О динамике прогрессивной эволюции

Открытие Ж.Б. Ламарком [5] и вслед за ним Ч. Дарвиным [3] явления изменяемости органического мира явилось величайшим достижением науки в познании окружающего мира. Оно  дало возможность биологам обратиться к созданию нового эволюционного учения и на этой основе перейти к выявлению общих законов эволюционного процесса. Но, как отметил К.М. Завадский [4], развитие биологии со второй половины XIX века приняло иной характер: «биологи усиленно стали заниматься поиском так называемых «переходных» состояний, что привело к развитию вульгарно-эволюционных идей, рассматриваюших развитие органического мира как непрерывную цепь преобразований» [4]. При этом игнорировалось весьма важное указание Ч.Дарвина на особенность эволюционного процесса: «процесс эволюции не непрерывен, гораздо более вероятно, что каждая форма в течение долгих периодов остаётся неизменной, а затем вновь подвергается изменениям» [3].

Во второй половине XIX века сложная и противоречивая обстановка в биологии существовала (и продолжает существовать до сегодняшнего дня) и в понимании того, что же является движущей силой эволюции. Наиболее передовые учёные выдвигали идею, что «главная движущая сила эволюции заложена в живое изначально: это законы, которые побуждают организмы к эволюции в совершенно определённом направлении, то есть в сторону постоянного совершенствования» [10]. Однако биологическим сообществом на вооружение была взята весьма спорная гипотеза Ч. Дарвина, согласно которой «движущей силой эволюционного процесса является изменение условий существования организмов» [2]. Тем самым фактически был поставлен знак равенства между органической и неорганической фазами материи. При этом не бралось во внимания то, что органическая фаза – это особое состояние материи, находящейся в непрерывной борьбе с окружающей враждебной средой. Начиная с простейших и до высокоорганизованных форм организмы постоянно вырабатывают не только защитные механизмы, но и создают внутри себя новые структуры, которые обеспечивают извлечение из окружающей среды всё большего количества и с меньшими затратами энергии необходимых ресурсов. Таким образом, гипотеза Ч. Дарвина только на первый взгляд кажется вполне материалистической. Но она не предполагает развития живой природы на основе закономерностей, так как в её основе лежит положение о «случайных» (неопределённых) изменениях в организме, которые в ходе «естественного отбора» якобы должны привести к прогрессу.Однако, трудно себе представить длительное (миллионы лет) синхронное преобразование организма и окружающей среды. Гораздо более вероятно, что в окружающей среде, особенно наземной, рано или поздно произойдут изменения, в результате которых «приспособившиеся» формы просто будут уничтожены. Таким образом, руками учёных-биологов церковная догма «всё от бога» была заменена на псевдонаучную концепцию «всё от случая». Но если всё «от случая», то вывод может быть только один: «никаких закономерностей в природе нет и,следовательно, мир не познаваем. То есть фактически указанная концепция направлена против материализма, утверждающего, что «мир познаваем». Следовательно, указанная концепция является скрытой формой идеализма.

Тем не менее, несмотря на всю сложность и противоречивость процесса познания живой природы, уже во второй половине XIX века биологическому сообществу всё же удалось обратить внимание на две особенности развития органической фазы материи, которые на нащ взгляд являются основополагающими. Во-первых, согласно Ч. Дарвину, это её прерывистый (пульсирующий) характер; во-вторых, её тенденция к прогрессу [10]. В этой связи необходимо уточнений понятия «прогресс». Считается, что процесс дифференциации тканей и функций составляет важнейшую сторону прогрессивной эволюции [1]. По нашему мнению термин «дифференциация» следует заменить на термин «образование», обозначающий процесс появления новых тканей, более успешно выполняющих те или иные функции.

Известно, что новые ткани образуются в результате объединения клеток, выполняющих однородную функцию и, тем самым, продуцирующих большее количество энергии [6, 8]. Следовательно, термин «прогресс» должен означать процесс, ведущий к появлению (образованию) новых, энергетически более эффективных тканей. Отсюда можно сделать вывод, что прогрессивная эволюция – это процесс увеличения энергетического потенциала организма, происходящий в результате появления энергетически более эффективных тканей. Следовательно, одной из главных задач биологии должно было бы стать изучение во времени динамики указанного процесса.

