомбинациите, миграциите, популационните вълни, генетичният дрейф и изолацията също са важни ненасочени еволюционни фактори. В природата те действат заедно, но ролята на всеки може да бъде засилена в специфична среда. Всички тези фактори осигуряват генетична хетерогенност на популациите.

Между изкуствени и естествениселекция няма непроходима бездна: зърнените култури с неотделящи се семена са отгледани от нас несъзнателно и обратното, термитите и мравките имат земеделие с милионгодишна селекция от гъбични видове, които вече не могат да съществуват самостоятелно.

Антиеволюционистите грешаткогато казват, че изкуственият подбор не е създал нито един нов вид. Много видове диви животни, принадлежащи към един и същ род, а понякога и към различни родове, по принцип са способни да се кръстосват и да произвеждат плодородно потомство, но при естествени условия те почти никога не правят това. Царевицата е едно от най-ярките живи доказателства за силата на изкуствения подбор. Дивият предшественик на царевицата, растението теосинт, имаше мъничко класче с малък брой малки. Няколко хиляди години изкуствена селекция превърнаха теосинта в царевица.

Движещи фактори на еволюцията- фактори, които насочват различни елементарни промени в резултат на мутации към формирането на адаптации на организмите към промените в условията на околната среда.Движещата сила на еволюцията се нарича естествен подбор, който е следствие от борбата за съществуване в различните й форми. Несъответствието между броя на индивидите, които се появяват в популацията, и средствата за техния живот неизбежно води до борба за съществуване. Борба за съществуване- сложни и разнообразни взаимоотношения на индивидите в рамките на вида, между видовете и с неорганичната природа. Чарлз Дарвин разграничава три форми на борба за съществуване: 1) вътрешновидова - взаимоотношения между индивиди, принадлежащи към един и същи вид; 2) междувидови - взаимоотношения между индивиди, принадлежащи към различни видове; 3) борбата с неблагоприятните условия на неорганичната природа - връзката на организмите с неживата природа. Последицата от борбата за съществуване е естественият подбор.

Естествен подбор -процес, в резултат на който оцеляват и оставят потомство предимно индивиди с наследствени изменения, полезни при дадени условия. Този фактор на еволюцията винаги има насочен характер, той подобрява адаптациите към условията на съществуване, засяга всички организми на всяка възраст, следва фенотипа и се свежда до подбор на генотипове с норма на реакция, съответстваща на условията на дадена среда. Естественият подбор е особено ефективен срещу доминантни мутации. Доста често в природата се извършва в полза на хетерозиготи (селекция за сърповидноклетъчна анемия). В зависимост от посоката на адаптивните промени естественият подбор може да бъде движещ, стабилизиращ или разрушителен.

Избор на шофиране- това е селекция, предизвиква постепенна промяна във фенотипа, води до промяна в скоростта на реакцията в една определена посока. Извършва се в нови условия в полза на промени, които са благоприятни в тези условия. Подборът на шофиране е свързан с появата на нови адаптации. Примери за действие на движеща селекция са формирането на резистентност срещу пестициди при насекомите и индустриалния меланизъм при пеперудите от брезов молец.

Стабилизираща селекция -Това е подбор на индивиди, който с постоянен фенотип е придружен от стесняване на нормата на реакцията и елиминира отклоненията от нея. Тази форма на селекция се проявява, когато условията на околната среда станат стабилни. Стабилизиращата селекция гарантира, че определен фенотип, който най-добре отговаря на околната среда, се поддържа и отхвърля всякакви по-малко адаптивни промени. Пример за действието на стабилизиращата селекция е запазването на опростената форма на тялото на рибата и размера на цветните части.

Разкъсване (разрушителен) селекция- това е селекция, която води до появата на няколко фенотипа и е насочена срещу средните междинни форми. Появява се, когато условията на околната среда са се променили толкова много, че по-голямата част от видовете губят своята адаптивност и индивиди с екстремни отклонения от средната норма получават предимства. Тази форма на подбор води до полиморфизъм -съществуването в една популация на две или повече форми с рязко различни характеристики. Пример за действието на прекъснатия подбор е появата на популации от насекоми с дълги и без крила на острови, където постоянно духат силни ветрове.

Според синтетичната теория на еволюцията естественият отбор насочва различни елементарни промени във фенотипите, произтичащи от мутации, към формирането на адаптации на организмите към промените в условията на околната среда. Ето за какво става дума творческа роляестествен подбор, поради което се нарича движеща сила на еволюцията.

