Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Методология науки
Избранное
Публичные лекции
Лекции для школьников
Библиотека «Династии»
Интервью
Опубликовано полностью
В популярных журналах
Из Книжного клуба
Статьи наших друзей
Статьи лауреатов «Династии»
Выставка
Происхождение жизни
Глава 1
Глава 2
Глава 3
Заключение
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Новости науки

 
28.02
Люди склонны ожидать друг от друга великодушных поступков

27.02
Перенимая опыт у товарищей, шмели подходят к делу с умом

21.02
В пении флейтовых птиц обнаружены музыкальные принципы

20.02
Экстракт из старых сородичей ускоряет старение

16.02
Открыт бензольный дикатион — пирамида с шестикоординационным углеродом






Главная / Библиотека / Происхождение жизни / Глава 1
 
Происхождение жизни: наука и вера

Происхождение жизни: наука и вера

(Science, Evolution, and Creationism)

Книга, созданная группой экспертов Национальной академии наук США и Американского института медицины, повествует о научных открытиях, подтверждающих истинность теории эволюции и наглядно показывающих эффективность ее применения в разных областях человеческой деятельности — от промышленности и сельского хозяйства до медицины и фармакологии.

Предисловие

Влияние достижений науки и техники на жизнь человека огромно. Еще в XIX веке в большинстве семей можно было ожидать смерти одного или нескольких детей от различных болезней. Сегодня же в Соединенных Штатах и других развитых странах дети умирают от болезней довольно редко. В повседневной жизни мы постоянно полагаемся на технологии, разработка которых стала возможной благодаря применению научных знаний и открытых наукой явлений. Компьютеры и мобильные телефоны, которыми мы пользуемся, машины и самолеты, на которых мы путешествуем, лекарства, которые мы принимаем, и значительная часть пищи, которую мы едим, появились у нас во многом благодаря достижениям науки. Результаты научных исследований позволили повысить уровень жизни, дали людям возможность попасть на орбиту Земли и на Луну, помогли нам по-новому взглянуть на самих себя и на Вселенную, в которой мы живем.

Предисловие к русскому изданию

Современная биология неотделима от теории эволюции. Как сказал один из крупнейших биологов-теоретиков XX века Феодосий Григорьевич Добржанский (1900–1975), «ничто в биологии не имеет смысла кроме как в свете эволюции». Так было озаглавлено его эссе, опубликованное в 1973 году, и сегодня эти слова стали еще актуальнее. Эволюционная теория придает смысл, логику и стройность всему гигантскому массиву знаний, накопленных биологией.

Благодарности

Работа над пособием «Происхождение жизни: наука и вера» получила финансовую поддержку от Совета Национальной академии наук и от фонда Кристиана Джонсона (Christian A. Johnson Endeavor Foundation) в Нью-Йорке.

На фото: Стая ржанкообразных птиц (© Photodisc)

Глава первая.

Эволюция и природа науки

Неоспоримых свидетельств биологической эволюции с каждым днем становится все больше.

Ученые уже больше полутора веков собирают свидетельства, благодаря которым наши знания о самом факте биологической эволюции и о процессах, лежащих в ее основе, неуклонно расширяются. Ученые изучают как эволюцию, происходившую в прошлом, так и ее продолжение, происходящее в наши дни.

К примеру, в 2004 году группа исследователей сделала следующее выдающееся открытие. На острове на крайнем севере Канады они обнаружили ископаемое более метра длиной, обладающее признаками, промежуточными между рыбой и четвероногим позвоночным. Это животное имело жабры, чешую и плавники и, по-видимому, проводило большую часть своей жизни в воде. Но оно также имело легкие и могло изгибать шею, а скелет плавников позволял конечностям поддерживать вес его тела даже на таких мелководьях, где совсем мало воды, или на суше.

Благодаря уже открытым на тот момент ископаемым растениям и животным науке было известно немало о среде, в которой обитало это существо. Около 375 миллионов лет назад то, что сейчас называется островом Элсмир (он входит в состав канадской территории Нунавут), было частью обширной равнины, пересеченной множеством извилистых рек. Берега этих рек были покрыты деревьями, папоротниками и другими древними растениями, что создавало подходящую среду для бактерий, грибов и примитивных животных, питавшихся разлагающейся растительностью. Ни одно крупное животное еще не обитало на суше, но океаны уже были населены множеством видов рыб. Некоторые виды рыб жили и в пресной воде рек и болот, питаясь там различными растениями и животными.

[Биологический
вид — у организмов,
размножающихся
половым путем,
видом называют
совокупность особей,
которые могут успеш-
но скрещиваться
друг с другом.
]

Палеонтологи и раньше находили ископаемые остатки таких мелководных рыб. Кости, лежащие в основании их плавников, были прочнее и сложнее устроены, чем у других рыб. По-видимому, это позволяло им пробираться через заросшие протоки. Кроме того, у них имелись не только жабры, но и слаборазвитые легкие. Палеонтологи также обнаружили, в несколько более поздних осадочных породах, остатки похожих на рыб животных, которые, вероятно, проводили часть жизни на суше. Их называют примитивными четвероногими за их передние и задние плавники, напоминающие слаборазвитые ноги. Обладали они и другими приспособлениями к жизни на суше. Однако открытие новой формы интересно не только тем, что это хорошо сохранившиеся скелетные остатки, но и тем, что ученые, исходя из эволюционных построений, предвидели, что именно они найдут.

