„Menschliche Ursprünge. Systematische Stellung des Menschen. Gesetze und Prinzipien der Ökologie. Folgen der Biosphärenzerstörung

>> Die Entstehung der Naturwissenschaften

§ 2. Die Bildung der Humanwissenschaften

1. Was wissen Sie über die antike griechisch-römische Kultur?
2. Mit welchen Namen ist sie verbunden?
3. Warum hat die Renaissance ihren Namen bekommen?

Die Menschen haben sich schon immer für die Probleme von Leben und Tod, Möglichkeiten zur Bekämpfung von Krankheiten und die Erhaltung interessiert Gesundheit und Langlebigkeit, der Unterschied zwischen Leben und Nichtleben. Zunächst glaubte man, dass die Gesundheit des Menschen, seine Handlungen, sein Leben und sein Tod von den Göttern kontrolliert würden. Doch bereits an der Wende vom 6. zum 5. Jahrhundert v. Chr. äußerte der griechische Denker Heraklit (Ende 6. – Anfang 5. Jahrhundert v. Chr.) die Idee, dass sich Organismen nach den Naturgesetzen entwickeln und man diese Gesetze, nachdem man sie gelernt hat, nutzen kann das Wohl der Menschen. Heraklit glaubte, dass sich die Welt ständig verändert. Ihm gehört das Schlagwort: „Man kann nicht zweimal in denselben Fluss steigen!“

Der große griechische Denker Aristoteles (384-322 v. Chr.) verbrachte viele Jahre damit, tierische und menschliche Organe zu vergleichen und ihre Entwicklung zu studieren. Er machte darauf aufmerksam, dass sich jedes Lebewesen von unbelebten Körpern durch eine klare und strenge Organisation unterscheidet.

Er war es, der den Begriff „Organismus“ prägte, abgeleitet vom Wort „Organisation“.
Aristoteles war der erste Denker, der verstand, dass die geistige Aktivität eines Menschen eine Eigenschaft seines Körpers ist und so lange existiert, wie der Körper lebt. Jetzt wissen wir, dass geistige Aktivität mit der Fähigkeit des Gehirns zusammenhängt, zu empfangen, zu verarbeiten und zu nutzen Information um die Bedürfnisse des Körpers zu erfüllen. Das Leben eines Lebewesens ist ohne Informationen über den Zustand der Umwelt unmöglich.

Der berühmte antike Arzt Hippokrates (ca. 460 – ca. 377 v. Chr.) hat viel für die Entwicklung von Medizin und Hygiene getan. Er war einer der ersten, der studierte Auswirkungen auf die Gesundheit Menschen von natürlichen Faktoren: Wasser, Nahrung, Land, auf dem Nahrung angebaut wird, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Es gelang ihm, die Ursachen von Krankheiten zu finden, an denen der Mensch selbst schuld ist.

Der Nachfolger der Ideen des Hippokrates war der berühmte römische Arzt Claudius Galen (130-200 n. Chr.). Er sezierte Haus- und Wildtiere und beschrieb sorgfältig ihre Organe. Nachdem er die Struktur der Knochen, Muskeln und Gelenke des Affen im Detail untersucht hatte, schlug Galen vor, dass der Mensch auf ähnliche Weise strukturiert sei. Galen schrieb viele Werke über die Funktionen von Organen.

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Lebensraum - Dies ist der Teil der Natur, der einen lebenden Organismus umgibt und mit dem er direkt interagiert. Die Bestandteile und Eigenschaften der Umwelt sind vielfältig und veränderlich. Jedes Lebewesen lebt in einer komplexen, sich verändernden Welt, passt sich ständig an sie an und reguliert seine Lebensaktivität entsprechend ihren Veränderungen.

Als einzelne Eigenschaften oder Elemente der Umwelt werden bezeichnet, die auf Organismen einwirken Umweltfaktoren. Umweltfaktoren sind vielfältig. Sie können für Lebewesen notwendig oder umgekehrt schädlich sein, das Überleben und die Fortpflanzung fördern oder behindern. Umweltfaktoren haben unterschiedliche Natur und spezifische Wirkungen. Unter ihnen sind abiotisch Und biotisch, anthropogen.

Abiotischen Faktoren - Temperatur, Licht, radioaktive Strahlung, Druck, Luftfeuchtigkeit, Salzzusammensetzung des Wassers, Wind, Strömungen, Gelände – das sind alles Eigenschaften der unbelebten Natur, die direkt oder indirekt auf lebende Organismen einwirken.

Biotische Faktoren - das sind Formen der gegenseitigen Beeinflussung von Lebewesen. Jeder Organismus erfährt ständig den direkten oder indirekten Einfluss anderer Lebewesen, kommt mit Vertretern seiner eigenen Art und anderer Arten – Pflanzen, Tieren, Mikroorganismen – in Kontakt, ist von ihnen abhängig und beeinflusst sie selbst. Die umgebende organische Welt ist ein integraler Bestandteil der Umwelt jedes Lebewesens.

Gegenseitige Verbindungen zwischen Organismen sind die Grundlage für die Existenz von Biozönosen und Populationen; Ihre Betrachtung gehört zum Bereich der Syn-Ökologie.

Anthropogene Faktoren - Hierbei handelt es sich um Aktivitätsformen der menschlichen Gesellschaft, die zu Veränderungen in der Natur als Lebensraum anderer Arten führen oder deren Leben unmittelbar beeinflussen. Im Laufe der Menschheitsgeschichte hat die Entwicklung zunächst der Jagd, dann der Landwirtschaft, der Industrie und des Transportwesens die Natur unseres Planeten stark verändert. Die Bedeutung anthropogener Einflüsse auf die gesamte Lebenswelt der Erde nimmt weiterhin rasant zu.

Obwohl der Mensch die belebte Natur durch Veränderungen abiotischer Faktoren und biotischer Beziehungen der Arten beeinflusst, sollte die menschliche Aktivität auf dem Planeten als eine besondere Kraft identifiziert werden, die nicht in den Rahmen dieser Klassifizierung passt. Derzeit liegt das Schicksal der lebenden Erdoberfläche, aller Arten von Organismen, in den Händen der menschlichen Gesellschaft und hängt vom anthropogenen Einfluss auf die Natur ab.

Derselbe Umweltfaktor hat im Leben zusammenlebender Organismen verschiedener Arten unterschiedliche Bedeutung. Beispielsweise sind starke Winde im Winter für große, offen lebende Tiere ungünstig, für kleinere, die sich in Höhlen oder unter dem Schnee verstecken, jedoch wirkungslos. Die Salzzusammensetzung des Bodens ist für die Pflanzenernährung wichtig, für die meisten Landtiere usw. jedoch gleichgültig.

Veränderungen der Umweltfaktoren im Laufe der Zeit können sein: 1) regelmäßig periodisch, wobei sich die Stärke der Auswirkungen in Abhängigkeit von der Tageszeit, der Jahreszeit oder dem Rhythmus der Gezeiten im Ozean ändert; 2) unregelmäßig, ohne klare Periodizität, zum Beispiel Änderungen der Wetterbedingungen in verschiedenen Jahren, katastrophale Phänomene – Stürme, Regenschauer, Erdrutsche usw.; 3) über bestimmte, manchmal lange Zeiträume gerichtet, zum Beispiel bei Abkühlung oder Erwärmung des Klimas, Überwucherung von Gewässern, ständiger Beweidung von Nutztieren im gleichen Gebiet usw.

Unter Umweltfaktoren werden Ressourcen und Bedingungen unterschieden. Ressourcen Organismen nutzen und verbrauchen die Umwelt und verringern dadurch ihre Zahl. Zu den Ressourcen gehören Nahrung, Wasser, wenn es knapp ist, Unterkünfte, geeignete Orte zur Fortpflanzung usw. Bedingungen - das sind Faktoren, an die sich Organismen anpassen müssen, die sie aber meist nicht beeinflussen können. Derselbe Umweltfaktor kann für einige Arten eine Ressource und für andere eine Bedingung sein. Beispielsweise ist Licht für Pflanzen eine lebenswichtige Energiequelle und für sehende Tiere eine Voraussetzung für die visuelle Orientierung. Wasser kann für viele Organismen sowohl Lebensbedingung als auch Ressource sein.

2.2. Anpassungen von Organismen

Als Anpassungen von Organismen an ihre Umwelt werden bezeichnet Anpassung. Anpassungen sind alle Veränderungen in der Struktur und Funktion von Organismen, die ihre Überlebenschancen erhöhen.

Die Fähigkeit zur Anpassung ist eine der Haupteigenschaften des Lebens im Allgemeinen, da sie die Möglichkeit seiner Existenz, die Fähigkeit von Organismen zum Überleben und zur Fortpflanzung bietet. Anpassungen manifestieren sich auf verschiedenen Ebenen: von der Biochemie der Zellen und dem Verhalten einzelner Organismen bis hin zur Struktur und Funktionsweise von Gemeinschaften und Ökosystemen. Anpassungen entstehen und entwickeln sich im Laufe der Evolution der Arten.

Grundlegende Anpassungsmechanismen auf Organismusebene: 1) biochemisch– manifestieren sich in intrazellulären Prozessen, beispielsweise einer Änderung der Arbeit von Enzymen oder einer Änderung ihrer Menge; 2) physiologisch– zum Beispiel verstärktes Schwitzen bei steigender Temperatur bei einer Reihe von Arten; 3) morphoanatomisch– Merkmale der Struktur und Form des Körpers im Zusammenhang mit dem Lebensstil; 4) Verhalten– zum Beispiel Tiere, die nach günstigen Lebensräumen suchen, Höhlen, Nester usw. anlegen; 5) ontogenetisch– Beschleunigung oder Verlangsamung der individuellen Entwicklung, Förderung des Überlebens, wenn sich die Bedingungen ändern.

Ökologische Umweltfaktoren haben vielfältige Auswirkungen auf lebende Organismen, d. h. sie können beide beeinflussen Reizstoffe, Verursacht adaptive Veränderungen der physiologischen und biochemischen Funktionen; Wie Begrenzer, die Unmöglichkeit der Existenz unter diesen Bedingungen verursachen; Wie Modifikatoren, morphologische und anatomische Veränderungen in Organismen verursachen; Wie Signale, Dies weist auf Veränderungen anderer Umweltfaktoren hin.

2.3. Allgemeine Wirkungsgesetze von Umweltfaktoren auf Organismen

Trotz der großen Vielfalt an Umweltfaktoren lassen sich eine Reihe allgemeiner Muster in der Art ihrer Auswirkungen auf Organismen und in den Reaktionen von Lebewesen erkennen.

1. Gesetz des Optimums.

Jeder Faktor hat bestimmte Grenzen des positiven Einflusses auf Organismen (Abb. 1). Das Ergebnis eines variablen Faktors hängt in erster Linie von der Stärke seiner Ausprägung ab. Sowohl eine unzureichende als auch eine übermäßige Wirkung des Faktors wirkt sich negativ auf die Lebensaktivität des Einzelnen aus. Die wohltuende Kraft des Einflusses wird genannt Zone mit optimalem Umweltfaktor oder einfach Optimum für Organismen dieser Art. Je größer die Abweichung vom Optimum ist, desto ausgeprägter ist die hemmende Wirkung dieses Faktors auf Organismen. (Pessimumzone). Die maximal und minimal übertragbaren Werte des Faktors betragen kritische Punkte, hinter Jenseits dessen keine Existenz mehr möglich ist, tritt der Tod ein. Die Dauerfestigkeitsgrenzen zwischen kritischen Punkten werden genannt ökologische Wertigkeit Lebewesen in Bezug auf einen bestimmten Umweltfaktor.

Reis. 1. Schema der Wirkung von Umweltfaktoren auf lebende Organismen

Vertreter verschiedener Arten unterscheiden sich sowohl in der Position des Optimums als auch in der ökologischen Wertigkeit stark voneinander. Beispielsweise können Polarfüchse in der Tundra Schwankungen der Lufttemperatur im Bereich von mehr als 80 °C (von +30 bis -55 °C) tolerieren, während Warmwasserkrebstiere (Copilia mirabilis) Schwankungen der Wassertemperatur in diesem Bereich standhalten können von nicht mehr als 6 °C (von +23 bis +29 °C). Die gleiche Stärke der Manifestation eines Faktors kann für eine Art optimal, für eine andere pessimal sein und für eine dritte die Grenzen der Belastbarkeit überschreiten (Abb. 2).

Die breite ökologische Wertigkeit einer Art in Bezug auf abiotische Umweltfaktoren wird durch die Hinzufügung des Präfixes „eury“ zum Namen des Faktors angezeigt. Eurythermisch Arten, die starke Temperaturschwankungen tolerieren, Eurybates– großer Druckbereich, Euryhalin– unterschiedliche Grade des Salzgehalts der Umwelt.

Reis. 2. Lage optimaler Kurven auf der Temperaturskala für verschiedene Arten:

1, 2 - stenotherme Spezies, Kryophile;

3–7 – eurythermale Arten;

8, 9 - stenotherme Arten, Thermophile

Die Unfähigkeit, signifikante Schwankungen eines Faktors oder eine enge Umweltvalenz zu tolerieren, wird durch das Präfix „steno“ gekennzeichnet – Stenotherm, Stenobat, Stenohalin Arten usw. Im weiteren Sinne werden Arten bezeichnet, deren Existenz streng definierte Umweltbedingungen erfordert stenobiontisch, und solche, die sich an unterschiedliche Umweltbedingungen anpassen können - Eurybiont.

Als Bedingungen werden Bedingungen bezeichnet, die sich aufgrund eines oder mehrerer Faktoren gleichzeitig kritischen Punkten nähern extrem.

Die Lage der optimalen und kritischen Punkte auf dem Faktorgradienten kann sich durch den Einfluss von Umweltbedingungen in gewissen Grenzen verschieben. Dies geschieht bei vielen Arten regelmäßig im Wechsel der Jahreszeiten. Im Winter beispielsweise halten Spatzen starken Frösten stand, im Sommer sterben sie an Kälte bei Temperaturen knapp unter dem Gefrierpunkt. Man nennt das Phänomen einer Verschiebung des Optimums in Bezug auf einen beliebigen Faktor Akklimatisierung. In Bezug auf die Temperatur handelt es sich um einen bekannten Prozess der thermischen Verhärtung des Körpers. Die Temperaturakklimatisierung erfordert einen erheblichen Zeitraum. Der Mechanismus ist eine Veränderung von Enzymen in Zellen, die die gleichen Reaktionen, aber bei unterschiedlichen Temperaturen (die sogenannten) katalysieren Isozyme). Jedes Enzym wird von einem eigenen Gen kodiert, daher ist es notwendig, einige Gene auszuschalten und andere zu aktivieren, Transkription, Übersetzung, Aufbau einer ausreichenden Menge neuen Proteins usw. Der Gesamtprozess dauert durchschnittlich etwa zwei Wochen und wird stimuliert durch Veränderungen in der Umgebung. Akklimatisierung oder Abhärtung ist eine wichtige Anpassung von Organismen, die unter sich allmählich annähernden ungünstigen Bedingungen oder beim Eindringen in Gebiete mit einem anderen Klima erfolgt. In diesen Fällen ist es ein integraler Bestandteil des allgemeinen Akklimatisierungsprozesses.

2. Mehrdeutigkeit der Wirkung des Faktors auf verschiedene Funktionen.

Jeder Faktor beeinflusst unterschiedliche Körperfunktionen unterschiedlich (Abb. 3). Das Optimum für einige Prozesse kann für andere ein Pessimum sein. So erhöht eine Lufttemperatur von +40 bis +45 °C bei Kaltblütern die Stoffwechselvorgänge im Körper erheblich, hemmt jedoch die motorische Aktivität und die Tiere geraten in thermische Betäubung. Für viele Fische ist die für die Reifung der Fortpflanzungsprodukte optimale Wassertemperatur ungünstig für das Laichen, das in einem anderen Temperaturbereich stattfindet.

Reis. 3. Schema der Temperaturabhängigkeit der Photosynthese und Pflanzenatmung (nach V. Larcher, 1978): t min, t opt, t max– Temperaturminimum, -optimum und -maximum für das Pflanzenwachstum (schattierter Bereich)

Der Lebenszyklus, in dem der Organismus zu bestimmten Zeiten hauptsächlich bestimmte Funktionen ausführt (Ernährung, Wachstum, Fortpflanzung, Ansiedlung usw.), steht immer im Einklang mit jahreszeitlichen Veränderungen eines Komplexes von Umweltfaktoren. Mobile Organismen können auch ihren Lebensraum verändern, um alle ihre lebenswichtigen Funktionen erfolgreich zu erfüllen.

3. Vielfalt individueller Reaktionen auf Umweltfaktoren. Ausdauergrad, kritische Punkte, optimale und pessimale Zonen einzelner Individuen stimmen nicht überein. Diese Variabilität wird sowohl durch die erblichen Eigenschaften der einzelnen Personen als auch durch Geschlecht, Alter und physiologische Unterschiede bestimmt. Beispielsweise hat die Mühlenmotte, einer der Schädlinge von Mehl- und Getreideprodukten, eine kritische Mindesttemperatur für Raupen von -7 °C, für adulte Formen von -22 °C und für Eier von -27 °C. Frost von -10 °C tötet Raupen, ist aber für die erwachsenen Tiere und Eier dieses Schädlings ungefährlich. Folglich ist die ökologische Wertigkeit einer Art immer umfassender als die ökologische Wertigkeit jedes einzelnen Individuums.

4. Relative Unabhängigkeit der Anpassung von Organismen an verschiedene Faktoren. Der Grad der Toleranz gegenüber einem Faktor bedeutet nicht die entsprechende ökologische Wertigkeit der Art im Verhältnis zu anderen Faktoren. Beispielsweise müssen Arten, die große Temperaturschwankungen tolerieren, nicht unbedingt auch große Schwankungen der Luftfeuchtigkeit oder des Salzgehalts tolerieren können. Eurythermale Arten können stenohalin, stenobatisch oder umgekehrt sein. Die ökologischen Wertigkeiten einer Art in Bezug auf verschiedene Faktoren können sehr unterschiedlich sein. Dadurch entsteht eine außergewöhnliche Vielfalt an Anpassungen in der Natur. Die Menge der Umweltvalenzen in Bezug auf verschiedene Umweltfaktoren ist ökologisches Spektrum der Art.

5. Diskrepanz in den ökologischen Spektren einzelner Arten. Jede Art ist in ihren ökologischen Fähigkeiten spezifisch. Selbst bei Arten, die sich in ihren Anpassungsmethoden an die Umwelt ähneln, gibt es Unterschiede in ihrer Einstellung zu einigen einzelnen Faktoren.

Reis. 4. Veränderungen der Beteiligung einzelner Pflanzenarten an Wiesengrasbeständen in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit (nach L. G. Ramensky et al., 1956): 1 - Rotklee; 2 – Schafgarbe; 3 – Delyavins Kellerei; 4 – Wiesen-Bluegrass; 5 – Schwingel; 6 – echtes Labkraut; 7 – frühe Segge; 8 – Mädesüß; 9 – Hügelgeranie; 10 – Feldbusch; 11 – Kurznasen-Schwarzwurzel

Regel der ökologischen Individualität der Arten vom russischen Botaniker L. G. Ramensky (1924) in Bezug auf Pflanzen formuliert (Abb. 4), dann wurde es durch zoologische Forschung weitgehend bestätigt.

6. Zusammenspiel von Faktoren. Der optimale Bereich und die Grenzen der Ausdauer von Organismen in Bezug auf jeden Umweltfaktor können sich je nach Stärke und Kombination anderer Faktoren gleichzeitig verschieben (Abb. 5). Dieses Muster heißt Zusammenwirken von Faktoren. Beispielsweise ist Hitze in trockener Luft besser zu ertragen als in feuchter Luft. Bei kaltem Wetter mit starkem Wind ist die Frostgefahr deutlich größer als bei ruhigem Wetter. Somit hat derselbe Faktor in Kombination mit anderen unterschiedliche Umweltauswirkungen. Im Gegenteil, das gleiche Umweltergebnis kann auf unterschiedliche Weise erzielt werden. Beispielsweise kann das Welken von Pflanzen gestoppt werden, indem sowohl die Feuchtigkeit im Boden erhöht als auch die Lufttemperatur gesenkt wird, wodurch die Verdunstung verringert wird. Es entsteht der Effekt einer teilweisen Substitution von Faktoren.

Reis. 5. Sterblichkeit der Eier der Kiefernseidenraupe Dendrolimus pini unter verschiedenen Kombinationen von Temperatur und Luftfeuchtigkeit

Gleichzeitig sind der gegenseitigen Kompensation von Umweltfaktoren gewisse Grenzen gesetzt und es ist unmöglich, einen von ihnen vollständig durch einen anderen zu ersetzen. Das völlige Fehlen von Wasser oder mindestens einem der Grundelemente der Mineralernährung macht das Leben der Pflanze trotz der günstigsten Kombination anderer Bedingungen unmöglich. Das extreme Hitzedefizit in den Polarwüsten kann weder durch reichlich Feuchtigkeit noch durch 24-Stunden-Beleuchtung ausgeglichen werden.

Unter Berücksichtigung der Wechselwirkungsmuster von Umweltfaktoren in der landwirtschaftlichen Praxis ist es möglich, optimale Lebensbedingungen für Kulturpflanzen und Haustiere gekonnt aufrechtzuerhalten.

