Развитие биологии как комплексной науки во второй половине XIX века

3.2.4.Успехи изучения микроорганизмов. Теория клеточного строения и развития живых существ.

С конца XVIII в. микроскопическими  исследованиями было доказано существование  многочисленных организмов, невидимых  простым глазом. Число описанных  микроорганизмов возросло и их пришлось выделить в особую группу Protozoa.

О роли микроорганизмов  в инфекционных заболеваниях предполагали давно, впоследствии было определено участие  отдельных из них в процессах  брожения.

С обнаружением роли микроорганизмов  в природе и возможности их использования в промышленных целях изучение простейших достигает большого размаха. Происходит описание новых видов, накопление сравнительных данных по морфологии, строению и образу жизни простейших. Интерес к исследованию микроорганизмов способствовал выделению бактериологии как науки.

Усовершенствование конструкции  микроскопа позволило описать оболочки клеток и ядра; ядро отнесено к обязательным элементам всякой клетки.

К 40-м годам XIX в. завершилась  формулировка клеточной теории строения организмов благодаря исследованиям Шлейдена (1804-1881) и Т. Шванна (1810-1882). С утверждением клеточной теории выделяются гистология и цитология как самостоятельные науки.

 

Глава VI.Учение Ж.Б. Ламарка. Другие представления об эволюции органического мира в первой половине XIX в.

Жан Батист Ламарк (1744-1829) -французский академик, выдающийся представитель биологии конца XIII и первой половины XIX в., автор мемуаров по метеорологии, флоры Франции и ботанического словаря.

В 1802 г. в книге «Гидрология» Ж.Б. Ламарк отмечает, что поверхность  Земли менялась постепенно на протяжении веков под влиянием ныне действующих сил природы. В семитомной «Естественной истории беспозвоночных животных» упорядочил характеристику и классификацию беспозвоночных, выделил эту группу в самостоятельный раздел зоологии.

В своих трудах Ж.Б. Ламарк обращался к проблеме эволюции и  изменяемости видов, акцентируя внимание на действие условий существования. «Природа, действующая во всем постепенно, не могла произвести всех животных за раз: она сформировала сперва самых  простых, а затем постепенно - сложных» (Ламарк). Никто до него идеи о происхождении одних видов из других, а также о прогрессе растений и животных, не смог так четко выразить. Ступени лестницы органических существ, по его мнению, «уловимы исключительно в главных группах общего ряда, а не в видах, ни даже родах». Ж.Б. Ламарк пытается построить естественную классификацию организмов с учетом морфологических, физиологических и психических их особенностей, где получил бы отражение порядок, в котором природа производила животных, как последовательный ряд градаций. На основе построения этой системы Ламарк пришел к признанию наличия эволюции органических форм и сделал попытку объяснить ее факторы. В их числе он указывает время и среду, т.е. необходимо время и изменение среды как первопричины эволюций.

На растения и низшие животные среда действует непосредственно, их изменения всегда соответствуют  направлению изменения среды, т.е. происходит прямое приспособление. На высшие животные, среда действует  опосредованно через перестройку потребностей. Полученные при непосредственном и косвенном влиянии среды изменения передаются в ряду поколений по наследству. Эти положения он сформулировал в виде законов: упражнение (развитие) и неупражнение (редукция) органов (1-й закон). Все, что природа заставила индивидов приобрести или потерять «все это сохраняется путем размножения у новых особей…, если приобретенные изменения присущи обоим родителям или тем, от которых новые особи произошли» (2-й закон).Однако Ж.Б. Ламарк не мог объяснить упражнением или неупражнением появление совершенно новых органов или сохранение маловажных органов. Появление нового органа связывал с накоплением флюидов на определенных участках (например, накопление флюидов ярости на костях головы способствует формированию рогов), что было на уровне фантазии.

Ж.Б. Ламарк пытался объяснить  и естественное положение человека от четвероруких обезьян длительным использованием передних и задних конечностей  в разных целях. Использование задних конечностей для ходьбы якобы  превратило обезьян в двуногие существа.

Своеобразным было объяснение Ламарком причин усложнения организации в живой природе «внутренним их стремлением» к повышению своей организации на основе «силы воли».

При всех недостатках  рассуждений Ж.Б. Ламарка его заслугой остается первое обоснование наиболее стройного и научного учения эволюции органического мира, пронизанное принципами историзма и развития. Учение Ж.Б. Ламарка не раскрыло эволюционного процесса, оно держалось на слабой фактической основе и страдало отсутствием строгих фактов.

