Чарльз Дарвін: життя і наукова діяльність

Обґрунтувавши питання про мінливість і спадковість, Дарвін показав, що самі по собі вони ще неояснюють виникнення нових порід тварин, сортів рослин, видів, їх пристосованості. Адже мінливість різних ознак організмів здійснюється в найрізноманітніших напрямах. Проте породи і сорти відрізняються розвитком саме корисних у господарському відношенні ознак, а у диких видів дооре розвинені адаптації, що забезпечують краще виживання організмів. Велика заслуга Дарвіна полягає в тому, що він розробив вчення про штучний і природний добір як ведучий, спрямовуючий фактор еволюції свійських форм і диких видів.

Штучний добір

Аналізуючи особливості порід  свійських тварин і сортів культурних рослин, Дарвін звертає увагу на значний розвиток у них саме тих  ознак, які цінуються людиною. Так, у сортів квіткових рослин схоже  листя, але різноманітні квіти, а  у сортів капусти, навпаки, квіти подібні, але є значні відміни в особливостях листя. В одних порід голубів добре розвинене хвостове оперення, а інші відзначаються великим волом, довгоногістю, короткодзьобістю, оригінальністю оперення тощо. Породи овець відрізняються якістю вовни, особливістю смушка, м'ясністю.

Дарвіну важливо було встановити, як саме створюється така різноманітність. І він детально вивчає досвід селекціонерів, матеріали виставок, веде інтенсивне листування з практиками, сам проводить  досліди. На основі глибокого аналізу величезного матеріалу вчений приходить до висновку, що основним фактором еволюції свійських форм, тобто породо- і сортоутворення, є штучний добір.

Під штучним добором розуміють  здійснювану людиною систему  заходів по вдосконаленню існуючих і створенню нових порід тварин і сортів рослин з корисними у господарському відношенні спадковими ознаками.

Творча функція штучного добору базується на сукупній взаємодії  в ряді поколінь мінливості, спадковості, підбору, спрямованого вирощування, переважного розмноження особин з корисними ознаками і вибракування небажаних індивідів. Завдяки цьому з покоління в покоління посилюється розвиток корисних ознак, а внаслідок корелятивної мінливості відбувається перебудова всього організму Штучний добір приводить до дивергенції — розходження ознак у порід і сортів, утворення великої їх різноманітності.

При аналізі штучного добору і процесу  формотворення Дарвін підкреслює, що важливою умовою успіху є переважне  розмноження одних особин чи груп особин, що приводить до збільшення чисельності таких індивідів, посилений розвиток їх ознак, та усування від розмноження інших особин чи груп особин.

Дарвін виділив дві форми  штучного добору — методичний і  несвідомий.

Методичний добір — це цілеспрямоване виведення породи чи сорту. Селекціонер ставить мету, визначає напрям роботи, фіксує увагу на тих бажаних рисах, які повинні бути характерними для породи, сорту. Нова порода, сорт створюється в уяві селекціонера. Він використовує природну мінливість організмів або домагається її різними засобами, проводить підбір пар, забезпечує максимальний розвиток і закріплення бажаних ознак в кожному наступному поколінні, наближається до мети і досягає її. Так дія методичного добору спрямовується людиною, яка намагається прищепити новій породі, сорту певні риси. Цю форму добору застосовують порівняно недавно, з другої половини XVIII ст.

Методичний добір в наш час  значно удосконалився і став основою  сучасної теорії і практики селекції тварин і рослин.

Найдавнішою формою штучного добору був несвідомий добір, зачатками якого вже користувались первісні люди. При несвідомому доборі людина не ставить за мету створити нову породу, сорт, а лише залишає на плем'я і переважно розмножує кращі особини. Завдяки такому диференційованому підходу в ряді поколінь поступово посилюються певні ознаки розмножуваних особин, що зрештою, хоч і повільно, приводить до утворення нових порід, сортів. Отже, в цьому випадку людина не прагне вивести нову породу, сорт, але, використовуючи природну мінливість і спадковість, через розмноження одних особин і вибракування інших повільно змінює організми.

Дарвін підкреслює особливу важливість несвідомого добору з теоретичної  точки зору, бо ця форма добору проливає світло і на процес видоутворення  його можна розглядати як місток між штучним і природним добором. Штучний добір був доброю моделлю, на якій Дарвін досить вдало розшифрував процес формотворення. Дарвінівський аналіз штучного добору відіграв важливу роль в обґрунтуванні еволюційного процесу: по-перше, він остаточно ствердив положення про мінливість, по-друге, встановив основні механізми формотворення (мінливість, спадковість, переважне розмноження особин з корисними ознаками) і, нарешті, показав шляхи вироблення доцільних пристосувань, характерних для нових сортів, порід.

Ці три важливі передумови відкрили шлях для успішного розв'язання проблеми природного добору.

