Згадайте основні положення дарвінізму про рушійні сили еволюції видів у природі. Що елементарним еволюційним матеріалом? Що називають елементарним еволюційним явищем?

Що впливає на популяцію організмів та змінює її генетичний склад? Насамперед, це мутаційний процес, комбінативна мінливість, популяційні хвилі, ізоляція та природний відбір. Їх називають основними рушійними силами – елементарними чинниками еволюції.

Мал. 147. Альбінізм у тварин пов'язаний із відсутністю пігменту меланіну. Такі тварини, крім відсутності пігментації покривів, мають безбарвну райдужну оболонку ока, якою просвічуються кровоносні судини. Тож очі у альбіносів червоні. Альбіноси: 1 – кролик; 2 - дрізд

Мутаційний процес та комбінативна мінливість. Мутаційний процес, т. е. процес виникнення мутацій в організмів - основний постачальник елементарного еволюційного матеріалу. У нього випадковий та неспрямований характер. Часто в організмів виникають окремі мутації, що йдуть в одному напрямку, наприклад, у багатьох хребетних тварин зустрічається мутація «альбінізм», що характеризується повною відсутністю пігменту в шкірних покривах і райдужці очей (рис. 147).

Поява популяції мутацій збільшується з допомогою комбінативної мінливості. В результаті її дії в популяції у особин виникають нові поєднання генів у генотипах, у тому числі і містять гени, що мутували. Комбінативна мінливість посилює вплив мутаційного процесу на населення.

Чисельність особин у популяціях непостійна. У природі завжди відбувається її збільшення, або скорочення. Такі коливання чисельності одержали назву популяційних хвиль. Їх причинами зазвичай є багата кормова база, або нестача їжі, дія хижаків або вплив хвороб (рис. 148). Іноді популяційні хвилі викликають і погодно-кліматичні чинники: повені, сильні морози, урагани тощо.

Мал. 148. Популяційні хвилі: коливання чисельності білки звичайної залежно від урожаю насіння ялинки

Значення популяційних хвиль для еволюції полягає в тому, що при зростанні чисельності популяції кількість мутацій і відповідно мутантних особин збільшується в ній у стільки ж разів, скільки зросла кількість особин.

Якщо чисельність особин у популяції скорочується, її генетичний склад стає менш різноманітним. У популяції у разі залишаються особини з певними генотипами. Надалі відновлення її чисельності відбуватиметься лише завдяки цим особам. Деякі гени у разі можуть назавжди зникнути з генофонду популяції, т. е. генофонд популяції збідніє (рис. 149).

Мал. 149. При зниженні чисельності у популяції можуть залишитися особини з певними генотипами (кольоровими кружками позначені окремі особи популяції)

Таким чином, популяційні хвилі, самі собою не викликаючи спадкової мінливості, сприяють зміні частоти мутацій і комбінацій генів у популяції. Популяційні хвилі також впливають і інтенсивність боротьби за існування особин у популяції. У разі збільшення чисельності популяції боротьба існування між її особинами загострюється, а при зниженні чисельності - слабшає.

Мутаційний процес, комбінативна мінливість і популяційні хвилі навіть за спільної дії що неспроможні забезпечити еволюцію. Для неї необхідна наявність факторів, які довгостроково і спрямовано впливали б на популяцію. Окрім природного відбору, який ми розглянемо окремо, таким фактором є ізоляція.

Ізоляція.Під ізоляцією розуміють роз'єднання популяцій усередині ареалу виду результаті виникнення перешкод шляху вільного схрещування особин, складових популяцію. Значення ізоляції як елементарного чинника еволюції у тому, що під її впливом на популяції закріплюються спочатку виниклі генетичні відмінності.

Найважливіша властивість ізоляції – її значна тривалість. Залежно від природи перешкод розрізняють дві форми ізоляції – географічну та біологічну. При географічній ізоляції в ролі перешкод виступають гірські хребти, водоймища, пустелі та інші непереборні географічні об'єкти (рис. 150).

Мал. 150. Географічна ізоляція популяцій усередині арела модрини сибірської

Біологічна ізоляція буває екологічна, поведінкова та генетична. При екологічній ізоляції схрещування стає неможливим через відмінності в умовах проживання популяцій. Наприклад, у високогірному озері Севан у Вірменії є шість популяцій севанської форелі. Профіль дна озера складний, тому температура води у різних ділянках озера неоднакова. Відповідно у риб, що мешкають на різних глибинах, ікра та молоки дозрівають неодночасно, і нерест особин у шести популяціях форелі відбувається у різні терміни (рис. 151).

Мал. 151. Екологічна ізоляція шести популяцій севанської форелі: цифри позначають місця проживання популяцій, що відрізняються термінами нересту

Поведінкова ізоляція пов'язана з особливостями поведінки самок та самців під час розмноження. Такий вид біологічної ізоляції існує у комах, риб, птахів та ссавців. Складний ритуал упізнання шлюбного партнера генетично запрограмований і майже повністю виключає можливість спарювання з особами іншого виду (рис. 152).