[Палеонтолог —-
ученый, изучающий
древние организмы
по их ископаемым
остаткам.
]

Исследователи, обнаружившие новую находку, работали именно в этом районе на севере Канады, потому что знали из учебников, что там расположены осадочные породы, отлагавшиеся приблизительно 375 миллионов лет назад, как раз тогда, когда, согласно представлениям эволюционистов, мелководные рыбы должны были выйти на сушу. Чтобы добраться до места, исследователям приходилось лететь несколько часов на самолете и на вертолете, и каждое лето они могли проводить раскопки только в течение пары месяцев, пока не выпадал новый снег. На четвертое лето работы в поле им удалось найти именно то, что они ожидали найти. Из обнажения горной породы на склоне холма они извлекли ископаемые остатки организма, которому дали название «тиктаалик» (это слово означает большую пресноводную рыбу на языке эскимосов, живущих на севере Канады). Тиктаалик сохранил многие черты рыбы, но обладает также признаками, свойственными примитивным четвероногим. Что особенно важно, кости внутри его плавников включают дополнительный придаток, напоминающий вершину конечности четвероногого, который, вероятно, помогал животному двигаться и приподниматься на плавниках.

Остатки тиктаалика были обнаружены в темном обнажении горной породы, видном в правой части верхней фотографии.

Палеонтологи проводили раскопки в этой долине на территории Нунавут в центральной части северной Канады в поисках заключенных в осадочных породах ископаемых остатков древних организмов. Эти породы образовались как раз в те времена, когда первые четвероногие животные начали выходить на сушу. Остатки тиктаалика были обнаружены в темном обнажении горной породы, видном в правой части верхней фотографии.

Левые и правые плавники тиктаалика были снабжены одной костью у основания (большие кости в нижней части правого рисунка) и парой промежуточных костей, дающих животному плечо и запястье, как у более поздних наземных организмов.

Результаты полуторавековых исследований эволюционистов говорят о том, что около 375 миллионов лет назад на Земле обитал древний вид, вышедший из водной среды, который стал предком земноводных, пресмыкающихся (рептилий), птиц и млекопитающих. Открытие тиктаалика убедительно подтверждает этот вывод. Ведь даже основные кости наших собственных рук и ног в целом соответствуют по общему строению и взаимному расположению основным костям конечностей тиктаалика.

Тиктаалик жил во времена, когда пресноводные рыбы выработали приспособления, позволившие их потомкам, четвероногим позвоночным, перейти к жизни на суше.

Тиктаалик жил во времена, когда пресноводные рыбы выработали приспособления, позволившие их потомкам, четвероногим позвоночным, перейти к жизни на суше. По-видимому, тиктаалик жил или незадолго до или через некоторое время после предкового вида, от которого происходят все современные наземные позвоночные, в том числе человек. Эволюционная ветвь, к которой относился тиктаалик, либо вымерла, как показано на схеме в виде короткой ветви, отделяющейся от основного эволюционного ствола, либо, возможно, составила часть той ветви, что дала начало всем современным наземным позвоночным (так называемым четвероногим). Последний общий предок человека и всех современных рыб дал начало также эволюционной ветви лопастеперых рыб (современным представителем которых является целакант).

На этой и других схемах время существования группы живых организмов отражается длиной соответствующей ветви эволюционного древа.

Современные группы перечислены в верхней части схемы.

Открытие этого древнего организма имеет большое значение для подтверждения предсказаний эволюционистов, но это лишь один из многих примеров. Каждый год наука обогащается множеством находок, расширяющих и углубляющих наши представления о биологической эволюции. Новые открытия, важные для эволюционной теории, приходят не только из палеонтологии, но и из физики, химии, астрономии и разных областей биологии. Эволюционная теория подтверждена таким количеством наблюдений и опытов, что подавляющее большинство ученых давно не сомневается в том, что биологическая эволюция имела место и что она продолжается по сей день. Вместо того чтобы решать этот уже решенный вопрос, современные ученые занимаются исследованием эволюционных процессов. Они убеждены, что будущее принесет еще немало свидетельств, подтверждающих основы наших представлений об эволюции, как это происходит уже более 150 лет.

Принцип биологической эволюции лежит в основе всей современной биологии.

