Закон Бэра подтверждает единство органического мира и естественное происхождение и развитие животных
Эволюционное учение
Додарвиновский период развития биологии.
Биологическая наука начала развиваться в Древнем мире на востоке (Индия, Др. Китай, Япония). В индийских трактатах «аюрведах» указывалось на происхождение всего живого из праматерии (пракритри). Тем не менее, творение Мира приписывалось верховному божеству. В ведах (главах) говорилось о том, что человек берет свое начало от животных. В ведах приводятся описания некоторых заболеваний и способы их лечения. В Древнем Китае широкое развитие получила нетрадиционная медицина, основанная на глубоком знании человеческого тела и влиянии на организм человека различных растений, минералов, описывалась возможность влияния на функции организма через определенные точки. В Древнем Китае начала развиваться селекция декоративных пород собак, золотых рыбок, хризантем. Эти открытия соответствуют отвлеченно-умозрительному подходу в науке. Развитие науки происходит стихийно. Данный этап развития биологии называют утилитарным, т.е. с точки зрения полезности или вредности процесса, явления, объекта для человека.
Древняя Греция (VI-IV в.в. до н.э.) Гераклит Эфесский – представитель ионийской школы философов. Стоял на позициях стихийного материализма, считал, что все живое берет начало из первичной материи, а развитие живого происходит за счет естественного отбора.
Эмпедокл – по его мнению Земля с момента происхождения представляла собой раскаленный шар, застывала корка, которая в некоторых местах под давлением лавы прорывалась и наружу вылетали частицы лавы и формообразующие части в виде отдельных частей тела. Они соединялись между собой, нежизнеспособные погибали, жизнеспособные выживали.
В Древней Греции впервые возникла мысль о существовании атомов. Основоположник атомистического учения - Демокрит. Он считал, что все живое есть совокупность атомов.
Аристотель (IV в. до н.э.) Работы: «О частях животных», «История животных», «О возникновении животных». Занимался исследованием развития куриного эмбриона. Стал основоположником сравнительной анатомии, впервые обратил внимание на существование гомологии (сходное строение и происхождение, но разные функции) и корреляции (сходные функции, но разное строение и происхождение) органов. Аристотель открыл переходную форму между животным и растением – хламидомонаду. Выявил единый план строения многих групп животных и создал одну из первых классификаций живых организмов – «Лестницу живых существ». В основе лестницы помещались минералы, а на самой высокой ступени – человек. Однако в этой системе не прослеживалось развития от простого к сложному, не обнаруживалось родственных связей между организмами. Аристотель считал, что жизнь возникла путем самозарождения из ила и тины под действием солнечного света (например, речные угри). Таким образом, жизнь имеет материальную основу, но зарождение жизни происходит под действием нематериальных факторов.
Древний Рим. Тит Лукреций Кар создал стихотворное произведение «О природе вещей», в котором описал происхождение человека «растительным» путем из «маток», произрастающих на Земле.
Вывод: отвлеченно-умозрительный подход не позволил объединить идеи единства природы с идеей общности происхождения и развития от простого к сложному.
Долгое время авторитет Аристотеля являлся догмой, что во многом тормозило развитие науки. После распада Византийской и Римской империй с распространением христианства наступает эпоха господства религиозного мировоззрения. Основное философское направление в естественных науках – креационизм: мир создан Богом ~ 6.000 лет назад, поэтому совершенен и неизменен. В это время начинается следующий этап развития биологии – описательный. Ведущими идеями были идеи самозарождения жизни, научные трактаты изобиловали описаниями фантастических животных и растений. С VI по XIV в.в. наступает эпоха мрачного средневековья. Центры науки перемещаются в монастыри. За крамольные мысли люди уничтожались, например в Испании за 100 лет 35.000 человек были сожжены, а 300.000 были подвержены пыткам. Тем не менее, предпринимались попытки объективного изучения жизни. В Европе монахАльберт Больштедский (XIII в.) опубликовал многотомную энциклопедию, в которой были разделы, посвященные растениям и животным, была дана основа их классификации, описывалось поведение животных. С его работой во многом схожа книга Вежена де Бове «Зеркало природы».