Боротьба за існування

Дарвін звертає увагу на надзвичайно  складні взаємовідносини між  організмом і оточуючим його середовищем, на різні форми залежності рослин і тварин від умов життя, їх пристосування до несприятливих умов. Такі складні і різноманітні багатогранні форми залежності організмів від умов навколишнього середовища та від інших живих істот він назвав боротьбою за існування, або боротьбою за життя. Дарвін усвідомлював, що цей термін невдалий, І попереджував, що використовує його в широкому. метафоричному розумінні, а не буквально.

Всю різноманітність складних взаємовідношень  у природі можна згрупувати в  такі три основні форми:

• відносини організмів і видів з фізичними умовами життя, абіотичним середовищем (клімат, температура, вологість, ґрунтові умови тощо);
• взаємовідносини організму з особинами інших видів (міжвидові взаємовідносини);
• взаємовідносини між особинами І групами індивідів одного виду (внутрішньовидові взаємозв'язки).

Перша форма відносин складається  в залежності від кліматичних  і ґрунтових умов, температури, вологості, освітлюваності та інших факторів, які впливають на життєдіяльність  організмів. В процесі еволюції у  видів тварин і рослин виробляється ряд пристосувань до несприятливих умов. Але відносність цих пристосувань, а також поступові зміни оточуючого середовища вимагають постійного удосконалення адоптацій до абіотичних умов життя. З другого боку, живі істоти також впливають на неживу природу, змінюючи її.

Міжвидові взаємовідносини надзвичайно  різноманітні і досить складні. Важливе  значення мають відносини, що формуються на базі харчових (трофічних) зв'язків (рослини і рослиноїдні тварини; жертва і хижак; хазяїн і паразит), а також відносини, що складаються між різними видами у боротьбі за місця існування.

В одних випадках можна спостерігати більш жорстокі стосунки між різними  видами, в других — менш гострі, а  в третіх — відносно мирні. Крайнім  виразом міжвидових взаємовідносин е міжвидова боротьба, коли одна форма витісняє іншу або обмежує її чисельність на певній території (наприклад, більший за розмірами і агресивніший сірий пацюк витіснив з поселень людини чорного).

Внутрішньовидові взаємозв'язки також  досить складні (взаємовідносини між особинами різних статей, між батьківськими і дочірніми формами, між особинами одного і того ж самого покоління в процесі індивідуального розвитку, стосунки в стаді, зграї і т. д.). Більшість форм внутрішньовидових взаємовідносин мають важливе значення для відтворення виду і підтримання його чисельності, забезпечення зміни поколінь.

При значному збільшенні чисельності  особин виду і обмеженості умов для  їх існування (наприклад, при загущених  посівах рослин) між окремими індивідами виникає гостра взаємодія, яка призводить до загибелі частини чи всіх особин або усунення їх від розмноження До крайньої форми таких відносин можна віднести внутрішньовидову боротьбу і канібалізм — поїдання особин свого виду.

Необхідно відмітити, що три названі  основні форми боротьби за Існування в природі здійснюються не ізольовано, вони тісно переплітаються між собою, завдяки чому взаємозв'язки індивідів, груп особин і видів бувають багатогранними і досить складними.

Слід підкреслити, що Дарвін першим розкрив зміст і значення таких важливих в біології понять, як "середовище", "зовнішні умови", "взаємозв'язки організмів" у процесі їх життя і розвитку.

Реальність боротьби за життя в  метафоричному розумінні Дарвін виводив із здатності організмів до інтенсивного розмноження, високої  плодючості. І дійсно, самки багатьох тварин чи рослин можуть дати сотні тисяч і навіть мільйони потемків. Інтенсивною плодючістю організмів характеризуються види, які слабо захищені і дуже знищуються на різних етапах Індивідуального розвитку. Тому ступінь плодючості є важливим біологічним пристосуванням, виробленим в процесі еволюції, що забезпечує існування виду, — швидке відтворення втрат чисельності і дає можливість швидко зайняти в природі нові, придатні для існування місця.

Можна було б сподіватись, що у відносно короткий час вид заселить усю землю, відбудеться перенаселення. Проте цього, як правило, не буває, бо цілий ряд факторів стримує розмноження і досягнення репродуктивного віку значної частини потомства. З великої кількості потомків тільки окремі стають дорослими й розмножуються. Внаслідок різнонаправленої індивідуальної мінливості потомки не є абсолютно тотожними. Тому виживають у складних умовах і дають потомство лише ті, які внаслідок мінливості мають переваги над іншими. В природі, відзначає Дарвін, постійно відбувається боротьба за існування, життєве змагання.

Академік І. І. Шмальгаузен розглядав  боротьбу за існування як активність організмів по відношенню до зовнішнього  біотичного і абіотичного середовища і відносив її до числа головних факторів еволюції.

Вивчення боротьби за існування, внутрішньовидових  і міжвидових відносин має велике практичне значення для розробки заходів боротьби з шкідниками сільського і лісового господарства, в розведенні корисних видів, в рибному та мисливському господарстві тощо.