[Признак — любая
черта строения или
поведения организма.
]

[ДНК — дезоксири-
бонуклеиновая кис-
лота. Биологическая
молекула, состоящая
из деталей, называ-
емых нуклеотидами,
соединенных вместе
в длинные цепочки.
Последовательность
нуклеотидов в цепоч-
ке содержит запись
наследственной ин-
формации, нужной
клеткам для роста,
деления и синтеза
новых белков.
]

[Белок — крупная мо-
лекула, образованная
цепочкой маленьких со-
ставляющих, называе-
мых аминокислотами.
Последовательность
аминокислот в каждом
белке и трехмерная
структура его молеку-
лы определяют функ-
ции этого белка в клет-
ке или в организме.
]

[Мутация — измене-
ние последовательнос-
ти нуклеотидов
в молекуле ДНК. Такие
изменения могут при-
водить к изменениям
структуры белков или
регуляции их синтеза.
]

[Популяция — груп-
па организмов одного
вида, живущих до-
статочно близко друг
от друга, чтобы они
могли друг с другом
скрещиваться.
]

[Естественный
отбор — избира-
тельное выживание
и воспроизводство
организмов, обладаю-
щих разными насле-
дуемыми призна-
ками, в результате
действия среды.
]

Изучение биологической эволюции в корне изменило наши представления о жизни на нашей планете. Эволюция дает научное объяснение причин огромного разнообразия жизни на Земле и исторического родства всех населяющих Землю живых существ. Она показывает, почему некоторые организмы, внешне довольно разные, являются родственниками, а другие, сходные между собой, состоят лишь в отдаленном родстве. Она объясняет причины появления на Земле человека и раскрывает биологические связи нашего вида с другими живыми существами. Она позволяет узнать в подробностях, каким родством связаны друг с другом разные группы людей и как возникли свойственные человеческому виду признаки. Она позволяет разрабатывать новые эффективные способы защиты человека от непрерывно эволюционирующих болезнетворных бактерий и вирусов.

Биологическая эволюция представляет собой процесс изменения признаков организмов в ряду множества поколений. До появления в начале XX века науки о наследственности — генетики — биологи не имели представления о том, какие механизмы отвечают за передачу признаков от родителей к их потомству. Генетические исследования показали, что признаки организмов определяются молекулами ДНК, которые передаются из поколения в поколение. Эти молекулы включают участки, называемые генами, которые отвечают за синтез белков, необходимых для роста и работы живых клеток. Гены также руководят развитием оплодотворенной яйцеклетки в многоклеточный организм. Таким образом, ДНК отвечает за неразрывную связь строения и функций живых организмов в ряду поколений.

Однако потомство далеко не всегда во всем похоже на своих родителей. Большинству организмов любого вида, включая человека, свойственна наследственная изменчивость. У видов, размножающихся половым путем, каждый из двух родителей передает потомству лишь половину наследственной информации (полный набор потомок получает в результате слияния сперматозоида отца и яйцеклетки матери), и при этом ДНК обоих родителей достается детям в разных новых сочетаниях. Кроме того, ДНК может меняться. Такие изменения называют мутациями. Они передаются из поколения в поколение, как у организмов, размножающихся половым путем, так и у тех, кому свойственно бесполое размножение (например, у бактерий).

Возникновение мутации в ДНК организма может приводить к разным последствиям. Мутация может вызвать изменение того или иного признака, вредное для организма, снижая его шансы выжить или оставить потомство по сравнению с другими организмами из его популяции. Но мутация может и никак не сказаться на жизнеспособности или репродуктивности (способности к размножению) организма. Наконец, мутация может привести к формированию признака, который позволит организму успешнее пользоваться ресурсами среды, тем самым повышая его способность выжить и произвести потомство. Например, у рыбы может произойти мутация, немного видоизменяющая строение ее плавников, что позволит ей легче передвигаться на мелководье (как это произошло у предков тиктаалика), у насекомого может слегка измениться окраска, благодаря чему оно станет менее заметным для хищников, у мушки — узор на крыльях или характер поведения при ухаживании, что позволит ей успешнее привлекать партнеров.

Если мутация повышает жизнеспособность организма, то он с большой вероятностью оставит больше потомства, чем другие организмы его популяции. Если мутация передастся его потомству, то число организмов, обладающих признаком, который дает преимущество перед другими, будет из поколения в поколение увеличиваться. Таким образом этот признак и содержащийся в ДНК наследственный материал, отвечающий за него, будет распространяться в пределах данной популяции. Напротив, организмы, обладающие вредными мутациями, с меньшей вероятностью передадут свою ДНК будущим поколениям, и признак, определяемый этой мутацией, будет встречаться реже и может совсем исчезнуть из популяции. Эволюция состоит из изменений наследуемых признаков в популяциях организмов в ряду сменяющих друг друга поколений. Эволюционируют популяции, а не отдельные организмы.

Процесс, суть которого состоит в неравном репродуктивном успехе организмов, обладающих полезными и вредными признаками, получил название естественного отбора, потому что в ходе этого процесса естественным путем отбираются признаки, повышающие способность организмов выжить и оставить потомство. Естественный отбор может также, в свою очередь, сокращать встречаемость признаков, которые уменьшают способность выжить и оставить потомство. Искусственный отбор представляет собой похожий процесс, но при таком отборе люди, а не среда обитания отбирают желательные признаки, намеренно размножая тех животных или те растения, которые ими обладают. Искусственный отбор лежит в основе создания всех форм домашних животных (например, пород собак, кошек и лошадей) и культурных растений (роз, тюльпанов, зерновых).