В X-XII в.в. область Испании – Кордова находилась под влиянием Мавритании. В это время в Кордове работали два известных ученых: Ибн Сина (Авицена) и Ибн Рошда (Аверроэс). Они проводили исследования в области медицины, фармакологии, химии, математики, астрономии и др. Их работы по медицине и фармакологии считаются классикой.
Английский монахРоджер Бэкон (XII в.) впервые предложил изучение природы путем наблюдения, опыта и эксперимента. Он первым решился поставить под сомнение исключительную правоту Аристотеля и философов древности.
На Руси в XI в. в списках среди просвещенных людей ходила книга «Поучения Владимира Мономаха», одна из глав этой книги была посвящена описаниям растений и животных.
К середине XV в. в Европе, благодаря началу разложения феодального строя, возникновению зачатков капитализма, стало развиваться мореплавание (эпоха «Великих Географических открытий»). В это время бурно стало развиваться искусство и наука, началась эпоха Возрождения. Таким образом, сложились благоприятные условия для развития всех наук, особенно, естествознания.
Леонардо да Винчи. Его исследования в области анатомии и физиологии дали начало целому направлению - пластической анатомии. Да Винчи - основатель науки бионики (рассматривал возможность применения изобретений природы в конструировании различных инженерных изобретений).
Английский ученыйФренсис Бэкон (XVI в.) признан наукой основоположником экспериментального метода. Этот метод получил широкое развитие в изучении анатомии и физиологии человека, особенно с момента снятия запрета на препарирование мертвых тел.
Андреас Везалий (ХV в, Франция). Занимался изучением топографической анатомии, стал создателем одного из первых атласов.
Вильям Гарвей(XVI в, Англия) . Основоположник кардиологии, изучал строение сердца, движение крови по сосудам, особенности кровеносной системы.
В конце XVI в. Голландия дала миру микроскоп, которыйизобрелЯнсенс (1590 год) и в 1650 годуАнтони Ван Левенгук его усовершенствовал и впервые рассмотрел животные и бактериальные клетки. С помощью микроскопа Марчело Мальпиги проследил движение крови по капиллярам.
До середины XVII в. в биологии бытовало мнение о возможности самозарождения жизни. Попытки доказательства были многочисленны. Голландский ученый Антони Ван Хельмонт пытался доказать это экспериментальным путем. Он взял пропотевшую рубашку, немного пшеницы, положил все это в темное место (шкаф). Через некоторое время появились мыши. Был сделан вывод о том, что мыши появились путем самозарождения за счет жизненной силы, содержащейся в человеческом поте.
В противовес эксперимент был проведен итальянцем Франческо Реди. Он взял несколько сосудов, в которые поместил разные сорта мяса. Часть сосудов он закрыл холщовой тканью. Через некоторое время в открытых сосудах появились личинки мух, а в закрытых – нет. Он сделал вывод о том, что личинки появились из яиц, отложенных в мясо мухами, то есть, имеется возможность зарождения живого только из живого.
К XVI в. накопилось большое количество описаний и животных, и они требовали классификации. В 1583 г. итальянский философ и естествоиспытатель Дж.Чезальпинопредпринял попытку классификации растений на основе строения семян, цветков и плодов. До него большинство классификаций основывалось на полезности или вредности растений и животных для человека (утилитарный подход).
Английский биолог Дж. Рей в 1686 г. в книге «История растений» описал 18600 видов растений. Впервые употребил понятия «вид» и «род». Он допускал возможность образования разновидностей под влиянием внешних условий, но отрицал возможность изменения вида в целом.
Для ученых того времени самым распространенным было мнение о том, что все на Земле создано Богом и поэтому видов столько, сколько их создал Всевышний. Они неизменны и отражают реализацию замыслов Творца, т.е. они изначально целесообразны. Эти взгляды соответствуют метафизическомумировоззрению – одному из направлений идеализма. Для метафизиков характерна констатация факта и отсутствие попыток доказать или объяснить этот факт или явление естественными причинами.
