Структура биосферы и закономерности эволюционного процесса

Данные о составе современной биосферы постоянно уточняются и их следует считать примерными. Воспользуемся сведениями из книги авторитетного ученого М.М. Камшилова. Количество видов животных организмов - - 1000000, растений — 265500, т.е. численность видов животных почти в 4 раза превышает численность видов растений. 75% общего числа видов среди животных составляют членистоногие, в том числе насекомые. Позвоночные животные занимают третье место (после моллюсков), не достигая и 4% общей численности видов. А млекопитающие составляют лишь 10% видов позвоночных. На долю же рыб приходится более 50% видов позвоночных. Число видов сухопутных животных составляет 93%, водных — только 7% общего числа видов животных. Среди растений тоже 92% приходятся на сухопутные и 8% на водные. Как видим, возможности для видообразования на суше больше, чем в водной среде. Выход жизни на сушу открыл широкие перспективы для ее эволюции.

Таким образом, на континентах преобладают растения, а в океане - животные. Бросается в глаза незначительная доля (0,13%) биомассы организмов океана от суммарной биомассы на всей планете, хотя поверхность океана занимает 70,2% всей поверхности Земли. А ведь широко распространено мнение о большей насыщенности жизнью океана по сравнению с сушей. Это мнение ошибочно! Далее, живое вещество планеты сосредоточено преимущественно в зеленых растениях суши. Организмы, неспособные к фотосинтезу, составляют менее 1%. На растения приходится менее 21% общего числа видов, но именно они дают более 99% всей биомассы. На животных от нее остается менее 1%. Это значит, что существенно более высокий уровень дифференциации характеризует меньшую (по суммарной биомассе) часть жизни.

 

Количество биомассы на Земле

Сухое вещество	Континенты	Океан	Всего
Зеленые растения	Животные и микроорганизмы	Итого	Зеленые растения	Животные и микроорганизмы	Итого
Тонны	2,4 10^12	0,2 10^12	2,42·10^12	0,0002 10^12	0,03 10^12	0,0032 10^12	2,433 10^12
Проценты	99,2	0,8		6,3	93,7

Неравномерность (по количеству и качеству) распределения жизни в современной биосфере дополняет неравномерность исторического хода развития жизни на Земле. Когда жизнь только зарождалась, когда живых конкурентов было мало, возникавшие мутантные особи имели шансы выжить и оставить потомство. Естественный отбор отметал только уродов, неспособных размножаться. С повышением же плотности жизни усиливалось соперничество. Для выживания нового становилось недостаточным обладание самой элементарной жизнеспособностью, требовалось уже превосходство нового перед исходными видами по жизнестойкости.

Действие естественного отбора разнообразно. Все живое постоянно как бы стремится освободиться от подчинения ему. Но меняются лишь формы и степень конкуренции. Можно добиться лишь временного ослабления естественного отбора, которое неизбежно сменится его усилением. Показательна в этом отношении практика искусственной и ускоренной селекции человеком пород животных и сортов растений в условиях улучшенного ухода за ними. В естественных условиях они не могут длительно сохраняться в том виде, в каком их создал человек. Этот пример свидетельствует о том, что развитие в щадящих условиях, благоприятствуя образованию новых видов, вместе с тем снижает их стойкость в борьбе за существование.

Вымирание определенных видов и более крупных таксонов (классификационных групп) — закономерность исторического развития жизни. Биосфера не раз переживала своего рода революции. Формирование кислородной атмосферы в итоге фотосинтеза, возникновение многоклеточных, выход жизни на сушу, усиленное развитие птиц и млекопитающих в начале кайнозоя, сменивших прежнее господство динозавров, — вот крупнейшие революционные стадии в развитии жизни, когда естественный отбор исключал из биосферы одни группы и давал возможность другим группам широко распространяться по Земле.

М.М. Камшилов выделяет следующие необходимые условия для успеха формообразования:

сравнительно медленные изменения абиотической среды;

благоприятные условия питания для особей нового вида;

наследственная изменчивость, позволяющая адекватно реагировать на изменения биосферы;

отсутствие потребителей подавляющей мощности;

наличие хищников, уничтожающих маложизнеспособных;

разнообразие связей с организмами других видов;

способность при необходимости изменять связи с окружением;

наличие в среде неосвоенного резерва вещества, энергии и информации.

Современная синтетическая теория эволюции

Экспериментальное изучение факторов и причин, вызывающих приспособительное преобразование популяций, и обобщение их с учетом достижений генетики, экологии, математического моделирования и других наук стали основой синтетической теории эволюции (СТЭ), представляющей современный дарвинизм. СТЭ заменила организмоцентристский подход в понимании единицы эволюции популяционным. В основе эволюции лежат противоречия не в системе «организм—абиотическая среда», а в системе «популяция—биогеоценоз». Элементарным эволюционным явлением признаются наследственные изменения популяций, которые вследствие спонтанных мутаций существуют в виде смеси различных генотипов. Наследуемые изменения, мутации многообразны: генные, хромосомные, геномные и др. Важны частота возникновения мутаций, четкость их выражения, биологическая значимость новых признаков и т.д. СТЭ детализировала понимание того, что именно естественный отбор превращает случайные наследственные изменения в направленный процесс эволюции по пути все более эффективного приспособления организмов к среде. Принципиальное значение имеют исследования эволюциониста и эколога И.И. Шмальгаузена о функциях ведущего и стабилизирующего видов естественного отбора. Ведущий отбор приводит к возникновению новой нормы реакции, свойственной виду, в конечном счете — к изменениям вида. Стабилизирующая форма отбора отбрасывает изменения, выходящие за пределы колебаний условий данной среды, и повышает устойчивость уже существующей или только еще устанавливающейся нормы. Стабилизирующий отбор осуществляется при переходе из среды с большой амплитудой условий в стабильную обстановку. Учение о разных формах отбора внесло уточнения в представления о роли ненаследуемых модификаций в эволюционном процессе.

При изменяющихся условиях среды организмы отвечают на них адаптивными модификациями при сохранении их генотипа. Если новые условия сохраняются длительное время, то в конечном счете происходит наследственная стабилизация фенотипа, который первоначально был выражен адаптивной модификацией. При этом имеет место не переход модификации в адекватное наследственное изменение, а сложная перестройка генотипа, в процессе которой меняется норма реакции и появляются возможности новых приспособительных модификаций. Изложенные взгляды требуют пересмотра (с позиций дарвинизма, а не отказа от него!) прежних представлений о том, что модификации не имеют эволюционного значения.

Синтетическая теория эволюции более доказательна, опирается на широкое применение экспериментальных методов, на воспроизводимые опыты. Она продолжает развиваться, совершенствуясь в процессе практического применения для выработки обоснованных способов управления эволюционным процессом с учетом многообразных экологических проблем современности.

Литература к главе 21

Вернадский В.И. Жизнеописание. Избранные труды. Воспоминания современников. Суждения потомков. - М., 1993.

Гиренок Ф.И. Экология. Цивилизация. Ноосфера. - М., 1987.

Камшилов ММ. Эволюция биосферы. - М., 1974. - Гл. 5-7.

Общая биология. - М., 1980. - С. 262-289.

Шварц С.С. Экологические закономерности эволюции. — М., 1980.

Яблоков A.B. Популяционная биология. - М., 1987.

 

РАЗДЕЛ IV

СОВРЕМЕННАЯ НАУКА О ПРИРОДНЫХ НАЧАЛАХ БЫТИЯ ЧЕЛОВЕКА

ГЛАВА 22