7. Regel der begrenzenden Faktoren. Die Existenzmöglichkeiten von Organismen werden vor allem durch diejenigen Umweltfaktoren begrenzt, die am weitesten vom Optimum entfernt sind. Wenn sich mindestens einer der Umweltfaktoren kritischen Werten nähert oder diese überschreitet, droht den Individuen trotz optimaler Kombination anderer Bedingungen der Tod. Alle Faktoren, die stark vom Optimum abweichen, erlangen im Leben einer Art oder ihrer einzelnen Vertreter zu bestimmten Zeiträumen eine überragende Bedeutung.

Begrenzende Umweltfaktoren bestimmen das geografische Verbreitungsgebiet einer Art. Die Natur dieser Faktoren kann unterschiedlich sein (Abb. 6). So kann die Ausbreitung der Art nach Norden durch Wärmemangel und in trockene Regionen durch Feuchtigkeitsmangel oder zu hohe Temperaturen eingeschränkt werden. Auch biotische Beziehungen können als limitierende Faktoren für die Verbreitung dienen, beispielsweise die Besetzung eines Territoriums durch einen stärkeren Konkurrenten oder ein Mangel an Bestäubern für Pflanzen. Somit hängt die Bestäubung von Feigen ausschließlich von einer einzigen Insektenart ab – der Wespe Blastophaga psenes. Die Heimat dieses Baumes ist das Mittelmeer. In Kalifornien eingeführte Feigen trugen keine Früchte, bis dort bestäubende Wespen eingeführt wurden. Die Verbreitung von Hülsenfrüchten in der Arktis wird durch die Verbreitung der Hummeln, die sie bestäuben, begrenzt. Auf Dikson Island, wo es keine Hummeln gibt, kommen keine Hülsenfrüchte vor, obwohl die Existenz dieser Pflanzen aufgrund der Temperaturbedingungen dort immer noch zulässig ist.

Reis. 6. Die tiefe Schneedecke ist ein begrenzender Faktor bei der Verbreitung von Hirschen (nach G. A. Novikov, 1981).

Um festzustellen, ob eine Art in einem bestimmten geografischen Gebiet existieren kann, muss zunächst festgestellt werden, ob Umweltfaktoren außerhalb ihrer ökologischen Wertigkeit liegen, insbesondere in der gefährdetsten Entwicklungsphase.

Die Identifizierung limitierender Faktoren ist in der landwirtschaftlichen Praxis sehr wichtig, da man durch die Ausrichtung der Hauptanstrengungen auf deren Beseitigung schnell und effektiv den Pflanzenertrag oder die Tierproduktivität steigern kann. So kann auf stark sauren Böden der Weizenertrag durch verschiedene agronomische Einflüsse leicht gesteigert werden, die beste Wirkung wird jedoch nur durch Kalkung erzielt, die die begrenzenden Auswirkungen des Säuregehalts beseitigt. Die Kenntnis limitierender Faktoren ist daher der Schlüssel zur Steuerung der Lebensaktivitäten von Organismen. In verschiedenen Lebensabschnitten des Einzelnen wirken verschiedene Umweltfaktoren als limitierende Faktoren, daher ist eine geschickte und ständige Regulierung der Lebensbedingungen von Kulturpflanzen und Tieren erforderlich.

2.4. Prinzipien der ökologischen Klassifizierung von Organismen

In der Ökologie machen die Vielfalt und Vielfalt der Methoden und Möglichkeiten der Anpassung an die Umwelt eine Mehrfachklassifizierung erforderlich. Anhand eines einzelnen Kriteriums ist es unmöglich, alle Aspekte der Anpassungsfähigkeit von Organismen an die Umwelt abzubilden. Ökologische Klassifizierungen spiegeln die Gemeinsamkeiten wider, die bei Vertretern sehr unterschiedlicher Gruppen entstehen, wenn sie verwendet werden ähnliche Anpassungsmöglichkeiten. Wenn wir beispielsweise Tiere nach ihren Bewegungsarten klassifizieren, dann umfasst die ökologische Gruppe von Arten, die sich reaktiv im Wasser bewegen, Tiere, die sich in ihrer systematischen Position so unterscheiden, wie Quallen, Kopffüßer, einige Ciliaten und Flagellaten, die Larven von a Anzahl der Libellen usw. (Abb. 7). Umweltklassifizierungen können auf einer Vielzahl von Kriterien basieren: Ernährungsmethoden, Bewegung, Einstellung zu Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Salzgehalt, Druck usw. Die Einteilung aller Organismen in Eurybionten und Stenobionten entsprechend der Breite der Anpassungsmöglichkeiten an die Umwelt ist ein Beispiel für die einfachste ökologische Klassifizierung.

Reis. 7. Vertreter der ökologischen Gruppe von Organismen, die sich reaktiv im Wasser bewegen (nach S. A. Zernov, 1949):

1 – begeißelte Medusochloris phiale;

2 – Wimpertier Craspedotella Pileosus;

3 – Qualle Cytaeis vulgaris;

4 – pelagische holothurische Pelagothuria;

5 – Larve der Rocky Libelle;

6 – Schwimmender Oktopus Octopus vulgaris:

A– Richtung des Wasserstrahls;

B– Bewegungsrichtung des Tieres

Ein weiteres Beispiel ist die Einteilung von Organismen in Gruppen je nach Art der Ernährung.Autotrophe sind Organismen, die anorganische Verbindungen als Quelle für den Aufbau ihres Körpers nutzen. Heterotrophe– alle Lebewesen, die Nahrung biologischen Ursprungs benötigen. Autotrophe wiederum werden unterteilt in Phototrophen Und Chemotrophe. Erstere nutzen die Energie des Sonnenlichts, um organische Moleküle zu synthetisieren, letztere nutzen die Energie chemischer Bindungen. Heterotrophe sind unterteilt in Saprophyten, Verwendung von Lösungen einfacher organischer Verbindungen und Holozoen. Holozoen verfügen über einen komplexen Satz an Verdauungsenzymen und können komplexe organische Verbindungen verbrauchen und in einfachere Bestandteile zerlegen. Holozoen werden unterteilt in Saprophagen(Ernähren Sie sich von abgestorbenen Pflanzenresten) Phytophagen(Verzehrer lebender Pflanzen), Zoophagen(brauchen lebendige Nahrung) und Nekrophagen(Fleischfresser). Jede dieser Gruppen kann wiederum in kleinere Gruppen unterteilt werden, die ihre eigenen spezifischen Ernährungsmuster haben.

Andernfalls können Sie eine Klassifizierung erstellen je nach Art der Nahrungsgewinnung. Unter Tieren gibt es beispielsweise Gruppen wie Filter(kleine Krebstiere, Zahnlose, Wale usw.), Weideformen(Huftiere, Blattkäfer), Sammler(Spechte, Maulwürfe, Spitzmäuse, Hühner), Jäger sich bewegender Beute(Wölfe, Löwen, Kriebelmücken usw.) und eine Reihe anderer Gruppen. Trotz der großen Unterschiede in der Organisation führt die gleiche Methode zur Beherrschung der Beute bei Löwen und Motten zu einer Reihe von Analogien in ihren Jagdgewohnheiten und allgemeinen Strukturmerkmalen: Schlankheit des Körpers, starke Muskelentwicklung, die Fähigkeit, kurze Muskeln zu entwickeln. Begriff hohe Geschwindigkeit usw.

Ökologische Klassifizierungen helfen dabei, Möglichkeiten in der Natur für Organismen zu identifizieren, sich an die Umwelt anzupassen.

2.5. Aktives und verborgenes Leben

Der Stoffwechsel ist eine der wichtigsten Eigenschaften des Lebens, die die enge stofflich-energetische Verbindung von Organismen mit der Umwelt bestimmt. Der Stoffwechsel zeigt eine starke Abhängigkeit von den Lebensbedingungen. In der Natur beobachten wir zwei Hauptzustände des Lebens: aktives Leben und Frieden. Während des aktiven Lebens ernähren sich Organismen, wachsen, bewegen sich, entwickeln sich, vermehren sich und zeichnen sich durch einen intensiven Stoffwechsel aus. Die Ruhe kann in ihrer Tiefe und Dauer variieren; viele Körperfunktionen werden schwächer oder werden überhaupt nicht ausgeführt, da der Stoffwechsel unter dem Einfluss äußerer und innerer Faktoren sinkt.

Im Zustand tiefer Ruhe, also eines reduzierten Stoff-Energie-Stoffwechsels, werden Organismen unabhängiger von der Umwelt, erlangen ein hohes Maß an Stabilität und sind in der Lage, Bedingungen zu ertragen, denen sie im aktiven Leben nicht standhalten könnten. Diese beiden Zustände wechseln sich im Leben vieler Arten ab und stellen eine Anpassung an Lebensräume mit instabilem Klima und starken saisonalen Veränderungen dar, die für den größten Teil des Planeten typisch sind.

Bei einer starken Unterdrückung des Stoffwechsels zeigen Organismen möglicherweise überhaupt keine sichtbaren Lebenszeichen. Die Frage, ob es möglich ist, den Stoffwechsel vollständig zu stoppen und anschließend in ein aktives Leben zurückzukehren, also eine Art „Auferstehung von den Toten“, wird in der Wissenschaft seit mehr als zwei Jahrhunderten diskutiert.

Erstmaliges Phänomen imaginärer Tod wurde 1702 von Anthony van Leeuwenhoek, dem Entdecker der mikroskopischen Welt der Lebewesen, entdeckt. Als die Wassertropfen trockneten, schrumpften die von ihm beobachteten „Tiere“ (Räderchentiere), sahen tot aus und konnten lange Zeit in diesem Zustand bleiben (Abb. 8). Wieder ins Wasser gelegt, schwollen sie an und begannen ein aktives Leben. Leeuwenhoek erklärte dieses Phänomen damit, dass der Panzer der „Animalcules“ offenbar „nicht die geringste Verdunstung zulässt“ und sie unter trockenen Bedingungen am Leben bleiben. Doch bereits wenige Jahrzehnte später diskutierten Naturforscher über die Möglichkeit, dass „das Leben vollständig gestoppt werden“ und „in 20, 40, 100 Jahren oder mehr“ wieder wiederhergestellt werden könne.

In den 70er Jahren des 18. Jahrhunderts. Das Phänomen der „Auferstehung“ nach dem Trocknen wurde durch zahlreiche Experimente an einer Reihe anderer kleiner Organismen – Weizenaalen, frei lebenden Nematoden und Bärtierchen – entdeckt und bestätigt. J. Buffon wiederholte die Experimente von J. Needham mit Aalen und argumentierte, dass „diese Organismen so oft wie gewünscht sterben und wieder zum Leben erweckt werden können“. L. Spallanzani machte als erster auf die tiefe Ruhephase von Samen und Sporen von Pflanzen aufmerksam und betrachtete diese als deren Erhaltung über die Zeit.

Reis. 8. Rädertierchen Philidina roseola in verschiedenen Trocknungsstadien (nach P. Yu. Schmidt, 1948):

1 – aktiv; 2 – Beginn der Kontraktion; 3 – vor dem Trocknen vollständig zusammengezogen; 4 - in einem Zustand suspendierter Animation

Mitte des 19. Jahrhunderts. Es wurde überzeugend festgestellt, dass die Widerstandsfähigkeit trockener Rädertiere, Bärtierchen und Nematoden gegenüber hohen und niedrigen Temperaturen, Sauerstoffmangel oder -mangel proportional zum Grad ihrer Dehydrierung zunimmt. Es blieb jedoch die Frage offen, ob dies zu einer völligen Unterbrechung des Lebens oder nur zu seiner tiefen Unterdrückung führte. 1878 stellte Claude Bernal das Konzept vor „verborgenes Leben“ was er durch das Aufhören des Stoffwechsels und „einen Bruch in der Beziehung zwischen Sein und Umwelt“ charakterisierte.

Dieses Problem wurde erst im ersten Drittel des 20. Jahrhunderts mit der Entwicklung der Tiefvakuum-Dehydratisierungstechnologie endgültig gelöst. Die Experimente von G. Ram, P. Becquerel und anderen Wissenschaftlern zeigten die Möglichkeit vollständiger reversibler Lebensstopp. Im trockenen Zustand, wenn nicht mehr als 2 % des Wassers in chemisch gebundener Form in den Zellen verblieben, hielten Organismen wie Rädertiere, Bärtierchen, kleine Nematoden, Samen und Sporen von Pflanzen, Sporen von Bakterien und Pilzen der Einwirkung von flüssigem Sauerstoff stand ( -218,4 °C), flüssiger Wasserstoff (-259,4 °C), flüssiges Helium (-269,0 °C), also Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt. In diesem Fall verhärtet sich der Inhalt der Zellen, es gibt sogar keine thermische Bewegung der Moleküle und der gesamte Stoffwechsel kommt auf natürliche Weise zum Erliegen. Unter normalen Bedingungen entwickeln sich diese Organismen weiter. Bei einigen Arten ist es möglich, den Stoffwechsel bei extrem niedrigen Temperaturen ohne Trocknung zu stoppen, vorausgesetzt, das Wasser gefriert nicht in einem kristallinen, sondern in einem amorphen Zustand.

Als völlige vorübergehende Lebensunterbrechung wird bezeichnet Scheintod. Der Begriff wurde bereits 1891 von V. Preyer vorgeschlagen. Im Zustand der Ruhephase werden Organismen resistent gegen verschiedenste Einflüsse. In einem Experiment hielten Bärtierchen beispielsweise ionisierender Strahlung von bis zu 570.000 Röntgenstrahlen 24 Stunden lang stand. Dehydrierte Larven einer der afrikanischen Chironomus-Mücken, Polypodium vanderplanki, behalten die Fähigkeit zur Wiederbelebung, nachdem sie einer Temperatur von +102 °C ausgesetzt wurden.

Der Zustand der suspendierten Animation erweitert die Grenzen der Lebenserhaltung erheblich, auch zeitlich. Beispielsweise wurden bei Tiefenbohrungen im Gletscher der Antarktis Mikroorganismen (Sporen von Bakterien, Pilzen und Hefen) entdeckt, die sich anschließend auf gewöhnlichen Nährböden entwickelten. Das Alter der entsprechenden Eishorizonte beträgt 10–13.000 Jahre. Sporen einiger lebensfähiger Bakterien wurden auch Hunderttausende Jahre alt aus tieferen Schichten isoliert.

Anabiose ist jedoch ein eher seltenes Phänomen. Dies ist nicht bei allen Arten möglich und stellt einen extremen Ruhezustand in der belebten Natur dar. Seine notwendige Voraussetzung ist die Erhaltung intakter feiner intrazellulärer Strukturen (Organellen und Membranen) während der Trocknung oder Tiefenkühlung von Organismen. Dieser Zustand ist für die meisten Arten, die über eine komplexe Organisation von Zellen, Geweben und Organen verfügen, unmöglich.

Die Fähigkeit zur Anabiose findet sich bei Arten, die eine einfache oder vereinfachte Struktur haben und unter Bedingungen starker Feuchtigkeitsschwankungen leben (Austrocknung kleiner Gewässer, oberer Bodenschichten, Moos- und Flechtenpolster usw.).

Andere Formen der Ruhe, die mit einem Zustand verminderter Vitalaktivität infolge einer teilweisen Hemmung des Stoffwechsels einhergehen, sind in der Natur weitaus weiter verbreitet. Jede Reduzierung des Stoffwechsels erhöht die Stabilität von Organismen und ermöglicht ihnen einen sparsameren Energieeinsatz.

Ruheformen im Zustand verminderter Vitalaktivität werden unterteilt in Hypobiose Und Kryptobiose, oder erzwungener Frieden Und physiologische Ruhe. Bei der Hypobiose kommt es unter dem direkten Druck ungünstiger Bedingungen zu einer Hemmung der Aktivität oder Erstarrung und hört fast sofort auf, nachdem sich diese Bedingungen wieder normalisiert haben (Abb. 9). Eine solche Unterdrückung lebenswichtiger Prozesse kann bei einem Mangel an Wärme, Wasser, Sauerstoff, einem Anstieg des osmotischen Drucks usw. auftreten. Entsprechend dem führenden äußeren Faktor gibt es erzwungene Ruhe Kryobiose(bei niedrigen Temperaturen), Anhydrobiose(bei Wassermangel), Anoxybiose(unter anaeroben Bedingungen), Hyperosmobiose(mit hohem Salzgehalt im Wasser) usw.

Nicht nur in der Arktis und Antarktis, sondern auch in den mittleren Breiten überwintern einige frostbeständige Arthropodenarten (Collembolen, eine Reihe von Fliegen, Laufkäfern usw.) in einem Zustand der Erstarrung, tauen schnell auf und gehen unter Aktivität über die Sonnenstrahlen und verlieren dann wieder ihre Beweglichkeit, wenn die Temperatur sinkt. Pflanzen, die im Frühjahr schlüpfen, stoppen ihr Wachstum und ihre Entwicklung und nehmen nach Abkühlung und Erwärmung wieder auf. Nach Regenfällen verfärben sich kahle Böden aufgrund der schnellen Vermehrung von Bodenalgen, die sich in einem erzwungenen Ruhezustand befanden, oft grün.

Reis. 9. Pagon – ein Stück Eis mit eingefrorenen Süßwasserbewohnern (aus S. A. Zernov, 1949)

Die Tiefe und Dauer der Stoffwechselunterdrückung während der Hypobiose hängt von der Dauer und Intensität des Hemmfaktors ab. Eine erzwungene Ruhephase findet in jedem Stadium der Ontogenese statt. Die Vorteile der Hypobiose liegen in der schnellen Wiederherstellung des aktiven Lebens. Dies ist jedoch ein relativ instabiler Zustand von Organismen und kann über einen längeren Zeitraum aufgrund des Ungleichgewichts der Stoffwechselprozesse, der Erschöpfung der Energieressourcen, der Ansammlung unteroxidierter Stoffwechselprodukte und anderer ungünstiger physiologischer Veränderungen schädlich sein.

Bei der Kryptobiose handelt es sich um eine grundlegend andere Form der Ruhephase. Es ist mit einem Komplex endogener physiologischer Veränderungen verbunden, die im Voraus auftreten, bevor ungünstige saisonale Veränderungen eintreten, und Organismen sind darauf vorbereitet. Kryptobiose ist eine Anpassung in erster Linie an die saisonale oder andere Periodizität abiotischer Umweltfaktoren, ihre regelmäßige Zyklizität. Es ist Teil des Lebenszyklus von Organismen und tritt nicht in irgendeinem Stadium auf, sondern in einem bestimmten Stadium der individuellen Entwicklung, das zeitlich auf kritische Perioden des Jahres abgestimmt ist.

Der Übergang in einen physiologischen Ruhezustand braucht Zeit. Dem gehen die Ansammlung von Reservestoffen, eine teilweise Austrocknung von Geweben und Organen, eine Abnahme der Intensität oxidativer Prozesse und eine Reihe anderer Veränderungen voraus, die im Allgemeinen den Gewebestoffwechsel reduzieren. Im Zustand der Kryptobiose werden Organismen um ein Vielfaches resistenter gegen schädliche Umwelteinflüsse (Abb. 10). Die wichtigsten biochemischen Umlagerungen sind in diesem Fall weitgehend bei Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen üblich (z. B. die Umstellung des Stoffwechsels in unterschiedlichem Ausmaß auf den glykolytischen Weg aufgrund von Reservekohlenhydraten usw.). Der Ausstieg aus der Kryptobiose erfordert ebenfalls Zeit und Energie und kann nicht durch einfaches Stoppen der negativen Wirkung des Faktors erreicht werden. Dies erfordert besondere Bedingungen, die für verschiedene Arten unterschiedlich sind (z. B. Gefrieren, Vorhandensein von flüssigem Tröpfchenwasser, eine bestimmte Länge der Tageslichtstunden, eine bestimmte Lichtqualität, obligatorische Temperaturschwankungen usw.).

Kryptobiose als Überlebensstrategie unter periodisch ungünstigen Bedingungen für ein aktives Leben ist ein Produkt langfristiger Evolution und natürlicher Selektion. Es ist in der Tierwelt weit verbreitet. Der Zustand der Kryptobiose ist beispielsweise charakteristisch für Pflanzensamen, Zysten und Sporen verschiedener Mikroorganismen, Pilze und Algen. Diapause von Arthropoden, Winterschlaf von Säugetieren und tiefe Ruhe von Pflanzen sind ebenfalls verschiedene Arten der Kryptobiose.

Reis. 10. Ein Regenwurm im Zustand der Diapause (nach V. Tishler, 1971)

Die Zustände Hypobiose, Kryptobiose und Anabiose sichern das Überleben von Arten unter natürlichen, oft extremen Bedingungen unterschiedlicher Breitengrade, ermöglichen die Erhaltung von Organismen über lange ungünstige Zeiträume, siedeln sich im Weltraum an und verschieben in vielerlei Hinsicht die Grenzen der Möglichkeit und Verbreitung von Leben Im Algemeinen.