Метафизиком по своим взглядам был шведский ученый Карл Линней. Заслуги Линнея перед биологией огромны и неоценимы:
1. Им была предложена бинарная номенклатура (родовое, видовое названия) и латинские названия для классификации растений и животных.
2. Создал наиболее совершенную, на тот момент, классификации растений и животных.
3. Описал более 10.000 видов растений и 4.200 видов животных. Давал четкую характеристику объектов каждой группы
4. Утвердил вид как реально существующую структуру и как единицу классификации.
Основные работы Линнея: «Система природы», «Ботаническая библиотека», «Основание ботаники».
Особого внимания заслуживает линнеевская классификация растений. В ее основе – наличие и форма цветка, кол-во и вид тычинок. Всего он выделил 24 класса: 23 - цветковые и 24-ый - тайнобрачные (мхи, водоросли, папоротниковые). Система была несовершенна, о чем говорит тот факт, что к 21-му классу относились ольха, дуб, ель, ряска, стрелолист. Таким образом, система растений Линнея была искусственной по ряду причин:
1. За основу бралось малое кол-во признаков.
2. Признаки были несущественными.
3. Признаки брались произвольно.
4. В системе не прослеживалось родство и связь между отдельными группами растений, т.е. не отмечалась общность их происхождения.
5. В системе отсутствовала иерархичность (Соподчиненность таксонов, т.е. отсутствовала сама идея эволюции)
Классификация животных также была искусственной. Линней выделял 3 группы и 6 классов на основании особенностей строения кровеносной системы.
1. Сердце имеет 2 желудочка, кровь красная, горячая (птицы и млекопитающие или четвероногие, сюда же были отнесены приматы и человек, их Линней объединил в один род).
2. Один желудочек сердца, кровь красная, холодная (рыбы и гады (амфибии и рептилии)).
3. Кровь белая, холодная, сердца нет (насекомые и черви (почти все беспозвоночные)).
Линней признавал вид как реально существующую в природе структуру. Он признавал, что внутри вида возможны постепенные изменения признаков так, что их возможно выстроить в ряд, но между двумя разными видами эта постепенность прерывается. Такой перерыв называется хиатус. Линней не выделял отдельных семейств в классификации, но его род можно было рассматривать по уровню как семейство. Систематика, по мнению Линнея, была призвана отражать порядок вещей, заведенный Богом, а вид – единица данной системы. Линней считал, что за исключением постепенных изменений внутри вида, виды неизменны, т.к. целесообразно задуманы и созданы Богом.
Недостатки работ К. Линнея:
1. Искусственность приведенной системы растений и животных.
2. Креационизм во взглядах, т.е. неприятие идей эволюции.
Трансформизм
Быстрое развитие естествознания во второй половине XVIII в. и в первой половине XIX в., накопление знаний о растениях и животных, исследования ископаемых остатков, изучение многих природных явлений требовали обоснования и объяснения, которые не укладывались в рамки метафизики и креационизма. Распространение революционных идей, особенно во Франции, активное развитие материалистического направления в философии, стремящегося дать причинно-следственное объяснение живой природы, активизировали развитие естественных наук. Одним из прогрессивных течений того времени стал трансформизм – система взглядов о возможности изменений и превращений форм растений и животных под влиянием естественных причин.
Один из ярких представителей трансформизма – Жорж Бюффон. Он изучал животный и растительный мир, различные биологические явления, рассматривая возможность общего происхождения и эволюционного развития органического мира. С 1739 г. являлся директором ботанического сада в Париже, который в то время считался центром естествознания. В соавторстве с Добартоном подготовил издание 36 томов «Естественной истории» (первые 10 томов были переведены на русский язык). В этой книге, описывая жизнь животных и их распространение, их связь с окружающей средой, Бюффон заложил основы биогеографии. Свои эволюционные воззрения Бюффон изложил в книге «Эпохи природы». По его мнению, Земля произошла от Солнца ~ 80.000 лет назад и прошла в своем развитии 7 эпох. Бюффон выдвинул идею естественного происхождения жизни, а, следовательно, единства всего живого. Бюффон анализировал положение человека в системе живой природы. Он обратил внимание на зависимость живых существ от внешних условий, обосновал положение об индивидуальной изменчивости и возникновении новых рас и видов под воздействием климата, пищи, упражнения или неупражнения органов, скрещивания, одомашнивания и т.д.