Еволюция(лат. evolutio - разгръщане, развитие), както обикновено се смята в биологията, е необратимото историческо развитие на естествени и изкуствени системи. Еволюцията обикновено се противопоставяше на революцията - бързи и значителни промени в мащаба. Сега стана ясно, че процесът на развитие на изкуствените и естествените системи се състои от промени, както постепенни, така и внезапни, както бързи, така и продължаващи много поколения.

Основните характерни черти на биологичната еволюция са: непрекъснатост; появата на целесъобразност в еволюционния процес; усложняване и подобряване на структурите.

Според втория закон на термодинамиката всички процеси, протичащи в природата, са насочени към разрушаване на структурите, намаляване на нивото на сложност и увеличаване на дела на безпорядъка (ентропия) във всички системи. И в процеса на еволюцията се случва само локално усложняване на системата, което се постига с цената на ненужен разход на енергия за развитието на организма.

Терминът еволюция е използван за първи път в биологията от швейцарския учен К. Боне през 1782 г. Еволюцията се разбира като бавни постепенни количествени и качествени промени в даден обект. Освен това всяко ново състояние на обекта трябва да има по-високо ниво на развитие и организация в сравнение с предишното.

Теорията на еволюцията, науката за законите и причините на еволюционния процес, се нарича еволюционна доктрина. В момента има голям брой варианти на различни концепции за еволюцията. Основната им разлика е в това каква изменчивост приемат за основа на еволюцията - определена насочена адаптивна или неопределена ненасочена, която случайно се оказва адаптивна.

В биологията еволюцията се определя от наследствената изменчивост, борбата за съществуване и естествения и изкуствения отбор. Еволюцията води до формиране на адаптации (адаптации) на организмите към условията на тяхното съществуване, промени в генетичния състав на популация от видове, както и изчезване на неадаптирани видове. Под адаптациясе отнася до процеса на адаптиране на структурата и функциите на организмите и техните органи към условията на околната среда. В науката адаптацията се разбира като процес на натрупване и използване на информация в система, насочена към постигане на нейното оптимално състояние (на системата) при първоначална несигурност и променящи се външни условия. Фактът, че феноменът на адаптация съществува в живата природа, е бил известен на биолозите от миналите векове. В момента генетиката или теорията на генетиката твърди, че адаптацията не е някаква вътрешна същност, дадена предварително на организма, но винаги възниква и се развива. Това развитие се осъществява под влияние на четири основни характеристики: наследственост, изменчивост, естествен подбор, изкуствен подбор.

С развитието на еволюционната теория нейните идеи намират все по-широко приложение при моделиране на човешкото мислене и поведение, създаване на съвременни компютри и др. В тази връзка възникват цели нови клонове на знанието и науката. например, бионика(на гръцки bion - елемент на живота) е наука, граничеща с биологията, генетиката и технологиите, решаваща инженерни проблеми, основани на генетиката и анализ на структурата на живота на организмите. Генетика– наука за законите на наследствеността и изменчивостта на организмите. Основната задача на генетиката е разработването на методи за контрол на наследствеността и наследствената изменчивост за получаване на желаните форми на организмите или за контролиране на тяхното индивидуално развитие.

Важна роля в явленията на наследствеността играят хромозомите - нишковидни структури, разположени в клетъчното ядро. Всеки вид се характеризира с много специфичен брой хромозоми, във всички случаи той е четен и те могат да бъдат разпределени по двойки. По време на деленето на зародишните клетки и по време на процеса на оплождане всяка хромозома търси своя подобна. Те се приближават и са успоредни една на друга и почти се сливат. След това се разделят. Но по време на контакт почти всички хромозоми обменят своите части. Получената клетка (зигота), деляйки се многократно, образува ембрион, от който се развива организмът.

Клетките имат сложен и важен механизъм за преразпределение на генетичен материал. Всяка клетка в тялото има еднакъв брой хромозоми. Потомците имат еднакъв брой, като точно половината от бащата и половината от майката. С такъв обмен се предават наследствени характеристики.

Чарлз Уилсън през 1900 г. определя, че гените са разположени върху хромозомите. Две хомоложни хромозоми (едната от бащата, а другата от майката) се събират по време на узряването на зародишните клетки и обменят части. Това явление се наричаше пресичане. Това се случва между различни гени произволно с различни честоти. Хромозомният модел в момента е нишка, върху която гените са нанизани като мъниста.