Мал. 152. Впізнання партнера під час шлюбного ритуалу у олушів

Якщо все ж таки з якихось причин спарювання між особинами різних видів відбулося, то перепоною для продовження роду виступає генетична ізоляція. Вона полягає в несумісності статевих продуктів особин різних видів, що перешкоджає розвитку зигот. У поодиноких випадках, коли зиготи перетворилися на ембріони і між різними видами відбулася гібридизація, отримані гібриди залишаються безплідними. Вони не можуть зробити потомство через порушення мейозу при дозріванні їх статевих клітин.

Отже, мутаційний процес, комбінативна мінливість, популяційні хвилі та ізоляція, змінюючи генофонд популяції, створюють передумови впливу головного еволюційного чинника - природного добору.

Вправи з пройденого матеріалу

1. Назвіть основні рушійні сили (елементарні фактори) еволюції.
2. Яке значення для еволюції має мутаційний процес та комбінативна мінливість?
3. Що таке хвилі популяції і які їх причини?
4. Яке еволюційне значення популяційних хвиль?
5. Охарактеризуйте ізоляцію як еволюційний чинник.
6. Чим географічна ізоляція відрізняється від біологічної? Наведіть приклади географічної та біологічної ізоляцій популяцій організмів у природі.

Порівняйте між собою основні рушійні сили еволюції видів у природі. Замалюйте у зошитах у вигляді схеми їхню дію на популяцію організмів. Який внесок вони роблять в еволюційний процес?

Біологічні чинники антропогенезу у еволюції людини.Людина - останній біологічний вид, що виник еволюції органічного світу. Такі чинники еволюції органічного світу, як спадкова мінливість, боротьба існування та природний відбір, займають значне місце у еволюції людини. Ці природні закономірності у еволюції людини Ч. Дарвін довів на конкретних прикладах. Завдяки впливу факторів природи в організмі древніх людиноподібних мавп відбувалися важливі анатомічні та фізіологічні зміни. У результаті людиноподібних мавп поступово виробилося прямоходіння, розділилися функції рук і ніг, руки пристосувалися до виготовлення знарядь праці. Природний відбір створював сприятливі умови окремим групам людей для вдосконалення знарядь праці, колективного полювання та піклування про людей похилого віку. Внаслідок такої діяльності одночасно з індивідуальним відбором йшов груповий відбір. Проте пояснення антропогенезу недостатньо одних біологічних закономірностей. У своїх працях Ф. Енгельс (1820–1895) довів величезне значення тут і соціальних факторів. Він особливо відзначив працю, суспільний спосіб життя, свідомість та мовлення.

Праця – найважливіший фактор еволюції людини.Будь-яка праця починається з виготовлення знарядь праці, що здійснюється за допомогою рук. Ф. Енгельс високо оцінив роль праці становленні людини. Він писав, що "праця - перша основна умова всього людського життя, і до того ж такою мірою, що ми у певному сенсі повинні сказати: праця створила саму людину". Якщо так, то основною соціальною рушійною силою антропогенезу є праця. Деякі людиноподібні мавпи можуть використовувати прості знаряддя, але не здатні створити їх. Тварини впливають на природу через свою життєдіяльність, а людина змінює її в процесі свідомої праці.

Вплив людини на природу значний і різноманітний. У наших мавпоподібних предків у результаті праці з'явилися морфологічні та фізіологічні зміни, які називають антропоморфозом. Праця – основний фактор в еволюції людини. Мавпи жили в лісах, лазячи по деревах, потім поступово спустилися на землю. Ця зміна в їхньому способі життя створила умови для ходіння на двох ногах. Перехід до прямоходіння " став вирішальним кроком шляху від мавпи до людини " (Ф. Енгельс). В результаті прямоходіння з'явився S-подібний вигин хребта людини, який надав пружність тілу. Стопа (плюсневі кістки) стала більш вигнутою, пружною, тазові кістки розширилися, зміцнився криж, щелепи стали легшими. Такі спадкові зміни тривали мільйони років. Перехід до прямоходіння призвів до певних труднощів: обмежилася швидкість пересування, зрощення крижів зі стегном ускладнювало пологи, важка вага людини призводила до плоскостопості. Але завдяки прямоходженню в людини звільнилися руки виготовлення знарядь праці.

У початковий період формування його рука була слаборозвиненою і могла робити лише найпростіші дії. Завдяки спадковості такі ознаки зберігалися та передавалися наступному поколінню. Ф. Енгельс пояснював, що рука - як орган праці, а й продукт праці. Зі визволенням руки наші мавпоподібні предки могли використовувати прості знаряддя з каменю та кістки тварин. Усе це вплинуло і їх рівень мислення, поведінка і сприяло вдосконаленню знарядь праці. Розвиток праці призводив до посилення ролі соціальних факторів в антропогенезі, але поступово послаблювало дії біологічних закономірностей (рис. 58).

Мал. 58.

Суспільний спосіб життя як рушійна сила еволюції людини.Будь-які життєві дії тварин здійснюються рефлекторно та інстинктивно. Перехід до стадного життя тварин відбувався завдяки природному добору. З самого початку праця була суспільною, і перші мавпоподібні предки людини жили стадами. Тому Ф. Енгельс підкреслював, що неправильно було б шукати предків людини, найсуспільнішої істоти в природі, серед негромадських тварин. Групова праця сприяла розвитку суспільних взаємин, згуртуванню членів суспільства, вони колективно полювали звірів, захищалися від хижаків, виховували дітей. Старші члени товариства передавали молодшим життєвий досвід. Людина поступово навчилася добувати та зберегти вогонь.