Im Zusammenhang mit Umweltmanagement und Umweltschutzaktivitäten hört man oft von der Notwendigkeit, die Gesetze der natürlichen Entwicklung zu berücksichtigen. Der Mensch, der seine Rolle in der Biosphäre nur als eine der vielen Arten erkannt hat, die ihre Vielfalt bilden, als Teil davon, muss wie alle anderen den Naturgesetzen gehorchen. Gleichzeitig liegt die Stärke des Homo Sapiens nicht darin, die Natur durch die Demonstration ihrer Macht umzustrukturieren, sondern darin, die Gesetze ihrer Entwicklung richtig zu verstehen und ihnen zu folgen. Die Gesetze der Naturentwicklung sind für den Menschen Gesetze höherer Ordnung im Vergleich zu den Gesetzen der Gesellschaftsentwicklung. Das sind objektive Gesetze. Durch ihr Wirken und dank ihnen ist der Mensch entstanden und kann existieren. Die Gesetze der Gesellschaft werden vom Menschen zu seinem eigenen sozialen, politischen und wirtschaftlichen Zweck sowie zur Organisation und Gewährleistung des Gemeinschaftslebens geschrieben.

Die Kenntnis und Beachtung der Gesetze der natürlichen Entwicklung im Handeln von Mensch und Gesellschaft ist von entscheidender Bedeutung und wird als zwingend angesehen. Die Gesetze der Naturentwicklung, die sich im Zusammenspiel von Gesellschaft und Natur manifestieren, schaffen die naturwissenschaftlichen und philosophischen Grundlagen für verschiedene Aktivitäten im Umweltmanagement und Umweltschutz, auch auf dem Gebiet der Rechtswissenschaften. Die Berücksichtigung der Naturgesetze bei der Planung und Umsetzung umweltschädlicher Aktivitäten und deren Einhaltung sollte als Hauptkriterium für die Umweltgültigkeit und Zulässigkeit solcher Aktivitäten dienen. Ihre Kenntnisse und Berücksichtigung sind besonders wichtig bei der Umsetzung solcher rechtlicher Maßnahmen zum Naturschutz wie der Normung maximal zulässiger Eingriffe in die Natur, der Bewertung der Auswirkungen geplanter Aktivitäten auf die Umwelt, der Umweltverträglichkeitsprüfung, der Planung von Naturschutzmaßnahmen usw. Die Gesetze Bei der Ausarbeitung von Gesetzentwürfen zum Umweltschutz sollten auch Aspekte der Naturentwicklung berücksichtigt werden. Die Berücksichtigung und Einhaltung der Naturgesetze bei wirtschaftlichen, betriebswirtschaftlichen und anderen umweltbedeutsamen Entscheidungen ist eine der Voraussetzungen, die methodische Grundlage für die Bewältigung der Umweltkrise.

Betrachten wir einige Grundgesetze der Naturentwicklung, wie sie von einem der führenden Umweltwissenschaftler Russlands, Professor N.F., interpretiert werden. Reimers.

Gesetz der biogenen Migration von Atomen (V. I. Wernadski). Die Migration chemischer Elemente auf der Erdoberfläche und in der gesamten Biosphäre erfolgt entweder unter direkter Beteiligung lebender Materie (biogene Migration) oder findet in einer Umgebung statt, deren geochemische Eigenschaften (O 2, C0 2, H 2 usw.) .) werden durch lebende Materie bestimmt – sowohl diejenige, die derzeit in der Biosphäre lebt, als auch diejenige, die sich im Laufe der Erdgeschichte auf der Erde befand.

Nach diesem Gesetz, das eine wichtige theoretische und praktische Bedeutung hat, ist das Verständnis der allgemeinen chemischen Prozesse erforderlich, die auf der Erdoberfläche, in der Atmosphäre und in den Tiefen der Lithosphäre und in den von Organismen bewohnten Gewässern stattgefunden haben und ablaufen Die Untersuchung geologischer Schichten, die aus früheren Aktivitäten von Organismen bestehen, ist ohne Berücksichtigung biotischer und biogener Faktoren, einschließlich evolutionärer Faktoren, nicht möglich. Da der Mensch in erster Linie Einfluss auf die Biosphäre und ihre lebende Bevölkerung nimmt, verändert er damit die Bedingungen der biogenen Migration von Atomen und schafft so die Voraussetzungen für noch tiefergehende chemische Veränderungen in historischer Perspektive. Somit kann sich der Prozess selbst entwickeln, unabhängig von menschlichen Wünschen und praktisch im globalen Maßstab unkontrollierbar werden. Daher besteht eine der dringendsten Notwendigkeiten darin, die belebte Erdoberfläche in einem relativ unveränderten Zustand zu erhalten. Dasselbe Gesetz bestimmt auch die Notwendigkeit, bei allen Naturumwandlungsprojekten die Auswirkungen auf die Biota zu berücksichtigen. In diesen Fällen kommt es zu regionalen und lokalen Veränderungen chemischer Prozesse, die zu schwerwiegenden Fehlern bei der Umweltzerstörung – der Wüstenbildung – führen.

Gesetz des inneren dynamischen Gleichgewichts. Materie, Energie, Information und dynamische Qualitäten einzelner natürlicher Systeme und ihrer Hierarchie sind so miteinander verbunden, dass jede Änderung eines dieser Indikatoren begleitende funktionelle strukturelle qualitative und quantitative Veränderungen zur Folge hat, die die Gesamtsumme der materiellen Energie, Information und dynamischen Qualitäten des Systems bewahren Systeme, in denen diese Änderungen auftreten, oder in ihrer Hierarchie.

Eine Reihe von Konsequenzen dieses Gesetzes wurden empirisch nachgewiesen:

• a) Jede Veränderung der Umwelt (Stoffe, Energie, Informationen, dynamische Eigenschaften von Ökosystemen) führt unweigerlich zur Entwicklung natürlicher Kettenreaktionen, die darauf abzielen, die Veränderung oder die Bildung neuer natürlicher Systeme zu neutralisieren, deren Bildung mit erheblichen Veränderungen einhergeht die Umwelt, kann irreversibel werden;
• b) das Zusammenspiel von stofflich-energetischen Umweltkomponenten (Energie, Gase, Flüssigkeiten etc.), Informationen und dynamischen Eigenschaften natürlicher Systeme ist nicht quantitativ linear, d.h. eine schwache Auswirkung oder Änderung eines der Indikatoren kann zu starken Abweichungen bei anderen (und im gesamten System als Ganzes) führen;
• c) Die in großen Ökosystemen hervorgerufenen Veränderungen sind relativ irreversibel. Indem sie die Hierarchie von unten nach oben durchlaufen – vom Ort des Aufpralls bis zur Biosphäre als Ganzes – verändern sie globale Prozesse und überführen sie dadurch auf eine neue Evolutionsebene;
• d) Jede lokale Transformation der Natur führt zu Reaktionen in der globalen Gesamtheit der Biosphäre und in ihren größten Teilbereichen, die zu einer relativen Konstanz des ökologischen und wirtschaftlichen Potenzials führen („Trishkin-Kaftan-Regel“), deren Steigerung nur durch a möglich ist deutlicher Anstieg der Energieinvestitionen.

Das Gesetz des inneren dynamischen Gleichgewichts ist eine der zentralen Bestimmungen des Umweltmanagements. Während Umweltveränderungen schwach sind und sich auf ein relativ kleines Gebiet auswirken, sind sie entweder auf einen bestimmten Ort beschränkt oder „verschwinden“ in der Kette der Ökosystemhierarchie. Sobald aber Veränderungen für große Ökosysteme ein signifikantes Ausmaß erreichen, beispielsweise auf der Skala großer Flusseinzugsgebiete, führen sie zu erheblichen Verschiebungen in diesen riesigen natürlichen Formationen und durch sie, gemäß Folger b), im gesamten Biosphäre der Erde.

Das „Alles oder Nichts“-Gesetz (X. Boulich). Schwache Einflüsse können im natürlichen System erst dann Reaktionen hervorrufen, wenn sie sich angesammelt haben und zur Entwicklung eines heftigen dynamischen Prozesses führen. Das Gesetz ist bei Umweltprognosen nützlich.

Gesetz der Konstanz (V.I. Wernadski). Die Menge an lebender Materie in der Natur (für einen bestimmten geologischen Zeitraum) ist eine Konstante. Jede Änderung der Menge an lebender Materie in einer der Regionen der Biosphäre führt zwangsläufig zu einer Änderung gleicher Größe in jeder Region, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen. Polarveränderungen können in Naturmanagementprozessen genutzt werden, es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass nicht immer ein ausreichender Ersatz erfolgt. Typischerweise werden hochentwickelte Arten und Ökosysteme durch andere auf einer relativ evolutionär niedrigeren Ebene ersetzt (große Organismen durch kleinere) und Formen, die für den Menschen nützlich sind, werden durch weniger nützliche, neutrale oder sogar schädliche Formen ersetzt.

Gesetz des Minimums (J. Liebig). Die Ausdauer eines Organismus wird durch das schwächste Glied in der Kette seiner Umweltbedürfnisse bestimmt, d. h. Die Lebenschancen werden durch Umweltfaktoren eingeschränkt, deren Quantität und Qualität nahezu dem für den Organismus oder das Ökosystem erforderlichen Minimum entsprechen. ihre weitere Reduzierung führt zum Absterben des Organismus oder zur Zerstörung des Ökosystems.

Gesetz der begrenzten natürlichen Ressourcen. Alle natürlichen Ressourcen (und Bedingungen) der Erde sind endlich. Das Gesetz basiert auf der Tatsache, dass der Planet ein natürlich begrenztes Ganzes ist und auf ihm keine unendlichen Teile existieren können. Folglich entstand die Kategorie der „unerschöpflichen“ natürlichen Ressourcen aufgrund eines Missverständnisses.

Das Gesetz der Entwicklung eines natürlichen Systems auf Kosten seiner Umwelt. Jedes natürliche System kann sich nur durch die Nutzung der Material-, Energie- und Informationskapazitäten seiner Umgebung entwickeln. Eine völlig isolierte Selbstentwicklung ist unmöglich. Dasselbe Gesetz hat aufgrund seiner wichtigsten Konsequenzen eine äußerst wichtige theoretische und praktische Bedeutung:

• a) eine absolut abfallfreie Produktion ist unmöglich;
• b) jedes höher organisierte biotische System (z. B. eine lebende Art), das die Lebensumgebung nutzt und verändert, stellt eine potenzielle Bedrohung für weniger organisierte Systeme dar;
• c) Die Biosphäre der Erde als System entwickelt sich nicht nur auf Kosten der Ressourcen des Planeten, sondern indirekt auf Kosten und unter dem kontrollierten Einfluss von Weltraumsystemen (vor allem dem solaren).

Nach der ersten Folgerung können wir nur mit einer abfallarmen Produktion rechnen. Daher sollte die erste Stufe bei der Entwicklung von Technologien ihre geringe Ressourcenintensität sein (sowohl am Input als auch am Output – Wirtschaftlichkeit und unbedeutende Emissionen), die zweite Stufe wird die Schaffung einer zyklischen Produktion sein (Abfälle einiger können Rohstoffe für andere sein). ) und drittens – die Organisation einer angemessenen Entsorgung unvermeidlicher Rückstände und der Neutralisierung nicht entfernbarer Energieabfälle. Die Vorstellung, dass die Biosphäre nach dem Prinzip der Verschwendungslosigkeit funktioniert, ist falsch, da sie immer Stoffe ansammelt, die dem biologischen Kreislauf entzogen sind und Sedimentgesteine ​​bilden.

Nach der zweiten Folge des betrachteten Gesetzes erfordert der menschliche Einfluss auf die Natur Maßnahmen zur Neutralisierung dieser Einflüsse, da sie für die übrige Natur zerstörerisch sein können und gemäß der Regel der Übereinstimmung der Umweltbedingungen mit der genetischen Vorbestimmung des Organismus , die Person selbst bedrohen. In dieser Hinsicht ist Naturschutz einer der zwingenden Bestandteile der sozioökonomischen Entwicklung einer hochentwickelten Gesellschaft.

Die dritte Implikation des Gesetzes ist für langfristige Prognosen von besonderer Bedeutung. Dies muss bei der Betrachtung aller auf der Erde ablaufenden Prozesse berücksichtigt werden.

Gesetz (Muster) zur Reduzierung der Umweltintensität von Fertigprodukten. Der spezifische Gehalt an Naturstoffen in der durchschnittlichen Einheit eines gesellschaftlichen Produkts nimmt historisch gesehen stetig ab. Dies bedeutet nicht, dass weniger natürliche Stoffe in den Produktionsprozess einbezogen werden. Im Gegenteil, seine Menge nimmt zu – bis zu 95–98 % des bei der Produktion verbrauchten Naturstoffs werden weggeworfen. Allerdings enthalten die Endprodukte der gesellschaftlichen Produktion heute wahrscheinlich im Durchschnitt weniger natürliche Substanz als in der fernen Vergangenheit. Dies wird durch die Miniaturisierung von Produkten, den Ersatz natürlicher Materialien und Produkte durch synthetische sowie andere Phänomene erklärt. Da genaue Berechnungen noch nicht vorliegen (sie sind methodisch schwierig), hat dieses Gesetz den Charakter einer Expertenmeinung.

Das Gesetz zur Reduzierung der Energieeffizienz des Umweltmanagements. Im Laufe der historischen Zeit wird bei der Gewinnung nützlicher Produkte aus natürlichen Systemen im Durchschnitt immer mehr Energie pro Einheit aufgewendet.

Der Energieverbrauch pro Person (in kcal/Tag) betrug in der Steinzeit etwa 4.000, in einer Agrargesellschaft 12.000, im Industriezeitalter 7.000 und in den fortgeschrittenen Industrieländern der Gegenwart 230-250.000 . , d.h. 58-62-mal mehr als bei entfernten Vorfahren. Seit Beginn dieses Jahrhunderts ist der Energieaufwand für eine Einheit landwirtschaftlicher Produkte in den Industrieländern um das Acht- bis Zehnfache gestiegen. Die Gesamtenergieeffizienz der landwirtschaftlichen Produktion (das Verhältnis von Energieeinsatz und Energie aus Fertigprodukten) ist in Industrieländern etwa 30-mal niedriger als unter Bedingungen der primitiven Landwirtschaft. In einigen Fällen führt eine Verzehnfachung der Energiekosten für Düngemittel und Feldbewirtschaftung nur zu einer sehr geringen (10-15 %) Steigerung des Ertrags. Dies ist auf die Notwendigkeit zurückzuführen, parallel zur Verbesserung der Agrartechnologie die allgemeine Umweltsituation und die damit verbundenen Einschränkungen zu berücksichtigen. In den frühen 80ern. Der spezifische Energieverbrauch pro Einheit des Bruttosozialprodukts (BSP) konnte durch energische Energiesparmaßnahmen in den Industrieländern um 15 % gesenkt werden. Im letzten Jahrzehnt ist das BSP hier um 20 % und der Energieverbrauch nur um 2 % gestiegen (dies wurde durch die Beseitigung ungerechtfertigter Energieverluste möglich).

Gesetz der abnehmenden (natürlichen) Fruchtbarkeit. Aufgrund der ständigen Ernte und Störung natürlicher Bodenbildungsprozesse sowie der langfristigen Monokultur infolge der Anreicherung von Giftstoffen, die von Pflanzen freigesetzt werden, kommt es auf Kulturflächen zu einem allmählichen Rückgang der natürlichen Bodenfruchtbarkeit. Dieser Prozess wird teilweise durch die Ansammlung von Biomasse in den unterirdischen Teilen der Kulturpflanzen, hauptsächlich aber durch die Ausbringung von Düngemitteln (Schaffung künstlicher Fruchtbarkeit) neutralisiert. Bisher ist die Fruchtbarkeit auf etwa 50 % aller Ackerflächen der Welt (von 1,5 bis 1,6 bis 2 Milliarden Hektar) bis zu einem gewissen Grad zurückgegangen, wobei die durchschnittliche Verlustrate in den 70er Jahren lag. 6,8, in den 80er Jahren - etwa 7 Millionen Hektar pro Jahr. Die Intensivierung der Landwirtschaft ermöglicht es, mit weniger menschlicher Arbeit immer größere Erträge zu erzielen und die Wirkung des Gesetzes der sinkenden Erträge teilweise zu neutralisieren, gleichzeitig sinkt jedoch die Energieeffizienz der Produktion.

Das Gesetz der physikalischen und chemischen Einheit der lebenden Materie (W. I. Wernadski). Alle lebende Materie auf der Erde ist physikalisch und chemisch vereint. Aus dem Gesetz ergibt sich natürlich eine Konsequenz: Was für einen Teil einer lebenden Substanz schädlich ist, kann für einen anderen Teil davon nicht gleichgültig sein, oder: Was für einige Arten von Lebewesen schädlich ist, ist auch für andere schädlich. Daher können alle physikalischen und chemischen Wirkstoffe, die für einige Organismen tödlich sind (z. B. Schädlingsbekämpfungsmittel), eine schädliche Wirkung auf andere Organismen haben. Der einzige Unterschied besteht im Grad der Resistenz der Art gegenüber dem Mittel. Da es in jeder großen Population immer Individuen unterschiedlicher Qualität gibt, darunter auch solche, die gegen physikalisch-chemische Einflüsse weniger oder resistenter sind, ist die Selektionsrate für die Widerstandsfähigkeit von Populationen gegenüber einem schädlichen Agens direkt proportional zur Reproduktionsrate von Organismen und deren Geschwindigkeit Generationswechsel. Auf dieser Grundlage wird mit der zunehmenden Wirkung eines physikalisch-chemischen Faktors, gegen den ein Organismus mit einem relativ langsamen Generationswechsel resistent ist, auf eine weniger stabile, aber sich schneller reproduzierende Art ihre Fähigkeit, dem betreffenden Faktor zu widerstehen, gleich. Deshalb ist der langfristige Einsatz chemischer Methoden zur Bekämpfung von Pflanzenschädlingen und Krankheitserregern von Menschen und Warmblütern aus ökologischer Sicht nicht akzeptabel. Mit der Selektion resistenter Individuen schnell reproduzierender Arthropoden müssen die Behandlungsraten erhöht werden. Diese erhöhten Konzentrationen erweisen sich jedoch als wirkungslos, haben jedoch gravierende Auswirkungen auf die Gesundheit von Menschen und Wirbeltieren.

Gesetz der ökologischen Korrelation. In einem Ökosystem wie in jeder anderen integralen natürlichen Systemformation, insbesondere in einer biotischen Gemeinschaft, sind alle darin enthaltenen lebenden Arten und abiotischen ökologischen Komponenten funktionell konsistent miteinander. Der Verlust eines Systemteils (z. B. die Vernichtung einer Art) führt zwangsläufig zum Ausschluss aller anderen mit diesem Systemteil eng verbundenen Systemteile und zu einer funktionalen Veränderung des Ganzen im Rahmen des Gesetz des inneren dynamischen Gleichgewichts. Das Gesetz der ökologischen Korrelation ist besonders wichtig für die Erhaltung lebender Arten, die niemals isoliert verschwinden, sondern immer in einer verbundenen Gruppe. Die Wirkung des Gesetzes führt zu abrupten Veränderungen der ökologischen Nachhaltigkeit: Wenn die Schwelle der Veränderung der funktionalen Integrität erreicht wird, kommt es zu einem (oft unerwarteten) Zusammenbruch – das Ökosystem verliert seine Eigenschaft der Zuverlässigkeit. Beispielsweise führt ein mehrfacher Anstieg der Konzentration eines Schadstoffes möglicherweise nicht zu katastrophalen Folgen, ein unbedeutender Anstieg führt jedoch zu einer Katastrophe.

Der berühmte amerikanische Umweltwissenschaftler B. Commoner reduziert die Grundgesetze der Ökologie auf Folgendes: 1) Alles ist mit allem verbunden; 2) alles muss irgendwohin gehen; 3) die Natur „weiß“ es besser; 4) Nichts wird umsonst gegeben.

Typ, seine Kriterien. Eine Population ist eine Struktureinheit einer Art und eine elementare Einheit der Evolution. Mikroevolution. Bildung neuer Arten. Methoden der Artbildung. Erhaltung der Artenvielfalt als Grundlage für die Nachhaltigkeit der Biosphäre

Typ, seine Kriterien

Der Begründer der modernen Taxonomie, C. Linnaeus, betrachtete eine Art als eine Gruppe von Organismen mit ähnlichen morphologischen Merkmalen, die sich frei kreuzen. Mit der Entwicklung der Biologie wurde nachgewiesen, dass die Unterschiede zwischen den Arten viel tiefer liegen und die chemische Zusammensetzung und Konzentration von Substanzen in Geweben, die Richtung und Geschwindigkeit chemischer Reaktionen, die Art und Intensität lebenswichtiger Prozesse, die Anzahl und Form der Chromosomen beeinflussen. d. h. die Art ist die kleinste Gruppe von Organismen, die ihre enge Verwandtschaft widerspiegelt. Darüber hinaus existieren Arten nicht für immer – sie entstehen, entwickeln sich, bringen neue Arten hervor und verschwinden.

Sicht- Hierbei handelt es sich um eine Ansammlung von Individuen, die in Struktur und Merkmalen der Lebensprozesse ähnlich sind, einen gemeinsamen Ursprung haben, sich in der Natur frei miteinander kreuzen und fruchtbare Nachkommen hervorbringen.

Alle Individuen derselben Art haben den gleichen Karyotyp und bewohnen ein bestimmtes geografisches Gebiet in der Natur – Bereich

Als Zeichen der Ähnlichkeit zwischen Individuen derselben Art werden bezeichnet Typkriterien. Da keines der Kriterien absolut ist, ist es zur korrekten Bestimmung des Typs erforderlich, eine Reihe von Kriterien zu verwenden.

Die Hauptkriterien einer Art sind morphologische, physiologische, biochemische, ökologische, geografische, ethologische (Verhaltens-) und genetische Kriterien.

