Первый закон термодинамики, закон Пауля

Изменчивость

Изменчивость – это  любые проявления неопределенности, стохастичности (случайности). Они составляют естественное содержание всех процессов  микромира, но имеют место и на макроуровне. Изменчивость лежит в  основе функционирования всех механизмов нашего мира на любом уровне его  организации. Мир так устроен, что  случайность и неопределенность – его объективные характеристики. Изменчивость же создает то поле возможностей, из которых возникает многообразие организационных форм. Но она также служит и причиной разрушения. Такова диалектика самоорганизации (синергетики). Одни и те же факторы изменчивости стимулируют как созидание, так и разрушение.

Наследственность

Следующим свойством живых  систем после изменчивости является наследственность – свойство родителей  передавать свои признаки потомкам, следующему поколению. Это свойство не абсолютно: дети никогда не бывают точными копиями  родителей, но кошка приносит на свет всегда только котят, а из семян пшеницы  вырастает только пшеница. В процессе размножения от поколения к поколению  передаются не признаки, а код наследственной информации, определяющий лишь возможность  развития будущих признаков в  определённом диапазоне. Наследуется  не признак, а норма реакции развивающейся  особи на действие внешней среды.

Естественный отбор

Естественный отбор –  единственный направленный эволюционный фактор, необходимый процесс, который  управляет изменениями и контролирует их. В основе дарвиновской теории лежит  факт весьма интенсивного размножения  организмов. Если бы для размножения не было преград, то увеличение численности любого вида живых существ шло в геометрической прогрессии. Даже медленно размножающиеся организмы очень быстро заняли бы поверхность земного шара. Но этому размножению противостоят многочисленные препятствия, приводящие к огромной смертности, в особенности среди личинок и молоди. Во многих случаях смертность определяется врагами и паразитами, размножающимися параллельно увеличению численности тех организмов, которые служат им пищей. Таким образом, не только при наличии перенаселения, но и без него размножению любого вида организмов противостоят всевозможные препятствия. Таковыми являются: неблагоприятные влияния физических факторов, истребление врагами и паразитами, болезни, голод и т.д.

Организм встречает в  этих факторах сопротивление не только увеличению своей численности, но и  своему существованию. Только путем  преодоления этого сопротивления  данный вид может сохранить для  себя и своего потомства место  в фауне и флоре данной территории. Эту форму активности организма  в обеспечении своей жизни  и жизни своего потомства Дарвин назвал борьбой за существование. Здесь  идет речь об активности организмов, направленной на поддержание своей жизни и  на оставление потомства. Она выражается в конкуренции и пассивных  формах соревнования. Главным остается результат. В некоторых случаях  выживаемость вида обеспечивается массовостью  потомков (рыба луна выметывает более 300 млн. икринок, из которых выживает несколько особей). В других случаях  проявляется забота о потомстве, что приводит к большей выживаемости. Три основные формы борьбы за существование:

·         межвидовая;

·         внутривидовая;

·         борьба с неблагоприятными условиями среды.

Примеры межвидовой борьбы многочисленны. С экологической  точки зрения, она представлена хищниками, паразитами и конкуренцией. И волки, и лисы охотятся за зайцами. Между  волками и зайцами, а также  между лисами и зайцами идет напряженная  борьба за существование. Отсутствие добычи обрекает хищников на голод и гибель. В то же время между хищниками – волками и лисами – тоже существует конкуренция за пищу. Это не означает, что они непосредственно вступают в борьбу друг с другом, но успех одного означает неуспех другого.

Внутривидовая борьба означает конкуренцию между особями одного вида, у которых потребность в  пище, территории и других условиях существования одинаковая. Дарвин считал внутривидовую борьбу самой напряженной. Выживают лишь наиболее приспособленные к данным условиям особи. Они образуют новую популяцию, что в целом способствует выживанию вида. В борьбе за существование выживают и оставляют потомство индивиды, обладающие таким комплексом признаков и свойств, которые позволяют наиболее успешно конкурировать с другими.

Различают три главные  формы отбора:

·  движущий;

·  стабилизирующий;

·  деструктивный.

При движущем, или центробежном, отборе большую вероятность оставить потомство имеют особи, изменившиеся по каким-нибудь признакам по сравнению  со средней для данного вида нормой. Отбирается один тип отклонения от нормы. Так появляются на свет более  устойчивые к антибиотикам бактерии, более быстрые зайцы, засухо- и  морозоустойчивые растения. Это путь возникновения новых видов, лучше  приспособившихся к условиям внешней  среды, чем виды-родители.