Наші далекі пращури поступово переходили від рослинної їжі до тварини. М'ясна їжа забезпечувала організм людини необхідними корисними амінокислотами, тому він став удосконалювати знаряддя полювання та риболовлі. Перехід до м'ясної їжі призвів до змін в організмі людини, наприклад, укорочення кишечника, розвитку жувальної мускулатури. Застосування вогню полегшило життя наших предків.

За суспільного способу життя були великі можливості у предків людини до пізнання природи, накопичення життєвого досвіду. Спільна діяльність членів суспільства викликала необхідність спілкування жестами, звуками. Перші слова безпосередньо пов'язані з трудової діяльністю. Поступово горло, органи ротової порожнини в результаті спадкової мінливості та природного відбору перетворилися на органи членоподілової мови.

Людина, як і тварини, сприймає сигнали з навколишнього світу через роздратування органів чуття. Це перша сигнальна система. Друга сигнальна система пов'язана з найвищою нервовою діяльністю людини. Виникнення мови, взаємини предків у вигляді слова сприяли розвитку мозку, мислення - мова поступово перетворилася на засіб виховання. Мова посилила спілкування наших предків, сприяла розвитку суспільних відносин. Еволюція наших предків відбувалася під спільною дією біологічних та соціальних факторів. Природний відбір поступово втратив значення провідного чинника еволюції людського суспільства. Навпаки, соціальні чинники (працю, мова) стали основними в еволюції людини. Якщо морфологічні та фізіологічні особливості людини передаються у спадок, то здібності до колективної трудової діяльності, мислення та мови ніколи не передавалися у спадок і не передаються тепер. Ці специфічні якості людини історично виникли й удосконалювалися під впливом соціальних чинників та розвиваються в кожної людини у процесі його індивідуального розвитку лише у суспільстві завдяки вихованню та освіті. Відомі випадки досить тривалої ізоляції дитини з раннього віку від людського суспільства (виховання тваринами) показали, що при поверненні його в нормальні умови здатність до мови, мислення у нього дуже погано або зовсім не розвивається. Це підтверджує те, що ці риси не успадковуються. Кожне старше покоління передає наступним життєвий досвід, знання, духовні цінності у процесі виховання та освіти. З розвитком суспільства праця людей ставав різноманітнішим. З'явилися різні галузі господарства, розвивалася промисловість, з'явилися наука, мистецтво, торгівля, релігія. Племена утворили нації, держави.

Таким чином, основними рушійними силами антропогенезу були біологічні (спадкова мінливість, боротьба за існування та природний відбір) та соціальні фактори (трудова діяльність, суспільний спосіб життя, мова та мислення) (схема 2).

У соціальній еволюції людини розрізняють три основні етапи.

Перший - пізнання довкілля через витвори мистецтва. Наприклад, наскельні малюнки.

Другий етап безпосередньо пов'язаний із прирученням диких тварин та розвитком землеробства. Таким чином людина стала впливати на навколишнє природне середовище.

Третій етап - розвиток науково-технічного прогресу, який розпочався XV в. за доби Відродження. Нині головним соціальним чинником став людський розум. Людство, широко розповсюдившись на земній кулі, освоює космічні простори. Біосфера, населена людьми, перетворюється на ноосферу, керовану розумом людини.

Біологічні чинники антропогенезу Соціальні чинники антропогенезу. Антропоморфоз. Кроманьйонець. Ноосфери.

1. До біологічних факторів антропогенезу відносяться спадкова мінливість, боротьба за існування та природний відбір.

2. Праця – основний крок в еволюції людини.

3. Прогресивні зміни в еволюції людини - це виготовлення знарядь праці руками та перехід до прямоходіння.

4. Суспільний спосіб життя, мова, мислення, розум стали основними соціальними рушійними силами еволюції.

1. Які фактори відносяться до біологічних рушійних сил антропогенезу?

2. Поясніть значення соціальних чинників у еволюції людини.

3. Які ознаки виробилися у будові тіла людини внаслідок прямоходіння?

1. Яка роль праці еволюції людини?

2. Яке місце займає в еволюції людини?

3. Що таке антропоморфоз!

1. Дайте характеристику соціальним чинникам.

2. Назвіть три етапи соціальної еволюції людини.

3. Як вплив соціальних чинників нині на еволюцію людини?

Поясніть на прикладах рушійні сили еволюції за схемою 2, де вказані біологічні та соціальні рушійні сили еволюції людини.

Великий англійський вчений Ч. Дарвін(1809-1882) розробив наукову теорію еволюції живої природи. Головна праця Дарвіна 1859р. - «Походження видів шляхом природного відбору, чи Збереження сприятливих порід боротьби з життя». Чинник еволюції - це рушійна сила, що викликає і закріплює зміни у популяціях як елементарних одиницях еволюції.