1. Morphologisch- eine Reihe äußerer und innerer Merkmale von Organismen derselben Art. Obwohl einige Arten einzigartige Merkmale aufweisen, ist es oft sehr schwierig, eng verwandte Arten allein anhand morphologischer Merkmale zu unterscheiden. So wurden kürzlich eine Reihe von Zwillingsarten entdeckt, die im selben Gebiet leben, beispielsweise die Hausmaus und die Kurganchik-Maus. Daher ist es nicht akzeptabel, zur Bestimmung der Art ausschließlich morphologische Kriterien zu verwenden.
2. Physiologisch- die Ähnlichkeit der Lebensprozesse in Organismen, vor allem der Fortpflanzung. Es ist auch nicht universell, da sich einige Arten in der Natur kreuzen und fruchtbare Nachkommen hervorbringen.
3. Biochemisch- Ähnlichkeit der chemischen Zusammensetzung und der Stoffwechselprozesse. Obwohl diese Indikatoren bei verschiedenen Individuen derselben Art erheblich variieren können, erhalten sie derzeit große Aufmerksamkeit, da die Strukturmerkmale und die Zusammensetzung von Biopolymeren dabei helfen, Arten auch auf molekularer Ebene zu identifizieren und den Grad ihrer Verwandtschaft festzustellen.
4. Ökologisch- Unterscheidung der Arten nach ihrer Zugehörigkeit zu bestimmten Ökosystemen und den von ihnen besetzten ökologischen Nischen. Allerdings besetzen viele nicht verwandte Arten ähnliche ökologische Nischen, sodass dieses Kriterium nur in Kombination mit anderen Merkmalen zur Unterscheidung einer Art herangezogen werden kann.
5. Geografisch- die Existenz einer Population jeder Art in einem bestimmten Teil der Biosphäre – einem Gebiet, das sich von den Gebieten aller anderen Arten unterscheidet. Aufgrund der Tatsache, dass bei vielen Arten die Grenzen ihrer Verbreitungsgebiete übereinstimmen und es auch eine Reihe kosmopolitischer Arten gibt, deren Verbreitungsgebiet weite Gebiete abdeckt, kann das geografische Kriterium auch nicht als Markierungsmerkmal „Art“ dienen.
6. Genetisch- Konstanz der Eigenschaften des Chromosomensatzes – Karyotyp – und der Nukleotidzusammensetzung der DNA bei Individuen derselben Art. Aufgrund der Tatsache, dass sich nicht homologe Chromosomen während der Meiose nicht konjugieren können, kommen Nachkommen aus der Kreuzung von Individuen verschiedener Arten mit einem ungleichen Chromosomensatz entweder überhaupt nicht vor oder sind nicht fruchtbar. Dies schafft eine reproduktive Isolation der Art, bewahrt ihre Integrität und sichert die Realität der Existenz in der Natur. Diese Regel kann bei der Kreuzung von Arten ähnlicher Herkunft mit demselben Karyotyp oder beim Auftreten verschiedener Mutationen verletzt werden, die Ausnahme bestätigt jedoch nur die allgemeine Regel und Arten sollten als stabile genetische Systeme betrachtet werden. Das genetische Kriterium ist das wichtigste im System der Artenkriterien, aber auch nicht erschöpfend.

Trotz der Komplexität des Kriteriensystems kann eine Art nicht als Gruppe von in jeder Hinsicht absolut identischen Organismen, also als Klone, dargestellt werden. Im Gegenteil, viele Arten zeichnen sich durch eine erhebliche Vielfalt auch in den äußeren Merkmalen aus, da beispielsweise einige Populationen von Marienkäfern durch eine vorherrschende rote Farbe gekennzeichnet sind, während andere durch eine vorherrschende schwarze Farbe gekennzeichnet sind.

Die Population ist eine strukturelle Einheit einer Art und eine elementare Einheit der Evolution

Es ist schwer vorstellbar, dass Individuen einer Art in der Realität innerhalb des Verbreitungsgebiets gleichmäßig über die Erdoberfläche verteilt wären, da beispielsweise der Seefrosch hauptsächlich in eher seltenen stehenden Süßwasserkörpern lebt und kaum anzutreffen ist in Feldern und Wäldern. Arten in der Natur werden am häufigsten in separate Gruppen eingeteilt, abhängig von der Kombination der für ihre Lebensräume – Populationen – geeigneten Bedingungen.

Bevölkerung- eine Gruppe von Individuen derselben Art, die einen Teil ihres Verbreitungsgebiets besetzen, sich frei miteinander kreuzen und für mehr oder weniger lange Zeit relativ isoliert von anderen Gruppen von Individuen derselben Art sind.

Populationen können nicht nur räumlich getrennt sein; sie können sogar im selben Gebiet leben, aber Unterschiede in den Ernährungspräferenzen, dem Zeitpunkt der Fortpflanzung usw. aufweisen.

Somit ist eine Art eine Ansammlung von Populationen von Individuen, die eine Reihe gemeinsamer morphologischer, physiologischer, biochemischer Merkmale und Arten von Beziehungen zur Umwelt aufweisen, ein bestimmtes Gebiet bewohnen und auch in der Lage sind, sich miteinander zu kreuzen, um fruchtbare Nachkommen zu bilden, aber fast oder gar keine Kreuzung mit anderen Gruppen von Individuen derselben Art.

Innerhalb von Arten mit großen Verbreitungsgebieten, die Gebiete mit unterschiedlichen Lebensbedingungen abdecken, werden sie manchmal unterschieden Unterart- große Populationen oder Gruppen benachbarter Populationen, die anhaltende morphologische Unterschiede zu anderen Populationen aufweisen.

Populationen sind nicht zufällig über die Erdoberfläche verstreut, sondern an bestimmte Gebiete gebunden. Die Gesamtheit aller Faktoren der unbelebten Natur, die für den Aufenthalt von Individuen einer bestimmten Art notwendig sind, wird genannt Lebensraum. Diese Faktoren allein reichen jedoch möglicherweise nicht aus, damit eine Population dieses Gebiet besetzen kann, da sie dennoch in enger Wechselwirkung mit Populationen anderer Arten stehen muss, also einen bestimmten Platz in der Gemeinschaft lebender Organismen einnehmen muss – ökologische Nische. Daher kann der australische Beuteltierkoala unter sonst gleichen Bedingungen nicht ohne seine Hauptnahrungsquelle – Eukalyptus – existieren.

Populationen verschiedener Arten, die in denselben Lebensräumen eine untrennbare Einheit bilden, stellen meist einen mehr oder weniger geschlossenen Stoffkreislauf dar und sind elementare ökologische Systeme (Ökosysteme) – Biogeozänosen.

Trotz aller Anforderungen an die Umweltbedingungen sind Populationen derselben Art hinsichtlich Fläche, Anzahl, Dichte und räumlicher Verteilung der Individuen heterogen und bilden häufig kleinere Gruppen (Familien, Schwärme, Herden usw.), Geschlecht, Alter, Genpool usw . . Daher werden ihre Größe, ihr Alter, ihr Geschlecht, ihre räumlichen, genetischen, ethologischen und anderen Strukturen sowie ihre Dynamik unterschieden.

Wichtige Merkmale einer Population sind gen Pool- eine Reihe von Genen, die für Individuen einer bestimmten Population oder Art charakteristisch sind, sowie die Häufigkeit bestimmter Allele und Genotypen. Unterschiedliche Populationen derselben Art verfügen zunächst über unterschiedliche Genpools, da neue Territorien von Individuen mit zufälligen und nicht speziell ausgewählten Genen besiedelt werden. Unter dem Einfluss interner und externer Faktoren erfährt der Genpool noch deutlichere Veränderungen: Er wird durch das Auftreten von Mutationen und einer neuen Kombination von Merkmalen angereichert und durch den Verlust einzelner Allele beim Tod oder bei der Migration erschöpft eine bestimmte Anzahl von Personen.

Neue Merkmale und ihre Kombinationen können vorteilhaft, neutral oder schädlich sein. Daher überleben und vermehren sich nur Individuen, die an die gegebenen Umweltbedingungen angepasst sind, erfolgreich in der Population. An zwei verschiedenen Punkten der Erdoberfläche sind die Umweltbedingungen jedoch nie völlig identisch, sodass die Richtung der Veränderungen auch in zwei benachbarten Populationen völlig entgegengesetzt sein kann oder sie unterschiedlich schnell auftreten. Das Ergebnis von Veränderungen im Genpool ist die Divergenz der Populationen nach morphologischen, physiologischen, biochemischen und anderen Merkmalen. Wenn Populationen zudem voneinander isoliert werden, können daraus neue Arten entstehen.

So führt das Auftreten von Hindernissen bei der Kreuzung von Individuen verschiedener Populationen derselben Art, beispielsweise aufgrund der Bildung von Gebirgszügen, Veränderungen in Flussbetten, unterschiedlichen Fortpflanzungszeitpunkten usw., dazu dass Populationen nach und nach immer mehr Unterschiede annehmen und schließlich zu unterschiedlichen Arten werden. An den Grenzen dieser Populationen kommt es einige Zeit zu Kreuzungen von Individuen und es entstehen Hybriden, aber mit der Zeit verschwinden diese Kontakte, d. h. Populationen aus offenen genetischen Systemen werden geschlossen.

Obwohl Individuen in erster Linie Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, sind Veränderungen in der genetischen Zusammensetzung eines einzelnen Organismus unbedeutend und treten bestenfalls nur bei seinen Nachkommen auf. Auch Unterarten, Arten und größere Taxa eignen sich nicht für die Rolle elementarer Evolutionseinheiten, da sie sich nicht in morphologischer, physiologischer, biochemischer, ökologischer, geografischer und genetischer Einheit unterscheiden, während Populationen die kleinsten Struktureinheiten einer Art sind, die sich anhäufen Eine Vielzahl zufälliger Veränderungen, von denen die schlimmsten beseitigt werden, entsprechen diesem Zustand und sind elementare Einheiten der Evolution.

Mikroevolution

Eine Veränderung der genetischen Struktur von Populationen führt nicht immer zur Entstehung einer neuen Art, sondern kann lediglich die Anpassung der Population an bestimmte Umweltbedingungen verbessern; Arten sind jedoch nicht ewig und unveränderlich – sie sind entwicklungsfähig. Dieser Prozess der irreversiblen historischen Veränderung von Lebewesen wird Evolution genannt. Primäre evolutionäre Transformationen finden innerhalb einer Art auf Populationsebene statt. Sie basieren in erster Linie auf dem Mutationsprozess und der natürlichen Selektion, die zu Veränderungen im Genpool von Populationen und der gesamten Art oder sogar zur Bildung neuer Arten führen. Die Menge dieser elementaren Evolutionsereignisse heißt Mikroevolution.

Populationen zeichnen sich durch eine enorme genetische Vielfalt aus, die häufig nicht phänotypisch zum Ausdruck kommt. Genetische Vielfalt entsteht durch spontane Mutagenese, die kontinuierlich stattfindet. Die meisten Mutationen sind für den Organismus ungünstig und verringern die Lebensfähigkeit der Gesamtpopulation. Wenn sie jedoch rezessiv sind, können sie bei Heterozygoten lange bestehen bleiben. Einige Mutationen, die unter bestimmten Existenzbedingungen keinen adaptiven Wert haben, können in der Zukunft oder bei der Entwicklung neuer ökologischer Nischen einen solchen Wert erlangen und so eine Reserve erblicher Variabilität schaffen.

Mikroevolutionäre Prozesse werden maßgeblich durch Schwankungen der Individuenzahl in Populationen, Migration und Katastrophen sowie die Isolation von Populationen und Arten beeinflusst.

Eine neue Art ist ein Zwischenergebnis der Evolution, aber keineswegs ihr Ergebnis, denn die Mikroevolution hört hier nicht auf, sondern geht weiter. Aufkommende neue Arten besiedeln im Falle einer gelungenen Kombination von Merkmalen neue Lebensräume und führen wiederum zur Entstehung neuer Arten. Solche Gruppen eng verwandter Arten werden zu Gattungen, Familien usw. zusammengefasst. Evolutionsprozesse, die in supraspezifischen Gruppen ablaufen, werden bereits als Makroevolution bezeichnet. Im Gegensatz zu Makroevolution, Die Mikroevolution findet in einem viel kürzeren Zeitraum statt, während die erste wie die menschliche Evolution Zehntausende und Hunderttausende und Millionen Jahre erfordert.

Durch die Mikroevolution entsteht die gesamte Artenvielfalt lebender Organismen, die jemals existiert hat und heute auf der Erde lebt.

Gleichzeitig ist die Evolution irreversibel und Arten, die bereits verschwunden sind, entstehen nie wieder. Aufkommende Arten festigen alles, was im Laufe der Evolution erreicht wurde. Dies garantiert jedoch nicht, dass in Zukunft keine neuen Arten auftauchen, die sich weiter an die Umweltbedingungen anpassen.

Bildung neuer Arten

Im weitesten Sinne wird unter der Bildung neuer Arten nicht nur die Abspaltung einer neuen Art vom Hauptstamm oder der Zerfall der Elternart in mehrere Tochterarten verstanden, sondern auch die allgemeine Entwicklung der Art als ganzheitliches System , was zu erheblichen Veränderungen in seiner morphostrukturellen Organisation führt. Allerdings meistens Artbildung wird als ein Prozess der Bildung neuer Arten durch die Verzweigung des „Stammbaums“ der Art betrachtet.

Eine grundlegende Lösung des Artbildungsproblems wurde von Charles Darwin vorgeschlagen. Nach seiner Theorie führt die Ausbreitung von Individuen derselben Art zur Bildung von Populationen, die aufgrund unterschiedlicher Umweltbedingungen gezwungen sind, sich an diese anzupassen. Dies wiederum bringt eine Intensivierung des intraspezifischen Existenzkampfes mit sich, der durch die natürliche Selektion gesteuert wird. Derzeit geht man davon aus, dass der Kampf ums Dasein überhaupt kein zwingender Faktor bei der Artbildung ist; im Gegenteil, der Selektionsdruck in einer Reihe von Populationen könnte abnehmen. Unterschiede in den Lebensbedingungen tragen zur Entstehung ungleicher adaptiver Veränderungen in Populationen einer Art bei, deren Folge eine Divergenz der Merkmale und Eigenschaften der Populationen ist – Abweichungen.

Die Anhäufung von Unterschieden, auch auf genetischer Ebene, reicht jedoch keineswegs für die Entstehung einer neuen Art aus. Solange Populationen, die sich in einigen Merkmalen unterscheiden, nicht nur in Kontakt stehen, sondern auch zur Kreuzung mit der Bildung fruchtbarer Nachkommen fähig sind, gehören sie derselben Art an. Nur die Unmöglichkeit des Genflusses von einer Individuengruppe zur anderen, selbst im Falle der Zerstörung der sie trennenden Barrieren, also der Überquerung, bedeutet den Abschluss des komplexesten Evolutionsprozesses der Bildung einer neuen Art.

Artbildung ist eine Fortsetzung mikroevolutionärer Prozesse. Es besteht die Ansicht, dass die Artbildung nicht auf die Mikroevolution reduziert werden kann; sie stellt eine qualitative Stufe der Evolution dar und wird dank anderer Mechanismen durchgeführt.

Methoden der Artbildung

Es gibt zwei Hauptmethoden der Artbildung: allopatrische und sympatrische.

Allopatrisch, oder geografische Artbildung ist eine Folge der räumlichen Trennung von Populationen durch physische Barrieren (Gebirge, Meere und Flüsse) aufgrund ihrer Entstehung oder Ausbreitung in neue Lebensräume (geografische Isolation). Da sich in diesem Fall der Genpool der abgetrennten Population erheblich vom mütterlichen unterscheidet und die Bedingungen in ihrem Lebensraum nicht mit den ursprünglichen übereinstimmen, führt dies im Laufe der Zeit zu einer Divergenz und zur Bildung einer neuen Art. Ein eindrucksvolles Beispiel für geografische Artbildung ist die Vielfalt der Finkenarten, die Charles Darwin während seiner Reise auf dem Beagle-Schiff auf den Galapagos-Inseln vor der Küste Ecuadors entdeckte. Anscheinend landeten einzelne Individuen des einzigen auf dem südamerikanischen Kontinent lebenden Finken irgendwie auf den Inseln und entwickelten sich aufgrund unterschiedlicher Bedingungen (hauptsächlich Nahrungsverfügbarkeit) und geografischer Isolation nach und nach zu einer Gruppe verwandter Arten.

Im Kern sympatrisch, oder biologische Artbildung Es liegt eine Form der reproduktiven Isolation vor, bei der neue Arten im Verbreitungsgebiet der ursprünglichen Arten entstehen. Voraussetzung für die sympatrische Artbildung ist die schnelle Isolierung der resultierenden Formen. Dies ist ein schnellerer Prozess als die allopatrische Artbildung, und neue Formen ähneln den ursprünglichen Vorfahren.

Sympatrische Artbildung kann durch schnelle Veränderungen der Chromosomenzusammensetzung (Polyploidisierung) oder chromosomale Umlagerungen verursacht werden. Manchmal entstehen neue Arten durch Kreuzung zweier ursprünglicher Arten, wie zum Beispiel bei der Hauspflaume, die eine Kreuzung aus Schlehe und Kirschpflaume ist. In einigen Fällen ist die sympatrische Artbildung mit der Aufteilung ökologischer Nischen in Populationen derselben Art innerhalb eines einzigen Verbreitungsgebiets oder mit saisonaler Isolation verbunden – Divergenz im Zeitpunkt der Fortpflanzung in Pflanzen (verschiedene Kiefernarten in Kalifornien produzieren im Februar und April Staub). und im Zeitpunkt der Fortpflanzung bei Tieren.

Von der gesamten Vielfalt neu entstehender Arten können nur wenige, die am besten angepassten, lange existieren und neue Arten hervorbringen. Die Gründe für das Aussterben der meisten Arten sind noch unbekannt; höchstwahrscheinlich ist dies auf plötzliche Klimaveränderungen, geologische Prozesse und deren Verdrängung durch besser angepasste Organismen zurückzuführen. Einer der Gründe für das Aussterben einer beträchtlichen Anzahl von Arten ist derzeit der Mensch, der die größten Tiere und die schönsten Pflanzen ausrottet, und wenn dieser Prozess im 17. Jahrhundert erst mit der Ausrottung der letzten Runde begann, dann in der Im 21. Jahrhundert verschwinden stündlich mehr als 10 Arten.

Erhaltung der Artenvielfalt als Grundlage für die Nachhaltigkeit der Biosphäre

Trotz der Tatsache, dass der Planet nach verschiedenen Schätzungen 5–10 Millionen Arten von Organismen beherbergt, die noch nicht beschrieben wurden, werden wir von der Existenz der meisten von ihnen nie erfahren, da etwa 50 Arten von der Oberfläche verschwinden die Erde jede Stunde. Das heutige Verschwinden lebender Organismen ist nicht unbedingt mit ihrer physischen Ausrottung verbunden; häufiger ist es auf die Zerstörung ihrer natürlichen Lebensräume durch menschliche Aktivitäten zurückzuführen. Es ist unwahrscheinlich, dass das Aussterben einer einzelnen Art fatale Folgen für die Biosphäre hat. Es ist jedoch seit langem bekannt, dass das Aussterben einer Pflanzenart das Aussterben von 10–12 Tierarten mit sich bringt, und dies stellt bereits eine Bedrohung für beide Arten dar Existenz einzelner Biogeozänosen und für das globale Ökosystem im Allgemeinen.

Die in den vergangenen Jahrzehnten gesammelten traurigen Fakten zwangen die Internationale Union zur Erhaltung der Natur und der natürlichen Ressourcen (IUCN) 1949, mit der Sammlung von Informationen über seltene und gefährdete Pflanzen- und Tierarten zu beginnen. 1966 veröffentlichte die IUCN das erste Rote Buch der Fakten.

Rotes Buch ist ein offizielles Dokument, das regelmäßig aktualisierte Daten über den Status und die Verbreitung seltener und gefährdeter Pflanzen-, Tier- und Pilzarten enthält.

In diesem Dokument wurde eine fünfstufige Skala für den Status einer geschützten Art angenommen, wobei die erste Schutzstufe Arten umfasst, deren Rettung ohne besondere Maßnahmen nicht möglich ist, und die fünfte wiederhergestellte Art, deren Zustand dank der ergriffenen Maßnahmen jedoch nicht erreicht werden kann Kein Grund zur Besorgnis, aber sie werden noch nicht industriell genutzt. Die Entwicklung einer solchen Größenordnung ermöglicht es, vorrangige Schutzbemühungen gezielt auf die seltensten Arten wie den Amur-Tiger zu richten.

Neben der internationalen Version des Red Book gibt es auch nationale und regionale Versionen. In der UdSSR wurde das Rote Buch 1974 eingeführt, und in der Russischen Föderation wird das Verfahren zu seiner Aufrechterhaltung durch die Bundesgesetze „Über den Umweltschutz“, „Über Wildtiere“ und den Erlass der Regierung der Russischen Föderation geregelt. Im Roten Buch der Russischen Föderation“. Heute sind 610 Pflanzenarten, 247 Tierarten, 42 Flechtenarten und 24 Pilzarten im Roten Buch der Russischen Föderation aufgeführt. Die Populationen einiger von ihnen, die einst vom Aussterben bedroht waren (Europäischer Biber, Wisent), konnten bereits recht erfolgreich wiederhergestellt werden.

