Эволюция биосферы и генетическое родство

Развитие биосферы предстает как чередование этапов эволюции, прерываемых скачкообразными переходами в качественно новые состояния. В целом при этом образовывались все более сложные и упорядоченные формы живого вещества. В истории биосферы, как мы ее

знаем, бывали зигзаги, временные остановки прогрессивного развития, но они никогда не переходили в стадию деградации, поворота движения вспять. Достаточно взглянуть на перечень важнейших вех в истории развития биосферы, чтобы убедиться в этом:

• появление простейших клеток-прокариотов;

• появление значительно более высокоорганизованных клеток-эукариотов;

• объединение клеток-эукариотов с образованием многоклеточных организмов, функциональная дифференциация клеток в организмах;

• появление организмов с твердыми скелетами, открывшее путь к образованию высших животных;

• возникновение у высших животных развитой нервной системы и формирование мозга как центра сбора, переработки, хранения информации и управления на ее основе функционированием и поведением организмов;

• формирование разума как высшей формы деятельности мозга;

• образование социальной общности людей - носителей разума. Вершиной направленного развития, биосферы стало появление в ней человека, открывшего эру становления на Земле разума. В истории Земли был период чисто геологической эволюции, его сменил период геолого-биологической эволюции, а с появлением человека открылся период психогенеза - духовной эволюции. Рождение разума знаменует собой ни с чем не сравнимый качественный переход к новой стадии развития мира.

Интересно проследить, как в наши дни общие физические представления, в том числе и представления теории самоорганизации, прилагаются к разработке проблемы образования и развития многоклеточных организмов. Одна из загадок этого процесса - как из единственной зародышевой клетки развивается многообразие типов специализированных клеток, как эти клетки узнают, где, в каком локальном участке пространства они должны расположиться, какими путями передается подобная “строительная” информация среди вновь образующихся клеток. У человека, например, насчитывается более 200 разновидностей специализированных клеток; Предполагается, что каждая из вновь образующихся делением клеток зародыша содержит в своих хромосомах весь набор генетических программ возможного развития. Специализация клетки происходит после того, как она получает сигнал, включающий одну из имеющихся программ. Правильное включение программ позволяет голове зародыша сформироваться впереди, а не позади туловища, лапам (рукам) - на положенных местах, а внутренним органам - в положенных для них частях туловища.

Предполагается, что архитектура многоклеточного организма задается им самим. Самоорганизующаяся совокупность делящихся клеток вырабатывает пространственную информацию, включающую в каждой локальной точке пространства конкретную генетическую программу развития появляющихся там клеток. Ансамбль клеток создает некое морфогенетическое поле, служащее носителем пространственной информации. Поле образуется выделяемыми клетками химическими реагентами (морфогенами), а команда на включение той или иной программы развития клеток в данном месте содержится в пространственных перепадах концентрации реагентов. Сложность и уникальность биологических структур есть результат “сложного” отклика на “простые” управленческие факторы. Пространственный план задается неоднородным распределением физических параметров, влияющих на динамику внутриклеточных процессов... он возникает именно как продукт коллективного процесса самоорганизации, выражающегося в спонтанном возникновении диссипативных структур.

Как уже отмечалось выше, механизм эволюции определен Ч. Дарвином в его классической триаде: наследственность, изменчивость, естественный отбор. Достижения генетики, молекулярной биологии, общие положения теории самоорганизации потребовали пересмотра основ - дарвиновской теории эволюции. Изменчивость в классической триаде предполагает случайное возникновение наследуемого изменения признака, подвергающегося затем действию естественного отбора, беспощадно отбраковывающего все то, что не приспособлено к условиям существования объекта. По современным понятиям минимальной, элементарной единицей эволюции биосферы считается не особь, а популяция - совокупность индивидов одного вида, способных скрещиваться между собой. Закрепление признака означает, что частота его появления в популяции превышает некоторый пороговый уровень. Дарвиновская изменчивость теперь связывается с мутациями, спонтанно возникающими в генном наследственном аппарате (геноме). Мутировавший ген создает у особи новый признак. Если он полезен для популяции, то закрепляется в ней. Эффективность мутировавшего гена определяется частотой возникновения в популяции признака, связанного с этим геном. Изложенные представления позволили сформировать синтез классического дарвинизма с новейшими достижениями генетики, получивший название синтетической теории эволюции. Но и такой синтез не решил всех трудностей классической теории эволюции.

Многочисленные факты, полученные в наши дни, позволяют все более уверенно говорить о направленном характере биологической эволюции, о ее “канализировании”. Кроме того, отмечается ускорение эволюции со временем. Известны многочисленные примеры того, что направленно возникают новые свойства, новые поведения реакции, и их невозможно объяснить в рамках классической триады. Поэтому одним из направлений поиска стало выяснение тех факторов и механизмов, которые создают “канализацию” и ускорение биологической эволюции. При этом обращают внимание на следующие обстоятельства: 1) не всякая мутация гена вызывает изменчивость связанного с ним признака; 2) существует механизм стабилизации генома и даже реставрации поврежденных его участков; 3) известны случаи изменения признака без мутации гена, такие события вызываются внезапными изменениями положения так называемых скачущих генов, они не занимают в хромосоме раз и навсегда заданного места и могут неожиданно менять свое расположение в ней (скачущие гены составляют до 10% генома); 4) мутации и перемещения скачущих генов не совсем случайны; предполагается, что изменения генома на самом деле регулируются и управляются пока неизвестным нам механизмом.

Таким образом, изменчивость генома можно рассматривать как один из факторов направленной биологической эволюции. Другим фактором можно считать вирусы. В последнее время становится все более очевидной" роль, вирусов как переносчиков генетической информации от одного вида к другому. Эта идея объясняет важную особенность жизни: ее генетико-информационное единство, которое вместе с единой химической основой и историческим единством характеризует живой мир как непрерывно обогащающуюся систему. Новые научные данные показывают, однако, что естественный отбор - не единственный движущий фактор эволюции.

К сказанному остается добавить, что эволюционный процесс в биосфере носит многоуровневый характер. В разное время эволюция протекала и продолжает протекать в наши дни на молекулярном, клеточном, тканевом уровнях, на уровне органов, организмов, популяций, биоценозов. Различаясь на каждом из этих уровней, процессы эволюции сливаются в единый процесс развития биосферы.