пользу победителей в естественной конкуренции.
Эволюция развивается скачками. Каждый скачок – усложнение системы, как результат преодоления очередного кризиса. А между скачками – относительно плавное экстенсивное развитие. И частота этих скачков увеличивается в геометрической прогрессии. Чем дальше мы продвигаемся по шкале времени в будущее, тем плотнее сжимаются витки времени.
Эволюция Вселенной
Согласно теории Большого взрыва Вселенная возникла примерно 18 миллиардов лет назад из точки – ядра с радиусом 10-33 см, содержащего всю массу - энергию будущей Вселенной. В этом объеме уже была заложена вся информация о будущем Вселенной, о ее эволюции. (Предполагается, что причиной Большого взрыва являются флюктуации в вакууме. Причина флюктуации – квантовые колебания, которые испытывает любой объект на квантовом уровне. Есть и другие предположения.) С этого нулевого момента развитие проходит целый ряд этапов, которые в космологии принято называть эрами.
Как предполагается, до 10-43 секунды был этап хаоса с температурой 1032 градусов по Кельвину, в течение которого существуют только «обрывки» пространства. Геометрия этого пространства определяет дальнейшее развитие Вселенной (при другой геометрии и Вселенная со всеми ее параметрами была бы другой). Это говорит о том, что строение Вселенной случайно, но другие миры в одном пространстве несовместимы, и это делает данную Вселенную уникальной.
Расширение и остывание Вселенной в первые секунды её существования привело к фазовому переходу – образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме.
В начальной стадии своей эволюции Вселенная пережила период ускоренного
расширения (инфляции). Расширение и остывание Вселенной в первые секунды существования привели к следующему фазовому переходу - образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме. В первые 300 - 400 тысяч лет Вселенная была заполнена только ионизированным водородом и гелием. По мере расширения и остывания Вселенной они перешли в стабильное нейтральное состояние, образовав обычный газ. Предположительно через 500 млн. лет зажглись первые звезды, а сгустки вещества превратились в галактики.
В результате термоядерных реакций в звездах образовались более тяжелые элементы. При гибели звезд большая часть их вещества рассеивалась в пространстве, обогащая его разнообразными химическими элементами. Вещество сгущалось снова, зажигая звезды следующих поколений, вокруг которых образовывались планетные системы.
В период 10 в 6-й степени лет начинается эра галактик. Галактики – это гигантские
вращающиеся «острова во Вселенной» (Кант), состоящие из звезд, газа и пылевых частиц. Структура звездных скоплений, галактик и Вселенной определяется тяготением. Тяготение заставляет массы межзвездного газа сжиматься в более плотные образования с дальнейшим образованием звезд, равновесие в которых обеспечивается балансом между силами тяготения, давлением горячего вещества и излучением. Переходя в энергию движения частиц газа, энергия тяготения приводит к разогреву звезд, давая начало термоядерным реакциям. При выгорании ядерного горючего внутри звезды происходит ее дальнейшее сжатие, и если звезда достаточно большая, то может наступить гравитационный коллапс, при котором тяготение настолько велико, что за пределы этой звезды ничто вырваться не может.
Нет никаких оснований считать, что на эре галактик развитие Вселенной заканчивается. Все имеет начало (рождение), развитие и конец (смерть). Каков конец нашей Вселенной нам неизвестно: это может быть тепловая смерть (когда, выработав всю энергию звезд, тепло распределится равномерно по всей Вселенной), или расширение Вселенной сменится ее сжатием в точку, или вся масса и энергия Вселенной «перетечет» в другие Вселенные (например, через черные дыры).
Биологическая эволюция
Постепенно эволюция на нашей планете перешла от стадии геологической к стадии биохимической, миновала ее и широкой рекой и потекла в биологическом русле. И чем дальше шли эволюционные процессы, тем больше ускорялись их темпы и обострялась гонка между вырвавшимися вперед видами.
По современным представлениям, жизнь – это материализованное в организмах явление возрастающего и наследуемого упорядочения, присущее при определенных условиях эволюции соединений углерода. При этом живые организмы обособлены от среды, способны к самовоспроизведению, способны к изменчивости и адаптации и функционируют посредством обмена веществ, энергии и информации с окружающей средой.
Биологическая эволюция – это наследственное изменение свойств и признаков живых организмов в ряду поколений. В ходе биологической эволюции достигается и постоянно поддерживается согласование между свойствами живых организмов и условиями среды, в которой они живут. Поскольку условия постоянно меняются, в том числе и в результате жизненной активности самих организмов, а выживают и размножаются только те особи, которые наилучшим образом приспособлены к жизни в измененных условиях среды, то свойства и признаки живых существ постоянно меняются.
Условия жизни на Земле бесконечно разнообразны, поэтому приспособление организмов к жизни в этих разных условиях породило в ходе эволюции огромное разнообразие жизненных форм. Условия жизни изменяются постоянно и непредсказуемо. Изменяются климат, ландшафт, характеристики других видов (хищников, жертв, паразитов, конкурентов), с которыми взаимодействуют особи данной популяции, изменяется численность и плотность самой популяции. Соответственно изменяется и полезность фенотипов. То, что было полезным в предыдущем поколении, может оказаться вредным в последующем и наоборот. Условия жизни меняются не только во времени, но и в пространстве. Каждый вид занимает определенную территорию - ареал.