Эволюция и медицина: борьба с новыми инфекциями

В конце 2002 года несколько сот человек в Китае слегли с тяжелой формой пневмонии (воспаления легких), вызванной неизвестным возбудителем. Эта болезнь получила название «атипичная пневмония». Вскоре она проникла во Вьетнам, Гонконг и Канаду и привела к гибели сотен людей. В марте 2003 года группа исследователей из Университета Калифорнии в Сан-Франциско получила образцы вирусов, выделенных из тканей больного атипичной пневмонией. Используя новейший метод ДНК-микрочипов, исследователи в течение 24 часов установили, что возбудитель этой болезни является ранее неизвестным представителем одного известного семейства вирусов. Незамедлительно были начаты анализы крови, с помощью которых можно было выявить носителей этого вируса, а также поиски средств лечения этой болезни и вакцины, чтобы предотвращать заражение.

Знания об эволюции возбудителей болезней сыграли ключевую роль в определении возбудителя атипичной пневмонии. Сходство генетического материала этого вируса с генетическим материалом других вирусов из того же семейства связано с тем, что они произошли от общего предка. Кроме того, сведения об эволюции вируса атипичной пневмонии послужили для ученых важным источником информации о самой болезни, в том числе о путях ее распространения. Представления об эволюционном происхождении возбудителей болезней человека будут неизбежно играть огромную роль в будущем, когда людям придется столкнуться с новыми, более опасными формами возбудителей, которые будут возникать в ходе эволюции из тех болезнетворных бактерий и вирусов, что существуют сегодня.

Эволюция и сельское хозяйство: одомашнивание пшеницы

Разобравшись в каком-либо природном явлении, люди нередко могут научиться управлять этим явлением или приспособить его так, чтобы оно приносило больше пользы. Наглядным примером тому служит одомашнивание пшеницы. Добывая пшеничные зерна в ходе археологических раскопок и исследуя изменения, которые происходили с различными свойствами этих семян на протяжении веков, ученые смогли проследить процесс изменения пшеницы в ходе истории ее культивирования. Около 11 тысяч лет назад жители Ближнего Востока начали выращивать растения, чтобы употреблять их в пищу. Древние земледельцы сохраняли семена растений, которые обладали особенно ценными признаками, и сеяли эти семена в следующий сезон. Процесс искусственного отбора привел к созданию разновидностей зерновых, свойства которых особенно хорошо подходят для сельского хозяйства. Например, многие поколения земледельцев видоизменяли признаки дикой пшеницы так, чтобы зрелые семена не опадали и вместе с тем легко отделялись от шелухи. В течение нескольких последующих тысячелетий люди по всему миру использовали сходные эволюционные процессы для преобразования многих других диких растений в используемые нами культурные, а диких животных — в известных нам домашних. В последние годы селекционеры научились получать гибриды пшеницы и некоторых ее диких родственников с Ближнего Востока и из других районов. На основе этих гибридов они выводили сорта пшеницы, все более и более устойчивые к засухе, жаре и сельскохозяйственным вредителям. В последние годы молекулярные биологи научились определять гены тех или иных культурных растений, ответственные за их полезные признаки, и внедрять эти гены в другие сельскохозяйственные культуры. В основе этих достижений лежат полученные наукой представления об эволюции, позволяющие исследовать степень родства растений и находить признаки, которые могут быть использованы для улучшения выращиваемых нами сельскохозяйственных культур.

Эволюция может происходить за счет как малых, так и больших изменений в популяциях живых организмов.

Исследователи эволюции открыли немало примеров структур, биохимических процессов, путей обмена веществ и форм поведения, очень слабо изменчивых в пределах видов и между видами. Некоторые виды не претерпели почти никаких явных изменений в строении тела за многие миллионы лет. Что касается ДНК, то и здесь некоторые гены, контролирующие ход тех или иных биохимических или химических реакций, жизненно важных для работы клеток, мало чем отличаются у многих видов, состоящих в довольно далеком родстве. (См., например, последовательности нуклеотидов двух разных генов, сходные как у близких видов, так и у далеких.

[Микроэволюция —
изменения признаков
группы организмов, не
приводящие к образо-
ванию нового вида
.]

Однако естественный отбор может приводить к эволюционным событиям совершенно разного масштаба за разные промежутки времени. Смена всего нескольких поколений (а в некоторых известных науке случаях — лишь одного поколения) может привести к сравнительно небольшим микроэволюционным изменениям организмов. Например, многие болезнетворные бактерии вырабатывают в ходе эволюции повышенную устойчивость к антибиотикам. Если у бактерии произойдет мутация, увеличивающая ее способность противостоять действию антибиотика, такая бактерия может выжить и произвести множество потомков, в то время как другие бактерии, лишенные такой мутации, погибнут. Приобретение устойчивости к новым и новым антибиотикам бактериями, вызывающими туберкулез, менингит, стафилококковые и венерические заболевания, а также многие другие болезни, составляет одну из серьезнейших проблем медицины и здравоохранения.

