Теорія Дарвіна та її спростування

Міністерство освіти та науки, молоді та спорту України

Горлівський технікум

Донецького національного Університету

Семінар

з дисципліни: «біологія»

з теми: «Теорія Дарвіна та її спростування»

спеціальність: 5.04030101

Виконав:

студент групи 1ПМ-11

Свистунов Дмитро

Перевірила: Боровська

Галина Іванівна

2011

Предисловие

Проблема развития жизни на Земле является одной из весьма существенных проблем современной науки. После того как в 1859 г. Дарвин предложил свою идею эволюционного развития, ученое сообщество в целом приняло ее. Однако, хотя прошло уже почти 150 лет,  эта теория не смогла дать объяснения многим биологическим  явлениям.

Споры вокруг теории Дарвина осложняются тем, что вопрос о развитии жизни играет весьма большую идеологическую роль. Идеологическая же проблема в том, что в сознании общества единственной альтернативой дарвинизму представляется креационизм. Классический же креационизм настаивает на необходимости буквального понимания картины происхождения мира, представленной в Библейском тексте. Приверженцы этой идеи, настаивают на том, что возраст Земли составляет 6 тыс. лет, а не 4,5 млрд., как утверждает современная наука. Такой «классический креационизм» имеет два существенных изъяна: во-первых, он не дает никакую развернутую научную картину, которая, даже теоретически, могла бы быть хоть как-то поддержана или опровергнута результатами исследований; и, во-вторых, его обычно провозглашали представители религиозного истеблишмента, недостаточно сведущие в науке, – что облегчало сторонникам эволюции возможность отвергать ее.

Однако нам кажется, что суть спора не в том, сколько лет существует Земля и была ли эволюция. Вопрос на самом деле в том, каковы могут быть механизмы  этой возможной эволюции и  действительно ли эволюционная наука противоречит религиозному пониманию мира, – или же, наоборот, религиозное и научное понимание органично дополняют друг друга?

В нижеследующей статье, однако, мы не будем касаться различных существующих в теологии подходов к пониманию Библейского текста, и также оставим для отдельного дальнейшего философского обсуждения вопрос о соотношении религии и науки.  Наше же изложение будет вестись целиком с  чисто научных позиций; мы рассмотрим последние данные, связанные с теорией эволюции и ее механизмами, и изложим новый (предлагаемый нами) подход к их пониманию.
 

Теория Дарвина и ее исходная проблема – возникновение сложных органов и систем

Чарльз Дарвин («Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь») первым сформулировал гипотезу, согласно которой в основе механизма эволюции лежат два принципа: случайная изменчивость и затем естественный отбор более приспособленных особей. По предположению Дарвина, с некоторой (хотя и малой) вероятностью у отдельных особей случайно появляются новые полезные качества, в результате чего они получают преимущество перед другими и имеют больше шансов выжить в данной среде обитания. Поэтому приобретенные ими качества закрепляются и передаются потомкам.

После того, как было открыто наличие генов и хромосом, дарвиновская теория эволюции была дополнена тем, что изменения (подлежащие затем естественному отбору) имеют своей причиной мутации в генах. Таким образом, говоря об эволюции, следует понимать её не как изменение признаков, а как изменение эмбриональных программ (например, удлинение шеи жирафа возникло не потому, что жираф тянулся к высокорасположенным листьям, но, как и любое другое изменение, является отражением изменения эмбрионального развития, вызванного мутацией). Мутации случайны, поэтому абсолютное большинство из них нейтральны или вредны. Конкуренция между организмами и связанный с ней естественный отбор «оценивает» вредность и полезность каждой из небольших  мутаций по их эффектам на размножение и на выживание мутировавших организмов в конкретных экологических условиях.

Как отметил Ч. Дарвин, природа не делает скачков и все большие изменения являются результатом длительной серии мелких изменений, каждое из которых полезно для выживания животного и поэтому закрепляется в ходе эволюции. В своей книге он пишет: «Несомненно, верно то, что новые органы, как бы созданные для некоторой специальной цели, редко или даже никогда не возникают сразу у одного какого-нибудь существа, – это выражено в старинном, хотя может быть, и несколько преувеличенном естественноисторическом изречении: «Natura non facit saltum» («Природа не делает скачков»). Ни одна сложная структура в принципе не может возникнуть сразу «готовой» в результате мутации с сильным эффектом. Фундаментальным представлением дарвиновской теории является то, что новые сложные признаки не возникают мгновенно, они формируются постепенно, путем длительного естественного отбора множества случайных мутаций со слабыми эффектами, каждый из которых – т.е.каждый этап накопления – «выгоден», и которые поэтому постепенно улучшают старые признаки.

