Учение Ч. Дарвина об искусственном отборе - ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ Ч. ДАРВИНА

Чтобы полнее оценить все значение переворота в биологической науке, совершенного Ч. Дарвином, обратим внимание на состояние науки и социально-экономические условия первой половины XIX в., когда создавалась теория естественного отбора.

Естественнонаучные предпосылки теории Ч. Дарвина. XIX век был периодом открытия фундаментальных законов мироздания. К середине века в естествознании было сделано много крупных открытий. Французский ученый П. Лаплас математически обосновал теорию И. Канта о развитии Солнечной системы (см. главу 2). Идею развития вносит в философию Г. Гегель. А.И. Герцен в “Письмах об изучении природы”, изданных в 1845 — 1846 гг., изложил идею исторического развития природы от неорганических тел до человека. Он утверждал, что в естествознании верными обобщениями могут быть лишь те, которые основываются на принципе исторического развития. Были открыты законы сохранения энергии, утвердился принцип атомного строения химических элементов. В 1861 году А.М. Бутлеров создает теорию строения органических соединений. Пройдет немного времени, и Д.И. Менделеев опубликует (1869) свою знаменитую Периодическую систему элементов.

Такова была научная обстановка, в которой работал Ч. Дарвин. Рассмотрим конкретные предпосылки его учения.

Геологические предпосылки. Геолог Ч. Лайель доказал несостоятельность представлений Кювье о внезапных катастрофах, изменяющих поверхность Земли, и обосновал противоположную точку зрения: поверхность планеты изменяется непрерывно, и не под влиянием каких- то особых сил, а под действием обычных повседневных факторов — колебаний температуры, ветра, дождя, прибоя и жизнедеятельности растительных и животных организмов. К числу постоянно действую-

щих природных факторов Лайель отнес землетрясения, извержения вулканов.

Сходные мысли задолго до Лайеля высказывали М.В. Ломоносов в своем труде “О слоях земных” и Ж.Б. Ламарк. Но Лайель подкрепил свои взгляды многочисленными и строгими доказательствами. Теория Лайеля оказала большое влияние на формирование мировоззрения Ч. Дарвина.

Достижения в области цитологии и эмбриологии. В биологии был сделан ряд крупных открытий, которые оказались несовместимыми с представлениями о неизменяемости природы, об отсутствии родства между видами. Клеточная теория М. Шлейдена и Т. Шванна показала, что в основе строения всех живых организмов лежит единообразный структурный элемент — клетка.

Исследования развития зародышей позвоночных позволили обнаружить у эмбрионов птиц и млекопитающих жаберные дуги и жаберное кровообращение, что наталкивало на мысль о родстве рыб, птиц, млекопитающих и происхождении наземных позвоночных от предков, ведущих водный образ жизни. Русский академик К. Бэр показал, что развитие всех организмов начинается с яйцеклетки и что на ранних стадиях развития обнаруживается поразительное сходство в строении зародышей животных, относящихся к разным классам.

В развитии биологии большую роль сыграла разработанная Ж. Кювье теория типов. Хотя Ж. Кювье был убежденным сторонником неизменности видов, установленное им сходство строения животных в пределах типа объективно указывало на их возможное родство и происхождение от одного корня.

Итак, в самых разных областях естествознания (геология, палеонтология, биогеография, эмбриология, сравнительная анатомия, учение о клеточном строении организмов) собранные учеными материалы противоречили представлениям о божественном происхождении и неизменяемости природы. Правильно объяснить все эти факты, обобщить их, создать теорию эволюции сумел великий английский ученый Ч. Дарвин.

Экспедиционный материал Ч. Дарвина. Проследим основные этапы жизненного пути, формирование мировоззрения Дарвина и его систему доказательств.

Чарльз Роберт Дарвин родился 12 февраля 1809 г. в семье врача. В университете он обучался сначала на медицинском, потом на богословском факультете и собирался стать священником. В то же время он проявлял большую склонность к естественным наукам, увлекался геологией, ботаникой и зоологией. После окончания университета Дарвину предлагают (в 1831 г.) место натуралиста на корабле “Бигль”, отправляющемся в кругосветное путешествие для картографических съемок. Дарвин принимает приглашение, и пять лет, проведенные им в экспедиции (1831 — 1836), стали поворотным пунктом в его собственной научной судьбе и в истории биологии.