Історична заслуга Дарвінане в тому, що він вказав на наявність біологічної еволюції (про це говорили багато мислителів задовго до нього), а в тому, що він розкрив матеріальні фактори еволюції (спадковість і мінливість) і один із рушійних факторів (природний відбір) і розкрив тим самим причини перебігу біологічної еволюції. Чинники еволюції- тріада Дарвіна - мінливість та мутації, спадковість, природний відбір.

Мінливість- здатність живих організмів змінюватися, набувати нових ознак під впливом умов зовнішнього (неспадкова мінливість) та внутрішнього (спадкова мінливість) середовища. Спадкова мінливість може бути комбінативної та мутаційної. Комбінативна мінливість пов'язані з виникненням різних комбінацій алельних генів (рекомбінацій). Мутації – стійкі зміни генетичного матеріалу як наслідок, успадкованого ознаки. Результат мутацій - поява нових ознак у дочірнього організму, які були у батьків. Дарвін розрізняв певну, невизначену та співвідносну мінливість. Певна мінливість - набуття нових ознак у значної кількості організмів, що належать до цього виду, під впливом різних факторів зовнішнього та внутрішнього середовища. Невизначена мінливість - придбання нових ознак окремими організмами, що належать до цього виду, під впливом факторів зовнішнього та внутрішнього середовища. Співвідносна мінливість - взаємозв'язок набуття нових ознак різними органами та системами органів.

Спадковість- властивість живих організмів забезпечувати передачу потомству генетично закодованої інформації про ознаки. Зв'язок між поколіннями здійснюється у вигляді розмноження. Спадкові властивості передаються з покоління до покоління через статеві клітини (при статевому розмноженні).

Природний відбір- Головний еволюційний фактор, що сприяє виживанню «сприятливих» особливостей будови та елімінації несприятливих. Процес виживання особин з корисними у умовах середовища спадковими змінами та його наступне розмноження. Відбираючий чинник - умови довкілля: висока чи низька температура повітря; надлишок чи нестача вологи, світла, їжі. Виділяють три форми природного відбору, що найчастіше відбуваються в природі: провідний, або рушійний (розширює межі спадкової мінливості популяції), стабілізуючий (поділяє популяції на частини), дизруптивний (поділяє популяції на частини). Природний) відбір - це випадковий, а суворо закономірний процес, що надає еволюції спрямованість й у кінцевому підсумку створює складні адаптації, схожі результат " розумного проектування " .

Називати сучасну теорію еволюції "дарвінізмом" або "теорією Дарвіна" - не коректно, Тому що біологічна наука дуже далеко просунулася в розумінні еволюції в порівнянні з вихідною теорією Дарвіна. Нові фактори еволюції:

Популяційні хвилі- Періодичні коливання чисельності популяції. Наприклад: чисельність зайців непостійна, кожні 4 роки їх стає дуже багато, потім слідує спад чисельності. Значення: під час спаду відбувається дрейф генів.

Дрейф генів- якщо населення дуже маленька (через катастрофи, хвороби, спаду популяційної хвилі), то ознаки зберігаються чи зникають незалежно від своїх корисності, випадково.

Ізоляція- фактор еволюційного процесу, що впливає на процеси схрещування особин один з одним. Ізоляція сприяє дивергенції ознак, закріплює різницю між особами ізольованих груп. Певне значення має тривалість ізоляції.

Міграціїособин із популяції у популяцію також є важливим джерелом генетичного розмаїття популяції. Завдяки вільному схрещуванню під час міграції відбувається обмін генами між особами популяції одного виду. (Потік генів).При цьому гени мігруючих особин включаються при схрещуванні генофонд популяцій. Внаслідок цього генофонд популяцій оновлюється.

Взаємозв'язок рушійних сил еволюції . Хоча з усіх елементарних еволюційних чинників провідна роль еволюційному процесі належить природному добору, може відбуватися лише за наявності мутаційної мінливості, що створює матеріал для відбору, і представляє головний (але не єдиний) чинник еволюції. Таким чином, мутації, рекомбінації, міграції, хвилі популяції, дрейф генів і ізоляція - також важливі неспрямовані еволюційні фактори. У природі вони діють спільно, проте роль кожного може посилюватися у конкретній обстановці. Усі ці чинники забезпечують генетичну неоднорідність популяцій.

між штучним та природнимвідбором немає непрохідної прірви: злаки з насінням, що не осипається, виведені нами несвідомо, і навпаки, у термітів і мурах є сільське господарство з мільйонолітнім відбором видів грибів, які вже не можуть існувати самостійно.

Антиеволюціоністи помиляютьсяколи кажуть, що штучний відбір не створив жодного нового виду. Дуже багато видів диких тварин, що належать до одного роду, а іноді і до різних родів, в принципі здатні схрещуватися і давати плідне потомство, проте в природних умовах вони майже ніколи цього не роблять. Кукурудза – одне з яскравих живих свідчень могутності штучного відбору. Дикий предок кукурудзи - рослина теосинте - мала крихітний качан з невеликою кількістю дрібних. Кілька тисячоліть штучного відбору перетворили теосинте на кукурудзу.