Уже со времен самого Дарвина критики его гипотезы указывали, что постепенное накопление изменений возможно только там, где просто увеличивается или уменьшается уже имеющаяся форма, – например, становится длиннее хвост или короче шерсть. Так, удлинение шеи жирафа, которое дает ему возможность поедать листья с более высоких веток, создает ему эволюционное преимущество и поэтому представляется логичным, что оно могло возникнуть в результате серии небольших мутационных изменений программы развития шейных позвонков. Но подобным образом принципиально невозможно объяснить возникновение сложных органов, – таких например, как печень или мозг, или сложных программ поведения, таких как танец пчел – поскольку эти объекты и явления помогают выживанию только в том случае, когда они полностью «укомплектованы», а отдельные мелкие изменения не дают никакого эволюционного преимущества и поэтому не могли бы закрепиться. Довольно яркий пример такой сложной программы представляет танец пчел. Когда одна из пчел-разведчиц находит пищу, она возвращается в улей и сообщает другим пчелам о расположении корма пчелиным «танцем». В танце углы поворота тела и биение крыльев кодируют информацию о расстоянии до корма и о направлении по отношению к солнцу, причем учитывается изменение расположения солнца в связи со временем возвращения в улей. Пчела-разведчица должна представить информацию, а рабочие пчелы должны понять ее. Очевидно, что подобная система не может возникнуть в результате постепенного накопления небольших изменений, т.к. если она не является точной и полной (например если разведчица может показать информацию, но рабочие пчелы не могут ее понять, или если информация не полна, или если не учитывается изменение положения солнца и т.п.), то вся система становится бесполезна и не улучшает возможности добывать корм, а поэтому она (или ее «зачатки») должны были бы отмереть, а вовсе не закрепиться в ходе эволюции. Примеров таких систем в биологии множество, и дарвинизм принципиально не может объяснить их возникновение.

Дарвин и сам признавал, что его теория не дает удовлетворительного объяснения механизма возникновения сложных структур. Он писал: «Предположение о том, что глаз, со всеми его филигранными механизмами регулировки фокуса хрусталика, настройки на яркость света и коррекции сферических и хроматических аберраций, возник в результате естественного отбора, – может показаться, будем смотреть правде в глаза, в высшей степени абсурдным».

Далее Дарвин выдвигает предположение о том, что глаз млекопитающих возник в результате постепенных изменений светочувствительных мембран примитивных организмов. Однако это предположение не дает описания того, как формируется каждая промежуточная ступень и почему каждая из ступеней, взятая сама по себе, полезна для выживания организма, и аргументы в пользу этой гипотезы чрезвычайно слабы. Вообще, дарвинизм это единственная область современной биологии, где соображение «возможности», предположение о том, что «так могло бы быть», принимается научным сообществом как достаточное. И причина того, что  несмотря на эту очевидную слабость дарвинизм остается весьма распространенным среди биологов, состоит  в том, что единственной альтернативой теории Дарвина до последнего времени считался креационизм – который, как мы об этом уже упоминали, в своей классической форме неприемлем с научной точки зрения из-за противоречия множеству фактов из палеонтологии, геологи и т.д., и кроме того, не дает экспериментально проверяемых предсказаний, и потому научно неинтересен. Таким образом, в рамках науки у идей дарвинизма вообще не было конкурентов, так что у биологов практически не было выбора в этом вопросе.

Однако, как мы уже отметили, за последние годы в придачу к исходным проблемам дарвинизма, (таким как возникновение сложных структур), добавилось много новых, т.к. возникло множество новых научных данных, которые весьма трудно или невозможно объяснить в рамках дарвинизма. Эти данные делают необходимым сформулировать альтернативную эволюционную гипотезу, которая бы объясняла существующие противоречия и была бы экспериментально проверяемой.
 

Новые данные, не описываемые теорией Дарвина

Данные палеонтологии: проблема отсутствия переходных форм в ископаемых отложениях

В соответствии с теорией Дарвина эволюция представляет собой медленное накопление мелких изменений. Но если это так, то в результате эволюции должно было быть образовано множество переходных форм, дающих «непрерывный» переход от одного вида к другому; а тогда в окаменелых отложениях мы должны были бы находить массу «бракованного (промежуточного) материала», постепенно формировавшего тот или иной признак.

Ч. Дарвин в книге «Происхождение видов» подчеркивает этот момент: «Если моя теория верна, то обязательно должны существовать переходные формы, связывающие виды между собой. Доказать их существование можно только с помощью ископаемых останков». В разделе под названием «Трудности теории» в его книге он пишет так: «Если на самом деле виды произошли друг от друга, постепенно развиваясь, то в таком случае, почему мы не сталкиваемся с бесчисленным количеством переходных форм? Почему в природе все на своих местах, а не в хаосе? Должны быть бесчисленные переходные формы в многочисленных слоях земли... Почему каждое геологическое строение и каждый слой не наполнены этими связующими звеньями? Геология не смогла выдвинуть поэтапного процесса, не обнаружила переходных форм и, возможно, в будущем это будет самым веским аргументом против моей теории».