Die folgenden Tierarten sind in Russland geschützt: Russische Bisamratte, Tarbagan (mongolisches Murmeltier), Eisbär, kaukasischer europäischer Nerz, Seeotter, Manul, Amur-Tiger, Leopard, Schneeleopard, Seelöwe, Walross, Robben, Delfine, Wale, Przewalski-Wale Pferd, Wildesel, Rosapelikan, Flamingo, Schwarzstorch, Kleiner Schwan, Steppenadler, Steinadler, Schwarzer Kranich, Sibirischer Kranich, Trappe, Uhu, Weiße Möwe, Mittelmeerschildkröte, Japanische Schlange, Viper, Dschungelkröte, Kaspisches Neunauge , alle Arten von Störfischen, Seelachs, Hirschkäfer, außergewöhnliche Hummel, gemeiner Apollo, Fangschreckenkrebs, gemeine Flussperlmuschel usw.

Zu den Pflanzen des Roten Datenbuchs der Russischen Föderation gehören 7 Arten von Schneeglöckchen, einige Arten von Wermut, echter Ginseng, 7 Arten von Glockenblumen, gezackte Eiche, Scilla, 11 Arten von Schwertlilien, russisches Haselhuhn, Schrenk-Tulpe, Nussbaum Lotus, Frauenschuh, dünnblättrige Pfingstrose, Federgras, Julia-Primel, Wiesen-Hexenschuss (Schlafgras), Belladonna-Belladonna, Pitsunda-Kiefer, Eibe, Chinesisches Schildkraut, Seegras, weiches Sphagnum, lockiges Phylllophora, filamentöses Chara usw.

Seltene Pilze sind Sommertrüffel, russischer schwarzer Trüffel, lackierter Zunderpilz usw.

Der Schutz seltener Arten ist in den meisten Fällen mit einem Verbot ihrer Zerstörung, ihrer Erhaltung in künstlich geschaffenen Lebensräumen (Zoos), dem Schutz ihrer Lebensräume und der Schaffung von Tieftemperatur-Genbanken verbunden.

Die wirksamste Maßnahme zum Schutz seltener Arten ist die Erhaltung ihrer Lebensräume, die durch die Organisation eines Netzwerks besonders geschützter Schutzgebiete erreicht wird, die gemäß dem Bundesgesetz „Über besonders geschützte Naturgebiete“ (1995) international gültig sind , föderale, regionale oder lokale Bedeutung. Dazu gehören Landesnaturschutzgebiete, Nationalparks, Naturparks, Landesnaturschutzgebiete, Naturdenkmäler, Dendrologische Parks, Botanische Gärten usw.

Staatliches Naturschutzgebiet- Hierbei handelt es sich um einen besonders geschützten Naturkomplex (Land, Gewässer, Untergrund, Flora und Fauna), der vollständig der wirtschaftlichen Nutzung entzogen ist und als Beispiel für die natürliche Umwelt, typische oder seltene Landschaften und Orte eine ökologische, wissenschaftliche, ökologische und pädagogische Bedeutung hat wo der genetische Fundus der Pflanzen und der Tierwelt erhalten bleibt.

Den Status haben Reservate, die Teil des internationalen Systems der Biosphärenreservate sind und ein globales Umweltmonitoring durchführen staatliche natürliche Biosphärenreservate. Das Reservat ist eine Umwelt-, Forschungs- und Umweltbildungseinrichtung mit dem Ziel, den natürlichen Ablauf natürlicher Prozesse und Phänomene, den genetischen Fundus von Flora und Fauna, einzelne Arten und Gemeinschaften von Pflanzen und Tieren sowie typische und einzigartige Ökosysteme zu erhalten und zu untersuchen.

Derzeit gibt es in Russland etwa 100 staatliche Naturschutzgebiete, von denen 19 den Status eines Biosphärenreservats haben, darunter Baikalsky, Barguzinsky, Kaukasus, Kedrovaya Pad, Kronotsky, Prioksko-Terrasny usw.

Im Gegensatz zu Naturschutzgebieten sind Territorien (Wassergebiete) Nationalparks Dazu gehören Naturkomplexe und Objekte, die einen besonderen ökologischen, historischen und ästhetischen Wert haben und zur Nutzung für Umwelt-, Bildungs-, wissenschaftliche und kulturelle Zwecke sowie für den regulierten Tourismus bestimmt sind. 39 besonders geschützte Naturgebiete haben diesen Status, darunter die Nationalparks Transbaikal und Sotschi sowie die Nationalparks „Kuronische Nehrung“, „Russischer Norden“, „Shushensky Bor“ usw.

Naturparks sind Umwelterholungseinrichtungen im Zuständigkeitsbereich der Teilstaaten der Russischen Föderation, deren Territorien (Wassergebiete) Naturkomplexe und Objekte von erheblichem ökologischen und ästhetischen Wert umfassen und für die Nutzung zu Umwelt-, Bildungs- und Erholungszwecken bestimmt sind.

Staatliche Naturschutzgebiete sind Gebiete (Wassergebiete), die für die Erhaltung oder Wiederherstellung natürlicher Komplexe oder ihrer Bestandteile und die Aufrechterhaltung des ökologischen Gleichgewichts von besonderer Bedeutung sind.

Entwicklung evolutionärer Ideen. Die Bedeutung der Evolutionstheorie von Charles Darwin. Wechselbeziehung der treibenden Kräfte der Evolution. Formen der natürlichen Auslese, Arten des Existenzkampfes. Synthetische Evolutionstheorie. Elementare Faktoren der Evolution. Forschung von S. S. Chetverikov. Die Rolle der Evolutionstheorie bei der Entstehung des modernen naturwissenschaftlichen Weltbildes

Entwicklung evolutionärer Ideen

Alle Theorien über den Ursprung und die Entwicklung der organischen Welt lassen sich auf drei Hauptrichtungen reduzieren: Kreationismus, Transformismus und Evolutionismus. Kreationismus ist das Konzept der Beständigkeit der Arten und berücksichtigt die Vielfalt der organischen Welt als Ergebnis ihrer Schöpfung durch Gott. Diese Richtung entstand als Ergebnis der Etablierung der Dominanz der christlichen Kirche in Europa auf der Grundlage biblischer Texte. Prominente Vertreter des Kreationismus waren C. Linnaeus und J. Cuvier.

Der „Fürst der Botaniker“ C. Linnaeus, der Hunderte neuer Pflanzenarten entdeckte und beschrieb und ihr erstes harmonisches System schuf, argumentierte dennoch, dass die Gesamtzahl der Organismenarten, also sie, seit der Erschaffung der Erde unverändert geblieben sei nicht nur nicht wieder auftauchen, sondern auch nicht verschwinden. Erst gegen Ende seines Lebens gelangte er zu der Erkenntnis, dass Gattungen das Werk Gottes seien, während sich Arten durch Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten entwickeln könnten.

Der Beitrag des herausragenden französischen Zoologen J. Cuvier (1769–1832) zur Biologie basierte auf zahlreichen Daten aus der Paläontologie, vergleichenden Anatomie und Physiologie Korrelationslehre- Beziehungen zwischen Körperteilen. Dadurch wurde es möglich, das äußere Erscheinungsbild des Tieres in einzelnen Teilen zu rekonstruieren. Bei der paläontologischen Forschung konnte J. Cuvier jedoch nicht umhin, sowohl auf die offensichtliche Fülle fossiler Formen als auch auf die starken Veränderungen der Tiergruppen im Laufe der Erdgeschichte zu achten. Diese Daten dienten als Ausgangspunkt für die Formulierung Katastrophentheorien, wonach alle oder fast alle Organismen auf der Erde infolge periodischer Naturkatastrophen wiederholt getötet wurden und der Planet dann durch Arten, die die Katastrophe überlebten, wiederbevölkert wurde. Die Anhänger von J. Cuvier zählten bis zu 27 solcher Katastrophen in der Erdgeschichte. Überlegungen zur Evolution schienen J. Cuvier von der Realität losgelöst zu sein.

Die Widersprüche in den ursprünglichen Prämissen des Kreationismus, die mit der Anhäufung wissenschaftlicher Fakten immer offensichtlicher wurden, dienten als Ausgangspunkt für die Bildung eines anderen Ansichtensystems – Transformismus, Anerkennung der realen Existenz von Arten und ihrer historischen Entwicklung. Vertreter dieses Trends – J. Buffon, I. Goethe, E. Darwin und E. Geoffroy Saint-Hilaire – waren nicht in der Lage, die wahren Ursachen der Evolution aufzudecken, und reduzierten sie auf die Anpassung an Umweltbedingungen und die Vererbung erworbener Eigenschaften. Die Wurzeln des Transformismus liegen in den Werken antiker griechischer und mittelalterlicher Philosophen, die historische Veränderungen in der organischen Welt erkannten. So drückte Aristoteles die Idee der Einheit der Natur und des allmählichen Übergangs von Körpern der unbelebten Natur zu Pflanzen und von ihnen zu Tieren aus – der „Leiter der Natur“. Den Hauptgrund für Veränderungen lebender Organismen sah er in ihrem inneren Streben nach Perfektion.

Der französische Naturforscher J. Buffon (1707–1788), dessen Hauptwerk die 36-bändige Naturgeschichte war, erweiterte entgegen den Ansichten der Kreationisten den Umfang der Erdgeschichte auf 80–90.000 Jahre. Gleichzeitig wies er auf die Einheit von Flora und Fauna sowie auf die Möglichkeit von Veränderungen verwandter Organismen unter dem Einfluss von Umweltfaktoren infolge von Domestizierung und Hybridisierung hin.

Der englische Arzt, Philosoph und Dichter E. Darwin (1731–1802), Charles Darwins Großvater, glaubte, dass die Geschichte der organischen Welt Millionen von Jahren zurückreicht und die Vielfalt der Tierwelt das Ergebnis einer Mischung mehrerer „ „natürliche“ Gruppen, der Einfluss der äußeren Umgebung, Bewegung und Mangel an Bewegungsorganen und andere Faktoren.

E. Geoffroy Saint-Hilaire (1772–1844) betrachtete die Einheit des Strukturplans von Tiergruppen als einen der wichtigsten Beweise für die Entwicklung der lebenden Welt. Im Gegensatz zu seinen Vorgängern neigte er jedoch zu der Annahme, dass Artenveränderungen durch den Einfluss von Umweltfaktoren nicht auf erwachsene Individuen, sondern auf Embryonen verursacht werden.

Trotz der Tatsache, dass in der Diskussion, die 1831 zwischen J. Cuvier und E. Geoffroy Saint-Hilaire in Form einer Reihe von Berichten an der Akademie der Wissenschaften aufflammte, ein klarer Vorteil auf der Seite des ersteren blieb, war es so Transformismus, der zum Vorläufer des Evolutionismus wurde. Evolutionismus(Evolutionstheorie, Evolutionslehre) ist ein Ansichtensystem, das die Entwicklung der Natur nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten anerkennt. Es ist der theoretische Höhepunkt der Biologie, der es uns ermöglicht, die Vielfalt und Komplexität der lebenden Systeme, die wir beobachten, zu erklären. Da die Evolutionslehre jedoch schwer beobachtbare Phänomene beschreibt, stößt sie auf erhebliche Schwierigkeiten. Manchmal wird die Evolutionstheorie „Darwinismus“ genannt und mit den Lehren von Charles Darwin gleichgesetzt, was grundsätzlich falsch ist, denn obwohl Charles Darwins Theorie einen unschätzbaren Beitrag zur Entwicklung nicht nur der Evolutionslehre, sondern auch der Biologie geleistet hat Im Allgemeinen (wie auch in vielen anderen Wissenschaften) wurden die Grundlagen der Evolutionstheorie von anderen Wissenschaftlern gelegt, sie entwickelt sich bis heute weiter und „Darwinismus“ hat in vielen Aspekten nur historische Bedeutung.

Der Schöpfer der ersten Evolutionstheorie – des Lamarckismus – war der französische Naturforscher J. B. Lamarck (1744–1829). Er betrachtete die treibende Kraft der Evolution als den inneren Wunsch der Organismen nach Perfektion ( Gesetz der Abstufung), jedoch zwingt die Anpassung an die Umweltbedingungen sie dazu, von dieser Hauptlinie abzuweichen. Gleichzeitig entwickeln sich Organe, die das Tier im Lebensprozess intensiv nutzt, und diejenigen, die für es unnötig sind, werden im Gegenteil geschwächt und können sogar verschwinden ( Gesetz der Ausübung und Nichtausübung von Organen). Im Laufe des Lebens erworbene Eigenschaften werden fixiert und an die Nachkommen weitergegeben. So erklärte er das Vorhandensein von Membranen zwischen den Zehen von Wasservögeln mit den Versuchen ihrer Vorfahren, sich in der Wasserumgebung zu bewegen, und der lange Hals der Giraffen sei laut Lamarck eine Folge der Tatsache, dass ihre Vorfahren versuchten, Blätter zu bekommen von den Wipfeln der Bäume.

Die Nachteile des Lamarckismus waren der theoretische Charakter vieler Konstruktionen sowie die Annahme des Eingreifens des Schöpfers in die Evolution. Im Verlauf der Entwicklung der Biologie wurde deutlich, dass individuelle Veränderungen, die Organismen im Laufe des Lebens erwerben, größtenteils im Rahmen der phänotypischen Variabilität liegen und ihre Übertragung praktisch unmöglich ist. So schnitt beispielsweise der deutsche Zoologe und Evolutionstheoretiker A. Weismann (1834–1914) über viele Generationen Mäusen den Schwanz ab und bekam als Nachwuchs stets nur Nagetiere mit Schwanz. Die Theorie von J. B. Lamarck wurde von seinen Zeitgenossen nicht akzeptiert, bildete aber um die Jahrhundertwende die Grundlage der sogenannten Neo-Lamarckismus.

Die Bedeutung der Evolutionstheorie von Charles Darwin

Die Voraussetzungen für die Entstehung der berühmtesten Evolutionstheorie von Charles Darwin, des Darwinismus, waren die Veröffentlichung des Werkes des englischen Ökonomen T. Malthus „Treatise on Population“ im Jahr 1778, das Werk des Geologen Charles Lyell, die Formulierung von die Zelltheorie, der Erfolg der Selektion in England und Charles' eigene Beobachtungen. Darwin (1809–1882), aufgenommen während seines Studiums in Cambridge, während der Expedition als Naturforscher auf dem Beagle und bei deren Abschluss.

So argumentierte T. Malthus, dass die Bevölkerung der Erde exponentiell zunimmt, was die Fähigkeit des Planeten, ihn mit Nahrungsmitteln zu versorgen, deutlich übersteigt und zum Tod einiger Nachkommen führt. Die von Charles Darwin und seinem Co-Autor A. Wallace (1823–1913) gezogenen Parallelen deuten darauf hin, dass sich Individuen in der Natur sehr schnell vermehren, die Populationsgröße jedoch relativ konstant bleibt. Die Forschungen des englischen Geologen C. Lyell ermöglichten die Feststellung, dass die Erdoberfläche nicht immer dieselbe war wie heute und ihre Veränderungen durch den Einfluss von Wasser, Wind, Vulkanausbrüchen und der Aktivität des Lebens verursacht wurden Organismen. Schon während seiner Studienzeit war Charles Darwin selbst von der extremen Variabilität der Käfer beeindruckt, während seiner Reisen von der Ähnlichkeit der Flora und Fauna des kontinentalen Südamerikas und der nahegelegenen Galapagos-Inseln und gleichzeitig von der Bedeutsamkeit Artenvielfalt wie Finken und Schildkröten. Darüber hinaus konnte er auf der Expedition die Skelette ausgestorbener Riesensäugetiere, ähnlich den modernen Gürteltieren und Faultieren, beobachten, was seinen Glauben an die Entstehung von Arten erheblich erschütterte.

Die Grundprinzipien der Evolutionstheorie wurden 1859 von Charles Darwin auf einem Treffen der Royal Society of London dargelegt und anschließend in den Büchern „The Origin of Species by Natural Selection, or the Preservation of Favoured Breeds in the Struggle for“ weiterentwickelt Leben“ (1859), „Veränderungen bei Haustieren und Kulturpflanzen“ (1868), „Der Ursprung des Menschen und die sexuelle Selektion“ (1871), „Der Ausdruck von Gefühlen bei Mensch und Tier“ (1872) usw.

Die von Charles Darwin entwickelte Essenz Evolutionskonzepte kann auf eine Reihe von Bestimmungen reduziert werden, die sich aus einander ergeben und korrespondieren nachweisen:

1. Die Individuen, aus denen eine Population besteht, bringen viel mehr Nachkommen hervor, als zur Aufrechterhaltung der Populationsgröße erforderlich sind.
2. Aufgrund der Tatsache, dass die Lebensressourcen für jede Art lebender Organismen begrenzt sind, kommt es zwangsläufig zu Konflikten zwischen ihnen Kampf um die Existenz. Charles Darwin unterschied zwischen intraspezifischem und interspezifischem Kampf sowie dem Kampf mit Umweltfaktoren. Gleichzeitig wies er auch darauf hin, dass es sich nicht nur um den Kampf eines bestimmten Individuums um seine Existenz, sondern auch um die Hinterlassenschaft von Nachkommen handelt.
3. Die Folge des Kampfes ums Dasein ist natürliche Auslese- das vorherrschende Überleben und die Fortpflanzung von Organismen, die sich zufällig als am besten an die gegebenen Existenzbedingungen angepasst erwiesen. Die natürliche Selektion ähnelt in vielerlei Hinsicht der künstlichen Selektion, die der Mensch seit der Antike nutzt, um neue Pflanzenarten und Haustierrassen zu züchten. Durch die Auswahl von Individuen, die über bestimmte wünschenswerte Eigenschaften verfügen, bewahrt der Mensch diese Eigenschaften durch künstliche Züchtung durch selektive Züchtung oder Bestäubung. Eine besondere Form der natürlichen Selektion ist die sexuelle Selektion für Merkmale, die normalerweise keine direkte Anpassungsbedeutung haben (lange Federn, riesige Hörner usw.), aber zum Fortpflanzungserfolg beitragen, weil sie das Individuum für das andere Geschlecht attraktiver oder furchteinflößender machen Rivalen des gleichen Geschlechts.
4. Das Material für die Evolution sind die Unterschiede zwischen Organismen, die aufgrund ihrer Variabilität entstehen. Charles Darwin unterschied zwischen unbestimmter und definitiver Variabilität. Bestimmt(Gruppen-)Variabilität manifestiert sich bei allen Individuen einer Art gleichermaßen unter dem Einfluss eines bestimmten Faktors und verschwindet bei Nachkommen, wenn die Wirkung dieses Faktors aufhört. Unsicher(individuelle) Variabilität sind Veränderungen, die bei jedem Individuum unabhängig von Schwankungen der Werte von Umweltfaktoren auftreten und an die Nachkommen weitergegeben werden. Eine solche Variabilität hat keinen adaptiven Charakter. Anschließend stellte sich heraus, dass bestimmte Variabilität nicht erblich und unbestimmte Variabilität erblich ist.
5. Die natürliche Selektion führt letztendlich zu einer Divergenz in den Merkmalen einzelner isolierter Sorten – Divergenz – und letztendlich zur Bildung neuer Arten.

Charles Darwins Evolutionstheorie postulierte nicht nur den Prozess der Entstehung und Entwicklung von Arten, sondern enthüllte auch den eigentlichen Mechanismus der Evolution, der auf dem Prinzip der natürlichen Selektion basiert. Auch der Darwinismus leugnete die programmierte Natur der Evolution und postulierte ihre kontinuierliche Natur.

Gleichzeitig konnte die Evolutionstheorie von Charles Darwin eine Reihe von Fragen nicht beantworten, beispielsweise nach der Natur des genetischen Materials und seinen Eigenschaften, dem Wesen erblicher und nicht erblicher Variabilität und ihrer evolutionären Rolle. Dies führte zu einer Krise des Darwinismus und zur Entstehung neuer Theorien: Neo-Lamarckismus, Saltationismus, das Konzept der Nomogenese usw. Neo-Lamarckismus basiert auf der Position von J. B. Lamarcks Theorie der Vererbung erworbener Eigenschaften. Saltationismus ist ein System von Ansichten über den Evolutionsprozess als abrupte Veränderungen, die zur raschen Entstehung neuer Arten, Gattungen und größerer systematischer Gruppen führen. Konzept Nomogenese postuliert die programmierte Richtung der Evolution und die Entwicklung verschiedener Merkmale auf der Grundlage innerer Gesetze. Erst die Synthese von Darwinismus und Genetik in den 20er und 30er Jahren des 20. Jahrhunderts konnte die Widersprüche überwinden, die bei der Erklärung einer Reihe von Tatsachen zwangsläufig auftraten.

Wechselbeziehung der treibenden Kräfte der Evolution

Evolution kann nicht mit der Wirkung eines einzelnen Faktors in Verbindung gebracht werden, da Mutationen selbst zufällige und ungerichtete Veränderungen sind und nicht die Anpassung von Individuen an Umweltfaktoren gewährleisten können, während die natürliche Selektion diese Veränderungen bereits ordnet. Ebenso kann die Selektion selbst nicht der einzige Faktor in der Evolution sein, da die Selektion geeignetes Material erfordert, das durch Mutationen bereitgestellt wird.