Рухомі фактори еволюції- фактори, що спрямовують різні елементарні зміни, що виникли в результаті мутацій, у бік формування пристроїв організмів до змін умов навколишнього середовища.Рушійною силою еволюції називають природний відбір, який є наслідком боротьби за існування у її формах. Невідповідність між кількістю особин, що у популяції, і засобами їхнього життя неминуче призводить до боротьби за існування. Боротьба за існування- складні та різноманітні відносини особин усередині видів, між видами та з неорганічною природою. Ч. Дарвін розрізняв три форми боротьби за існування: 1) внутрішньовидову – взаємини між особами, що належать до одного виду; 2) міжвидовий - взаємини між особинами, що належать до різних видів; 3) боротьбу з несприятливими умовами неорганічної природи – взаємини організмів із неживою природою. Наслідком боротьби за існування є відбір.

Природний відбірпроцес, у результаті якого виживають і залишають після себе потомство переважно особини з корисними у умовах спадковими змінами. Цей чинник еволюції завжди спрямований характер, він удосконалює пристосування до умов існування, діє всі організми будь-якому віці, йде фенотипу і зводиться до відбору генотипів з нормою реакції, відповідної умовам довкілля. Особливо ефективно діє відбір проти домінантних мутацій. Досить часто в природі здійснюється на користь гетерозигот (відбір серповидноклітинної анемії). Залежно від напрямку адаптаційних змін природний відбір може бути рушійним, стабілізуючим та розривним.

Рухомий відбір- це відбір, що викликає поступову зміну фенотипу, веде до зміни норми реакції в одному напрямі. Здійснюється в нових умовах на користь змін, які за цих умов мають сприятливий характер. З рушійним відбором пов'язана поява нових пристроїв. Прикладами дії рушійного відбору є формування стійкості проти отрутохімікатів у комах, індустріальний меланізм у метеликів березової п'яниці.

Стабілізуючий відбір -це відбір особин, що супроводжується при постійному фенотипі звуженням норми реакції та ліквідує відхилення від неї. Показує ця форма відбору, коли настає стійкість екологічних умов. Стабілізуючий відбір забезпечує підтримку сталості певного фенотипу, який найбільше відповідає середовищі, і відкидає будь-які менш пристосувальні зміни. Прикладом дії стабілізуючого відбору є збереження обтічної форми тіла риб, розмірів частин квітки.

Розривний (дизруптивний) відбір- це відбір, який призводить до появи кількох фенотипів та спрямований проти середніх проміжних форм. Виявляється тоді, коли умови середовища настільки змінилися, що основна маса виду втрачає адаптивність, а переваги набувають особини з крайніми відхиленнями від середньої норми. Наводить ця форма відбору поліморфізму -існування у межах популяції двох чи кількох форм із різко відмінними ознаками. Прикладом дії розриву відбору є популяцій комах з довгими крилами і без крил на островах, де постійно дме сильний вітер.

Відповідно до синтетичної теорії еволюції природний відбір спрямовує різні елементарні зміни фенотипів, що виникли в результаті мутацій у бік формування пристроїв організмів до змін умов навколишнього середовища. У цьому полягає творча рольприродного відбору, тому його називають рушійною силою еволюції.

Еволюція(Лат. evolutio - розгортання, розвиток), як прийнято вважати в біології, це незворотний історичний розвиток природних та штучних систем. Зазвичай еволюцію протиставляли революції – швидким і значним масштабом змін. В даний час стало ясно, що процес розвитку штучних і природних систем складається зі змін як поступових, так і різких, як швидких, так і багато поколінь, що тривають.

Основні характерні риси біологічної еволюції: наступність; виникнення у еволюційному процесі доцільності; ускладнення та вдосконалення структур.

Відповідно до другого початку термодинаміки всі відбуваються у природі процеси спрямовані у бік руйнування структур, зниження рівня складності, збільшення частки безладдя (ентропії) переважають у всіх системах. А в процесі еволюції відбувається лише місцеве ускладнення системи, яке досягається ціною надмірної витрати енергії на розвиток організму.

Вперше термін еволюція був використаний у біології швейцарським ученим Ш. Бонне у 1782 році. Під еволюцією розуміють повільні поступові кількісні та якісні зміни об'єкта. При цьому кожен новий стан об'єкта повинен мати в порівнянні з попереднім високий рівень розвитку та організації.

Теорію еволюції науку про закономірності та причини еволюційного процесу називають еволюційним вченням. В даний час існує велика кількість варіантів різних концепцій еволюції. Основна їх відмінність у тому, яку мінливість вони беруть за основу еволюції певну спрямовану пристосувальну або невизначену ненаправлену і виявляється пристосувальною лише випадково.

У біології еволюція визначається спадковою мінливістю, боротьбою за існування, природним та штучним відбором. Еволюція призводить до формування адаптації (пристосувань) організмів до умов їх існування, зміни генетичного складу від популяції видів, а також відмирання непристосованих видів. Під адаптацієюрозуміється процес пристосування будови та функцій організмів та їх органів до умов навколишнього середовища. У науці під адаптацією розуміють процес накопичення та використання інформації в системі, спрямований на досягнення її (системи) оптимального стану, при початковій невизначеності та зовнішніх умовах, що змінюються. Про те, що адаптація є в живій природі, було відомо біологам минулих століть. В даний час генетика або теорія генетики стверджує, що адаптація не є якоюсь внутрішньою сутністю, заздалегідь наданою організму, але вона завжди виникає та розвивається. Такий розвиток здійснюється під впливом чотирьох основних ознак: спадковості, мінливості, природного відбору, штучного добору.