Единственным объяснением, которое Дарвин в предлагал для решения данной проблемы была нехватка в те годы палеонтологических находок. Он утверждал, что «при более детальном изучении останков, переходные формы будут обязательно найдены». Во времена Дарвина геолого-палеонтологический материал был действительно очень скудным, но с тех пор прошло полтора столетия и в огромном накопленном за это время палеонтологическом материале  учеными было обнаружено множество «внутриродовых» переходных форм, например переходные формы в ряду эволюции лошадей или обезьян. Однако, при этом, не были найдены никакие переходные формы, связанные с появлением новых сложных систем, – например, новых органов.

Таким образом, палеонтологические находки не дают никакой возможности объяснить процесс возникновения происхождения новых типов многоклеточных организмов – которые, в частности отличаются друг от друга появлением новых систем органов,  и которые хорошо изучены. (Мы не будем обсуждать возникновение и эволюцию бактерий и одноклеточных простейших, т.к.  данные палеонтологии и геохимии о них лишь минимальны, и они не позволяют предложить разумную научно проверяемую гипотезу). Подчеркнем еще раз, что дарвинизм может неплохо объяснить микроэволюцию, т.е. эволюцию видов внутри рода; т.к. в таких рамках отличия одного вида от другого являются во многом, скорее количественным, чем принципиально-качественным. Наше же внимание будет сфокусировано прежде всего на проблеме скачков в эволюции, т.е. на появлении новых сложных систем и связанное с этим появлением новых типов и классов животных.
 

Данные палеонтологии: Кембрийский взрыв

Древнейшие остатки организмов на Земле датируются возрастом 3,5 млрд. лет. Окаменевшие части этих микроорганизмов хорошо сохранились и позволяют сделать заключение об их сходстве с современными бактериями и простейшими. Позже появляется наиболее древний и низкоорганизованный тип многоклеточных – губки. Эти первичные многоклеточные еще не образуют тканей, их клетки слабо дифференцированы и способны к взаимной трансформации. В течение сотен миллионов лет почти никаких изменений не происходит.

Линия развития настоящих многоклеточных начинается с типа кишечнополостных примерно 600 млн. лет назад или чуть позже. При этом, в кембрийских слоях, (это слои, датируемые примерно 570–520 млн. лет назад, различные типы многоклеточных организмов во множестве «вдруг» появляются сразу, причем в необыкновенном изобилии и разнообразии (так называемый «кембрийский взрыв»). Найденные в этом слое живые организмы имеют такие развитые и сложные физиологические системы, как глаза, жабры и система кровообращения. Наиболее удивительно то, что во время кембрийского взрыва одновременно появляются все существующие сегодня типы многоклеточных животных с громадным разнообразием тканей, органов и систем органов. Необходимо отметить, что появление всего этого разнообразия произошло практически одновременно (в масштабе геологии), а вовсе не на протяжении 50 млн. лет Кембрийского периода, т.к. все эти группы найдены во всем кембрийском слое.

С тех пор, за более чем 500 млн. лет, на Земле не появилось ни одного нового типа (= принципиально иного строения тела) животных. Различные типы беспозвоночных – кишечнополостные, членистоногие, моллюски, иглокожие – весьма существенно отличаются друг от друга планами строения тела; при этом  связующие «звенья» между ними напрочь отсутствуют, и ни один класс ископаемых беспозвоночных не связан с другим какими бы то ни было промежуточными формами. Если бы, как утверждает Дарвин, эволюция происходила путем случайных небольших изменений – то переходные формы кембрийских существ должны были бы рождаться и умирать миллиардами. Однако, ничего подобного не наблюдается в наших палеонтологических коллекциях.

Таким образом, одновременное появление всех существующих типов указывает на то что идея Дарвина о том, что более сложные типы организмов развились из более простых путем многошагового постепенного усложнения, – не имеет подтверждения в палеонтологии.
 

Сравнение геномов

Основные характеристики организмов кодируются в их геномах. Концепция  Дарвина о постепенном накоплении организмами уровня сложности непременно должна была бы проявляться в том, что у организмов различной сложности должны были бы быть соответствующие различия в сложности геномов. Однако, результаты геномных исследований разных типов животных оказались совершенно неожиданными. Оказалось, что геномы различных многоклеточных организмов, от плоских червей и до человека, находящиеся на гигантском эволюционном расстоянии, содержат весьма сходное количество генов – (примерно 17 тыс. у червя, 14 тыс. у мухи и 22 тыс. у человека. Как видно из этих цифр, не существует корреляции между количеством генов и сложностью организма. Более того, ниже мы остановимся на факте, что многие системы генов, найденные у примитивных медуз, также существуют и функционируют у человека, однако при этом полностью отсутствуют у насекомых (далее мы выскажем гипотезу о том, что эти гены, вероятно, в процессе эволюции были утеряны). Кроме того, в то время как переход от одноклеточных к многоклеточным несет в себе существенные изменения в генах (появляется множество принципиально новых генов) – разница между геномами различных многоклеточных, хотя эволюционное расстояние между ними огромно, существенно менее велика. В процессе эволюции многоклеточных гены дуплицировались, изменялись, но принципиально новые гены почти не появились.