Исследования гуппи на острове Тринидад продемонстрировали фундаментальные механизмы эволюции.
Исследования гуппи на острове Тринидад продемонстрировали фундаментальные механизмы эволюции.

Другой пример микроэволюционных изменений касается исследований рыбок гуппи, обитающих в бассейне реки Арипо на острове Тринидад. Живущих в реке гуппи поедают крупные виды рыб, которые питаются и мальками и взрослыми, а на тех гуппи, что живут в маленьких притоках реки Арипо, могут нападать только мелкие рыбы, питающиеся по большей части молодыми мальками. Гуппи, живущие в реке, растут быстрее, имеют меньший размер и оставляют больше потомства, тоже меньшего размера, чем гуппи, живущие в притоках, потому что в реке такие признаки позволяют успешнее избегать хищников. Когда гуппи, отловленных в реке, вселили в один из притоков, где раньше не было популяции этого вида, то у них примерно за 20 поколений развились признаки, сходные с признаками других живущих в притоках гуппи.

Накапливающиеся эволюционные изменения могут, обычно за очень длительные промежутки времени, привести к появлению новых форм организмов, в том числе новых видов. Новые виды обычно образуются, когда представители одной подгруппы в пределах вида в течение продолжительного времени не скрещиваются с особями, не относящимися к этой подгруппе. Например, эта подгруппа может оказаться изолированной от остальных особей своего вида географически или в результате перехода к новому способу потребления ресурсов. Из-за того что представители подгруппы скрещиваются только между собой (репродуктивно изолированы от остальных), у них накапливаются генетические отличия от остальных особей этого вида. Если такая изоляция сохраняется достаточно долго, то представители этой подгруппы могут утратить склонность скрещиваться с теми особями, от которых они были долгое время изолированы. В конечном итоге генетические изменения станут столь существенны, что представители разных подгрупп совсем утратят способность производить плодовитое потомство, даже если скрестятся между собой. Таким образом, новые виды могут неоднократно «отпочковываться» от некоего давно существующего вида.

Происхождение жизни

Череда видообразований может за долгое время привести к возникновению организмов, сильно отличающихся от своих предков. Хотя каждый новый вид похож на тот вид, от которого он происходит, последовательно возникающие новые виды могут отходить от предковой формы все дальше и дальше. Такое удаление от предковой формы (так называемая дивергенция) происходит особенно интенсивно, если эволюционные изменения позволяют группе организмов занять новое место обитания или перейти к новому способу потребления ресурсов.

От последнего общего предка всех современных четвероногих (наземных позвоночных) произошли земноводные и предшественники пресмыкающихся. Птицы и млекопитающие возникли из разных эволюционных ветвей древнейших пресмыкающихся.

От последнего общего предка всех современных четвероногих (наземных позвоночных) произошли земноводные и предшественники пресмыкающихся.

Птицы и млекопитающие возникли из разных эволюционных ветвей древнейших пресмыкающихся.

Когда четвероногие (к которым относится эта морская черепаха, откладывающая яйца на песчаном пляже) выработали в ходе эволюции способность откладывать покрытые твердой оболочкой яйца, они больше не нуждались в том, чтобы возвращаться в воду для размножения.
Когда четвероногие (к которым относится эта морская черепаха, откладывающая яйца на песчаном пляже) выработали в ходе эволюции способность откладывать покрытые твердой оболочкой яйца, они больше не нуждались в том, чтобы возвращаться в воду для размножения.

Возьмем, к примеру, непрерывно продолжавшуюся эволюцию позвоночных после их выхода на сушу. По мере того как возникали новые растения и покрывали собой Землю, четвероногие позвоночные тоже менялись, приобретая свойства, которые позволяли им успешно существовать в новых условиях. Первые наземные позвоночные были земноводными (амфибиями). Они проводили часть жизни на суше, но продолжали возвращаться в воду, чтобы отложить яйца. Около 340 миллионов лет назад в ходе эволюции возникли яйца, заключенные в твердую или кожистую скорлупу и содержащие зародышевые оболочки — дополнительные мембраны, помогающие зародышу выжить в сухой среде. Такие яйца стали одним из важнейших достижений эволюции пресмыкающихся. Древнейшие пресмыкающиеся разделились на несколько основных ветвей. Одна из них дала большинство современных пресмыкающихся, а также динозавров и птиц. Другая привела к возникновению млекопитающих в промежуток от 200 до 250 миллионов лет назад.