Однако реальные возможности для этого появились лишь на рубеже XX и XXI столетий благодаря появлению отраслей науки, изучающих процесс эволюции на клеточном уровне, а также накоплению большего количества ископаемого материала, позволяющего рассматривать этот процесс во-времени.

Известно, что клетка – это «элементарная живая система» [7], которая может существовать в определённой степени автономно от окружающей среды благодаря наличию защитных оболочек и способности вырабатывать внутри себя энергию. Вся история этого уникального природного «изобретения» проходит под знаком совершенствования указанных способностей.

«Механизм» увеличения клетчной энергетики был выявлен в ходе экспериментальных исследований, проведённых в НИИФХБ им. Белозёрского при МГУ Пущинского ИТЭБРАН и С.-Петербургского института цитологии РАН. В результате этих исследований был установлен факт энергетической кооперации между клетками, выполняющими однородную функцию и находящимися в компактном объединении. При этом было обнаружено явление исключетельной важности, получившее название «эффекта лидера», когда между энергетическими параметрами активных и неактивных клеток таких объединений поддерживаются не среднеарифметические значения, но значения, присущие наиболее активным клеткам» [6]. Следовательно, энергетическая мощность компактных клеточных объединений из клеток, выполняющих одну и ту же функцию, по сравнению с суммарной энергией таких же, но разрозненных клеток, приобретает значительно большую величину. Возникает вопрос: какова же динамика увеличения во времени клеточной энергетики? Известно, что эволюционные преобразования протекают крайне медленно. Поэтому «увидеть» этот процесс, выявить его особенности можно лишь на ископаемом материале, используя такие группы, судьбу которых возможно проследить от начала до конца на протяжении многих миллионов лет. Безусловно, выводы, сделанные на ископаемом материале могут считаться лишь косвенными.

Нами предпринята попытка использовать ископаемый материал в указанных целях. Таковым материалом послужила коллекция древних колониальных кораллов из рода Cyrtophyllum, собранная нами из отложений верхнего ордовика Средней Сибири (север Красноярского края). Данная группа кораллов существовала на протяжении ~9 млн. лет (448-439 млн. лет назад). Материал был отобран из 26 слоёв из толщи мощностью 96 м, что позволило проследить всю историю развития скелетной постройки данных кораллов и составить представление о динамике их эволюции.
Проведённое нами детальное изучение самых ранних циртофиллид показало, что их предками явились более примитивные кораллы из рода Lihenaria, существовавшие в среднеордовикскую эпоху. Последние отличались тем, что стенки их полигональных кораллитов строились, по всей видимости, разрозненными скелетовыделяющими клетками, тем и объясняется их весьма незначительная толщина. Вероятно, в конце среднеордовикской эпохи указанные клетки получили способность объединяться друг с другом и образовывать компактные автономные структуры, так называемые специализированные клеточные комплексы (СКК), с повышенной энергетической мощностью и продуктивностью [8]. Благодаря этому последовала перестройка всего колониального устройства. Кораллиты вместо полигональной приобрели более оптимальную округлую форму, их поперечник увеличился, между ними появилось пространство, заполненное особой скелетной тканью, так называемой «цененхимой», которая выделялась новой тканью-ценосарком. Последняя, выполняя только «свои» функции, явилась, вероятно, ещё одним источником энергии [8]. Кроме того, в колониях самых ранних циртофиллид сохранились все стадии образования СКК [8]. Было установлено, что в различных колониях количество СКК по периметру кораллитов и их параметры было различным. На основе этого наблюдения все ранние циртофиллиды удалось разделить на несколько групп, из которых было выбрано две, представленные в количественном отношении наиболее полно. Характеристика их СКК показана в таблице 1.

