Основные направления эволюции

Биологический прогресс

Эволюционный процесс на Земле создает в живой природе огромное разнообразие видов и надвидовых групп. Все они в этом процессе приобретают специальные приспособления к условиям существования. Изменения условий окружающей среды часто приводят к исчезновению у видов одних и появлению других свойств, обеспечивающих их более выгодную приспособляемость к жизни, а следовательно, лучшую выживаемость, активизацию размножения организмов и более широкое распространение в природе.

Возрастание приспособленности организмов к окружающей среде, сопровождающееся увеличением численности и более широким распространением вида, называют биологическим прогрессом (от лат. progressus - «движение вперед»). В настоящее время биологический прогресс наблюдается у покрытосеменных растений, а среди животных — у насекомых, костистых рыб, птиц и млекопитающих.

Изучение особенностей эволюции крупных надвидовых групп (макроэволюции) позволило выделить три главных направления, которые ведут к биологическому прогрессу. Идея о возможных путях достижения биологического прогресса в процессе эволюции была разработана нашим крупным ученым-эволюционистом А.Н. Северцовым в 1925 году. Он назвал три главных направления эволюционных преобразований: 1) морфофизиологический прогресс — повышение общего уровня организации, ее усложнение; 2) морфофизиологический регресс (противоположное направление); 3) идиоадаптация — развитие частных приспособлений, не изменяющих общий уровень организации. Позднее А.Н. Северцов первое направление назвал ароморфозом, а второе — дегенерацией.

Ароморфоз как основное направление эволюции

Ароморфоз (от греч. airo - «поднимаю» и morphosis - «образец», «форма»), по А.Н. Северцову, характеризует возникновение в ходе эволюции таких признаков, которые повышают общий уровень биологической организации и изменяют все свойства организмов. Ароморфозы дают большие преимущества видам в борьбе за существование и открывают новые возможности в использовании внешних условий среды — освоение новых, прежде не доступных источников питания и новых местообитаний.

В эволюции живых организмов можно выделить несколько крупных ароморфозов: возникновение фотосинтеза, появление многоклеточности, половое размножение, приобретение постоянной температуры тела, появление головного мозга, прогрессивное развитие кровеносной и дыхательной систем, развитие челюстей у предков позвоночных животных, возникновение семян у растений и пр.

Ароморфозы — это крупные эволюционные преобразования в строении и функциях организмов, одно из основных направлений эволюции живого мира.

Ароморфозы представляют собой адаптации широкого значения, полезные организмам в самых разнообразных условиях среды. Все ароморфозы имеют сложный комплексный характер. Это вызвано тем, что преобразование происходит скоррелированно сразу по многим признакам. Например, появление у растений пыльцевой трубки, доставляющей спермии к яйцеклетке, освободило процесс оплодотворения от обязательного участия воды, тем самым обеспечив цветковым растениям возможность широко распространиться по суше. Но это свойство одновременно сопровождалось рядом других ароморфных признаков. Среди них: развитие проводящей сосудистой системы; появление устьиц, регулирующих испарение; развитие рыльца на пестике, обеспечивающего прорастание пыльцевой трубки в пределах пестика.

Формирование ароморфоза — это очень длительный процесс, происходящий на основе наследственной изменчивости и естественного отбора. По мнению А.Н. Северцова, ароморфозы обеспечили возникновение новых классов, отделов и типов организмов. Поэтому ароморфоз часто называют магистральным путем эволюции органического мира.

Дегенерация

Дегенерация (от лат. degenero - «вырождаюсь») - еще одно основное направление эволюции, при котором развитие групп идет по пути морфофизиологического регресса (от лат. regressus - «возвращение», «движение назад»), то есть эволюционного развития, связанного с процветанием группы, формирующейся на основе деградации (от лат. degradatio - «упрощение») строения и функций.

Примером могут служить регрессивные преобразования при переходе животных к неподвижному, сидячему образу жизни и паразитизму.

Так, переход к паразитическому образу жизни у многих организмов сопровождается резким упрощением ряда систем органов и даже полной потерей некоторых из них. У растения повилики (Cuscuta europaea), паразитирующего на многих цветковых растениях, полностью утрачена способность к фотосинтезу, а ее мелкие чешуйчатые листья лишены хлорофилла. Паразитическое растение раффлезия Арнольди утратило все свои вегетативные органы, но, пользуясь питательными веществами других видов (семейства виноградовых), развивает огромный цветок диаметром около метра. Потерей системы пищеварения характеризуются многие черви-паразиты, приспособившиеся к жизни в кишечнике животных и человека. Например, свиной цепень — паразит человека — не имеет кишечника.