Эволюционный переход от рептилий к млекопитающим особенно хорошо отражен в палеонтологической летописи. Следовавшие друг за другом ископаемые обладают все более крупным мозгом и все более специализированными органами чувств, челюстями и зубами, приспособленными к более успешному жеванию, конечностями, пояса которых постепенно смещаются с боков на брюшную сторону тела, и половой системой самок, способной все лучше поддерживать питание и развитие детенышей внутри материнского организма. Многие биологические новшества, наблюдаемые у млекопитающих, вероятно, связаны с эволюцией теплокровности — свойства, которое позволяет вести активный образ жизни при широком диапазоне температур, недоступный предкам млекопитающих — холоднокровным пресмыкающимся. Наконец, в промежутке от 60 до 80 миллионов лет назад в палеонтологической летописи появляется группа млекопитающих, называемая приматами. Они обладали хватательными передними и задними конечностями, глазами на лицевой стороне головы и еще более крупным и более сложным мозгом. От этой эволюционной ветви впоследствии произошли древние и современные люди.

Эволюция и промышленность: естественный отбор в работе

Представления о естественном отборе находят применение во многих областях и за пределами биологии. Например, химики научились использовать принцип естественного отбора для синтеза новых веществ, обладающих заранее заданными свойствами. Сперва они синтезировали разновидности известных молекул, используя химические технологии. Затем испытывали полученные соединения, проверяя, в какой степени они обладают искомыми свойствами. На основе вариантов, дающих наилучшие результаты, они создавали новые молекулы. Неоднократное повторение такой процедуры отбора существенно повышает шансы успешно выполнить поставленную задачу. Эта методика была использована для создания новых ферментов, позволяющих превращать стебли кукурузы и другие отходы сельского хозяйства в этиловый спирт намного эффективнее, чем это делалось ранее.

Ученые ищут объяснения природных явлений на основании опытных данных.

Достижения последних двух столетий в области изучения эволюции — прекрасный пример того, как работает наука. Научные знания и представления накапливаются в результате непрерывного взаимодействия наблюдений (в том числе результатов опытов) и объяснений. Ученые собирают информацию, наблюдая природные явления и проводя опыты. Затем они выдвигают предположения о том, как ведет себя исследуемая система в целом, основываясь на данных, полученных в ходе опытов и наблюдений. Затем они проверяют свои объяснения, проводя дополнительные наблюдения, а также опыты с измененными условиями. Другие ученые независимо проверяют результаты, полученные их коллегами, и проводят новые исследования, результатом которых могут стать более изощренные объяснения, а также предсказания, касающиеся будущих наблюдений и опытов. Этот способ работы позволяет ученым давать все более точные и полные объяснения изучаемых природных явлений.

Научные объяснения должны быть основаны на происходящих в естественных условиях событиях. Естественные причины таких событий принципиально воспроизводимы и поэтому могут быть проверены независимо, разными исследователями. Если объяснения основываются не на естественных причинах, а на предполагаемых сверхъестественных силах, ученые не могут ни подтвердить, ни опровергнуть такие объяснения. Любое научное объяснение должно быть проверяемым — всегда должна быть возможность наблюдать такие последствия, которые могли бы подтвердить выдвинутую идею, но также и такие, которые могли бы ее опровергнуть. Выдвигаемое объяснение может быть подвергнуто научной проверке только в том случае, если оно находится в рамках, предполагающих возможность наблюдения свидетельств, говорящих против этого объяснения.

Наблюдения и объяснения строятся на основании друг друга, поэтому наука как форма деятельности основана на принципе накопления получаемых результатов за счет вклада множества участников. Повторяемые наблюдения и опыты приводят к созданию объяснений, описывающих природные явления все точнее и полнее, а эти объяснения, в свою очередь, предполагают новые наблюдения и опыты, которые можно использовать для проверки и расширения существующих объяснений. Благодаря этому глубина и широта научных объяснений с течением времени возрастает по мере того, как новые поколения ученых трудятся над исправлением, совершенствованием и расширением результатов работы своих предшественников.


Наука не позволяет доказать полноту и окончательность какого-либо объяснения. Некоторые из выдвигаемых учеными объяснений оказываются в результате дальнейших наблюдений и опытов ошибочными. Новые инструменты исследования иногда позволяют провести наблюдения, которые показывают неадекватность существующего объяснения. Новые идеи порой приводят к новым объяснениям, которые демонстрируют неполноту или ущербность предшествующих. К настоящему времени удалось выявить неточность одних и ограниченную область применения других научных идей, когда-то общепризнанных.

Тем не менее многие научные объяснения проверены столь основательно, что едва ли когда-либо они существенно изменятся в ходе новых наблюдений или в результате анализа данных, полученных с помощью новых опытов. Эти объяснения ученые принимают как истинные и действительные описания природы. Атомное строение материи, генетические основы наследственности, кровообращение, гравитация (всемирное тяготение) и движение планет, процессы биологической эволюции, происходящие под действием естественного отбора, — вот лишь несколько примеров того огромного множества научных объяснений, которые подтверждены самым убедительным образом.

Наука — не единственно возможный путь познания. Но наука отличается от всех остальных путей познания своей зависимостью от опытных данных и проверяемых объяснений. Теория эволюции объясняет явления, которые находятся в то же время в центре религиозных представлений, такие как происхождение биологического разнообразия и — особенно — происхождение человека. В связи с этим эволюционные идеи продолжают вызывать споры в обществе с тех самых пор, как Чарльз Дарвин и Альфред Рассел Уоллес впервые выдвинули основные положения эволюционной теории в 1858 году.