Так как каждый из СКК являлся, по-существу, микрогенератором энергии, то можно предположить, что большая площадь поперечного сечения СКК означает его большую энергетическую мощность. Если это так, то на основе приведённых в таблице 1 данных можно сделать следующий вывод: колонии второй группы циртофиллид изначально обладали большим энергетическим потенциалом, то есть заведомо являлись более совершенными формами. Рассмотрение во времени указанных групп показало, что динамика их развития была различной. Динамика этого процесса показана в таблице 2.

Из таблицы 2 следует, что во времени параметры СКК и, следовательно, энергетический потенциал колоний циртофиллид увеличивался. Происходило это «скачкообразно» примерно через одинаковые промежутки времени. У циртофиллид первой группы через ~1,8 млн. лет, у второй группы через 1,4 млн. лет. Как показало послойное изучение циртофиллид, за указанные временные интервалы средняя площадь СКК на один кораллит не менялась и, следовательно, величина энергетического потенциала, по всей видимости, также не менялась. Естественно, не менялась и морфология колониальной постройки. То есть это были периоды стабильного состояния циртофиллид. Изменения в энергетике, сопровождаемые морфологическими новшествами в колониях, по-видимому, происходили между периодами стабилизации. По нашим подсчётам это были короткие (по геологическим меркам) отрезки времени: от 100 до 200 тыс. лет, когда и происходил активный рост СКК, приводящий к «быстрому» увеличению энергетического потенциала колоний. Этот факт является подтверждением указания Ч. Дарвина о «пульсирующем» характере эволюционного процесса. Обращает внимание на себя и то, что при одинаковых внешних условиях обитания циртофиллид обеих групп темпы роста их энергетического потенциала оказались различными (таблица 2). Это указывает на то, что эти темпы зависели только от внутренних возможностей колониального организма, а именно, от первоначальной величины энергетического потенциала (таблицы 1, 2). Увеличение энергетической мощности колоний, вызванное периодическим увеличением площади СКК, вероятно, способствовало появлению уже в самих зооидах новой специализированной ткани, выполняющей только пищеварительную функцию, что показано нами ранее [8]. Эта ткань начала формироваться на рубеже ~445 млн. лет назад и полностью сформировалась на румеже 442 млн. лет назад у представителей второй группы. У циртофиллид первой группы этот процесс подошёл к завершающей стадии только 1 млн. лет спустя. Эти данные являются подтверждением ещё одного важного положения сформулированного Ч. Дарвином: «более высокорганизованные формы развиваются быстрее» [3]. Новая специализированная ткань, появившаяся в зооидах, по всей видимости, способствовала ещё большему увеличению энергетического потенциала колониального организма циртофиллид, то есть явилась одним из элементов их прогрессивной эволюции.

Выводы
1. Основой прогрессивной эволюции является увеличение энергетического потенциала организма.
2. Процесс увеличения энергетического потенциала носит пульсирующий характер.
3. Выявление закономерностей динамики прогрессивной эволюции должно стать одной из главных задач биологии.

Список литературы
1. Беклемишев В.Н. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных. Изд. «Наука», М., 1964г.
2. Геологический словарь. Госгеолтехиздат, Москва, 1960.
3. Дарвин Ч. 1937. Происхождение видов. М.-Л.
4. Завадский К.М. Вид и видообразование. Изд-во «Наука», Ленинградское отделение, Ленинград, 1968.
5. Ламарк Ж.Б. 1935. Философия зоологии, 1. М.-Л.
6. Потапова Т. Тайны нейроспоры. «В мире науки». Биология, №9, 2004.
7. Советский энциклопедический словарь. Москва, «Советская энциклопедия», 1984г.
8. Фомин Ю.М. Клеточная энергетика – двигатель эволюции органического мира. www.proza.ru//2012/02/24/806.
9. Фомин Ю.М. О способности живой природы к саморазвитию. www.proza.ru//2013/01/22/1403.
10. K;llicker A. 1872. Morphologie und Entwicklungsgeschichte des Pennatulidestammes, nebst allemeinen Betrachtungen zur Descendenzlehre.Frankfurt.