Стабилизирующий, или центростремительный, естественный отбор сохраняет в  популяции среднее значение признаков (норму) и не пропускает в следующее  поколение наиболее отклонившихся  от этой нормы особей. Это путь сохранения видов неизменными.

При деструктивном (деструкция – нарушение нормальной структуры  чего-либо), или разрывающем, отборе отбирается не один, а несколько  признаков отклонения от нормы (два  или больше). Это путь дробления  предкового вида на дочерние группировки, каждая из которых может стать  новым видом. При этом единый прежде вид распадается на группировки (расы, формы), отличающиеся морфологически, по времени размножения или же по предпочитаемой пище. Человек применяет  деструктивный отбор, выводя мясные и молочные породы рогатого скота, разные породы собак, сорта культурных растений и т.п.

Выделяют еще семейный, или групповой, отбор, когда преимущество в размножении получают не отдельные  особи, а вся группа в целом. Так  возникают приспособительные черты  группового поведения муравейника, пчелиной семьи, табуна копытных или  стаи обезьян.

Отбор бывает не только естественным, но и искусственным. Искусственный  отбор – это способ, с помощью  которого наряду с гибридизацией  человек создает высокопродуктивные породы животных, сорта культурных растений. Темпы эволюции, управляемой человеком, гораздо быстрее, чем в природе. Это объясняется тем, что искусственный отбор гораздо эффективнее естественного: человек сохраняет только те организмы, которые ему нужны, а в природе большинство полезных мутаций лишь несколько увеличивает вероятность выживания и размножения.

Термин "искусственный  отбор" не отождествляется с естественным. Высшие формы искусственного отбора явно отличны от естественного. Человек  выбирает подходящие ему особи для  размножения. Очень часто в природном  отношении это уроды, например, болонка, которая в естественных условиях обречена на гибель.

Механизмы эволюции

Механизмы эволюции базируются на адаптациях (приспособление организмов к окружающей среде) и катастрофических явлениях.

Главная особенность катастрофических механизмов –неопределенность будущего, которая является следствием того, что будущее состояние системы  при переходе ее характеристик через  пороговое состояние определяется, прежде всего, случайностью, а она  присутствует везде. Система как  бы забывает свое прошлое. В этой точке  происходит разветвление путей эволюции, и предсказать, по какой ветви  пойдет развитие дальше, нельзя. Обратного  хода эволюции уже нет (разбитая чашка, даже склеенная, есть разбитая чашка). Пороговые механизмы свойственны  не только неживой природе, но и процессам, протекающим в мире живой природы  и обществе.

Принцип А. Пуанкаре. Закон  дивергенции

Реальные процессы развития дают целую гамму различных механизмов. Законы физики, химии и другие принципы отбора устанавливают определенные границы изменения состояния  системы, определяют так называемые каналы, внутри которых и будут  протекать эволюционные процессы. Однако множество случайных факторов стараются  вывести системы за эти границы. Поток внутри канала следует механизму  адаптационного типа, границы которого определены законами развития.

Изложенная интерпретация  характера эволюции делает наглядным  один из общих законов самоорганизации  материи – закон дивергенции, суть которого в следующем: процесс  развития характеризуется непрерывным  усложнением и ростом разнообразия организационных форм материи.

Дивергенция в переводе с  позднелатинского означает расхождение. Здесь имеется в виду расхождение  признаков и свойств у первоначально  близких групп организмов в процессе эволюции. Это результат обитания в разных условиях и неодинаково  направленного естественного отбора. Закон дивергенции характерен для  всех трех форм развития материального  мира: он действует в мире неживой  природы, эволюции живых существ  и обществе. С ростом сложности  системы возрастает вероятность  увеличения числа возможных путей  дальнейшего развития, т.е. дивергенции. С увеличением сложности системы количество состояний, в которых могут происходить катастрофы, быстро возрастает, как и вероятность увеличения числа возможных путей дальнейшего развития. Это означает, что процесс самоорганизации ведет к непрерывному увеличению числа организационных форм, так как вероятность появления двух развивающихся систем в одном и том же канале эволюции практически равна нулю.

Синтетическая теория эволюции

В ходе развития биологических  наук классическое эволюционное учение Дарвина было значительно дополнено  и уточнено. Ключевые положения этого  учения получили обоснование с молекулярно-генетической точки зрения. В результате возникла современная синтетическая теория эволюции (принято использовать сокращение СТЭ).

Современная молекулярная биология установила, что изменчивость проявляется  на генетическом, молекулярном уровне в виде так называемых мутаций  и происходит непредсказуемо под  воздействием внутренних и внешних  случайных факторов. Мутационный  процесс обусловливает разнообразие особей в популяции. Будучи по своей  природе принципиально случайным, он не может задавать направление  эволюции. Фактором, определяющим направленность эволюции, служит естественный отбор. Без естественного отбора случайные  мутации постепенно приводили бы к размытию совокупности внутренних (генотип) и внешних (фенотип) признаков  вида. Эволюция есть единый направленный процесс исторического изменения живых организмов. Но в СТЭ различают два ее уровня: микроэволюцию (на популяционно-видовом уровне) и макро-эволюцию (на надвидовом уровне).

Современное толкование "микроэволюции" дал Н. В. Тимофеев-Ресовский: микроэволюция  – это эволюционные процессы, происходящие за относительно короткие промежутки времени на ограниченных территориях, протекающие в популяциях и завершающиеся  видообразованием.

В макроэволюции проявляются  самые общие закономерности и  направления исторического развития как всей совокупности живого, так  и отдельных надвидовых групп. В  СТЭ признано, что элементарной единицей эволюции является популяция, а не вид (как считалось в классическом эволюционном учение). Изменения, происходящие в рамках микроэволюции, доступны непосредственному  наблюдению. Несколько сложнее дело обстоит с наблюдениями макроэволюционных  изменений. Ранее ход макроэволюции  изучался только путем его реконструирования, воссоздания. Но благодаря успехам  молекулярной генетики появилась возможность  непосредственного изучения результатов  макроэволюции при использовании "молекулярных документов" эволюции: объектом непосредственного исследования стали макромолекулы, изъятые как  из ныне живущих, так и из ископаемых форм.

Эволюционная концепция  в биологии успешно прошла испытание  временем, воплотилась в современную  теорию эволюции и является фундаментом  всех биологических наук.

Основные свойства развития

На основе рассмотренных  выше положений можно выделить некоторые  выводы о свойствах развития в  целом, так как живые существа являются наиболее сложным природным  образованием и в их свойствах  отражаются и общие свойства, и  всеобщие черты развития и движения материальных систем. Эти основные свойства:

1.      Развитие – это всегда сторона проявления движения. Дарвин называл свою теорию "теорией развития путем изменения", подчеркивая универсальный характер развития. Развитие как переход из одной стадии в другую, от одного качества – к другому слагается из стадии разрушения и стадии возникновения, созидания. Импульс к развитию содержится внутри самой системы.

2.      Развитие проявляется в одновременном возникновении новой формы устойчивости и соответствующей ей изменчивости. Одно предполагает другое. Изменчивость представляет собой результат взаимодействия внутренних свойств объекта (организма) и свойств окружающей среды. С чем большей энергией сохраняется данное состояние объекта, с тем большей энергией и быстротой происходят его изменения, которые по мере своего оформления приобретают устойчивость, но уже иного характера.

3.      Развитие отличается ритмичностью, т.е. имеет свою структуру, связанную с природой объекта. Наличие внутренней логики, последовательности стадий процесса определяет путь развития не только прогрессивных, но и регрессивных изменений системы.

4.      Развитие связывается с ненаправленной изменчивостью, т.е. именно она служит основой для развития направленной тенденции как необходимости. Развитие есть переход случайных явлений, свойств в необходимые.

5.      Развитию сложноорганизованной системы способствует сочетание нескольких факторов: времени, изоляции, постоянства окружающей среды, числа компонентов, уровня дифференциации системы.

Дарвин подчеркивал, что  сам естественный отбор только сохраняет  полезные свойства в данных условиях среды. Важными компонентами являются:

а) продолжительность времени, за которое осуществляется естественный отбор, так как она увеличивает  шансы благоприятных изменений;

б) изоляция организмов друг от друга;

в) численность подвергающихся изменению особей.

6.      Чем разнообразнее качества взаимосвязанных объектов, тем богаче спектр слагаемых изменений, тем более содержательным и результативным является объединяющий их процесс развития. Но диапазон этих связей имеет предел, за которым утрачивается специфика данного конкретного вида развития.