Ч. Дарвин е първият учен, който определя наличието на общ принцип в живата природа - естествения подбор. В учението за еволюцията има две страни: учението за материала за еволюцията и учението за нейните фактори, нейната движеща сила. Движещата сила на еволюцията е естественият подбор. Наследството се основава на неделими и несмесими фактори - гени. Чрез селекцията се осъществява насоченото влияние на условията на живот върху наследствената променливост. Самата наследствена изменчивост е случайна. Под влияние на околната среда се избират черти, които най-добре отговарят на условията на живот.

De Vries нарича наследствените промени в отделните гени мутации. Мутациите служат като елементарен материал за еволюционния процес. Те естествено възникват в естествени условия.

Променливостта е разнообразие от характери и свойства на индивиди и групи от индивиди от всякаква степен на родство. Прави се разлика между насочена и ненасочена променливост.

Насочената или специфична променливост обикновено е масивна и адаптивна. В този случай не се унаследява изменението на признака, а способността за изменение, но в различна степен. Такива промени се наричат ​​модификации. Определена променливост е продукт на еволюцията; способността за нея възниква в резултат на подбор през много поколения. Но промяната в самия признак, под въздействието на някакъв фактор на околната среда, изчезва със смъртта на организма и потомците трябва да го придобият отново. Само в този смисъл известна изменчивост е ненаследствена. Не може да се нарече променливост: това е наследственост, която не винаги се проявява във фенотипа, а само когато е изложена на определен фактор на околната среда.

Ненасочената или неопределена променливост възниква независимо от естеството на фактора, който я е причинил, а променящата се характеристика може да се промени както в посока на укрепване, така и в посока на отслабване. При това не е масово, а изолирано. Има два вида несигурна променливост: комбинирана и мутационна. Въз основа на комбинираната променливост по време на образуването на потомството по време на мейозата възникват нови комбинации от майчини и бащини хромозоми. В този случай хромозомите понякога обменят части (кросингоувър), така че броят на генните комбинации във всяко ново поколение рязко се увеличава. Мутационната променливост е процесът на промяна на генетичната структура на организма, неговия генотип. В този случай се променя броят на хромозомите или тяхната структура или структурата на гените, които съставляват хромозомата. Подобно на комбинираната променливост, процесът на мутация е ненасочен (характерите могат да се променят произволно), немасивен (едновременната поява на която и да е една мутация в определен брой индивиди в популацията е невъзможна) и неадаптивен (мутациите могат или да увеличат, или да намалят жизнеспособност на техните носители). Несигурната променливост е материалът за процеса на еволюция. Промените в организмите според Чарлз Дарвин се определят от факторите на околната среда. В същото време носителите на признаци, полезни в дадена среда, които възникват в резултат на мутация или рекомбинация на гените, които определят тези признаци, са по-склонни да оцелеят и да оставят потомство.

Понятията ген и генетика са въведени от датския учен В. Йохансен. Ето факторите, които променят генетичния състав на естествената популация: процес на мутация, изолация, „вълни на живот“, селекция.

Специалното положение на гените се крие в тяхната уникалност. В хромозомния набор всеки ген е представен само веднъж. През 30-те години на миналия век е доказано, че генната мутация е малка химическа промяна. Следователно генът има химическо естество, тъй като е молекула или част от голяма молекула.

През 1953 г. с работата на М. Уоткен и Ф. Крик се поставя началото на една нова наука – молекулярната генетика. Биохимичните характеристики на живите организми се унаследяват по законите, открити от Г. Мендел. Плановете за структурата на протеините са "записани" в гените - плановете за всички наследствени черти. Генетичният код се оказва общ за всички природни системи на нашата планета. На практика е дешифриран. Всяка хромозома е уникална морфологично и генетично и не може да бъде заменена с друга или възстановена, ако се загуби. Когато една хромозома се загуби, клетката обикновено умира. Всеки биологичен вид има определен, постоянен брой хромозоми. В процесите на наследяване на признаци поведението на хромозомите по време на клетъчното делене играе решаваща роля. Има два основни типа клетъчно делене: митоза и мейоза. Митозата е непряко делене на клетките на тялото; тя е механизъм за точното разпределение на хромозомите между двете получени дъщерни клетки. Мейозата е редукционен механизъм (намаляване наполовина на броя на хромозомите).