Идеи трансформизма в Англии поддерживал естествоиспытатель Эразм Дарвин (дед Ч. Дарвина). Он в поэтической форме в книге «Храм природы» изложил свои взгляды о единстве органического мира, о возможности происхождения простых форм жизни в море из неживого, об их развитии и усложнении под влиянием природных факторов. В качестве основной причины многообразия видов Эразм Дарвин называл изменчивость.
Жан -Батист Ламарк. Создатель первой стройной теории эволюции. Окончил Парижский университет, был членом Парижской академии наук, работал в ботаническом саду в Париже и возглавлял музей естественной истории. Именно Ламарку принадлежит термин «биология». Свою эволюционную теорию Ж.-Б. Ламарк изложил в основном труде «Философия зоологии» (1809 г.). С материалистических позиций Ламарк попытался обосновать теорию эволюции: постепенного развития живого в зависимости от естественных причин и под их влиянием. По мнению Ламарка, живые существа возникли из неживой природы под влиянием t°, света и электричества, причем, в начале появились простейшие формы. Отличительной чертой живого, по мнению Ламарка, является питание или восстановление утрат, а также обмен в-в, раздражимость, рост, развитие. Размножение и смерть приводят к смене поколений и к прогрессивному развитию. «Современные низшие формы потому так просты, что зародились недавно и ещё не успели достичь высокого уровня развития». По мнению Ламарка, человек произошел от четвероруких, т.е. от обезьян. Разрабатывает основы естественной системы живых существ. Изучая многообразие животных, Ламарк создал более совершенную, чем у Линнея, классификацию. Он выделил 14 классов в восходящем порядке от инфузорий до млекопитающих. Вместо линнеевских классов «насекомые и черви», он предложил 10 самостоятельных классов беспозвоночных животных, заложив тем самым основы зоологии беспозвоночных. По мнению Ламарка, классификация должна отражать прогрессивное развитие природы. 14 классов животных Ламарк разделил на 6 градаций. Градации – последовательные ступени усложнения организации. Градации были установлены Ламарком всвязи с особенностями нервной и кровеносной систем.
Постепенное усложнение форм от градации к градации Ламарк объясняет прогрессивным развитием органических форм под влиянием естественных причин. Причем изменения в природе происходят постоянно, поэтому Ламарк считал, что виды можно признать как единицы классификации, потому что в природе формы настолько быстро изменяются, что нельзя определенно сказать, какое количество видов существует на данный момент, т.е. зафиксировать во времени существование вида как реальной категории практически невозможно из-за явления изменчивости. Главным фактором изменчивости Ламарк считал влияние окружающей среды. У низших форм изменчивость прямая, непосредственно под влиянием внешней среды. У высших форм изменения возникают несколько иным путем. По мнению Ламарка, факторы внешней среды стремятся нарушить градации. Этому препятствует существующее у каждого высшего организма внутреннее стремление к совершенству, на основе которого и происходит прогрессивное развитие по принципу градаций - от низшего к высшему. Для высших форм одним из доказательств изменчивости может быть одомашнивание животных и окультуривание растений. Таким образом, движущей силой прогрессивного развития является внутреннее стремление к совершенству. Это стремление связано с изначальной целесообразностью, которую Ламарк определял, как врожденное свойство живых существ на все условия существования реагировать именно так, как было задумано Творцом. В этом выражается деизм воззрений Ламарка (Деус – Бог), т.е. развитие происходит естественным путем, но по воле и замыслам Творца. Приспособления организмов могут возникать за счет упражнения нужных в данной ситуации органов или неупражнения не имеющих значения в данных условиях. Механизмы возникновения приспособлений Ламарк описывает в двух положениях, которые он называет законами:
1. У всякого животного, не достигшего предела своего развития, более частое и более длительное употребление какого-нибудь органа укрепляет мало-помалу этот орган, развивает и увеличивает его и придает ему силу, соразмерную длительности употребления. Между тем, как постоянное неупотребление того или иного органа постепенно ослабляет его, приводит к упадку, уменьшает его способности и, наконец, приводит к его исчезновению.