З розвитком теорії еволюції її ідеї все більше використовуються при моделюванні мислення та поведінки людини, створенні сучасних комп'ютерів тощо. У зв'язку з цим виникають нові галузі знань і науки. Наприклад, біоніка(грец. bion – елемент життя) – наука прикордонна між біологією, генетикою та технікою, що вирішує інженерно-технічні завдання на основі генетики та аналізу структури життєдіяльності організмів. Генетика– наука про закони спадковості та мінливості організмів. Основне завдання генетики - це розробка методів управління спадковістю та спадковою мінливістю для отримання необхідних форм організмів або для управління їх індивідуальним розвитком.

Важливу роль явищах спадковості грають хромосоми - ниткоподібні структури, що у клітинному ядрі. Кожен вид характеризується цілком певним числом хромосом, завжди воно парне, та його можна розподілити попарно. При розподілі статевих клітин та у процесі запліднення кожна хромосома шукає собі подібну. Вони зближуються і розташовуються паралельно одне одному майже зливаються. Потім вони розходяться. Але під час контакту багато хромосом обмінюються своїми частинами. Клітка (зигота), що вийшла, багаторазово ділячись, утворює зародок, з якого розвивається організм.

У клітинах існує складний та важливий механізм перерозподілу генетичного матеріалу. Кожна клітина організму має однакову кількість хромосом. Нащадки мають те саме число, причому рівно половина від батька, а половина від матері. За такого обміну передаються спадкові ознаки.

Ч. Вільсон 1900 р. визначив, що гени знаходяться в хромосомах. Дві гомологічні хромосоми (одна від батька, а інша від матері) зближуються при дозріванні статевих клітин та обмінюються частинами. Це явище назвали кросинговер. Воно відбувається між різними генами випадковим чином із різною частотою. Модель хромосоми нині – це нитка, яку, немов намистини, нанизані гени.

Ч. Дарвін - перший вчений, який визначив у живій природі існування загального принципу - природного відбору. В еволюційному вченні розрізняють дві сторони: вчення про матеріал для еволюції та вчення про її фактори, її рушійну силу. Рухаюча сила еволюції - природний відбір. В основі успадкування лежать неподільні та незмішувані фактори - гени. Саме через відбір і відбувається спрямований вплив умов життя на спадкову мінливість. Сама собою спадкова мінливість випадкова. Під впливом навколишнього середовища відбираються ознаки, які краще за інші відповідають умовам життя.

Спадкові зміни окремих генів де Фріз назвав мутаціями. Мутації і є елементарним матеріалом для еволюційного процесу. Вони закономірно виникають у природних умовах.

Мінливість – різноманітність ознак та властивостей у особин та груп особин будь-якого ступеня спорідненості. Розрізняють мінливість спрямовану та неспрямовану.

Спрямована, або певна, мінливість зазвичай масова та пристосувальна. В даному випадку успадковується не зміна ознаки, а здатність до зміни, але по-різному. Такі зміни називаються модифікаціями. Певна мінливість – продукт еволюції, здатність до неї виникає внаслідок відбору багато поколінь. Але сама зміна ознаки під впливом якогось чинника довкілля зникає із загибеллю організму, нащадки повинні знаходити його заново. Тільки цьому сенсі певна мінливість ненаследна. Її не можна називати мінливістю: це спадковість, що виявляється у фенотипі який завжди, лише при вплив певного чинника довкілля.

Неспрямована, або невизначена, мінливість виникає незалежно від природи фактора, що викликав її, причому змінна ознака може змінюватися і в бік посилення, і в бік ослаблення. У цьому вона масова, а одинична. Розрізняють два типи невизначеної мінливості комбінативну та мутаційну. На основі комбінативної мінливості при утворенні потомства під час мейозу виникають нові поєднання материнських та батьківських хромосом. При цьому хромосоми іноді обмінюються частинами (кросинговер), тому кількість комбінацій генів у кожному новому поколінні різко зростає. Мутаційна мінливість – процес зміни генетичної структури організму, його генотипу. При цьому змінюється число хромосом, або їх будова, або структура складових хромосому генів. Як і комбінативна мінливість, мутаційний процес неспрямований (ознаки можуть при ній змінюватися випадковим чином), немасовий (одночасне виникнення якоїсь однієї мутації у цілого ряду особин у популяції неможливо) і непристосовний (мутації можуть і підвищувати і знижувати життєздатність). Невизначена мінливість – матеріал процесу еволюції. Зміни організмів, за Ч. Дарвіном, визначаються чинниками довкілля. При цьому з більшою ймовірністю виживають і залишають потомство носії корисних у цьому середовищі ознак, що виникли в результаті мутації або рекомбінації, що визначають ці ознаки генів.