До началото на 40-те години на миналия век класическата генетика е разбрала дискретната природа на такива качества като наследственост и променливост. Това стана възможно преди всичко благодарение на формирането на генната теория в трудовете на училището Т. Морган. Основните положения на тази теория могат да бъдат формулирани, както следва:

• всички характеристики на организмите са под контрола на гените;
• гени– елементарни единици на наследствената информация, те се намират в хромозомите;
• гените могат да се променят – мутират;
• мутациите на отделни гени водят до промени в индивидуалните елементарни характеристики или фени.

Сега се смята, че генът е наистина съществуваща независима единица наследственост, която се комбинира и разделя по време на кръстосване, независимо наследен наследствен фактор. Генът се определя като структурна единица от наследствена информация, функционално неделима. Той се разглежда като участък от ДНК молекула, който кодира синтеза на една макромолекула или изпълнява някаква друга елементарна функция. Съвкупността от гени е генотип. Фенотип– съвкупността от всички външни и вътрешни характеристики. Образува се комплекс от гени, съдържащи се в набора от хромозоми на един организъм геном.

Основата на редовната (обща) рекомбинация е кръстосването, т.е. обменът на хомоложни региони в различни точки на хомоложни хромозоми, което води до появата на нова комбинация от свързани гени.

Сегрегацията по време на независимо наследяване и кросинговър определя променливостта на организмите поради комбинаториката на съществуващите гени (алели). Алелиназовете специфично химично състояние на ген. Мутациие появата на качествено нови гени (алели), хромозоми и набори от хромозоми. Комбинацията от двата вида изменчивост обуславя общата изменчивост на генотипа.

Генетичният материал има такива универсални свойства като дискретност, непрекъснатост, линейност и относителна стабилност, които се разкриват по време на генетичен анализ. Повишаването на разделителната способност на генетичния анализ е възможно чрез изучаване на голям брой индивиди, използване на селективни методи и ускоряване на процеса на мутация.

Всички тези методи са важни в природните системи и могат да намерят приложение при изграждането на изкуствени системи. Увеличаването на броя на индивидите води до увеличаване на разнообразието от генетичен материал, което означава увеличаване на първоначалния набор от функции, контролирани от гените, а това от своя страна позволява по-широк избор от функции. Ускоряването на процеса на мутация води до производството на все по-разнообразен генетичен материал.

В естествените и изкуствените системи ролята на мутациите е, че те генерират нови функции, след което се получава дублиране, фиксиране на двете функции и след това започва отделната еволюция на оригиналните и новите функции. Тази еволюция показва, че нова функция или функция, произтичаща от мутация, има по-високи адаптивни качества или предишната функция изпълнява тази роля по-добре.

Като цяло, еволюцията има тенденция към усредняване (тъй като има все по-хомогенно смесване на генетичен материал с различно качество, от наша гледна точка). Следователно селекцията се използва като един от методите за получаване на най-добри резултати в развитието. Селективното развъждане е форма на изкуствена селекция. Селекцията като наука е създадена от Чарлз Дарвин, който идентифицира три форми на селекция:

• естествен подбор, който причинява промени, свързани с адаптирането на популацията към нови условия;
• несъзнателен подбор, при който в популацията се задържат най-добрите екземпляри;
• методичен подбор, при който се извършва целенасочена промяна на популацията към установен идеал.

Движещите сили на еволюцията според Чарлз Дарвин са:

• несигурна изменчивост, т.е. наследствено обусловено разнообразие от организми във всяка популация;
• борбата за съществуване, по време на която по-малко адаптираните организми се елиминират от възпроизводството;
• естественият подбор е оцеляването на по-адаптирани индивиди, в резултат на което се натрупват и сумират полезните наследствени промени и възникват нови адаптации.

Дарвинизмът обяснява адаптацията чрез еволюцията. В резултат на естествения подбор, новопоявилите се мутации се комбинират с гените на индивиди, които вече са били подложени на селекция, фенотипната им експресия се променя и на тяхна основа възникват нови адаптации. Следователно селекцията е основният фактор в еволюцията, предизвикващ появата на нови адаптации, трансформация на организмите и видообразуване. Изборът се предлага в три основни форми:

• шофиране (водене). Води до развитие на нови адаптации;
• стабилизиращ. Осигурява запазване на вече формирани адаптации при непроменени условия на околната среда;
• разрушителен (разкъсващ). Той причинява появата на полиморфизъм при многопосочни промени в местообитанието на популацията.

Подборът става според общата годност на организма, а не според някаква индивидуална черта.