Эволюция — это теория или факт?

Она и то и другое. Но для более подробного ответа на этот вопрос нужно сперва разобраться в том, что означают слова «теория» и «факт».

В повседневной жизни теорией обычно называют догадки или предположения. Когда говорят: «У меня есть теория, что там на самом деле произошло», то обычно делают выводы, основанные на неполных или сомнительных свидетельствах.

Формальное научное определение теории сильно отличается от повседневного значения этого слова. В науке теория — это комплексное объяснение некоторой группы природных явлений, подтвержденное обширным набором свидетельств.

Многие научные теории имеют положение столь прочное, что едва ли будут существенно изменены в результате получения каких-либо новых данных. Например, мы никогда не получим свидетельств того, что Земля не вращается вокруг Солнца (в соответствии с гелиоцентрической теорией) или что живые организмы не состоят из клеток (в соответствии с клеточной теорией), что материя не состоит из атомов (атомная теория строения материи) или что земная кора не разделена на твердые плиты, которые движутся в геологических масштабах времени (теория тектоники плит). Подобно этим фундаментальным научным теориям теория эволюции подтверждается таким множеством наблюдений и убедительных результатов различных опытов, что ученые уверены: ее основные составляющие никогда не будут опровергнуты новыми данными. Однако, как и любая другая научная теория, теория эволюции все время претерпевает уточнения по мере возникновения новых областей науки и новых технологий, которые делают возможными наблюдения и опыты, невозможные ранее.

Одна из полезнейших особенностей научных теорий состоит в том, что их можно использовать для того, чтобы предсказывать естественный ход событий, а также явления, ранее не наблюдавшиеся. Например, теория всемирного тяготения предсказывала поведение объектов на поверхности Луны и других планет задолго до того, как эти предсказания удалось подтвердить благодаря исследовательским космическим аппаратам и астронавтам. Эволюционисты, открывшие тиктаалика, заранее знали, что смогут обнаружить ископаемые остатки организма, промежуточного между рыбами и наземными позвоночными, в осадочных породах возрастом около 375 миллионов лет. Их открытие подтвердило предсказание, сделанное исходя из положений эволюционной теории. Каждое подтвержденное предсказание увеличивает доверие к теории, на основании которой оно сделано.

Слово «факт» в науке обычно используют для обозначения наблюдения, результата измерений или какого-либо иного свидетельства, повторения которого можно ожидать при воспроизведении тех же условий. Но ученые называют словом «факт» также и научные объяснения, проверенные и подтвержденные столь много раз, что у нас больше нет серьезных оснований для того, чтобы продолжать проверять их справедливость или искать дополнительные подтверждения. В этом смысле биологическая эволюция в прошлом и в настоящем есть научный факт. Поскольку свидетельства, говорящие в пользу этого факта, чрезвычайно вески, ученые больше не задаются вопросом, имела ли место эволюция и продолжается ли она. Вместо этого они изучают механизмы эволюции, возможные скорости ее протекания и другие вопросы такого рода.

Вполне возможно совмещать доверие к научным данным, подтверждающим эволюцию, с религиозными убеждениями.

В наши дни все больше религиозных систем признают, что биологическая эволюция произвела на свет все разнообразие жизни на Земле в течение миллиардов лет истории нашей планеты. Многие конфессии выступили с официальными заявлениями, согласно которым эволюция совместима с догматами их веры. Ученые и богословы красноречиво описывают то чувство восторга и удивления, которое вызывают у них история Вселенной и история развития жизни на Земле, и объясняют, почему они не видят противоречий между своей верой в бога и данными, свидетельствующими об эволюции. Конфессии, не признающие реальность эволюции, обычно проповедуют строго буквальное прочтение священных текстов.

Фундамент науки и религии составляют разные стороны жизненного опыта людей. Наука требует, чтобы объяснения явлений были основаны на данных, полученных в ходе непосредственных исследований. Научно обоснованные наблюдения или опыты, противоречащие какому-либо объяснению, требуют пересмотра этого объяснения или даже отказа от него. Религиозные убеждения, напротив, основаны далеко не только на опыте, они не обязаны меняться перед лицом противоречивых свидетельств и обычно касаются, помимо прочего, сверхъестественных сил или сущностей. Сверхъестественные сущности не входят в состав природы, поэтому их невозможно изучать естественно-научными методами. В связи с этим можно говорить о том, что наука и религия по своей сути отделены друг от друга. Им свойствен разный подход к познанию мира человеком. Попытки смешивать и настраивать друг против друга науку и религию создают противоречия там, где их не должно быть.

Цитаты из заявлений ведущих религиозных деятелей, которые считают, что вера и наука не противоречат друг другу

Многие религиозные конфессии и отдельные ведущие деятели религии выступали с заявлениями, признающими эволюцию и подчеркивающими, что эволюция и вера не противоречат друг другу.