Природний добір

З боротьбою за існування, життєвим змаганням та залежністю організмів від середовища, умов існування пов'язаний і природний добір. Вчення про  природний добір як рушійний і  спрямовуючий фактор історичного розвитку органічного світу є центральною частиною теорії еволюції Ч. Дарвіна

Ч. Дарвін дає таке визначення природного добору: "Збереження корисних індивідуальних відмін чи змін і знищення шкідливих  я назвав природним добором, або  переживанням найбільш пристосованих". Він попереджує, що "добір" слід розуміти як метафору, як факт виживання, а не як свідомий вибір.

Отже, під природним добором  розуміють здійснюваний у природі  процес збереження і переважного  розмноження в ряді поколінь організмів і груп організмів, що мають корисні  для їх життя і розвитку адаптивні ознаки, які виникли внаслідок різнонаправленої індивідуальної мінливості. Протилежний процес — вимирання непристосованих називають елімінацією.

Виходячи з того, що добір діє  лише при наявності різноманітності, нерівноцінності особин, що їх індивідуальні зміни будуть спадковими, природний добір слід, розглядати як сукупну взаємодію спадкової мінливості, переважного виживання і розмноження індивідів і груп особин, краще пристосованих до даних умов існування.

Постійні зміни умов зовнішнього середовища на протязі тривалого часу є причиною різноманітних індивідуальних спадкових змін, які можуть бути нейтральними, шкідливими або корисними. Внаслідок життєвого змагання в природі відбувається постійна вибірна елімінація одних особин і переважне виживання та розмноження індивідів і груп особин, які, змінюючись, набули корисних особливостей. Внаслідок схрещування відбувається поєднання ознак однієї форми з ознаками іншої.

Так з покоління в покоління  накопичуються незначні корисні  спадкові зміни і їх комбінації, які згодом стають характерними ознаками популяції, різновидності, виду. Причому, внаслідок закону кореляції одночасово з посиленням адаптивних змін в організмі відбувається перебудова й інших ознак. Добір постійно діє на весь організм, на всі його зовнішні і внутрішні органи, на їх структуру і функцію. Цей досить тонкий і точний механізм поступово накопичує нове, перебудовує, пристосовує, шліфує організми.

Дарвін писав: "Висловлюючись  метафорично, можна сказати, що природний  добір щодня, щогодини розслідує по всьому світу найдрібніші зміни, відкидаючи шкідливі, зберігаючи і складаючи добрі, працюючи нечутно, невидиме, де б і коли б тільки не постала до того нагода, над удосконаленням кожної органічної істоти по відношенню до умов її життя, органічних і неорганічних".

Природний добір — процес історичний. Його дія проявляється через багато поколінь, коли малопомітні індивідуальні  зміни сумуються, комбінуються і  стають характерними адаптивними ознаками груп організмів (популяції, виду і  т. д.).

Форми природного добору. Виділяють  кілька форм природного добору в залежності від його напряму, механізму дії, наслідків та інших факторів. Як особливу різновидність природного добору Ч. Дарвін виділяв статевий добір, під дією якого формуються вторпнностатеві ознаки (яскраве забарвлення і різноманітні прикраси самців багатьох птахів, статеві відміни в розвитку, зовнішності, поведінці інших тварин).

Становлення цих особливостей здійснюється під дією добору в процесі активних взаємовідносин між статями  тварин особливо в період розмноження (боротьба самців за самку або активний розшук, вибір самців самками). Ці показові ознаки самців не мають для них захисного значення і, здавалося б, не повинні були 6 закріплюватись, бо вони навіть знижують виживання організму.

Але слід пам'ятати, що добір у своїй  основі спрямований не на виживання  окремої особини, а на залишення  нею більш повноцінного і численного потомства. Таке потомство дають  переважно краще фізично розвинені  самці з більш вираженими вгоринно-статевими ознаками (органи захисту і статеві рефлекси, засоби приваблювання і збудження самок, пристосування до захисту потомства тощо). Як правило, вони й у першу чергу вступають у розмноження, обмежуючи участь у ньому інших самців.

Дивергенція за розпізнавальними ознаками самців і самок спочатку відбувається під дією звичайного природного добору. Ці ознаки полегшують зустріч різностатевих особин, стимулюють статевий цикл самки і її участь у розмноженні. Пізніше такі ознаки уже стають об'єктом статевого добору, остаточний результат якого співпадає з результатом природного добору.

Дія статевого добору яскраво проявляється у тварин з розвиненою нервовою системою і багатою рефлекторною діяльністю (у ссавців, птахів, комах), а характер цього добору е специфічним для  кожного виду. Слід також враховувати, що вторинностатеві ознаки зумовлені фізіологічними причинами і залежать від дії гормонів статевих залоз, функція яких регулюється гіпофізом і нервовою системою. Ці складні взаємозалежності вироблялись історично під контролем природного добору та його особливої форми — статевого добору.