При движеща селекция индивидите, които са се променили в някои характеристики спрямо средната стойност (норма) на даден вид, имат по-голяма вероятност да оставят потомство. В този случай се избира един вид отклонение от нормата.

Стабилизиращият подбор запазва средната стойност на признаците (нормата) в популацията и не позволява на индивидите, които се отклоняват най-много от тази норма, да преминат в следващото поколение. Това прави опазването на видовете неизменно.

При разрушителен или разрушителен подбор не се избира един вид отклонение от нормата, а два или повече. Това е начинът за фрагментиране на предшественик на дъщерни групи, всяка от които може да стане нов вид.

Наричат ​​се еволюционни процеси, протичащи в рамките на даден вид и завършващи с видообразуване микроеволюция. Макроеволюциясе нарича развитие на групи организми от надвидов ранг. Задачите на макроеволюцията са да анализира връзката между индивидуалното и историческото развитие на организмите и да анализира закономерностите на посоката на еволюционния процес.

Шмалхаузен разработва и представя концепцията за целостта на организма в индивидуалното и историческото развитие. Той изследва механизмите на еволюционния процес и индивидуалното развитие на организмите като саморегулиращи се системи и очертава еволюционната теория от гледна точка на кибернетиката.

В учението за селекцията Чарлз Дарвин доказва, че основната движеща сила на еволюцията е селекцията на най-добрите форми, което изисква следните условия за успех: правилен избор на изходен материал, точно поставяне на цели, селекция в доста широк мащаб и евентуално по-строго отхвърляне на материала, подбор един по един основен признак.

Преглед– основната структурна единица в природните системи, качествен етап от тяхната еволюция. Нови видове възникват в резултат на междувидово кръстосване. Видът е група от популации, чиито индивиди могат да се кръстосват при естествени условия, но са изолирани от други видове. Видът е разделен на няколко популации, всяка от които се развива самостоятелно. Процесът на преход от един вид към друг не е рязък и може да не възникне генетична изолация между тях.

Основата на еволюционните процеси в природните системи е населението. Популацията е голяма съвкупност от индивиди от определен вид, дълго време (голям брой поколения), обитаващи определена област от географското пространство, в рамките на която се извършва една или друга степен на произволно свободно кръстосване. В една популация няма абсолютно идентични индивиди. Всеки индивид е носител на уникален генотип, който контролира формирането на фенотипа. Съществуването на всеки индивид е ограничено до определен интервал от време, след което индивидът умира. В този случай генотипът на индивида е изключен от генофонда на популацията, но през целия си живот индивидът може да предава наследствена информация.

Известни са три механизма за предаване на наследствена информация по време на раждането на потомството; безполово размножаване, полово размножаване, междинна (между безполова и полова) форма на размножаване. Устойчивото предаване на гени от родители към потомство зависи преди всичко от способността на ДНК молекулите да се възпроизвеждат и авторепродуцират. Всеки индивид е изложен на влиянието на околната среда през целия си живот. В някои случаи тези ефекти могат да доведат до пренареждане на ДНК молекули, които носят наследствена информация. Промяната в оригиналната последователност на гените в ДНК молекулите води до промяна в свойствата на тази молекула и следователно до наследствена информация.

Обсъдените по-горе фактори могат да бъдат подредени в низходящ ред на влияние според степента на влияние върху еволюцията:

• естествен подбор;
• изолация на населението;
• колебания на населението;
• мутационни процеси.

Спусъкът за еволюция действа в резултат на комбинираното действие на еволюционни фактори в популацията. В резултат на действието на еволюционните сили елементарни еволюционни промени настъпват многократно във всяка популация. С течение на времето някои от тях се сумират и водят до появата на нови адаптации, което е в основата на видообразуването.

Насочената молекулярна еволюция е подобна на изкуствения подбор. Ако искате да създадете молекула, която има някакво химично свойство, трябва да изберете от голяма популация от молекули онези, които най-добре изразяват това свойство, и от тях да произведете дъщери, които са подобни на своите родители в различна степен. Този процес на подбор и дублиране се повтаря, докато се постигне желаният резултат.

Според теорията на Чарлз Дарвин еволюцията се осъществява чрез взаимодействието на три процеса, които се повтарят: селекция, амплификация и мутация. Усилване- процесът на производство на потомци, или по-точно на копиране на индивиди, действа в природата заедно със селекцията. Критерият за избор е подобен на библейския: „плодете се и се размножавайте“. Стратегията на итеративна рандомизация може да принуди молекулите да се развиват към подобрени функционални свойства.