Поняття ген та генетика ввів датський учений В. Йогансен. Наведемо чинники, які змінюють генетичний склад природної популяції: мутаційний процес, ізоляція, хвилі життя, відбір.

Особливе становище генів полягає у їх унікальності. У хромосомному наборі кожен ген представлений лише один раз. У 30-ті роки було доведено, що генна мутація – це невелика хімічна зміна. Отже, ген має хімічну природу, будучи молекулою чи частиною великої молекули.

У 1953 р. з робіт М. Уоткена та Ф. Крику почалася нова наука – молекулярна генетика. Біохімічні особливості живих організмів успадковуються за законами, що їх відкрив Г. Мендель. У генах «записано» плани будови білків – плани всіх спадкових ознак. Генетичний код виявився загальним всім природних систем на планеті. Він практично розшифрований. Кожна хромосома унікальна морфологічно і генетично і може бути замінена інший чи відновлена ​​при втраті. При втраті хромосоми клітина зазвичай гине. Кожен біологічний вид має певну, постійну кількість хромосом. У процесах успадкування ознак визначальну роль грає поведінка хромосом при розподілі клітин. Існує два основних типи поділу клітин: мітоз та мейоз. Мітоз – непрямий поділ клітин тіла, це механізм точного розподілу хромосом між двома дочірніми клітинами, що утворюються. Мейоз – механізм редукції (зменшення числа хромосом удвічі).

Класична генетика на початку 1940-х років дійшла розуміння дискретності таких якостей, як спадковість та мінливість. Це стало можливим насамперед завдяки формуванню теорії гена у роботах школи Т. Моргана. Основні положення цієї теорії можна сформулювати так:

• всі ознаки організмів перебувають під контролем генів;
• гени- Елементарні одиниці спадкової інформації, вони знаходяться в хромосомах;
• гени можуть змінюватись – мутувати;
• мутації окремих генів призводять до зміни окремих елементарних ознак або фенів.

Зараз вважають, що ген – реально існуюча незалежна комбінована і розщеплюється при схрещуваннях одиниця спадковості, спадковий спадковий фактор, що самостійно успадковується. Ген визначають як структурну одиницю спадкової інформації, неподільну у функціональному відношенні. Його розглядають як ділянку молекули ДНК, що кодує синтез однієї макромолекули або виконує якусь іншу елементарну функцію. Сукупність генів складає генотип. Фенотип- Сукупність всіх зовнішніх і внутрішніх ознак. Комплекс генів, які у наборі хромосом одного організму, утворює геном.

Основою регулярної (загальної) рекомбінації є кросинговер, тобто обмін гомологічними ділянками в різних точках гомологічних хромосом, що призводить до появи нового поєднання зчеплених генів.

Розщеплення при незалежному наслідуванні та при кросинговері визначає мінливість організмів внаслідок комбінаторики існуючих генів (алелей). Алеляминазивають певний хімічний стан гена. Мутації– це виникнення якісно нових генів (алелей), хромосом та наборів хромосом. Поєднання обох типів мінливості викликає загальну мінливість генотипу.

Генетичний матеріал має такі універсальні властивості, як дискретність, безперервність, лінійність і відносна стабільність, що виявляються в ході генетичного аналізу. Підвищення роздільної здатності генетичного аналізу можливе за допомогою вивчення великої кількості особин, застосування селективних методів, прискорення мутаційного процесу.

Всі ці методи мають важливе значення у природних системах і можуть знайти застосування у побудові штучних систем. Збільшення числа особин призводить до зростання різноманітності генетичного матеріалу, що означає збільшення вихідного набору функцій, що контролюються генами, а це, у свою чергу, дозволяє провести більш широкий відбір функцій. Прискорення мутаційного процесу веде до отримання все більш різноманітного генетичного матеріалу.

У природних та штучних системах роль мутацій полягає в тому, що саме вони генерують нові функції, потім відбувається дуплікація, що закріплює обидві функції, а після цього починається окрема еволюція вихідної та нової функції. Ця еволюція і показує, що нова або функція, що виникла в результаті мутації, володіє більш високими адаптаційними якостями або колишня функція виконує цю роль краще.

Загалом же еволюція прагне усереднення (оскільки відбувається дедалі однорідніше змішання різного за якістю з нашого погляду генетичного матеріалу). Тому як один з методів для отримання найкращих результатів розвитку використовується селекція. Селекція є формою штучного відбору. Селекція як наука створена Ч. Дарвіном, який виділяв три форми відбору:

• природний відбір, що викликає зміни, пов'язані з пристосуванням популяції до нових умов;
• несвідомий відбір, у якому у популяції зберігаються кращі екземпляри;
• методичний відбір, у якому проводиться цілеспрямоване зміна популяції у бік встановленого ідеалу.

Рушійними силами еволюції за Ч. Дарвін є:

• невизначена мінливість, тобто спадково обумовлена ​​різноманітність організмів кожної популяції;
• боротьба існування, у ході якої усуваються від розмноження менш пристосовані організми;
• природний відбір – виживання найбільш пристосованих особин, у результаті накопичуються і підсумовуються корисні спадкові зміни та виникають нові адаптації.