Во время путешествия наблюдения, сделанные очень точно и профессионально, заставили Дарвина задуматься над причинами сходства и различий между видами. Главная его находка, обнаруженная в геологических отложениях Южной Америки, — это скелеты вымерших гигантских неполнозубых, очень сходных с современными броненосцами и ленивцами. Еще большее впечатление произвело на Дарвина изучение видового состава животных на Галапагосских островах.

На этих вулканических островах недавнего происхождения Дарвин обнаружил близкие виды вьюрков, сходные с материковым видом, но приспособившиеся к разным источникам питания — твердым семенам, насекомым, нектару цветков растений (рис. 18.1). Нелепо было бы предполагать, что для каждого вновь возникающего вулканического острова творец создает свои особые виды животных. Разумней сделать другой вывод: птицы попали на остров с материка и изменились вследствие приспособления к новым условиям обитания. Таким образом, Дарвин ставит вопрос о роли условий среды в видообразовании. Аналогичную картину Дарвин наблюдал и у берегов Африки. Животные, обитающие на островах Зеленого Мыса, несмотря на некоторое сходство с материковыми видами, все же отличаются от них существенными чертами. С позиции сотворения видов Дарвин не мог объяснить и особенности развития и описанного им грызуна туко-туко, живущего в норах под землей и рождающего зрячих детенышей, которые затем слепнут.

Перечисленные и многие другие факты поколебали веру Дарвина в сотворение видов. Вернувшись в Англию, он поставил перед собой задачу: разрешить вопрос о происхождении видов.

Рис. 18.1. Разнообразие дарвиновых вьюрков на Галапагосских островах и их специализация по источникам пищи

Опорные точки

• Бурное развитие естественных наук в XIX в. предоставляло все большее количество фактов, противоречивших представлениям о неизменности природы.

• Изучение природы Южной Америки и Галапагосских островов позволило Дарвину сделать первые предположения о причинах и механизмах изменения видов.

Вопросы и задания для повторения

1. Какие данные геологии послужили предпосылкой эволюционной теории Дарвина?

2. Охарактеризуйте естественнонаучные предпосылки формирования эволюционныхвзглядов Ч. Дарвина.

3. Какие наблюдения Ч. Дарвина поколебали его веру в неизменность видов?

18.1. Учение Ч. Дарвина об искусственном отборе

Основной труд Ч. Дарвина — “Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение избранных пород в борьбе за жизнь”, в корне изменивший представления о живой природе, появился в 1859 г. Этому событию предшествовала более чем двадцатилетняя работа по изучению и осмыслению богатого фактического материала, собранного как самим Ч. Дарвином, так и другими учеными.

Дарвин вернулся в Англию из кругосветного путешествия убежденным сторонником изменяемости видов под влиянием условий обитания. Данные геологии, палеонтологии, эмбриологии и других наук также указывали на изменяемость органического мира. Однако большинство ученых не признавали эволюции: никто не наблюдал превращения одних видов в другие. Поэтому Дарвин сосредоточил свои усилия на раскрытии механизма эволюционного процесса. С этой целью он обратился к практике сельского хозяйства Англии. Английские фермеры и любители вывели к этому времени более 150 пород голубей, много пород собак, лошадей, крупного рогатого скота, кур и т.д. Интенсивно велась работа по селекции новых пород животных и сортов культурных растений. Сторонники постоянства видов утверждали, что каждый сорт, каждая порода имеет особого дикого предка. Дарвин доказал, что это не так. Все породы кур происходят от дикой банкивской курицы, домашние утки — от дикой кряковой утки, породы кроликов — от дикого европейского кролика. Предками крупного рогатого скота были два вида диких туров, а собаки — волк и для некоторых пород, возможно, шакал. При этом породы животных и сорта растений могут очень резко различаться. Рассмотрите рис. 18.2, на нем показаны некоторые породы домашнего голубя. У них неодинаковые пропорции тела, размеры, оперение и т.д., хотя все они происходят от одного предка — дикого скалистого голубя.

Чрезвычайно разнообразны головные придатки у петухов (рис. 18.3), причем они типичны для каждой породы. Аналогичная картина наблюдается среди сортов культурных растений. Очень различаются между собой, например, сорта капусты. Из одного дикого вида человеком получены кочанная капуста, цветная капуста, кольраби, кормовая капуста, стебель которой превышает рост человека, и др. (см. рис. 16.1).