Паразитические организмы
Паразитические организмы: 1 — раффлезия; 2 — повилика; 3 — свиной цепень

Упрощение биологической организации группы организмов при соответствующем образе жизни часто обеспечивает ей большое процветание. Благодаря дегенерации обеспечивается вхождение видов в новую адаптивную среду. Это можно рассматривать как приобретение принципиально новых особенностей, делающих возможным переход на новый уровень организации.

Общая дегенерация — это одно из основный направлений эволюции, способствующее достижению биологического прогресса группы.

Идиоадаптации

Идиоадаптация (от греч. idios - «особый», «своеобразный» и лат. adaptatio - «приспособление», «прилаживание») - направление эволюции, при котором происходит смена частных приспособлений, но общий уровень биологической организации группы не меняется. Поскольку меняются лишь детали, а общий уровень организации остается прежним, идиоадаптацию называют частным приспособлением.

Идиоадаптации ведут к появлению разнообразных приспособительных форм организмов к существующим условиям жизни. В отличие от ароморфозов, идиоадаптация не затрагивает общего уровня биологической организации группы организмов, но обеспечивает появление разнообразных приспособительных форм и вариантов группы в пределах одного уровня.

Идиоадаптации обеспечивают возникновение большого разнообразия приспособленности к существующим условиям жизни.

Идиоадаптации выражают частные способы биологического прогресса, но как бы лежащие в одной плоскости. Ярким примером идиоадаптации на уровне отдела могут служить покрытосеменные растения, образующие множество различных жизненных форм (деревья, кустарники, травы), имеющих множество способов распространения семян, опыления и пр.

Идиоадаптации у растений и животных
Идиоадаптации у растений и животных: А — разнообразие способов распространения семян цветковых растений: 1 — ветром (одуванчик, сосна); 2 — птицами (вишня, слива); 3 — муравьями (чистотел); 4 — на шерсти животных (череда, репейник); 5 — ногами людей (подорожник); 6 — водой (кокос); 7 — саморазбрасыванием (мак, недотрога, бешенный огурец); Б — разнообразие вьюрков на островах Галапагосского архипелага

Примером идиоадаптации на уровне рода может служить разнообразие видов вьюрков, обнаруженных Ч. Дарвином на островах Галапагосского архипелага. Все виды вьюрков имели сходный уровень организации, но, находясь в различных условиях отдельных островов, приобрели совершенно разные свойства, проявляющиеся в размещении своих укрытий, постройке гнезд и особенно в способах добывания пищи. Одни виды освоили питание плодами растений, другие — семенами, третьи стали насекомоядными, а дин вид даже приспособился слизывать кровь у раненых животных. Все эти приспособления повлекли за собой изменения в облике вьюрков (в форме клюва, размере головы, хвоста и всего тела), их поведении и общем образе жизни.

Взаимоотношения трех основных направлений эволюции

Три основных направления эволюции в природе взаимосвязаны. Характеризующие их процессы идут непрерывно и одновременно, сочетаясь между собой или сменяя друг друга. Обычно ароморфозы задают и определят новые направления и этапы развития живого мира. Затем эволюция идет по пути идиоадаптации или дегенерации, обеспечивая организмам групп существование в новой среде. По истечении некоторого времени весь этот процесс может многократно повториться, увеличивая многообразие форм организмов и их групп.

Взаимоотношения трех основных направлений эволюции, их чередование А.Н. Северцов изобразил в виде схемы.

Основные направления эволюции
Основные направления эволюции: А — исходный уровень биологической организации группы; Б и В — ароморфозы; Г — дегенерация; Д — разветвление на плоскостях — различные идиоадаптации

Проблема направленности эволюции

Направленность эволюции остается в науке предметом оживленных дискуссий, главным образом по вопросу о том, что считать прогрессом. Некоторые ученые выдвинули ряд новых критериев морфофизиологического прогресса. Например, И.И. Шмальгаузен в 1938 году, принимая на основе работ Л. Берталанфи системный подход в биологии, называет как важный признак прогресса «совершенствование интеграции живых систем». Словом «интеграция» он обозначает взаимопроникновение разных структурных элементов в системе, при котором хотя и происходит некоторая утрата (редукция) элементов, но сама система при этом становится качественно иной, приобретает новые свойства. Шмальгаузен предложил общую дегенерацию по аналогии с ароморфозом назвать термином катаморфоз (от греч. kata — приставка, означающая движение сверху вниз, и morphe - «форма»), а идиоадаптацию — алломорфозом (от греч. allo - «другой», «иной» и morphe - «форма»). Ботаником А.Л. Тахтаджаном, дарвинистом А.А. Парамоновым и другими были предложены иные названия трех главных направлений эволюционного процесса — соответственно арогенез, катагенез и аллогенез. Эти термины часто встречаются в современной биологической литературе. Но все новые дополнения и терминологические изменения не затрагивают основной сути труда А.Н. Северцова; именно им сформулированы и всеми признаны три основных направления эволюции, совершающейся на нашей планете.