Дарвінізм адаптацію пояснює еволюцією. У результаті природного відбору мутації, що знову виникають, комбінуються генами вже минулих відбір особин, їх фенотипове вираження змінюється і на їх основі виникають нові адаптації. Отже, відбір - основний чинник еволюції, що зумовлює виникнення нових адаптацій, перетворення організмів і видоутворення. Відбір проявляється у трьох основних формах:

• рушійний (провідний). Він призводить до вироблення нових адаптацій;
• стабілізуючий. Він забезпечує збереження у постійних умовах середовища вже сформованих адаптації;
• дизруптивний (розривний). Він зумовлює виникнення поліморфізму при різноспрямованих змінах довкілля популяції.

Відбір йде за загальною пристосованістю організму, а не за якоюсь окремою ознакою.

При рушійному відборі велику ймовірність залишити потомство мають особини, що змінилися за якими ознаками в порівнянні з середньою дня даного виду величиною (нормою). При цьому відбирається тип відхилень від норми.

Стабілізуючий відбір зберігає у популяції середнє значення ознак (норму) і пропускає у наступне покоління особин, що найбільш відхилилися від цієї норми. Це робить збереження видів постійними.

При дизруптивному, або розривному відборі відбирається не один тип відхилень від норми, а два або більше. Це шлях дроблення предкового виду на дочірні угруповання, кожне може стати новим видом.

Еволюційні процеси, що протікають усередині виду та завершуються видоутворенням, називають мікроеволюцією. Макроеволюцієюназивається розвиток груп організмів надвидового рангу. Завданнями макроеволюції є аналіз співвідношення індивідуального та історичного розвитку організмів, аналіз закономірностей спрямування еволюційного процесу.

Шмальгаузен розробив та навів концепції цілісності організму в індивідуальному та історичному розвитку. Він досліджував механізми еволюційного процесу та індивідуального розвитку організмів як саморегулівних систем, та виклав еволюційну теорію з позицій кібернетики.

У вченні про відбір Ч. Дарвін довів, що головною рушійною силою еволюції є відбір найкращих форм, що вимагає для успіху таких умов: правильний вибір вихідного матеріалу, точна постановка мети, проведення селекції в досить широких масштабах і більш жорстка брак матеріалу, відбір по одному основною ознакою.

Вид– основна структурна одиниця у природних системах, якісний етап їхньої еволюції. Нові види виникають у результаті міжвидового схрещування. Вигляд – це група популяцій, особини яких можуть схрещуватися у природних умовах, але ізольовані з інших видів. Вид поділяється на кілька популяцій, кожна з яких самостійно еволюціонує. Процес переходу одного виду в інший не стрибкоподібний і генетична ізоляція між ними може виникати.

Основою еволюційних процесів у природних системах є населення. Популяція – це численна сукупність особин певного виду, які протягом тривалого часу (великого числа поколінь) населяють певну ділянку географічного простору, всередині якого здійснюється той чи інший ступінь випадкового вільного схрещування. У популяції немає абсолютно тотожних особин. Кожна особина є носієм унікального генотипу, що керує формуванням фенотипу. Існування кожної особи обмежено деяким тимчасовим інтервалом, після якого особина гине. При цьому генотип особи виключається з генофонду популяції, але за життя особина може передати спадкову інформацію.

Відомі три механізми передачі спадкової інформації при народженні потомства; безстатеве розмноження, статеве розмноження, проміжна (між безстатевим і статевим) форма розмноження. Стійка передача генів від батьків до нащадків залежить насамперед від здатності молекул ДНК до репродукції та авторепродукції. Кожна особина протягом життя піддається впливам довкілля. У деяких випадках ці дії можуть призвести до перебудов молекул ДНК, які переносять спадкову інформацію. Зміна початкової послідовності генів у молекулах ДНК призводить до зміни властивостей цієї молекули, отже, і спадкової інформації.

Розглянуті вище фактори за ступенем впливу на еволюцію можна впорядкувати за зменшенням впливу:

• природний відбір;
• ізоляція популяції;
• коливання чисельності популяції;
• мутаційні процеси.

Пусковий механізм еволюції функціонує внаслідок спільної дії еволюційних факторів у межах популяції. Внаслідок дії еволюційних сил у кожній популяції багаторазово виникають елементарні еволюційні зміни. Згодом деякі з них підсумовуються і ведуть до нових пристосувань, що і лежить в основі видоутворення.

Спрямована молекулярна еволюція подібна до штучного відбору. Якщо треба створити молекулу, що має будь-яку хімічну властивість, слід вибирати з великої популяції молекул ті, які найкраще виражають цю властивість, і зробити з них дочірні, різною мірою схожі на батьків. Цей процес відбору та дуплікації повторюється доти, доки не буде досягнуто потрібного результату.

Відповідно до теорії Ч. Дарвіна, еволюція здійснюється у взаємодії трьох повторюваних знову процесів: відбору, ампліфікації, мутації. Ампліфікація– процес виробництва нащадків чи точніше, копіювання особин, чи діє у природі разом із добором. Критерій відбору подібний до біблійного: «плодьтеся і розмножуйтеся». Стратегія рандомізації, що повторюється, може змусити молекули еволюціонізувати в напрямку поліпшення функціональних характеристик.