Рис. 18.2. Породы голубей: 2 — павлин: 3 — совиный: 4 — почтовый; 5 — дутыш: 6 — якобинец и их дикий предок (1)

Рис. 18.3. Разнообразие головных придатков у петухов разных пород

Сорта растений и породы животных служат для удовлетворения потребностей человека — материальных или эстетических. Одно это убедительно доказывает, что они созданы человеком. Каким же образом человек получил многочисленные сорта растений и породы животных, на какие закономерности опирается он в своей работе? Ответ на этот вопрос Дарвин нашел, изучая методы английских фермеров. В основе их методов лежал один принцип: разводя животных или растения, искали среди особей экземпляры, несущие нужный признак в наиболее ярком выражении, и оставляли для размножения только такие организмы. Если, например, поставлена задача повысить урожайность пшеницы, селекционер из огромной массы растений выбирает несколько лучших экземпляров с наибольшим числом колосков. В следующем году высеиваются зерна только этих растений и среди них снова отыскиваются организмы, имеющие наибольшее количество колосков. Так продолжается несколько лет, и в результате появляется новый сорт многоколосковой пшеницы.

В основе всей работы по выведению нового сорта растений (или породы животных) лежит изменчивость признаков у организмов и отбор человеком носителей таких изменений, которые наиболее уклоняются в желательную для него сторону. В ряду поколений такие изменения накапливаются и становятся устойчивым признаком породы или сорта. Для отбора имеет значение только индивидуальная, неопределенная (с современных позиций — мутационная) изменчивость.

Поскольку мутации — явление достаточно редкое, искусственный отбор может быть успешным только в том случае, если он проводится среди большого числа особей. Известны также случаи, когда к возникновению новой породы приводит единичная крупная мутация. Так появились анконская порода коротконогих овец, такса, утка с крючковатым клювом, некоторые сорта растений. Особи с резко измененными признаками были сохранены и использованы для создания новой породы.

Следовательно, под искусственным отбором понимается процесс создания новых пород животных и сортов культурных растений путем систематического сохранения и размножения в ряду поколений особей с определенными, ценными для человека признаками и свойствами.

Дарвин выделил две формы искусственного отбора — сознательный, или методический, и бессознательный.

Методический отбор. Сознательный отбор заключается в том, что селекционер ставит перед собой определенную задачу и ведет отбор по одному-двум признакам. Такой прием позволяет достигнуть больших успехов. Дарвин приводит пример быстрого выведения новых пород. Когда была поставлена задача превратить свисающий гребень испанского петуха в стоячий, то уже через пять лет была получена намеченная форма. Куры, имеющие “бороды”, были выведены через шесть лет. Возможности искусственного отбора в изменении и преобразовании строения и свойств чрезвычайно велики. Например, полудикая корова дает удой 700 — 800 л молока в год, а отдельные особи современных молочных пород — до 10 тыс. л. У мериноса число волос на единицу площади почти в 10 раз больше, чем у беспородных овец. Очень велики различия в строении тела у различных пород собак — борзой, бульдога, сенбернара, пуделя или шпица.

Условия успеха методического искусственного отбора — большое исходное число особей. Такой отбор невозможен при мелкотоварном (крестьянском) сельскохозяйственном производстве. Новую породу нельзя вывести, если в хозяйстве имеется одна или две лошади, или несколько овец.

Таким образом, изучение методов селекции, применявшихся в крупнотоварном капиталистическом сельском хозяйстве Англии XIX в., позволило Дарвину сформулировать принцип искусственного отбора и с помощью этого принципа объяснить не только причину совершенствования форм, но и их многообразие.

Однако домашние животные, так значительно отличающиеся от диких предков, появились еще у доисторического человека, задолго до сознательного применения методов селекции. Как это произошло? По Дарвину, в процессе приручения диких животных человек осуществлял примитивную форму искусственного отбора, которую он назвал бессознательным.

Бессознательный отбор. Бессознательным такой отбор называется в том смысле, что человеком не ставилось цели вывести какую-то определенную породу или сорт. Например, убивались и съедались в первую очередь худшие животные и сохранялись наиболее ценные (более удойная корова, хорошо несущаяся курица и т.д.). Дарвин приводит в пример жителей Огненной Земли, в период голода поедающих собак, кошек, которые хуже ловят выдр, а лучших собак стараются сохранить во что бы то ни стало. Да и в повседневной практике людям, занимающимся молочным животноводством, совершенно естественно оставить корову, дающую больше молока, в живых, а ту, что дает мало молока, пустить на мясо. Это естественным образом приводит к оставлению большего потомства высокоудойных коров. Сельскохозяйственным работникам при этом совершенно необязательно осознавать, что они занимаются селекцией.