Сложные биологические структуры возникают в результате случайности, но сама эволюция не является случайным процессом. "Случайными" являются только мутации, которые создают "запас изменчивости" в популяции. Они служат материалом для отбора.
Популяции животных и растений накопили за время своего существования гигантские запасы генетической изменчивости. Пополнение этих запасов происходит постоянно за счет мутационного и рекомбинационного процессов. Эти запасы создают потенциал для эволюции, возможность многообразных изменений, адаптаций к постоянно и непредсказуемо меняющейся среде, в которой живут и меняются вместе с ней все живые организмы.
Эволюция была бы невозможной, если бы генетические программы воспроизводились абсолютно точно. Копирование генетических программ – репликация ДНК – происходит с высочайшей, но не абсолютной точностью. Изредка возникают ошибки – мутации. Частота мутаций не одинакова для разных генов, для разных организмов. Она возрастает, иногда очень резко, в ответ на воздействие внешних факторов, таких как ионизирующая радиация, некоторые химические соединения, вирусы и при изменениях внутреннего состояния организма (старение, стресс и т.п.).
Средняя частота мутаций у бактерий оценивается как 10-9 на ген на клетку за поколение. У человека и других многоклеточных она выше и составляет 10-5 на ген на гамету за поколение. Иными словами только в одной из 100 тысяч гамет ген оказывается измененным. Казалось бы, это ничтожно малая величина. Следует помнить, однако, что генов в каждой гамете очень много. По современным оценкам геном человека содержит около 30 тысяч генов. Следовательно, в каждом поколении около трети человеческих гамет несут новые мутации по какому-нибудь гену.
Таким образом, несмотря на чрезвычайную редкость каждой отдельной мутации, в каждом поколении появляется огромное количество носителей мутантных генов. Благодаря мутационному процессу генотипы всех организмов, населяющих Землю, постоянно меняются; появляются все новые и новые варианты генов, создается огромное генетическое разнообразие, которое служит материалом для эволюции. Разные мутации в разных генах возникают у разных особей, меняя при этом генотипы потомков этих особей. Все организмы с половым размножением передают потомкам свои генотипы не полностью, а частично - каждый потомок получает половину генов от матери и половину от отца и оказывается носителем уникальной комбинацией аллелей, полученных от родителей. Каждая особь имеет уникальный генотип, который лишь частично передается (или не передается вовсе) ее потомкам.
Мутационный процесс изменяет гены и порядок их расположения в хромосомах и тем самым увеличивает генетическое разнообразие популяций. Он создает избыточные копии генов и тем самым открывает возможность усложнения организмов.
Принципиальным положением мутационной теории является утверждение, что мутации случайны и не направлены. Организм не может знать, какие мутации будут полезны в следующем поколении. Нет и не может быть механизма, который бы обеспечивал направленное появление полезных для организма мутаций.
Большинство мутаций оказывается вредными. Они нарушают скоординированное в ходе предшествующей эволюции взаимодействие генетических программ в развивающимся организме, и приводят либо к его гибели, либо к тем или иным отклонениям в развитии. Только очень малая доля вновь возникающих мутаций может оказаться полезной. Функция каждого гена определяется его взаимодействием с другими генами, то есть мутации меняют фенотип не сами по себе, а в сочетании с другими генами.
Полезность, вредность, или нейтральность мутации зависит от условий, в которых живет организм. Мутация нейтральная или даже вредная для данного организма и данных условиях, может оказаться полезной для другого организма и в других условиях, и наоборот.
Полностью защититься от мутаций в принципе невозможно, ведь с ними неизбежно сопряжено копирование ДНК. Большинство мутаций оказываются вредными. Очень вредные мутации не так опасны для генофонда популяции, как не очень вредные. Очень вредные мутации несовместимы с жизнью, их носители немедленно выбраковываются, и, следовательно, такие мутации не накапливаются в генофонде. А не очень вредные передаются потомкам, затем у них возникают новые не очень вредные мутации, и в итоге генофонд бесполой популяции медленно, но верно деградирует.
Резкое увеличение мутаций вызывается резким изменением среды обитания. Например, резкой переменой является повышенная радиация либо космическая из-за снижения уровня магнитного поля Земли, либо, возникшая в результате катастрофы и выхода на поверхность земли залежей радиоактивных элементов, либо сильнейшие вулканические извержения, приводящие к долгим зимним периодам. (Это подтверждают периоды высокого видообразования в районе африканского разлома – восточная Африка, где были периоды сильной радиации.)
Замечено, что в ископаемых остатках новые виды появлялись спонтанно, короткими всплесками и в повторяющемся цикле примерно 26 миллионов лет. Мюллер и Роде пришли к выводу, что каждые 62 миллиона лет вся жизнь на Земле проходила через