Другие исследователи в начале XIX в также пытались объяснить процесс эволюции. Так, еще в 1818 г. В.С. Уэллс обратил внимание на то, что негры и мулаты в тропиках защищены от болезней, которыми страдают представители белых рас. По этой причине в Африке белая раса не получает распространения «вследствие невозможности конкурировать с более могучими соседями». Мэттью в работе «О корабельном лесе и древоводстве» (1831) также усматривал значение естественного отбора. Выдвинул всеобщий «закон» развития: каждое существо в процессе размножения достигает совершенства в соответствии с условиями за счет гибели большей части потомства.

Идея об отборе была высказана  и в работе Э. Блита в виде мысли  о существовании конкуренции  и борьбы за пищу, результатом которой  является выживание наиболее приспособленных к условиям.

Итак, развитие биологии в первой половине XIX в. характеризуется  следующими особенностями:

- в разных областях  биологии получены данные, свидетельствующие  о единстве организации и развития  живых организмов, о последовательности смены форм жизни в истории Земли;

- трансформацию форм  жизни в геологическом прошлом  связывали с ныне действующими  «на поверхности Земли факторами»;

- предприняты попытки  объяснить органическую целесообразность (гармонию) с учетом плодовитости  и борьбы за существование;

- высказывалась идея  отбора в природе;

- предложена первая  научная концепция эволюции, опирающаяся  на принципы историзма и развития;

- биология постепенно  стала превращаться в теоретическую  и обобщающую науку.

Несмотря на достигнутые  успехи, в биологии до середины XIX в господствующей оставалась идея о постоянстве и неизменности видов, из-за неясности механизма эволюционного процесса.

Эволюционное учение Ч. Дарвина и его методологическое значение для развития биологии

Теоретические построения Ч. Дарвина об эволюции видов опирались на анализ фактов изменчивости организмов в прирученном состоянии. С этого вопроса начинается «Происхождение видов», ему же посвящена специальная работа «Изменение животных и растений в одомашненном состоянии» (1868).

Ч. Дарвин разделил изменчивость на несколько типов. Ч. Дарвин понимал, что только изменчивостью нельзя объяснить различия пород и сортов. Многие такие различия связаны с  удовлетворением требований человека (хозяйственных, эстетических, спортивных и т.д.). В этом он увидел широкое явление, характерное для развития всей природы (отбор).

На примере анализа  домашних животных и культурных растений Ч. Дарвин приходит к выводу, что  «сорта и породы различаются между  собой более чем особи одного и того же вида или разновидности в естественном состоянии».

Для домашних животных и  культурных растений характерны следующие  особенности: 1) они представлены большим  многообразием; 2) породы и сорта  одной группы отличаются как между  собой, так и от дикого предка; 3) они отвечают нуждам человека.

Говоря о различии пород и сортов, Ч. Дарвин замечает, что они возникли не внезапно, а  постепенно благодаря стараниям  человека оставлять на потомство  особей, отвечающих его требованиям. Т.е. человек «сам создал полезные для  него породы».

Результаты искусственного отбора заранее предопределены в  планах селекционера, его действие ограничено во времени и численностью особей. Этим он принципиально отличается от естественного отбора.

Начав с изложения  известных фактов об изменчивости животных и растений в одомашненном состоянии и действии искусственного отбора, Ч. Дарвин в «Происхождении видов» переходит к рассмотрению роли естественного отбора. Ч. Дарвин описал примеры борьбы за существование в природе, включая все взаимоотношения особей и видов в окружающей среде, значимые для обеспечения потомства. Борьба за существование рассматривается как неизбежный результат геометрической прогрессии размножения, характерной без исключения для всех существ в природе. Естественный отбор в природе выступает как интегральный результат взаимодействия трех предпосылок: генетической гетерогенности особей в популяциях, геометрической прогрессии размножения («давление жизни») и борьбы за существование. Размножение обеспечивает возможность возникновения, как наследственных изменений, так и избыточной численности потомства. Это приводит к нехватке имеющихся ресурсов. Возникает борьба за ресурсы между особями вида, в ходе которой и оцениваются индивидуальные особенности, определяющие преимущество одной особи над другой в размножении. Сохранение полезных индивидуальных различий или изменений и уничтожение вредных Ч. Дарвин назвал естественным отбором.

С глубокой древности  натуралистов поражала гармония живых  существ с окружающими условиями («органическая целесообразность»), что не находило научного объяснения до появления теории естественного отбора. Одна из заслуг теории отбора состоит в объяснении данного феномена. Гармония живой природы не является изначальной, а складывается в процессе действия отбора как результат расхождения признаков в ряду поколений. Ч. Дарвин любое приобретение, в том числе прогрессивное, рассматривал под углом приспособления и механизма накапливающего действия отбора. Обязательный результат отбора выражается в стремлении особей в ряду поколений«сделаться более и все более совершенным по отношению к окружающим условиям, в процессе которого возможен и постепенный прогресс организаций» (Дарвин)

С момента опубликования  «Происхождения видов» учение Ч. Дарвина  привлекает постоянное внимание, его оценка менялась в разные периоды. Ч. Дарвин отмечал, что «…я убежден, что естественный отбор был самым важным, но не исключительным, фактором изменения».

Теория естественного  отбора удовлетворительно объясняет  следующие факты: 1) возникновение  многообразия органических форм на основе единства их происхождения - принцип монофилии; 2) приспособленность видов к окружающим условиям - принцип целесообразности; 3) доминирующую роль естественных процессов и законов в постепенном историческом развитии живой природы - принцип историчности развития; 4) соотношение между изменчивостью и реальностью видов в природе; 5) для своего времени учение об отборе представляло грандиозное обобщение фактического материала биологии.

Влияние теории Ч. Дарвина  на последующий прогресс биологии огромно и общепризнано. Она совершила переворот в методологии биологии. Одна из общепризнанных заслуг дарвинизма - введение в биологию исторического метода, как метода познания. В объяснении процесса эволюции пока нет равных теории Ч. Дарвина.

 

Глава V.Успехи развития биологии во второй половине XIX в. и ее эволюционные направления.

 

Под влиянием теории естественного  отбора начинается перестройка методологии  исследований в биологии, что привело  к формированию эволюционных направлений  в разных ее областях. В этом смысле теорию Ч. Дарвина рассматривают как начало новой эры не только в биологии, но и мышлении человечества.

5.1.Эволюционное направление в палеонтологии и систематике.

Палеонтология и систематика  изучают многообразие форм живой  природы, генетические связи между ними построением филогенетических, родословных рядов.

До возникновения учения Ч. Дарвина в систематике и  палеонтологии сильна была позиция  креационизма. Виды рассматривались  как изначально созданные и неизменные, а наблюдаемая в геологических слоях смена ископаемых форм - как результат отдельных актов творения после очередных катастроф.

Положение резко изменилось с 1859 г. после возникновения принципа историзма при анализе фактического материала. Начинается период построения палеонтологических рядов ископаемых форм на эволюционной основе. Такой ряд был построен для третичных паллюдин (Н. Неймайр, 1845-1890) с демонстрацией последовательности изменений в строении раковины. Однако наибольшее теоретическое развитие такие исследования получили на примере эволюции копытных (В.О. Ковалевский, 1842-1833), приведший к глубоким морфофизиологическим изменениям в связи с переходом их предков к степному образу жизни. Новые признаки, подчеркивает Ковалевский, не появляются внезапно, а развиваются медленно, как и исчезновение. Признак постепенно становится редким, а потом исчезает.

Идея о возникновении  приспособлений в связи с изменением образа жизни получила дальнейшее развитие в трудах Луи Долло (1857-1931) На примере  изучения ископаемых рыб Л. Долло формулирует закон«необратимости эволюции». Согласно его представлениям, даже при повторении прежних экологических условий прошлого развития новые приспособления таксона возникнут уже на иной генетической основе.

Во второй половине XIX в. палеонтологами были описаны новые формы ископаемых: археоптерикс, динорнис, палеозойские амфибии, пермские травоядные и хищные пресмыкающиеся, мезозойские ящеры, мезозойские и третичные четвероногие, зубастые птицы на Кавказе, в Северной Америке.

Успехи систематики  также оказались выразительными. Систематики касались одного из древних и сложных вопросов о родственных отношениях современных организмов и их связи с прошлыми существами. Общность происхождения «представляет собой единственную известную причину сходства организмов» (Ч. Дарвин), которая должна быть положена в основу естественной системы.

В построении таких систем отличился Э. Геккель (1834-1919), привлекая  данные анатомии, палеонтологии индивидуального  развития организмов - «метод тройного параллелизма». Он впервые предложил «обобщающее филогенетическое древо» органического мира, где растения, простейшие и животные оказались связанными между собой происхождением из общего гипотетического коня «монер» (безъядерное существо).

Одним из важных достижений систематики во второй половине XIX в. следует признать наведение порядка в основных ее категориях.

5.2.Развитие эмбриологии животных и растений.

В эмбриологии продолжались традиции сравнительного изучения начальных  стадий развития позвоночных, но недостаточно проводились исследования зародышевого развития беспозвоночных.

Прогресс в изучении эмбрионального развития беспозвоночных и сходства его стадий с позвоночными был достигнут благодаря исследованиям  А.О. Ковалевского (1840-1901), И.И. Мечникова (1845-1916), Ф. Мюллера (1821-1897).