Не только фермеры и другие сельхозпроизводители, но и обычные, не связанные с животноводством и растениеводством горожане подчас проводят активный, хотя и бессознательный отбор. Так, например, владельцы беспородных собак и кошек один или два раза в год сталкиваются с необходимостью избавляться от избыточной численности потомства своих любимцев. При этом оставляют в живых одного котенка или щенка. Какие обдуманные перспективные планы могут лежать в основе подобного выбора?

Важнейшее отличие культурных злаков от дикорастущих предков заключается в том, что у первых семена достаточно прочно держатся в колосе, а у диких легко вышелушиваются. Древние собиратели и первые земледельцы попросту не доносили до дома семена, осыпавшиеся в пути. В их распоряжении окультуривались семена, лучше удерживающиеся в колосе; они же использовались и для очередного посева. Таким образом происходил бессознательный отбор злаков.

Совершенно о том не ведая, виноделы, пивовары и пекари за несколько тысячелетий отобрали ряд высокоспецифичных разновидностей дрожжей, используемых и поныне.

Подобные примеры можно приводить практически бесконечно.

Бессознательный отбор существует до сих пор в крестьянском хозяйстве, но его влияние на увеличение разнообразия домашних животных и культурных растений проявляется гораздо медленнее.

Ч. Дарвин не имел возможности привести примеры одомашнивания диких животных путем искусственного отбора, осуществляемого экспериментально. В наши дни такие примеры имеются. Российский ученый академик Д.К. Беляев, работая с разводимыми в неволе серебристо-черными лисами (семейство Собачьих), обнаружил интересное явление. Животные очень различались между собой по своему поведению и по реакции на человека. Д.К. Беляев выделил среди них три группы: агрессивных, стремящихся напасть на человека, трусливо-агрессивных, боящихся человека и в то же время желающих на него напасть, и относительно спокойных с выраженным исследовательским инстинктом. Среди этой последней группы ученый проводил отбор по поведенческим реакциям: оставлял для размножения более спокойных животных, у которых интерес к окружающему преобладал над реакцией страха и защиты. В результате отбора в ряде поколений удалось получить особей, которые вели себя как домашние собаки: легко вступали в контакт с человеком, радовались ласке и т.д. Самое поразительное, что при отборе по поведенческим признакам у животных изменились морфологические и физиологические признаки: опустились уши, хвост загнулся крючком (как у сибирских лаек), на лбу появилась звездочка, столь характерная для домашних (нечистопородных) собак. Если дикие лисы размножаются раз в год, то одомашненные — два раза. Изменились и некоторые другие признаки.

В описанном примере обнаруживается взаимосвязь между изменениями строения и поведения животных. Такую взаимосвязь заметил еще Дарвин и назвал ее коррелятивной, или соотносительной, изменчивостью. Например, развитие рогов у овец и коз сочетается с длиной шерсти. У комолых животных шерсть короткая. Собаки бесшерстных пород обычно имеют отклонения в строении зубов. Развитие хохла на голове кур и гусей сочетается с изменением черепа. У кошек пигментация шерсти связана с функционированием органов чувств: белые голубоглазые кошки всегда глухие. Коррелятивная изменчивость основана на плейотропном действии генов.

Опорные точки

• Ч. Дарвин выделил две основные формы искусственного отбора: методический и бессознательный.

• Достижения сельского хозяйства Англии в XIX в. в области выведения многочисленных пород домашних животных и сортов растений послужили для Ч. Дарвина моделью процессов, происходящих в природе.

• Крупнотоварное сельскохозяйственное производство Англии рассматривают как социально-экономическую предпосылку теории Ч. Дарвина.

Вопросы и задания для повторения

1. Как разрешил Ч. Дарвин вопрос о предках домашних животных?

2. Приведите примеры многообразия пород домашних животных и сортов культурных растений. Чем объясняется это многообразие?

3. В чем состоит основной метод выведения новых сортов и пород?

4. Как меняется строение и поведение животных в процессе одомашнивания? Приведите примеры.