2. Все, что природа заставила особей приобрести или утратить под влиянием условий, в которых с давних пор пребывает их порода, и, следовательно, под влиянием употребления или неупотребления той или иной части тела. Все это природа сохраняет путем размножения у новых особей, которые происходят от первых при условии, если приобретенные изменения присущи обоим полам или тем особям, от которых новые особи произошли.
Таким образом, первый закон говорит о том, что адаптации организмов и их развитие происходят путем упражнения и неупражнения органов. Второй закон определяет передачу вновь приобретенных свойств от предков к потомкам, т.е. говорит о явлении наследственности.
Ламарк ошибочно разделял два эволюционных процесса: процесс собственно эволюции на основе стремления к совершенству, с целью сохранить градацию, которую пытаются нарушить факторы внешней среды, и процесс выработки адаптаций путем упражнения и неупражнения органов.
Значение работ Ламарка:
1. Разработал первую целостную теорию эволюции.
2. Проанализировал предпосылки эволюции (изменчивость, наследственность). Рассмотрел главное направление эволюционного процесса – VI градаций, 14 классов, в пределах класса многообразие организмов, как следствие изменчивости. Пытался выяснить причины эволюции.
3. Разработал проблему изменчивости видов под влиянием естественных причин. Показал роль и влияние времени и условий внешней среды не процесс эволюции. Эволюцию считал проявлением общего закона развития природы.
4. Привел основные признаки живого.
5. Первым предложил генеалогическую классификацию животных, построенную на принципах родства организмов, а не только на их внешнем сходстве.
6. Заложил основы зоологии беспозвоночных.
Недостатки работ Ламарка:
1. Не сумел правильно решить вопросы о движущих силах эволюции, назвав в их качестве внутреннее стремление к совершенству.
2. Не признавал скачков в эволюции, не признавал её прерывистости, переоценивал значение факторов окружающей среды. Ламарк разделял, считая параллельными, процессы выработки адаптаций и прогрессивного эволюционного развития.
3. Не признавал вид как реально существующую категорию, отмечая условность разделения на виды, т.к. они непрерывно изменяются.
4. Не сумел дать причинного объяснения эволюции и её механизмов.
5. Отрицал естественное вымирание видов, т.к. реально видов не существует.
6. Все изменения, по его мнению, полезны, т.е. изначально целесообразны. Не раскрыл относительный характер приспособлений.
Жорж Кювье. Один из основателей сравнительной анатомии. Ввел в зоологию понятие тип и выделил 4 типа животных, основывавшихся на особенностях строения нервной системы и типе симметрии: позвоночные, мягкотелые, членистые и лучистые. Эти 4 группы соответствуют 4 основным планам композиции животных, генетически между собой не связанным, являющимся выражением некоего творческого плана. Ж. Кювье ввел понятия о корреляциях (сосуществование взаимозависимых признаков) и принцип конечных причин (зависимость строения органов и организмов от образа жизни). Занимаясь палеонтологией, реконструировал более 150 форм ископаемых животных. Изучая различные палеонтологические объекты из различных географических зон, сделал выводы о том, что:
1. Со временем происходит смена животных форм, при сохранении общего плана строения ископаемого предка данной группы.
2. Наблюдается нарастание сходства в строении видов современных форм с ископаемыми. Чем выше слой, тем больше сходство.
3. Со временем происходит повышение уровня организации животных. Рассматривая происхождение и смену видов, Кювье утверждает, что эта смена происходит в результате катастроф (наводнения, извержения вулканов, землетрясения и т.д.). Виды исчезают полностью, а вместо них появляются новые виды, генетически не связанные со старыми, но, в силу сходства условий обитания, схожие с ними по плану строения. Теория Кювье получила название «Теории катастроф» или «Теории катастрофизма».