«Между эволюционной теорией происхождения человека и учением о Боге как Создателе нет противоречия».

Генеральная ассамблея Пресвитерианской церкви

«Если люди, получающие образование, остаются в неведении относительно эволюции, их неведение существенно подрывает их понимание мира и естественных законов, управляющих миром, а ознакомление студентов с ненаучными объяснениями, подаваемыми как научные, создает у них ложные представления о научных методах и понятиях».

Центральная конференция раввинов США

«В своей энциклике Humani Generis (1950) мой предшественник Пий XII уже заявлял о том, что между эволюцией и доктриной веры относительно человека и его призвания нет противоречия, если мы не будем упускать из виду некоторые непреложные истины. <...> Сегодня, по прошествии более полувека со дня выхода той энциклики, новые открытия убеждают нас в том, что эволюцию следует признать более чем гипотезой. Важно отметить, что эта теория оказывает все большее и большее влияние на исследовательский дух по мере появления новых достижений в различных областях знаний. Согласие между результатами таких независимых исследований, которое заранее не планировалось и как цель не ставилось, составляет само по себе сильный аргумент в пользу этой теории».

Папа Римский Иоанн Павел II, послание к Папской академии наук, 22 октября 1996 года

«Мы, нижеподписавшиеся, христианские священнослужители множества разных конфессий, считаем, что вечные истины Библии и открытия современной науки могут благополучно сосуществовать. Мы считаем, что теория эволюции есть фундаментальная научная истина, устоявшая в ходе строгих проверок и ставшая основанием большой части человеческих знаний и достижений. Отвергать эту теорию или относиться к ней как к «одной из многих» — значит по собственной воле принимать плоды невежества в области науки и передавать это невежество нашим детям. Мы считаем, что человеческий разум, способный мыслить критически, есть одно из благ, дарованных человеку Богом, и что, отказываясь использовать этот дар в полную силу, мы нарушаем волю нашего Создателя. <...> Мы призываем школьные советы к тому, чтобы, сохраняя целостность программ изучения науки, включать в эти программы изучение теории эволюции как одного из столпов человеческого знания. Мы призываем к тому, чтобы наука оставалась наукой, а религия оставалась религией. Наука и религия представляют собой две очень разные, но дополняющие друг друга формы истины».

Проект «Письмо священнослужителей», собравший подписи более 10 000 христианских священников. См. дополнительные сведения на сайте http://www.butler.edu/clergyproject/clergy_project.htm

Цитаты из заявлений ученых, которые считают, что вера и наука не противоречат друг другу

Ученые, как и люди других профессий, придерживаются самых разных взглядов на вопросы, связанные с религией и ролью сверхъестественных сил во Вселенной. Некоторые придерживаются концепции сциентизма, согласно которой лишь методы науки пригодны для познания всего, что доступно познанию во Вселенной. Другие являются приверженцами деизма, согласно которому Бог создал все сущее и привел в движение Вселенную, но больше не управляет непосредственно каждым явлением природы. Третьи — теисты — считают, что Бог непосредственно вмешивается в события нашего мира. Многие ученые, верящие в Бога как в первопричину Вселенной или как ее действующее начало, красноречиво описывали свои убеждения.

«Наше научное понимание Вселенной <...> дает тем, кто верит в Бога, несравненный повод для плодотворных раздумий о своей вере».

Отец Джордж Койн, католический священник и бывший директор Ватиканской обсерватории. Цитата из речи «Науке не нужен Бог... или нужен? Взгляд ученого-католика на эволюцию», произнесенной в Атлантическом университете в Палм-Бич 31 января 2006 г. Полный текст речи см. на сайте http://chem.tufts.edu/AnswersInScience/Coyne-Evolution.htm

«Креационисты неизменно ищут Бога в явлениях, еще не объясненных наукой, или в явлениях, которые, по их мнению, для науки необъяснимы. Многие религиозные ученые, напротив, ищут Бога в том, что наука уже постигла и объяснила».

Кеннет Миллер, профессор биологии Брауновского университета, автор книги «Найти Дарвинова Бога: Ученый в поисках объединяющих начал Бога и эволюции» (Finding Darwin’s God: A Scientist’s Search for Common Ground Between God & Evolution). Цитата из интервью, представленном на сайте http://www.actionbioscience.org/evolution/miller.html

«На мой взгляд, между тем, чтобы быть ученым, работающим в области точных наук, и человеком, верящим в Бога, лично заинтересованного в каждом из нас, нет противоречия. Сфера деятельности науки — изучение природы. Сфера Бога — духовный мир, область, которую невозможно изучить, пользуясь методами и языком науки. Она требует изучения сердцем, разумом и душой».

Фрэнсис Коллинс, директор проекта «Геном человека» (Human Genome Project) и Национального института исследований генома человека Национальных институтов здравоохранения (National Human GenomenResearch Institute at the National Institutes of Health). Цитата из книги «Язык Бога: Свидетельства ученого в пользу веры» (The Language of God: A Scientist Presents Evidence for Belief, р. 6)

 

Комментарии (6)
 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия