Презентация на тему: Концепция современного естествознания

Популяционно-видовой уровень организации живой материи. Биологическая эволюция.

Описательная биология Аристотель: тщательно изучил и описал около 500 видов животных, заложил традицию систематизации видов и составил первую зоологическую классификацию: деление на кровяных и бескровных. К кровяным относятся живородящие (млекопитающие) и яйцеродные (птицы, амфибии, рыбы, змеи), а к бескровным – мягкотелые (головоногие), панцирные (ракообразные), моллюски, насекомые, пауки, черви. описал существа, которые находятся между животными и растениями (губки, медузы).

Описательная биология Карл Линне й (1707 - 1778) — шведский врач и натуралист, автор наиболее удачной классификации растений и животных, ставшей базисом для научной классификации живых организмов.

Описательная биология Свои главные труды Линней опубликовал, не достигнув и 30-летнего возраста. Его «Система природы» при жизни ученого выдержала 12 изданий и до сих пор считается самой переиздаваемой научной книгой. Всего же он написал около 70 книг. Линней известен как коллекционер и «укротитель хаоса». Он классифицировал всю природу: животных и растения, почвы и минералы, человеческие расы и болезни, лекарства и яды. Линней ввел в ботаническую практику обязательный сбор гербария: только в Лондоне, в Линнеевском обществе ныне хранится более 19 тысяч гербарных листов, собственноручно собранных Линнеем.

Описательная биология Всего Линней описал больше 7 тысяч видов растений и около 4 тысяч видов животных, среди которых 2 тысячи видов насекомых. В историю науки Линней вошел как великий реформатор биологии. Линней разделил природный мир на три царства: минеральное, растительное и животное. Линней ввел четкую иерархию живого, выделив царства, классы, отряды, роды, виды и вариации. Несмотря на свою веру в бога, он всё же честно поместил человека в царство животных, в класс млекопитающих, отряд приматов.

Описательная биология Само понятие «вида» первым предложил именно Линней. Огромной его заслугой считают и то, что он ввел бинарную номенклатуру — то есть назвал каждый вид именем из двух слов. Первое имя — родовое, объединяющее внешне похожие виды, а второе название — видовое, образное и краткое, как прозвище. Например: крапива жгучая, береза белая, медведь бурый. Названия эти до сих пор даются на латыни, даже линнеевское правило писать латинское название курсивом ботаники до сих пор не нарушают.

Описательная биология Сейчас известно около 1,7 миллионов видов живых организмов. Всего же на Земле, по разным оценкам, обитает от 10 до 100 миллионов видов живых организмов. Есть мнение, что человечеству известно 90% видов позвоночных животных и всего 10% видов насекомых, а грибов — и вовсе лишь 5% существующих видов. В последние 20 лет биология переживает время новых реформ — теперь систематики могут опираться не только на внешнее сходство организмов, но и на данные прямого анализа генов. Канадские ученые предложили проанализировать определенный фрагмент ДНК всех известных живых организмов, чтобы каждый вид получил свой ДНК-паспорт. Эта работа, по предварительным расчетам, займет у мирового научного сообщества около 10 лет.

Теория эволюции Первым биологом, который попытался создать стройную и целостную теорию эволюции был французский учёный-естествоиспытатель Жан Батист Пьер Антуан де Моне Ламарк (1744 — 1829).

Теория эволюции Ламарк успешно занимался ботаникой, написал трехтомное сочинении «Флора Франции». Он был членом Парижской академии наук, а в 1781 году назначен главным ботаником французского короля. В 1793 году королевский ботанический сад, где работал Ламарк, был преобразован в Музей естественной истории. Свободных кафедр ботаники в музее не оказалось, и ему предложили заняться зоологией. Через десять лет он сделался таким же знатоком в области зоологии, каким был в ботанике. Он знал теперь о животных и растениях почти все, что было известно науке того времени.

Теория эволюции Ламарк предположил, что животные и растения не созданы такими, каковы они есть, а развивались в силу естественных законов природы, т.е. рассматривал эволюцию органического мира. Немногие ученые до Ламарка высказывали догадки об изменяемости видов, но только Ламарку с его колоссальным запасом знаний удалось разрешить эту задачу. Ламарк заслуженно считается творцом первой эволюционной теории. Книга Ламарка "Философия зоологии", была напечатана в 1809 году.

Теория эволюции Животные и растения не всегда были такими, какими мы их видим теперь. С течением времени они постепенно изменялись, совершенствовались, пока не дошли до современного, знакомого нам состояния. Развитие растений и животных зависит от двух главных причин: Весь органический мир сам по себе стремится непрерывно изменяться и улучшаться - это его неотъемлемое внутреннее свойство, которое Ламарк назвал стремлением к прогрессу. Это предположение Ламарка  объясняло постепенное усложнение организмов, появление новых органов и тканей.

Теория эволюции Вторая причина, от которой зависит, эволюция органического мира, - это воздействие на организмы той обстановки, в которой они живут. Эта обстановка, или жизненная среда, слагается из воздействия на животных и на растения пищи, света, тепла , влаги, воздуха, почвы и т. д. Среда эта весьма разнообразна и изменчива, поэтому она воздействует на организмы различным образом. Ламарк считал, что растения и животные изменяются под воздействием окружающей среды, приобретая те или иные свойства. Признаки, которые приобретают организмы под влиянием среды, могут передаваться по наследству.

Теория эволюции Если животное питается листьями высоких деревьев, ему приходится все время вытягивать шею. Шея тренируется, крепнет и немножко удлиняется. Потомство такого животного уже от рождения получит чуть более длинную шею. Так, по мнению  Ламарка, появились жирафы. Если какая-то птица перестает летать, переходит к наземной жизни, то ее крылья от долгого неупотребления атрофируются. Так возникли нелетающие птицы с рудиментарными крыльями.

Теория эволюции Таким образом, две причины (с одной стороны - врожденное стремление к совершенствованию, с другой стороны - влияние среды) создают, согласно учению Ламарка, все многообразие органического мира. Современная наука отрицает, что в органическом мире существует необъяснимое стремление к совершенствованию. Влияние же условий окружающей среды на организмы, которое занимает большое место в учении Ламарка, признается и современной биологией.

Теория эволюции Чарлз Ро берт Дарвин (1809-1882)— английский натуралист и путешест-венник, одним из первых осознал и наглядно продемонстрировал, что все живые организмы эволюционируют во времени от общих предков.

Теория эволюции Во время обучения в университетах Эдинбурга и Кембриджа Дарвин получил глубокие знания в области зоологии, ботаники и геологии, навыки и интерес к полевым исследованиям. Большую роль в формировании его научного мировоззрения сыграла книга выдающегося английского геолога Чарльза Лайеля «Принципы геологии»,утверждавшего, что современный облик Земли складывался постепенно под влиянием тех же естественных сил, что действуют и в настоящее время. Дарвин был знаком с идеями ранних эволюционистов, в том числе Ламарка.

Теория эволюции Решающим поворотом судьбе Дарвина стало круго-светное путешествие на корабле «Бигль» (1832—1837). В ходе этого путешествия на Дарвина произвели самое сильное впечатление: открытие гигантских ископаемых животных, которые были покрыты панцирем, сходным с панцирем современных броненосцев; по мере продвижения по материку Южной Америки близкородственные виды животных замещают одни других; близкородственные виды различных островов Галапагосского архипелага незначительно отличаются друг от друга. Такого рода факты, так же как и многие другие, можно было объяснить только на основании предположения, что виды постепенно изменялись.

Теория эволюции По возвращении из плавания Дарвин начинает обдумывать проблему происхождения видов. Он собирает данные об изменчивости животных и растений в природе и в условиях одомашнивания. Идея о происхождении видов путем естественного отбора возникла у Дарвина в 1838 г. В течение 20 лет он работал над ней. В 1856 по совету Лайеля он начал готовить свою работу к публикации.

Теория эволюции В 1858 г. молодой английский ученый Альфред Уоллес прислал Дарвину рукопись своей статьи «О тенденции разновидностей к неограни-ченному отклонению от первоначального типа». Эта статья содержала изложение идеи проис-хождения видов путем естественного отбора. Дарвин был готов отказаться от публикации своего труда, однако его друзья геолог Ч. Лайель и ботаник Г. Гукер, которые давно знали об идее Дарвина и знакомились с предварительными набросками его книги, убедили ученого, что обе работы должны быть опубликованы одновременно.

Теория эволюции Книга Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь» вышла в 1859 г., и ее успех превзошел все ожидания. Его идея эволюции встретила страстную поддержку одних ученых и жесткую критику других. Последующие труды Дарвина: «Изменения животных и растений при одомашнивании», «Происхождение человека и половой отбор», «Выражение эмоций у человека и животных».

Теория эволюции Дарвина Сущность дарвиновской концепции эволюции сводится к ряду логичных, проверяемых в эксперименте и подтвержденных огромным количеством фактических данных положений: В пределах каждого вида живых организмов существует огромный разброс индивидуальной наследственной изменчивости по морфо-логическим, физиологическим, поведенческим и любым другим признакам. Эта изменчивость может иметь непрерывный, количественный, или прерывистый качественный характер, но она существует всегда.

Теория эволюции Дарвина Все живые организмы размножаются в геометрической прогрессии. Жизненные ресурсы для любого вида живых организмов ограничены, и поэтому должна возникать борьба за существование либо между особями одного вида, либо между особями разных видов, либо с природными условиями. В понятие «борьба за существование» Дарвин включил не только собственно борьбу особи за жизнь, но и борьбу за успех в размножении.

Теория эволюции Дарвина В условиях борьбы за существование выживают и дают потомство наиболее приспособленные особи, имеющие те отклонения, которые случайно оказались адаптивными к данным условиям среды. Отклонения возникают не направленно — в ответ на действие среды, а случайно. Немногие из них оказываются полезными в конкретных условиях. Потомки выжившей особи, которые наследуют полезное отклонение, позволившее выжить их предку, оказываются более приспособленными к данной среде, чем другие представители популяции.

Теория эволюции Дарвина Выживание и преимущественное размножение приспособленных особей Дарвин назвал естественным отбором. Естественный отбор отдельных изолированных разновидностей в разных условиях существования постепенно ведет к дивергенции (расхождению) признаков этих разновидностей и, в конечном счете, к видообразованию. Главная заслуга Дарвина: он установил механизм эволюции, объясняющий как многообразие живых существ, так и их приспособленность к условиям существования - постепенный естественный отбор случайных ненаправленных наследственных изменений.

Изменчивость Основой многообразия сортов растений и пород животных является изменчивость – процесс возникновения отличий у потомков по сравнению с предками, которое обуславливает многообразие особей в пределах сорта, породы. Определенная, или групповая, которая возникает под влиянием какого-либо фактора среды и выражается у всех особей одинаковым образом, носит ненаследственный характер; Неопределенная, или индивидуальная, которая проявляется специфично у каждой особи и носит наследственный характер; причины возникновения были Дарвину неизвестны; играет важную роль в эволюционном процессе; Коррелятивная, вызывающая изменение в каком-либо органе, если есть изменения в других органах.

Естественный отбор Основные факторы эволюции культурных форм - это наследственная изменчивость и отбор, производимый человеком (искусственный). В природе также осуществляется отбор, но он основан на приспособ- ляемости к различным условиям окружающей среды. Численность особей одного вида в природе ограничивается количеством пищи, наличием хищников, изменением климатических условий и т.д. Очень большую роль играют взаимные противоречия между организмами. Противоречия принимают наиболее острый характер, когда организмы обладают сходными потребностями и близкой организацией. Поэтому наиболее острый характер имеет борьба за существование между особями одного вида.

Естественный отбор Естественным результатом противоречий между организмами и окружающей средой является гибель части особей. Выживание наиболее приспособленных особей Дарвин назвал естественным отбором. Выжившие особи передают свои, оказавшиеся удачными изменения следующим поколениям, в результате каждое следующее поколение будет более приспособленным к среде обитания. Может случиться так, что некоторые особи приобретут одни изменения и окажутся приспособленными к среде одним способом, а другие окажутся приспособленными иначе. Тогда от одних предков при условии изоляции подобных групп может возникнуть два и более вида.

Теория эволюции Дарвина Главным результатом эволюции являются: совершенствование приспособленности организмов к условиям обитания, что влечет за собой совершенствование их организации. нарастание многообразия видов и усложнение взаимоотношения организмов в природе. в результате исторического развития преимущество получают, как правило, наиболее высокоорганизованные формы, что выражается в поступательном развитии органического мира на Земле от низших к высшим.

Синтетическая теория эволюции В середине ХХ века классическое эволюционное учение было дополнено и обосновано с молекулярно-генетической точки зрения, результатом явилась современная синтетическая теория эволюции. В молекулярной биологии изменчивость проявляется на генетическом уровне в виде т.н. мутаций. Мутации происходят случайным образом под воздействием внутренних и внешних факторов. Мутационный процесс обуславливает разнообразие особей в популяции. Направление эволюции определяется естественным отбором.

Синтетическая теория эволюции Элементарная единица эволюции - популяция. Популяции - особи одного вида, живущие относительно обособленно от особей другого вида. Смешиванию популяций препятствуют различные барьеры – как географические (горы, крупные водные преграды и т.д.) и биологические. Главный объединяющий фактор популяции – это свободное скрещивание особей друг с другом. В популяции возникают и распространяются наследственные изменения, происходит наиболее острая борьба за существование, осуществляется естественный отбор. Мелкие индивидуальные изменения могут накапли-ваться и привести к расхождению признаков и формиро-вания различий между отдельными группами особей.

Синтетическая теория эволюции Внутри популяций происходят начальные этапы эволюционного процесса, которые приводят к формированию новых внутривидовых группировок. Этот процесс называют микроэволюцией. Микроэволюционные изменения доступны наблюдению. Макроэволюция происходит на надвидовом уровне и отражает самые общие закономерности развития живого. Наблюдать макроэволюционные изменения гораздо сложнее, однако успехи молекулярной биологии позволяют непосредственно изучать результаты макроэволюции путем исследований макромолекул, изъятых из ныне живущих и ископаемых форм.

Синтетическая теория эволюции Факторы микроэволюции : Популяционные волны, представляющие собой колебания численности популяций под воздействием множества меняющихся условий (изменения климата, урожайности кормов и др.); Изоляция усиливает генетические различия изолированных популяций; единый генофонд разрывается на несколько изолированных, что может привести к образованию новых видов. Образование новых видов происходит двумя путями: Разделение исходного вида на два и более новых; Гибридизация, т.е. объединение двух разных наборов генов и образование их гибрида

Синтетическая теория эволюции Закономерности макроэволюции: Прогрессивная направленность эволюции в целом выражается в появлении организмов со все более высоким уровнем организации и большей приспосабливаемостью к изменению условий существования. Неравномерность темпов эволюции, определяющаяся сложным сочетанием внутренних факторов и изменяющимися условиями окружающей среды. Необратимость эволюции. Ископаемые и ныне существующие формы необязательно составляют единую последовательность. Многие виды в процессе эволюции исчезают, исчезнувшие в процессе эволюции виды никогда впоследствии не восстанавливаются в прежней форме. Необратимые процессы эволюции живого задают биологическую стрелу времени.

Проблемы теории эволюции В качестве подтверждения теории эволюции видов выдвигались два аргумента – рудиментарные органы и теория эмбриональной рекапитуляции. Однако сейчас физиологи не считают бесполезным ни один человеческий орган, а теория рекапитуляции (в частности, наличие у человеческого эмбриона на некоторых стадиях развития жаберных щелей и хвоста) отвергается многими учеными-эмбриологами. Считается установленным, что 99,99% мутаций приводят к уродствам и летальному исходу. Для эволюции же необходимо множество одновременных безвредных мутаций. Вероятность улучшения жизни в результате мутаций близка к нулю.

Проблемы теории эволюции Ученым до сих пор не удалось показать, как мутации могут разрушить межвидовые перегородки. Мутации не создают новые формы, а изменяют существующие. Естественный отбор может только уничтожить какую-либо информацию, а не создать новую, в то время как эволюция от более простых организмов к более сложным должна сопровождаться многократным возрастанием информации. Переходные формы от низших организмов к высшим не обнаружены до сих пор, также как и переходные формы от обезьяны к человеку. Остается открытым вопрос о возможности самозарождении жизни.

Проблемы теории эволюции Противопоставление дарвинизма и ламаркизма: отношение к идее "стремления к совершенству" и принцип естественного отбора, отношение к идее наследовании приобретенных или врожденных признаков.

Проблемы теории эволюции Замечательный палеонтолог, эволюционист и философ Пьер Тейяр де Шарден, один из первооткрывателей знаменитого пекинского синантропа, полагал, что повышение уровня организации живых существ, неуклонно происходящее в ходе эволюции, не может быть объяснено отбором случайных, ненаправленных мутаций и служит доказательством присутствия какой-то особой направляющей силы. Шарден называл ее радиальной энергией, потому что, по его мнению, она движет эволюцию к некому абсолютному средоточию, или центру - "точке Омега".

Проблемы теории эволюции Принцип Вейсмана: если крысам из поколения в поколение отрубать хвосты, это не приводит к рождению бесхвостых крысят. Наследственная информация записана в молекулах ДНК и движется в одном направлении - от ДНК к РНК, от РНК - к белкам. ). Белки выполняют огромное множество функций, и, в конечном счете, именно они определяют строение организма (фенотип). Движение информации в обратном направлении обнаружено не было. Классическая генетика отрицает возможность наследования соматических мутаций - изменения клеток тела (в том числе и мутации) не могут отразиться на генах половых клеток.

Проблемы теории эволюции В качестве уродливого противовеса догматизации достижений генетики в СССР возникла лысенковщина. Крестьянский сын Трофим Лысенко открыл способ придавать семенам морозоустойчивость, выдерживая их некоторое время на холоде, а потом перенося в тепло и укрывая одеялом. Молодой крестьянин был направлен на работу в лабораторию Н. И. Вавилова. Лысенко, пользуясь далеко не научными аргументами и средствами, подчинил себе руководство советской биологической наукой. Генетика и "вейсманизм" были объявлены лженауками. Официально была принята догма, основанная на базовом принципе ламаркизма: приобретенные признаки наследу-ются; определяющим фактором наследственности явля-ются не мифические гены, а воздействие внешней среды. Торжество лысенковщины в СССР и особенно репрессии против генетиков привели к окончательной дискредитации ламаркизма на Западе.

Проблемы теории эволюции Новые факты генетики: Вирусный перенос - ДНК вируса может встраиваться в геном клетки-хозяина, а потом снова отделяться от него. При этом вместе с собственной ДНК вирус может случайно "захватить" кусочек ДНК хозяина и таким образом перенести его в другую клетку, в том числе - и в клетку другого организма. Мутации, по-видимому, не являются полностью случайными. Известно, что разные участки генома мутируют с разной скоростью. В клетках существуют специальные механизмы для целенаправленного увеличения скорости мутаций определенных участков генома. По-видимому, это означает, что одним генам организм "разрешает" мутировать чаще, чем другим.