Жоффруа Сент Илер. Зоолог, занимался сравнительной анатомией. В вопросах эволюции разделял взгляды Бюффона и Ламарка. На основе палеонтологических и сравнительно-анатомических исследований сделал вывод о том, что все животные связаны общим происхождением и их современные виды произошли от исходных форм, следовательно, все живое имеет единый план строения, а изменения в организме возникают за счет влияния условий внешней среды. Ошибкой Сент Илера было то, что он сравнивал между собой несравнимые организмы, например, насекомых и позвоночных. Однако ценным является то, что Сент Илер сделал вывод о едином плане строения позвоночных, которые действительно объединены общностью строения и происхождения.
В 1830 г. состоялся знаменитый спор между Кювье и Сент Илером о том, сколько планов строения имеют животные – 1 или 4. В этом споре победила точка зрения Кювье, который оказался лучшим оратором и сумел убедить научную общественность в своей правоте. Сент Илер открыл и сформулировал принцип компенсации или равновесия – развитие одних органов за счет недоразвития других. Сент Илер продолжил учение Аристотеля о гомологах (единое происх., разные функции) и аналогах (разное происх., одинаковые функции). С современной точки зрения, говоря об аналогах, он имел в виду гомологичные органы. Сент Илер занимался также сравнительной эмбриологией, изучал рудименты (органы, утратившие свое первоначальное назначение или сменившие свои функции, находятся в организме как правило в редуцированном состоянии).
Русские эволюционисты.
Карл Францевич Рулье. Основоположник экологии и эволюционной палеонтологии, профессор зоологии Московского Университета, 14 лет возглавлял Московское общество испытателей природы. В противовес упрощенным взглядам на изменчивость видов в своей книге «Жизнь животных по отношению к внешним условиям» он выдвинул идею о том, что характер изменения живого обусловлен:
1. Природой и особенностями организма и только после этого:
2. Внешними условиями.
Проанализировав тот факт, что изменчивость является необходимым условием выработки адаптаций, Рулье отметил значение и другого фактора – наследственности. Рулье указывал на то, что организмы, которые не смогли приспособиться, гибнут. В 1852-1856 г.г. Рулье высказал предположение об эволюции органического мира и сформулировал некоторые положения эволюционной теории:
1. Жизнь возникла в океане при t° ~ 60°C и развитие существующего происходило постепенно, т.е. у природы есть своя история.
2. Организмы развивались от одноклеточных до многоклеточных, т.е. происходило постепенное усложнение организмов.
3. В процессе эволюции идет постоянное нарастание многообразия видов.
4. Сходство зародышевых форм на ранних этапах развития говорит о единстве органического мира.
5. В истории развития Земли можно выделить 4 этапа:
1) Зарождение жизни → одноклеточные организмы (водоросли) → многоклеточные организмы → выход растений на сушу (лишайники, мхи, грибы) → появление сосудистых растений (древовидные папоротники, хвощи).
2) Формирование лесов на суше → первые наземные позвоночные (лабиринтодонты) → от них разные формы гадов, занявших все сферы обитания.
3) Господство цветковых, в животном мире - господство птиц и млекопитающих.
4) Современный.
К.М. Бэр.Русский эмбриолог и анатом.
Основная работа – «История развития животных». В этой работе Бэр изложил основные свои открытия: наличие яйцеклетки у млекопитающих, в том числе у человека, наличие хорды у позвоночных, углубил знания о формировании зародышевых листков в процессе онтогенеза, сформулировал основные положения закона зародышевого сходства:
1. Общее образуется в зародыше раньше, чем специальное.
2. Из более общего образуется менее общее.
3. Зародыши всех классов изначально сходны.
4. Зародыши высших форм никогда не бывают похожи на взрослых животных другого вида, а только на их зародышевые формы.
Закон Бэра подтверждает единство органического мира и естественное происхождение и развитие животных.