Es kann jedoch festgestellt werden, dass der Mutationsprozess und der Genfluss Variationen erzeugen, während natürliche Selektion und genetische Drift diese Variationen ausgleichen. Das bedeutet, dass Faktoren, die Variabilität erzeugen, den Prozess der Mikroevolution initiieren, und diejenigen, die Variabilität sortieren, ihn fortsetzen, was zur Etablierung neuer Variantenhäufigkeiten führt. Daher kann der evolutionäre Wandel innerhalb einer Population als Ergebnis gegensätzlicher Kräfte betrachtet werden, die genotypische Variationen erzeugen und sortieren.

Ein Beispiel für die Wechselwirkung zwischen Mutationsprozess und Selektion ist die Hämophilie beim Menschen. Hämophilie ist eine Krankheit, die durch eine verminderte Blutgerinnung verursacht wird. In der Zeit vor der Fortpflanzung kam es bereits zum Tod, da jede Schädigung des Weichgewebes möglicherweise zu einem erheblichen Blutverlust führen konnte. Diese Krankheit wird durch eine rezessive Mutation des geschlechtsgebundenen Gens H (Xh) verursacht. Frauen leiden äußerst selten an Hämophilie; sie sind häufiger heterozygote Träger, ihre Söhne können die Krankheit jedoch erben. Theoretisch sterben solche Männer im Laufe mehrerer Generationen vor der Pubertät und nach und nach sollte dieses Allel aus der Bevölkerung verschwinden, aber die Häufigkeit des Auftretens dieser Krankheit nimmt aufgrund wiederholter Mutationen an diesem Ort nicht ab, wie es bei Königin Victoria der Fall war übertrug die Krankheit auf drei Generationen der Königshäuser Europas. Die konstante Häufigkeit dieser Erkrankung weist auf ein Gleichgewicht zwischen Mutationsprozess und Selektionsdruck hin.

Formen der natürlichen Auslese, Arten des Existenzkampfes

Natürliche Auslese Sie bezeichnen das selektive Überleben und Ausscheiden von Nachkommen durch die fittesten Individuen und den Tod der am wenigsten fitten.

Das Wesen der natürlichen Selektion in der Evolutionstheorie liegt in der differenzierten (nicht zufälligen) Erhaltung bestimmter Genotypen in einer Population und ihrer selektiven Beteiligung an der Weitergabe von Genen an die nächste Generation. Darüber hinaus betrifft es nicht ein einzelnes Merkmal (oder Gen), sondern den gesamten Phänotyp, der durch die Interaktion des Genotyps mit Umweltfaktoren entsteht. Die natürliche Selektion wird je nach Umweltbedingungen unterschiedlicher Natur sein. Derzeit gibt es verschiedene Formen der natürlichen Selektion: stabilisierend, treibend und reißend.

Stabilisierende Auswahl zielt darauf ab, eine enge Reaktionsnorm zu festigen, die sich unter den gegebenen Existenzbedingungen als die günstigste herausstellte. Dies ist typisch für die Fälle, in denen die phänotypischen Eigenschaften bei gleichbleibenden Umweltbedingungen optimal sind. Ein markantes Beispiel für die Wirkung der stabilisierenden Selektion ist die Aufrechterhaltung einer relativ konstanten Körpertemperatur warmblütiger Tiere. Diese Form der Selektion wurde von dem herausragenden russischen Zoologen I. I. Shmalgauzen eingehend untersucht.

Fahrauswahl entsteht als Reaktion auf Veränderungen der Umweltbedingungen, wodurch vom Durchschnittswert des Merkmals abweichende Mutationen erhalten bleiben, während die bisher dominante Form zerstört wird, weil sie den neuen Existenzbedingungen nicht ausreichend gerecht wird. Beispielsweise verbreiteten sich in England aufgrund der Luftverschmutzung durch Industrieabgase vielerorts bisher unbekannte Birkenspinner-Schmetterlinge mit dunkel gefärbten Flügeln, die für Vögel vor dem Hintergrund rußiger Birkenstämme weniger sichtbar waren. Die treibende Selektion trägt nicht zur vollständigen Zerstörung der Form bei, gegen die sie wirkt, da sich die Situation mit der Luftverschmutzung durch Maßnahmen der Regierung und Umweltorganisationen stark verbessert hat und die Farbe der Schmetterlingsflügel wiederhergestellt ist seine Originalversion.

Reißend, oder disruptive Selektion begünstigt die Erhaltung extremer Varianten eines Merkmals und entfernt Zwischenvarianten, da beispielsweise durch den Einsatz von Pestiziden Gruppen von Insektenindividuen entstehen, die dagegen resistent sind. Vom Mechanismus her ist die disruptive Selektion das Gegenteil der stabilisierenden Selektion. Durch diese Form der Selektion entstehen in einer Population mehrere scharf abgegrenzte Phänotypen. Dieses Phänomen nennt man Polymorphismus. Das Auftreten einer reproduktiven Isolation zwischen verschiedenen Formen kann zur Artbildung führen.

Manchmal werden sie auch separat betrachtet destabilisierende Selektion, das Mutationen bewahrt, die zu einer Vielzahl von Merkmalen führen, beispielsweise der Farbe und Struktur der Schalen einiger Mollusken, die in den heterogenen Mikrobedingungen der felsigen Meeresbrandung leben. Diese Form der Selektion wurde von D.K. Belyaev entdeckt, als er die Domestizierung von Tieren untersuchte.

In der Natur kommt keine der Formen der natürlichen Selektion in reiner Form vor, sondern im Gegenteil, es gibt verschiedene Kombinationen davon, und wenn sich die Umweltbedingungen ändern, tritt zuerst die eine oder andere von ihnen in den Vordergrund. Somit wird nach Abschluss der Veränderungen in der Umwelt die treibende Selektion durch eine stabilisierende Selektion ersetzt, die eine Gruppe von Individuen in neuen Existenzbedingungen optimiert.

Die natürliche Selektion findet auf verschiedenen Ebenen statt, daher wird auch zwischen individueller, Gruppen- und sexueller Selektion unterschieden. Individuell Durch die Selektion werden weniger angepasste Individuen von der Teilnahme an der Fortpflanzung ausgeschlossen, während die Gruppenselektion darauf abzielt, ein Merkmal zu bewahren, das nicht für ein Individuum, sondern für die Gruppe als Ganzes nützlich ist. Unter Druck Gruppe Durch Selektion können ganze Populationen, Arten und größere Gruppen von Organismen vollständig ausgelöscht werden, ohne dass Nachkommen zurückbleiben. Im Gegensatz zur Einzelselektion reduziert die Gruppenselektion die Formenvielfalt in der Natur.

Sexuelle Selektion innerhalb eines Geschlechts durchgeführt. Es fördert die Entwicklung von Merkmalen, die den Erfolg bei der Geburt des größten Nachwuchses gewährleisten. Dank dieser Form der natürlichen Selektion hat sich ein Geschlechtsdimorphismus entwickelt, der sich in der Größe und Farbe des Pfauenschwanzes, des Hirschgeweihs usw. ausdrückt.

Das Ergebnis ist natürliche Selektion Kampf um die Existenz basierend auf erblicher Variabilität. Unter dem Kampf ums Dasein versteht man die Gesamtheit der Beziehungen zwischen Individuen der eigenen und fremden Spezies sowie mit abiotischen Umweltfaktoren. Diese Beziehungen bestimmen den Erfolg oder Misserfolg eines bestimmten Individuums beim Überleben und bei der Zeugung von Nachkommen. Der Grund für den Kampf ums Dasein ist das Auftreten einer Überzahl an Individuen im Verhältnis zu den verfügbaren Ressourcen. Diese Beziehungen sollten neben dem Wettbewerb auch gegenseitige Hilfe beinhalten, was die Überlebenschancen des Einzelnen erhöht.

Interaktion mit Umweltfaktoren kann auch zum Tod der allermeisten Individuen führen, beispielsweise bei Insekten, von denen nur ein kleiner Teil den Winter überlebt.

Synthetische Evolutionstheorie

Die Erfolge der Genetik zu Beginn des 20. Jahrhunderts, beispielsweise die Entdeckung von Mutationen, legten nahe, dass erbliche Veränderungen im Phänotyp von Organismen plötzlich auftreten und sich nicht über einen langen Zeitraum bilden, wie es die Evolutionstheorie postuliert Charles Darwin. Weitere Forschungen auf dem Gebiet der Populationsgenetik führten jedoch in den 20er bis 50er Jahren des 20. Jahrhunderts zur Formulierung eines neuen Systems evolutionärer Ansichten – Synthetische Evolutionstheorie. Wesentliche Beiträge zu seiner Entstehung wurden von Wissenschaftlern aus verschiedenen Ländern geleistet: den sowjetischen Wissenschaftlern S. S. Chetverikov, I. I. Shmalgauzen und A. N. Severtsov, dem englischen Biochemiker und Genetiker D. Haldane, den amerikanischen Genetikern S. Wright und F. Dobzhansky, dem Evolutionisten D. Huxley, dem Paläontologen D. Simpson und Zoologe E. Mayr.

Grundbestimmungen der synthetischen Evolutionstheorie:

1. Das elementare Material der Evolution ist die erbliche Variabilität (mutationsbedingt und kombinativ) bei Individuen einer Population.
2. Die elementare Einheit der Evolution ist die Population, in der alle evolutionären Veränderungen stattfinden.
3. Ein elementares evolutionäres Phänomen ist eine Veränderung der genetischen Struktur einer Population.
4. Elementare Faktoren der Evolution – genetische Drift, Lebenswellen, Genfluss – sind ungerichteter, zufälliger Natur.
5. Der einzige Richtungsfaktor in der Evolution ist die natürliche Selektion, die kreativer Natur ist. Natürliche Selektion kann stabilisierend, treibend und störend sein.
6. Die Evolution ist von Natur aus divergent, das heißt, aus einem Taxon können mehrere neue Taxa entstehen, während jede Art nur einen Vorfahren (Art, Population) hat.
7. Die Evolution verläuft schrittweise und kontinuierlich. Artbildung als eine Stufe des Evolutionsprozesses ist die sequentielle Ersetzung einer Population durch eine Reihe anderer temporärer Populationen.
8. Es gibt zwei Arten von Evolutionsprozessen: Mikroevolution und Makroevolution. Die Makroevolution verfügt über keine eigenen speziellen Mechanismen und wird nur dank mikroevolutionärer Mechanismen durchgeführt.
9. Jede systematische Gruppe kann entweder gedeihen (biologischer Fortschritt) oder aussterben (biologische Regression). Biologische Fortschritte werden durch Veränderungen in der Struktur von Organismen erreicht: Aromorphosen, Idioadaptationen oder allgemeine Degeneration.
10. Die Hauptgesetze der Evolution sind ihre irreversible Natur, die fortschreitende Komplikation von Lebensformen und die Entwicklung der Anpassungsfähigkeit von Arten an ihre Umwelt. Gleichzeitig hat die Evolution kein Endziel, das heißt, der Prozess ist ungerichtet.

Obwohl die Evolutionstheorie in den letzten Jahrzehnten mit Daten aus verwandten Wissenschaften – Genetik, Selektion usw. – bereichert wurde, berücksichtigt sie noch immer eine Reihe von Aspekten nicht, beispielsweise gerichtete Veränderungen im Erbgut, also in der In Zukunft ist es möglich, ein neues Evolutionskonzept zu entwickeln, das die synthetische Theorie ersetzen wird.

Elementare Faktoren der Evolution

Nach der synthetischen Evolutionstheorie besteht ein elementares Evolutionsphänomen in einer Veränderung der genetischen Zusammensetzung einer Population und nennt Ereignisse und Prozesse, die zu Veränderungen in Genpools führen elementare Faktoren der Evolution. Dazu gehören der Mutationsprozess, Populationswellen, genetische Drift, Isolation und natürliche Selektion. Aufgrund der außerordentlichen Bedeutung der natürlichen Selektion in der Evolution wird sie gesondert betrachtet.

Mutationsprozess die so kontinuierlich ist wie die Evolution selbst, erhält die genetische Heterogenität der Bevölkerung durch die Entstehung immer neuer Genvarianten. Mutationen, die unter dem Einfluss äußerer und innerer Faktoren entstehen, werden in genetische, chromosomale und genomische Mutationen eingeteilt.

Genmutationen kommen mit einer Häufigkeit von 10 –4 –10 –7 pro Gamete vor, da jedoch beim Menschen und den meisten höheren Organismen die Gesamtzahl der Gene mehrere Zehntausend erreichen kann, ist es unmöglich, sich vorzustellen, dass zwei Organismen absolut sind identisch. Die meisten auftretenden Mutationen sind rezessiv, insbesondere da dominante Mutationen unmittelbar der natürlichen Selektion unterliegen. Rezessive Mutationen schaffen genau diese Reserve an erblicher Variabilität, aber bevor sie sich im Phänotyp manifestieren, müssen sie sich aufgrund der freien Kreuzung in der Population bei vielen Individuen in einem heterozygoten Zustand etablieren.

Chromosomenmutationen Diese Krankheiten, die mit dem Verlust oder der Übertragung eines Teils eines Chromosoms (eines ganzen Chromosoms) auf ein anderes verbunden sind, kommen bei verschiedenen Organismen ebenfalls recht häufig vor. Beispielsweise liegt der Unterschied zwischen einigen Rattenarten in einem einzigen Chromosomenpaar, was es schwierig macht sie zu überqueren.

Genomische Mutationen, verbunden mit Polyploidisierung, führen auch zu einer reproduktiven Isolation der neu entstandenen Population aufgrund von Störungen der Mitose der ersten Teilung der Zygote. Dennoch sind sie in Pflanzen weit verbreitet und können aufgrund ihrer größeren Widerstandsfähigkeit gegenüber Umwelteinflüssen in der Arktis und auf alpinen Wiesen wachsen.

Die kombinatorische Variabilität, die die Entstehung neuer Varianten der Kombination von Genen im Genotyp sicherstellt und dementsprechend die Wahrscheinlichkeit der Entstehung neuer Phänotypen erhöht, trägt ebenfalls zu evolutionären Prozessen bei, da allein beim Menschen die Anzahl der Varianten von Chromosomenkombinationen 2 beträgt 23, also das Erscheinen eines Organismus, der dem bereits existierenden ähnelt, ist nahezu unmöglich.

Bevölkerungswellen. Das gegenteilige Ergebnis (Erschöpfung der Genzusammensetzung) wird häufig durch Schwankungen in der Anzahl der Organismen in natürlichen Populationen verursacht, die sich bei einigen Arten (Insekten, Fische usw.) zehn- oder hundertmal ändern können – Bevölkerungswellen, oder „Wellen des Lebens“. Eine Zunahme oder Abnahme der Anzahl von Individuen in Populationen kann beides sein periodisch, so und Nicht periodisch. Die ersten sind saisonal oder mehrjährig, wie z. B. Wanderungen bei Zugvögeln oder die Fortpflanzung bei Daphnien, bei denen im Frühling und Sommer nur weibliche Individuen vorkommen und im Herbst Männchen erscheinen, die für die sexuelle Fortpflanzung notwendig sind. Nichtperiodische Schwankungen der Bestände werden häufig durch einen starken Anstieg der Nahrungsmenge in einem günstigen Jahr, Störungen der Lebensraumbedingungen und die Vermehrung von Schädlingen oder Raubtieren verursacht.

Da die Wiederherstellung der Population durch eine kleine Anzahl von Individuen erfolgt, die nicht über den gesamten Satz an Allelen verfügen, weisen die neuen und ursprünglichen Populationen unterschiedliche genetische Strukturen auf. Als Veränderung der Häufigkeit von Genen in einer Population unter dem Einfluss zufälliger Faktoren wird bezeichnet genetische Drift, oder genetisch-automatische Prozesse. Es kommt auch bei der Entwicklung neuer Gebiete vor, da diese eine äußerst begrenzte Anzahl von Individuen einer bestimmten Art aufnehmen, wodurch eine neue Population entstehen kann. Daher sind die Genotypen dieser Individuen ( Gründereffekt). Durch genetische Drift entstehen häufig neue homozygote Formen (für mutierte Allele), die sich als adaptiv wertvoll erweisen und anschließend durch natürliche Selektion aufgenommen werden.

So ist unter der indischen Bevölkerung des amerikanischen Kontinents und den Lappländern der Anteil der Menschen mit der Blutgruppe I (0) sehr hoch, während die Gruppen III und IV äußerst selten sind. Wahrscheinlich waren im ersten Fall die Gründer der Population Individuen, die das IB-Allel nicht besaßen oder es während des Selektionsprozesses verloren ging.

Bis zu einem bestimmten Punkt kommt es durch Kreuzung zwischen Individuen unterschiedlicher Populationen zu einem Austausch von Allelen zwischen benachbarten Populationen – Genfluss, was die Divergenz zwischen einzelnen Populationen verringert, mit der Entstehung der Isolation jedoch aufhört. Im Wesentlichen ist der Genfluss ein verzögerter Mutationsprozess.

Isolierung. Eventuelle Veränderungen in der genetischen Struktur der Population müssen behoben werden, was dank geschieht Isolierung- die Entstehung jeglicher Barrieren (geografische, umweltbezogene, verhaltensbedingte, reproduktive usw.), die die Kreuzung von Individuen verschiedener Populationen erschweren und unmöglich machen. Obwohl die Isolation selbst keine neuen Formen hervorbringt, bewahrt sie dennoch genetische Unterschiede zwischen Populationen, die der Wirkung der natürlichen Selektion unterliegen. Es gibt zwei Formen der Isolation: geografische und biologische.

Geografische Isolation entsteht durch die Aufteilung des Gebiets durch physische Barrieren (Wasserhindernisse für Landorganismen, Landflächen für Wasserarten, Wechsel von Hochgebieten und Ebenen); Dies wird durch einen sitzenden oder (bei Pflanzen) anhänglichen Lebensstil erleichtert. Manchmal kann die geografische Isolation durch die Ausweitung des Verbreitungsgebiets einer Art und das anschließende Aussterben ihrer Populationen in Zwischengebieten verursacht werden.

Biologische Isolation ist eine Folge bestimmter Divergenzen von Organismen innerhalb derselben Art, die eine freie Kreuzung irgendwie verhindern. Es gibt verschiedene Arten der biologischen Isolation: umweltbedingte, saisonale, ethologische, morphologische und genetische. Umweltisolierung Dies wird durch die Aufteilung ökologischer Nischen erreicht (z. B. Präferenz für bestimmte Lebensräume oder Nahrungsarten, wie beim Fichten-Fichtenkreuzschnabel und dem Kiefern-Fichtenkreuzschnabel). Saisonal Eine (vorübergehende) Isolation wird bei der Fortpflanzung von Individuen derselben Art zu unterschiedlichen Zeiten (unterschiedliche Heringsbestände) beobachtet. Die ethologische Isolation hängt von den Verhaltensmerkmalen ab (Merkmale des Balzrituals, Färbung, „Gesang“ von Weibchen und Männchen aus verschiedenen Populationen). Bei morphologische Isolation Ein Hindernis für die Kreuzung ist die Diskrepanz in der Struktur der Fortpflanzungsorgane oder sogar in der Körpergröße (Pekingese und Deutsche Dogge). Genetische Isolation hat den größten Einfluss und äußert sich in der Inkompatibilität von Keimzellen (Tod der Zygote nach Befruchtung), Sterilität oder verminderter Lebensfähigkeit von Hybriden. Die Gründe hierfür sind die Besonderheiten der Anzahl und Form der Chromosomen, wodurch eine vollständige Zellteilung (Mitose und Meiose) unmöglich wird.

Durch die Störung der freien Kreuzung zwischen Populationen verstärkt die Isolation in ihnen die Unterschiede, die auf genotypischer Ebene aufgrund von Mutationen und Zahlenschwankungen entstanden sind. In diesem Fall unterliegt jede Population getrennt von der anderen der Wirkung der natürlichen Selektion, was letztendlich zu Divergenz führt.

Die kreative Rolle der natürlichen Selektion in der Evolution

Die natürliche Selektion fungiert als eine Art „Sieb“, das Genotypen nach ihrem Fitnessgrad sortiert. Charles Darwin betonte jedoch, dass die Auswahl nicht nur und nicht so sehr darauf abzielt, ausschließlich das Beste zu bewahren, sondern auch darauf, das Schlimmste zu entfernen, das heißt, sie ermöglicht die Erhaltung der Multivarianz. Die Funktion der natürlichen Selektion ist nicht darauf beschränkt, da sie die Reproduktion angepasster Genotypen gewährleistet und somit die Richtung der Evolution bestimmt, indem sie zufällige und zahlreiche Abweichungen konsequent aufsummiert. Die natürliche Selektion hat kein bestimmtes Ziel: Basierend auf demselben Material (erbliche Variabilität) unter verschiedenen Bedingungen können unterschiedliche Ergebnisse erzielt werden.

In dieser Hinsicht kann der betrachtete Faktor der Evolution nicht mit der Arbeit eines Bildhauers verglichen werden, der einen Marmorblock behauen hat; vielmehr verhält er sich wie ein entfernter Vorfahre des Menschen, der aus einem Steinfragment ein Werkzeug herstellt, ohne sich das Endergebnis vorzustellen. Dies hängt nicht nur von der Beschaffenheit des Steins und seiner Form ab, sondern auch von der Stärke, Richtung des Schlags usw. Im Falle eines Misserfolgs lehnt die Selektion jedoch wie ein humanoides Wesen die „falsche“ Form ab.

Der Preis für die Auswahl ist das Vorkommen genetische Belastung, also die Anhäufung von Mutationen in einer Population, die im Laufe der Zeit aufgrund des plötzlichen Todes der meisten Individuen oder der Migration einer kleinen Anzahl von ihnen vorherrschend werden können.

Unter dem Druck der natürlichen Selektion entsteht nicht nur die Vielfalt der Arten, sondern auch ihr Organisationsgrad nimmt zu, einschließlich ihrer Kompliziertheit oder Spezialisierung. Im Gegensatz zur künstlichen Selektion, die vom Menschen nur für wirtschaftlich wertvolle Merkmale durchgeführt wird, oft zu Lasten der Anpassungseigenschaften, kann die natürliche Selektion hierzu jedoch nicht beitragen, da keine Anpassung in der Natur den Schaden durch eine Abnahme der Lebensfähigkeit von kompensieren kann die Bevölkerung.

Forschung von S. S. Chetverikov

Einer der wichtigen Schritte zur Versöhnung von Darwinismus und Genetik wurde vom Moskauer Zoologen S. S. Chetverikov (1880–1959) unternommen. Basierend auf den Ergebnissen einer Untersuchung der genetischen Zusammensetzung natürlicher Populationen der Fruchtfliege Drosophila wies er nach, dass sie viele rezessive Mutationen in heterozygoter Form tragen, die die phänotypische Einheitlichkeit nicht verletzen. Die meisten dieser Mutationen sind für den Körper ungünstig und erzeugen die sogenannten genetische Belastung, wodurch die Anpassungsfähigkeit der gesamten Bevölkerung an ihre Umwelt verringert wird. Einige Mutationen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Entwicklung der Art keine adaptive Bedeutung haben, können später einen bestimmten Wert erlangen und sind dies auch Reserve der erblichen Variabilität. Die Ausbreitung solcher Mutationen unter Individuen einer Population als Ergebnis aufeinanderfolgender freier Kreuzungen kann letztendlich zu ihrem Übergang in einen homozygoten Zustand und ihrer Manifestation im Phänotyp führen. Wenn dieser Zustand des Zeichens ist Haartrockner- adaptiv ist, verdrängt es dann nach einigen Generationen das dominante Phen mitsamt seinen Trägern vollständig aus der für die gegebenen Bedingungen weniger geeigneten Population. Aufgrund solcher evolutionärer Veränderungen bleibt also nur das rezessive mutierte Allel erhalten und sein dominantes Allel verschwindet.

Versuchen wir dies anhand eines konkreten Beispiels zu beweisen. Wenn Sie eine bestimmte Population untersuchen, können Sie feststellen, dass nicht nur ihre phänotypische, sondern auch ihre genotypische Struktur aufgrund freier Kreuzung über einen langen Zeitraum unverändert bleiben kann Panmixie diploide Organismen.

Dieses Phänomen ist gesetzlich beschrieben Hardy–Weinberg, wonach sich in einer idealen Population unbegrenzter Größe ohne Mutationen, Migrationen, Populationswellen, genetische Drift, natürliche Selektion und freie Kreuzung die Häufigkeit von Allelen und Genotypen diploider Organismen über mehrere Generationen hinweg nicht ändern wird .

Beispielsweise wird in einer Population ein bestimmtes Merkmal durch zwei Allele desselben Gens kodiert – dominant ( A) und rezessiv ( A). Die Häufigkeit des dominanten Allels wird als bezeichnet R und rezessiv - Q. Die Summe der Häufigkeiten dieser Allele beträgt 1: P + Q= 1. Wenn wir also die Häufigkeit des dominanten Allels kennen, können wir die Häufigkeit des rezessiven Allels bestimmen: Q = 1 – P. Tatsächlich sind die Häufigkeiten der Allele gleich den Wahrscheinlichkeiten der Bildung der entsprechenden Gameten. Nach der Bildung der Zygoten betragen die Genotyphäufigkeiten in der ersten Generation dann:

(pA + qa) 2 = P 2 A.A. + 2pqAa + Q 2 aa = 1,

Wo P 2 A.A.- Häufigkeit dominanter Homozygoten;

2pqAa- Häufigkeit von Heterozygoten;

Q 2 aa- Häufigkeit rezessiver Homozygoten.

Es lässt sich leicht berechnen, dass in nachfolgenden Generationen die Häufigkeit der Genotypen gleich bleibt und die genetische Vielfalt der Population erhalten bleibt. In der Natur gibt es jedoch keine idealen Populationen, und daher können mutierte Allele in ihnen nicht nur bestehen bleiben, sondern sich auch ausbreiten und sogar zuvor häufiger vorkommende Allele ersetzen.

S. S. Chetverikov hat klar erkannt, dass die natürliche Selektion nicht einfach einzelne weniger erfolgreiche Merkmale und dementsprechend die sie kodierenden Allele eliminiert, sondern auch auf den gesamten Komplex von Genen einwirkt, die die Manifestation eines bestimmten Gens im Phänotyp beeinflussen, oder genotypische Umgebung. Als genotypische Umgebung wird der gesamte Genotyp derzeit als eine Reihe von Genen betrachtet, die die Manifestation spezifischer Allele verstärken oder abschwächen können.

Nicht weniger wichtig für die Entwicklung der Evolutionslehre sind die Studien von S. S. Chetverikov im Bereich der Populationsdynamik, insbesondere „Wellen des Lebens“ oder Populationswellen. Noch während seines Studiums veröffentlichte er 1905 einen Artikel über die Möglichkeit einer Massenvermehrung von Insekten und einen ebenso raschen Rückgang ihrer Zahl.

Die Rolle der Evolutionstheorie bei der Entstehung des modernen naturwissenschaftlichen Weltbildes

Die Bedeutung der Evolutionstheorie für die Entwicklung der Biologie und anderer Naturwissenschaften kann kaum überschätzt werden, da sie als erste die Bedingungen, Ursachen, Mechanismen und Ergebnisse der historischen Entwicklung des Lebens auf unserem Planeten erklärte, also a materialistische Erklärung der Entwicklung der organischen Welt. Darüber hinaus war die Theorie der natürlichen Auslese die erste wirklich wissenschaftliche Theorie der biologischen Evolution, da sich Charles Darwin bei ihrer Entstehung nicht auf spekulative Konstruktionen stützte, sondern von seinen eigenen Beobachtungen ausging und sich auf die realen Eigenschaften lebender Organismen stützte. Gleichzeitig bereicherte sie die biologischen Werkzeuge mit der historischen Methode.

Die Formulierung der Evolutionstheorie löste nicht nur eine hitzige wissenschaftliche Debatte aus, sondern gab auch Impulse für die Entwicklung von Wissenschaften wie der allgemeinen Biologie, Genetik, Selektion, Anthropologie und einer Reihe anderer. In dieser Hinsicht kann man der Aussage nur zustimmen, dass die Evolutionstheorie die nächste Stufe in der Entwicklung der Biologie krönte und zum Ausgangspunkt für ihren Fortschritt im 20. Jahrhundert wurde.

Beweise für die Evolution der belebten Natur. Ergebnisse der Evolution: Anpassungsfähigkeit der Organismen an ihre Umwelt, Artenvielfalt

Beweise für die Evolution der Tierwelt

In verschiedenen Bereichen der Biologie wurde bereits vor Charles Darwin und nach der Veröffentlichung seiner Evolutionstheorie eine ganze Reihe von Beweisen gesammelt, die diese belegen. Dieser Beweis heißt Beweis der Evolution. Am häufigsten werden paläontologische, biogeografische, vergleichende embryologische, vergleichende anatomische und vergleichende biochemische Beweise für die Evolution genannt, obwohl Taxonomiedaten sowie die Auswahl von Pflanzen und Tieren nicht außer Acht gelassen werden können.

Paläontologische Beweise basierend auf der Untersuchung fossiler Überreste von Organismen. Dazu gehören nicht nur gut erhaltene, in Eis eingefrorene oder in Bernstein gehüllte Organismen, sondern auch „Mumien“, die in sauren Torfmooren entdeckt wurden, sowie Überreste von Organismen und Fossilien, die in Sedimentgesteinen konserviert wurden. Das Vorhandensein einfacherer Organismen in alten Gesteinen als in späteren Schichten und die Tatsache, dass Arten, die auf einer Ebene gefunden wurden, auf einer anderen verschwinden, gelten als einer der bedeutendsten Beweise für die Evolution und werden durch die Entstehung und das Aussterben von Arten in entsprechenden Epochen erklärt auf Veränderungen der Umweltbedingungen.

Trotz der Tatsache, dass bisher nur wenige Fossilienreste entdeckt wurden und aufgrund der geringen Wahrscheinlichkeit der Erhaltung organischer Überreste viele Fragmente im Fossilienbestand fehlen, wurden immer noch Formen von Organismen gefunden, die sowohl Anzeichen sowohl evolutionär älterer als auch jüngerer Gruppen aufweisen von Organismen. Solche Formen von Organismen werden genannt Übergangsformen. Prominente Vertreter der Übergangsformen, die den Übergang von Fischen zu Landwirbeltieren veranschaulichen, sind Lappenflosser und Stegocephalen, und Archaeopteryx nimmt einen bestimmten Platz zwischen Reptilien und Vögeln ein.

Als Reihen bezeichnet man Fossilienformen, die im Laufe der Evolution nicht nur durch allgemeine, sondern auch durch besondere Strukturmerkmale konsequent miteinander verbunden sind phylogenetische Reihe. Sie mögen durch fossile Überreste von verschiedenen Kontinenten repräsentiert sein und behaupten, mehr oder weniger vollständig zu sein, aber ihre Untersuchung ist ohne Vergleich mit lebenden Formen unmöglich, um den Fortschritt des Evolutionsprozesses zu demonstrieren. Ein klassisches Beispiel für eine phylogenetische Reihe ist die Evolution der Vorfahren des Pferdes, die vom Begründer der evolutionären Paläontologie V. O. Kovalevsky untersucht wurde.

Biogeografische Beweise. Biogeographie wie die Wissenschaft die Verbreitungsmuster und Verbreitungsmuster von Arten, Gattungen und anderen Gruppen lebender Organismen sowie ihrer Gemeinschaften auf der Oberfläche unseres Planeten untersucht.

Das Fehlen von Organismenarten, die an einen solchen Lebensraum angepasst sind und bei künstlichem Import gut Wurzeln schlagen, wie z. B. Kaninchen in Australien, in irgendeinem Teil der Erdoberfläche sowie das Vorhandensein ähnlicher Organismenformen in Teilen des Landes Große Entfernungen voneinander weisen zunächst einmal darauf hin, dass das Erscheinungsbild der Erde nicht immer so war und sich geologische Veränderungen, insbesondere Kontinentalverschiebung, Gebirgsbildung, Anstieg und Abfall des Weltozeanspiegels, auswirken die Evolution der Organismen. Beispielsweise leben vier ähnliche Arten von Lungenfischen in den tropischen Regionen Südamerikas, Südafrikas und Australiens, während die Lebensräume von Kamelen und Lamas derselben Ordnung in Nordafrika, den meisten Teilen Asiens und Südamerikas liegen. Paläontologische Studien haben gezeigt, dass Kamele und Lamas von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen, der einst in Nordamerika lebte, und sich dann über die bereits bestehende Landenge an der Stelle der Beringstraße nach Asien und auch über die Landenge von Panama nach Südamerika ausbreiteten. Anschließend starben alle Vertreter dieser Familie in den Zwischenregionen aus und in den Regionalregionen bildeten sich im Laufe der Evolution neue Arten. Die frühere Trennung Australiens von anderen Landmassen ermöglichte dort die Bildung einer ganz besonderen Flora und Fauna, in der Säugetierformen wie Monotreme – das Schnabeltier und der Ameisenigel – erhalten blieben.

Aus biogeographischer Sicht lässt sich auch die Vielfalt der Darwinfinken auf den Galapagosinseln erklären, die 1200 km von der Küste Südamerikas entfernt liegen und vulkanischen Ursprungs sind. Anscheinend flogen einst Vertreter der einzigen Finkenart Ecuadors oder wurden ihnen vorgestellt, und als sie sich dann vermehrten, ließen sich einige der Individuen auf den verbleibenden Inseln nieder. Auf den zentralen Großinseln war der Kampf ums Dasein (Nahrung, Nistplätze etc.) am akutesten, weshalb sich in ihren äußeren Merkmalen leicht voneinander unterscheidende Arten bildeten, die unterschiedliche Nahrungsmittel (Samen, Früchte, Nektar, Insekten, usw.) .).

Sie beeinflussten die Verbreitung verschiedener Gruppen von Organismen und Veränderungen der klimatischen Bedingungen auf der Erde, was zum Wohlstand einiger Gruppen und zum Aussterben anderer beitrug. Es werden einzelne Arten oder Organismengruppen genannt, die aus früher weit verbreiteten Tier- und Pflanzenarten überlebt haben Relikte. Dazu gehören Ginkgo, Mammutbaum, Tulpenbaum, Lappenflosser, Quastenflosser usw. Im weiteren Sinne werden Pflanzen- und Tierarten bezeichnet, die in begrenzten Revier- oder Wassergebieten leben endemisch, oder endemisch. Beispielsweise sind alle Vertreter der einheimischen Flora und Fauna Australiens endemisch, und in der Flora und Fauna des Baikalsees sind bis zu 75 % von ihnen endemisch.

Vergleichende anatomische Beweise. Das Studium der Anatomie verwandter Tier- und Pflanzengruppen liefert überzeugende Beweise für die Ähnlichkeit im Aufbau ihrer Organe. Trotz der Tatsache, dass Umweltfaktoren sicherlich ihre Spuren in der Struktur der Organe hinterlassen, haben Blüten bei Angiospermen mit all ihrer erstaunlichen Vielfalt Kelchblätter, Blütenblätter, Staubblätter und Stempel, und bei Landwirbeltieren ist das Glied nach einem Fünffinger aufgebaut planen. Als Organe werden Organe bezeichnet, die einen ähnlichen Aufbau haben, die gleiche Position im Körper einnehmen und sich aus den gleichen Rudimenten in verwandten Organismen entwickeln, aber unterschiedliche Funktionen erfüllen homolog. So sind die Gehörknöchelchen (Hammer, Amboss und Steigbügel) homolog zu den Kiemenbögen von Fischen, die Giftdrüsen von Schlangen sind die Speicheldrüsen anderer Wirbeltiere, die Brustdrüsen von Säugetieren sind die Schweißdrüsen, die Flossen von Robben und Walen sind die Flügel von Vögeln, die Gliedmaßen von Pferden und Maulwürfen.

Organe, die lange Zeit nicht funktioniert haben, werden höchstwahrscheinlich zu Organen Überreste (Rudimente)- Strukturen, die im Vergleich zu den Urformen unterentwickelt sind und ihre grundlegende Bedeutung verloren haben. Dazu gehören das Wadenbein bei Vögeln, die Augen bei Maulwürfen und Maulwurfsratten, Haare, Steißbein und Blinddarm beim Menschen usw.

Einzelne Individuen können jedoch Merkmale aufweisen, die bei einer bestimmten Art fehlen, bei entfernten Vorfahren jedoch vorhanden waren – Atavismen, zum Beispiel Dreizehen bei modernen Pferden, die Entwicklung zusätzlicher Milchdrüsenpaare, ein Schweif und Haare am gesamten menschlichen Körper.

Wenn homologe Organe ein Beweis für die Verwandtschaft von Organismen und die Divergenz im Evolutionsprozess sind, dann ähnliche Körperschaften- Ähnliche Strukturen in Organismen verschiedener Gruppen, die im Gegenteil die gleichen Funktionen erfüllen, sind Beispiele Konvergenz(Konvergenz ist die im Allgemeinen unabhängige Entwicklung ähnlicher Merkmale in verschiedenen Gruppen von Organismen, die unter den gleichen Bedingungen existieren) und bestätigen die Tatsache, dass die Umwelt einen signifikanten Eindruck im Organismus hinterlässt. Analoge sind die Flügel von Insekten und Vögeln, die Augen von Wirbeltieren und Kopffüßern (Tintenfische, Kraken) sowie die gegliederten Gliedmaßen von Arthropoden und Landwirbeltieren.

Vergleichende embryologische Beweise. K. Baer untersuchte die Embryonalentwicklung bei Vertretern verschiedener Wirbeltiergruppen und entdeckte deren auffallende strukturelle Einheit, insbesondere in den frühen Entwicklungsstadien ( Gesetz der Keimähnlichkeit). Später formulierte E. Haeckel Biogenetisches Gesetz, wonach die Ontogenese eine kurze Wiederholung der Phylogenie ist, d. h. die Stadien, die ein Organismus im Prozess seiner individuellen Entwicklung durchläuft, wiederholen die historische Entwicklung der Gruppe, zu der er gehört.

So erwirbt ein Wirbeltierembryo in den ersten Entwicklungsstadien strukturelle Merkmale, die für Fische, dann für Amphibien und schließlich für die Gruppe, zu der er gehört, charakteristisch sind. Diese Transformation erklärt sich aus der Tatsache, dass jede der oben genannten Klassen gemeinsame Vorfahren mit modernen Reptilien, Vögeln und Säugetieren hat.

Das biogenetische Gesetz weist jedoch eine Reihe von Einschränkungen auf, weshalb der russische Wissenschaftler A. N. Severtsov den Anwendungsbereich erheblich einschränkte, indem er in der Ontogenese ausschließlich die Merkmale der embryonalen Entwicklungsstadien der Vorfahrenformen wiederholte.

Vergleichende biochemische Beweise. Die Entwicklung genauerer Methoden der biochemischen Analyse hat Evolutionswissenschaftlern eine neue Datengruppe zugunsten der historischen Entwicklung der organischen Welt geliefert, da das Vorhandensein der gleichen Substanzen in allen Organismen auf eine mögliche biochemische Homologie hinweist, ähnlich der in der Ebene der Organe und Gewebe. Vergleichende biochemische Untersuchungen der Primärstruktur so weit verbreiteter Proteine ​​wie Cytochrom Mit und Hämoglobin sowie Nukleinsäuren, insbesondere rRNA, haben gezeigt, dass viele von ihnen bei Vertretern verschiedener Arten nahezu die gleiche Struktur haben und die gleichen Funktionen erfüllen, und je enger die Verwandtschaft, desto größer ist die Ähnlichkeit in der Struktur von die untersuchten Substanzen.

Somit wird die Evolutionstheorie durch eine beträchtliche Menge an Daten aus verschiedenen Quellen bestätigt, was erneut auf ihre Zuverlässigkeit hinweist, sie wird sich jedoch noch ändern und verfeinern, da viele Aspekte des Lebens von Organismen außerhalb des Blickfelds der Forscher bleiben .

Ergebnisse der Evolution: Anpassungsfähigkeit der Organismen an ihre Umwelt, Artenvielfalt

Zusätzlich zu den allgemeinen Merkmalen, die für Vertreter eines bestimmten Königreichs charakteristisch sind, zeichnen sich Arten lebender Organismen durch eine erstaunliche Vielfalt an Merkmalen der äußeren und inneren Struktur, der Lebensaktivität und sogar des Verhaltens aus, die im Laufe der Evolution entstanden und ausgewählt wurden und eine Anpassung gewährleisten zu den Lebensbedingungen. Da Vögel und Insekten Flügel haben, sollte man jedoch nicht davon ausgehen, dass dies auf die direkte Einwirkung der Luft zurückzuführen ist, denn es gibt viele flügellose Insekten und Vögel. Die oben genannten Anpassungen wurden durch einen Prozess der natürlichen Selektion aus dem gesamten Spektrum verfügbarer Mutationen ausgewählt.

Epiphytische Pflanzen, die nicht auf dem Boden, sondern auf Bäumen leben, haben sich daran angepasst, Luftfeuchtigkeit mit Hilfe von Wurzeln ohne Wurzelhaare, aber mit einem speziellen hygroskopischen Gewebe aufzunehmen – Velamen. Einige Bromelien können über die Haare auf ihren Blättern Wasserdampf in der feuchten Atmosphäre der Tropen aufnehmen.

Insektenfressende Pflanzen (Sonnentau, Venusfliegenfallen), die auf Böden leben, in denen aus dem einen oder anderen Grund kein Stickstoff verfügbar ist, haben einen Mechanismus entwickelt, um kleine Tiere, meist Insekten, anzulocken und zu absorbieren, die ihnen das benötigte Element liefern.

Um sich vor dem Verzehr durch Pflanzenfresser zu schützen, haben viele Pflanzen, die eine anhängliche Lebensweise führen, passive Schutzmaßnahmen entwickelt, wie Dornen (Weißdorn), Dornen (Rose), Brennhaare (Brennnessel), Ansammlung von Kalziumoxalatkristallen (Sauerampfer). , biologisch aktive Substanzen in Geweben (Kaffee, Weißdorn) usw. In einigen von ihnen sind sogar die Samen unreifer Früchte von steinigen Zellen umgeben, die verhindern, dass Schädlinge sie erreichen, und erst im Herbst findet der Prozess der Entholzung statt ermöglicht es den Samen, in den Boden zu gelangen und zu keimen (Birne).

Auch die Umwelt hat einen prägenden Einfluss auf Tiere. Daher haben viele Fische und Wassersäugetiere eine stromlinienförmige Körperform, die es ihnen erleichtert, sich durch seine Dicke zu bewegen. Man sollte jedoch nicht davon ausgehen, dass Wasser die Form des Körpers direkt beeinflusst; es ist einfach so, dass sich im Laufe der Evolution herausstellte, dass die Tiere, die diese Eigenschaft besaßen, am besten daran angepasst waren.

Der Körper von Walen und Delfinen ist nicht mit Haaren bedeckt, während die verwandte Gruppe der Flossenfüßer ein mehr oder weniger reduziertes Haarkleid hat, da sie im Gegensatz zu ersteren einen Teil ihrer Zeit an Land verbringen, wo ihre Haut ohne Wolle sofort dort wäre eisig werden.

Der Körper der meisten Fische ist mit Schuppen bedeckt, die an der Unterseite heller gefärbt sind als an der Oberseite, wodurch diese Tiere von oben für natürliche Feinde vor dem Hintergrund des Bodens und von unten – vor dem Hintergrund – kaum wahrnehmbar sind Hintergrund des Himmels. Als Färbung werden Tiere bezeichnet, die sie für ihre Feinde oder Beutetiere unsichtbar machen bevormundend. Es ist in der Natur weit verbreitet. Ein markantes Beispiel für eine solche Färbung ist die Färbung der Unterseite der Flügel des Callima-Schmetterlings, der, nachdem er auf einem Ast gesessen und seine Flügel zusammengefaltet hat, wie ein trockenes Blatt aussieht. Andere Insekten, wie zum Beispiel Stabheuschrecken, tarnen sich als Pflanzenzweige.

Auch die gefleckte oder gestreifte Färbung hat adaptive Bedeutung, da Vögel wie Wachteln oder Eiderenten vor dem Hintergrund des Bodens selbst aus nächster Nähe nicht sichtbar sind. Auch die gefleckten Eier der am Boden nistenden Vögel sind unsichtbar.

Die Färbung von Tieren ist nicht immer so konstant wie die eines Zebras; Flunder und Chamäleon können sie beispielsweise je nach Beschaffenheit des Ortes, an dem sie sich befinden, ändern. Indem Kuckucke ihre Eier in die Nester verschiedener Vögel legen, können sie die Farbe ihres Panzers so verändern, dass die „Besitzer“ des Nestes die Unterschiede zwischen ihm und ihren eigenen Eiern nicht bemerken.

Die Färbung von Tieren macht sie nicht immer unsichtbar – viele von ihnen fallen einfach ins Auge, was vor Gefahr warnen soll. Die meisten dieser Insekten und Reptilien sind bis zu einem gewissen Grad giftig, beispielsweise ein Marienkäfer oder eine Wespe. Daher meidet ein Raubtier, das nach dem Verzehr eines solchen Gegenstands mehrmals unangenehme Empfindungen verspürt hat, diesen. Dennoch, Warnfärbung ist nicht universell, da sich einige Vögel daran angepasst haben, sich von ihnen zu ernähren (Bussard).

Die erhöhten Überlebenschancen bei Individuen mit Warnfärbung trugen dazu bei, dass es bei Vertretern anderer Arten ohne triftigen Grund auftrat. Dieses Phänomen nennt man Mimikry. So imitieren ungiftige Raupen einiger Schmetterlingsarten giftige und Marienkäfer eine der Kakerlakenarten. Vögel können jedoch schnell lernen, giftige Organismen von ungiftigen zu unterscheiden und diese zu verzehren, wobei sie die Individuen meiden, die als Vorbilder dienten.

In einigen Fällen kann auch das gegenteilige Phänomen beobachtet werden: Raubtiere imitieren farblich harmlose Tiere, was es ihnen ermöglicht, sich dem Opfer aus nächster Nähe zu nähern und dann anzugreifen (Säbelzahnschleier).

Schutz bietet für viele Arten auch adaptives Verhalten, das damit verbunden ist, Nahrung für den Winter zu lagern, sich um den Nachwuchs zu kümmern, an Ort und Stelle zu frieren oder umgekehrt eine bedrohliche Pose einzunehmen. So bereiten Flussbiber mehrere Kubikmeter Äste, Stammteile und andere Pflanzennahrung für den Winter vor und überfluten sie in der Nähe der „Hütten“.

Die Pflege des Nachwuchses ist vor allem für Säugetiere und Vögel charakteristisch, findet sich aber auch bei Vertretern anderer Chordatenklassen. Bekannt ist beispielsweise das aggressive Verhalten männlicher Stichlinge, die alle Feinde aus dem Nest vertreiben, in dem sich die Eier befinden. Männliche Krallenfrösche wickeln die Eier um ihre Beine und tragen sie, bis die Kaulquappen schlüpfen.

Sogar einige Insekten sind in der Lage, ihrem Nachwuchs einen günstigeren Lebensraum zu bieten. Beispielsweise füttern Bienen ihre Larven und junge Bienen „arbeiten“ zunächst nur im Bienenstock. Ameisen bewegen ihre Puppen je nach Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Ameisenhaufen auf und ab und nehmen sie bei drohender Überschwemmung meist mit. Karabinerkäfer bereiten für ihre Larven spezielle Kugeln aus tierischen Abfällen vor.

Viele Insekten erstarren, wenn sie angegriffen werden, und nehmen die Form trockener Stöcke, Zweige und Blätter an. Vipern hingegen erheben sich und blasen ihre Haube auf, während die Klapperschlange mit einer Rassel am Ende ihres Schwanzes ein besonderes Geräusch macht.

Verhaltensanpassungen werden durch physiologische Anpassungen ergänzt, die mit den Eigenschaften des Lebensraums zusammenhängen. So kann ein Mensch ohne Tauchausrüstung nur wenige Minuten unter Wasser bleiben, danach kann er das Bewusstsein verlieren und an Sauerstoffmangel sterben, und Wale tauchen längere Zeit nicht auf. Ihr Lungenvolumen ist nicht zu groß, aber es gibt andere physiologische Anpassungen, zum Beispiel gibt es in der Muskulatur eine hohe Konzentration des Atempigments Myoglobin, das sozusagen Sauerstoff speichert und beim Eintauchen abgibt. Darüber hinaus verfügen Wale über eine besondere Ausbildung – ein „wunderbares Netzwerk“, das die Nutzung von Sauerstoff auch aus venösem Blut ermöglicht.

Tiere in heißen Lebensräumen wie Wüsten laufen ständig Gefahr, zu überhitzen und überschüssige Feuchtigkeit zu verlieren. Daher hat der Fennek-Fuchs extrem große Ohren, die es ihm ermöglichen, Wärme abzustrahlen. Um einen Feuchtigkeitsverlust über die Haut zu vermeiden, sind Amphibien in Wüstenregionen gezwungen, auf eine nächtliche Lebensweise umzustellen, wenn die Luftfeuchtigkeit steigt und Tau entsteht.

Vögel, die den Luftlebensraum beherrschen, verfügen neben anatomischen und morphologischen Anpassungen für den Flug auch über wichtige physiologische Eigenschaften. Aufgrund der Tatsache, dass die Bewegung in der Luft einen extrem hohen Energieaufwand erfordert, zeichnet sich diese Gruppe von Wirbeltieren durch eine hohe Stoffwechselrate aus und die ausgeschiedenen Stoffwechselprodukte werden sofort ausgeschieden, was dazu beiträgt, die spezifische Dichte des Körpers zu verringern.

Anpassungen an die Umwelt sind trotz aller Perfektion relativ. So produzieren einige Wolfsmilcharten Alkaloide, die für die meisten Tiere giftig sind, aber die Raupen einer Schmetterlingsart – Danaiden – ernähren sich nicht nur von Wolfsmilchgewebe, sondern reichern diese Alkaloide auch an und werden für Vögel ungenießbar.

Darüber hinaus sind Anpassungen nur in einer bestimmten Umgebung nützlich und in einer anderen Umgebung nutzlos. Zum Beispiel hat der Ussuri-Tiger, ein seltenes und großes Raubtier, wie alle Katzen weiche Ballen an den Pfoten und einziehbare scharfe Krallen, scharfe Zähne, eine hervorragende Sicht auch im Dunkeln, ein gutes Gehör und starke Muskeln, die es ihm ermöglichen, seine Tiere zu erkennen Beute machen, sich unbemerkt anschleichen und überfallen. Seine gestreifte Farbe tarnt ihn jedoch nur im Frühling, Sommer und Herbst, während er im Schnee deutlich sichtbar wird und der Tiger nur mit einem blitzschnellen Angriff rechnen kann.

Feigenblütenstände, die wertvolle Früchte hervorbringen, haben eine so spezifische Struktur, dass sie nur von Blastophagenwespen bestäubt werden und daher bei der Einführung in die Kultur lange Zeit keine Früchte trugen. Nur die Entwicklung parthenokarpischer Feigensorten (die ohne Befruchtung Früchte bilden) könnte die Situation retten.

Trotz der Tatsache, dass Beispiele für Artbildung über sehr kurze Zeiträume beschrieben wurden, wie im Fall der Rassel in den kaukasischen Wiesen, die sich aufgrund der regelmäßigen Mahd zunächst in zwei Populationen aufteilte – frühblühend und fruchttragend und spätblühend –, Tatsächlich erfordert die Mikroevolution höchstwahrscheinlich viel längere Zeiträume – viele Jahrhunderte, da sich die Menschheit, deren verschiedene Gruppen über Jahrtausende voneinander getrennt waren, dennoch nie in verschiedene Arten aufteilte. Da die Evolution jedoch praktisch unbegrenzte Zeit hat, über Hunderte von Millionen und Milliarden von Jahren, haben bereits mehrere Milliarden Arten auf der Erde gelebt, von denen die meisten ausgestorben sind, und diejenigen, die zu uns überliefert sind, sind qualitative Stufen dieses fortlaufenden Prozesses.

Nach modernen Daten gibt es auf der Erde über 2 Millionen Arten lebender Organismen, von denen die meisten (ungefähr 1,5 Millionen Arten) zum Tierreich, etwa 400.000 zum Pflanzenreich, über 100.000 zum Pilzreich usw. gehören Ruhe - zu Bakterien. Diese erstaunliche Vielfalt ist das Ergebnis der Divergenz (Divergenz) der Arten nach verschiedenen morphologischen, physiologisch-biochemischen, ökologischen, genetischen und reproduktiven Merkmalen. Beispielsweise umfasst eine der größten Pflanzengattungen der Familie der Orchidaceae, Dendrobium, über 1.400 Arten, und die Gattung der Käfer umfasst über 1.600 Arten.

Die Klassifizierung von Organismen ist eine Aufgabe der Taxonomie, die seit zweitausend Jahren versucht, nicht nur eine harmonische Hierarchie, sondern ein „natürliches“ System aufzubauen, das den Grad der Verwandtschaft von Organismen widerspiegelt. Alle Versuche, dies zu tun, waren jedoch noch nicht von Erfolg gekrönt, da in einer Reihe von Fällen im Verlauf der Evolution nicht nur eine Divergenz der Charaktere, sondern auch eine Konvergenz (Konvergenz) beobachtet wurde, wodurch in sehr Bei entfernten Gruppen nahmen die Organe Ähnlichkeiten an, etwa die Augen von Kopffüßern und die Augen von Säugetieren.

Makroevolution. Richtungen und Wege der Evolution (A. N. Severtsov, I. I. Shmalgauzen). Biologische Progression und Regression, Aromorphose, Idioadaptation, Degeneration. Ursachen biologischen Fortschritts und Rückschritts. Hypothesen zum Ursprung des Lebens auf der Erde. Grundlegende Aromorphosen in der Evolution von Pflanzen und Tieren. Komplikation lebender Organismen im Evolutionsprozess

Makroevolution

Die Bildung einer Art markiert eine neue Runde des Evolutionsprozesses, da Individuen dieser Art, die besser an die Umweltbedingungen angepasst sind als Individuen der Elternart, sich nach und nach in neuen Territorien niederlassen und Mutagenese, Populationswellen, Isolation und natürliche Selektion eine Rolle spielen ihre kreative Rolle in ihren Populationen. Im Laufe der Zeit entstehen aus diesen Populationen neue Arten, die aufgrund der genetischen Isolation viel mehr Ähnlichkeiten untereinander aufweisen als mit den Arten der Gattung, von der die Elternart abgezweigt ist, und so entsteht eine neue Gattung, dann eine neue Familie, Ordnung (Ordnung), Klasse usw. Die Gesamtheit der Evolutionsprozesse, die zur Entstehung supraspezifischer Taxa (Gattungen, Familien, Ordnungen, Klassen usw.) führen, wird Makroevolution genannt. Makroevolutionäre Prozesse verallgemeinern sozusagen mikroevolutionäre Veränderungen, die über einen langen Zeitraum auftreten, und identifizieren gleichzeitig die wichtigsten Trends, Richtungen und Muster der Evolution der organischen Welt, die auf einer niedrigeren Ebene nicht beobachtbar sind. Bisher wurden keine spezifischen Mechanismen der Makroevolution identifiziert, daher wird davon ausgegangen, dass sie nur durch mikroevolutionäre Prozesse erfolgt, diese Position unterliegt jedoch ständig begründeter Kritik.

Die Entstehung eines komplexen hierarchischen Systems der organischen Welt ist größtenteils das Ergebnis der ungleichen Evolutionsgeschwindigkeit verschiedener Organismengruppen. So blieb der bereits erwähnte Ginkgo biloba sozusagen über Jahrtausende „konserviert“, während sich die ihm recht nahestehenden Kiefern in dieser Zeit stark verändert haben.

Richtungen und Wege der Evolution (A. N. Severtsov, I. I. Shmalgauzen). Biologische Progression und Regression, Aromorphose, Idioadaptation, Degeneration

Wenn man die Geschichte der organischen Welt analysiert, kann man feststellen, dass zu bestimmten Zeiten bestimmte Gruppen von Organismen dominierten, die dann zurückgingen oder ganz verschwanden. Somit lassen sich drei Hauptlinien unterscheiden Richtungen der Evolution: biologischer Fortschritt, biologischer Rückschritt und biologische Stabilisierung. Einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung der Lehre von den Richtungen und Pfaden der Evolution leisteten die russischen Evolutionisten A. N. Severtsov und I. I. Shmalgauzen.

Biologischer Fortschritt mit dem biologischen Wohlstand der Gruppe als Ganzes verbunden und charakterisiert ihren evolutionären Erfolg. Es spiegelt die natürliche Entwicklung der belebten Natur vom Einfachen zum Komplexen, von einem niedrigeren zu einem höheren Organisationsgrad wider. Kriterien für den biologischen Fortschritt sind nach A. N. Severtsov eine Zunahme der Individuenzahl einer bestimmten Gruppe, eine Erweiterung ihres Verbreitungsgebiets sowie die Entstehung und Entwicklung rangniedrigerer Gruppen innerhalb ihrer Zusammensetzung (Umwandlung einer Art in eine Gattung, eine Gattung in eine Familie usw.). Derzeit werden biologische Fortschritte bei Angiospermen, Insekten, Knochenfischen und Säugetieren beobachtet.

Laut A. N. Severtsov kann biologischer Fortschritt als Ergebnis bestimmter morphophysiologischer Transformationen von Organismen erreicht werden, und er identifizierte drei Hauptwege zur Erreichung: Arogenese, Allogenese und Katagenese.

Arogenese oder morphophysiologischer Fortschritt ist mit einer erheblichen Erweiterung des Verbreitungsgebiets dieser Organismengruppe aufgrund des Erwerbs großer struktureller Veränderungen - Aromorphosen - verbunden.

Aromorphose bezeichnet eine evolutionäre Transformation der Struktur und Funktionen eines Organismus, die seinen Organisationsgrad erhöht und neue Möglichkeiten zur Anpassung an verschiedene Existenzbedingungen eröffnet.

Beispiele für Aromorphosen sind die Entstehung einer eukaryotischen Zelle, Vielzelligkeit, das Auftreten eines Herzens bei Fischen und dessen Teilung durch ein vollständiges Septum bei Vögeln und Säugetieren, die Bildung einer Blüte bei Angiospermen usw.

Allogenese Im Gegensatz zur Arogenese geht sie nicht mit einer Erweiterung des Verbreitungsgebiets einher, jedoch entsteht innerhalb der alten eine erhebliche Vielfalt an Formen, die besondere Anpassungen an die Umwelt aufweisen – Idioadaptionen.

Idiomatische Anpassung- Dies ist eine geringfügige morphophysiologische Anpassung an besondere Umweltbedingungen, die im Kampf ums Dasein nützlich ist, aber den Organisationsgrad nicht verändert. Эти изменения иллюстрируют покровительственная окраска у животных, разнообразие ротовых аппаратов у насекомых, колючки растений и др. Не менее удачным примером являются дарвиновы вьюрки, специализирующиеся на различных видах пищи, у которых преобразования вначале затронули клюв, а затем и другие части тела - оперение, хвост usw.

So paradox es auch erscheinen mag, eine Vereinfachung der Organisation kann zu biologischem Fortschritt führen. Dieser Weg heißt Katagenese.

Degeneration- Dies ist die Vereinfachung von Organismen im Evolutionsprozess, die mit dem Verlust bestimmter Funktionen oder Organe einhergeht.

Die Phase des biologischen Fortschritts wird durch eine Phase ersetzt biologische Stabilisierung, dessen Kern darin besteht, die Eigenschaften einer bestimmten Art als die günstigsten in einer bestimmten Mikroumgebung zu bewahren. Laut I. I. Shmalhausen bedeutet es „nicht das Ende der Evolution; im Gegenteil bedeutet es die maximale Übereinstimmung des Organismus mit Veränderungen in der Umwelt.“ Die „lebenden Fossilien“ von Quastenflosser, Ginkgo usw. befinden sich in der Phase der biologischen Stabilisierung.

Der Antipode des biologischen Fortschritts ist biologische Regression- evolutionärer Niedergang einer bestimmten Gruppe aufgrund der Unfähigkeit, sich an Umweltveränderungen anzupassen. Dies äußert sich in einem Rückgang der Populationszahlen, einer Einengung der Verbreitungsgebiete und einem Rückgang der Anzahl rangniedrigerer Gruppen innerhalb eines höheren Taxons. Eine Gruppe von Organismen, die sich in einem Zustand biologischer Regression befindet, ist vom Aussterben bedroht. In der Geschichte der organischen Welt kann man viele Beispiele für dieses Phänomen sehen, und derzeit ist die Regression für einige Farne, Amphibien und Reptilien charakteristisch. Mit dem Erscheinen des Menschen ist der biologische Rückschritt oft auf seine wirtschaftlichen Aktivitäten zurückzuführen.

Die Richtungen und Wege der Evolution der organischen Welt schließen sich nicht gegenseitig aus, das heißt, das Auftreten einer Aromorphose bedeutet nicht, dass keine Idioadaptation oder Degeneration mehr stattfinden kann. Im Gegenteil, nach dem, was A. N. Severtsov und I. I. Shmalgauzen entwickelt haben Phasenwechselregel Verschiedene Richtungen des Evolutionsprozesses und Wege zum biologischen Fortschritt ersetzen sich auf natürliche Weise. Im Laufe der Evolution werden diese Wege kombiniert: Relativ seltene Aromorphosen überführen eine Gruppe von Organismen auf eine qualitativ neue Organisationsebene, und die weitere historische Entwicklung folgt dem Weg der Idioadaptation oder Degeneration und sorgt so für eine Anpassung an bestimmte Umweltbedingungen.

Ursachen biologischen Fortschritts und Rückschritts

Im Verlauf der Evolution wird die Schranke der natürlichen Selektion überwunden und dementsprechend entwickeln sich nur solche Gruppen von Organismen weiter, bei denen die erbliche Variabilität eine ausreichende Anzahl von Kombinationen schafft, die das Überleben der Gruppe als Ganzes sichern können.

Diejenigen Gruppen, die aus irgendeinem Grund nicht über eine solche Reserve verfügen, sind in den meisten Fällen vom Aussterben bedroht. Dies ist häufig auf einen geringen Selektionsdruck in früheren Stadien des Evolutionsprozesses zurückzuführen, der zu einer engen Spezialisierung der Gruppe oder sogar zu degenerativen Phänomenen führte. Die Folge davon ist die Unfähigkeit, sich bei plötzlichen Veränderungen an neue Umweltbedingungen anzupassen. Ein eindrucksvolles Beispiel hierfür ist der plötzliche Tod von Dinosauriern durch den Sturz eines riesigen Himmelskörpers auf die Erde vor 65 Millionen Jahren, der zu einem Erdbeben, dem Aufstieg von Millionen Tonnen Staub in die Luft, einem scharfen Kälteeinbruch, und der Tod der meisten Pflanzen und pflanzenfressenden Tiere. Gleichzeitig konnten die Vorfahren moderner Säugetiere, die keine engen Vorlieben für Nahrungsquellen hatten und warmblütig waren, diese Bedingungen überleben und eine beherrschende Stellung auf dem Planeten einnehmen.

Hypothesen zur Entstehung des Lebens auf der Erde

Von allen Hypothesen zur Entstehung der Erde sprechen die meisten Fakten für die „Urknall“-Theorie. Da diese wissenschaftliche Annahme hauptsächlich auf theoretischen Berechnungen basiert, ist der am Europäischen Kernforschungszentrum in der Nähe von Genf (Schweiz) gebaute Large Hadron Collider aufgerufen, sie experimentell zu bestätigen. Der Urknalltheorie zufolge entstand die Erde vor über 4,5 Milliarden Jahren zusammen mit der Sonne und anderen Planeten des Sonnensystems durch die Kondensation einer Gas- und Staubwolke. Der Temperaturabfall des Planeten und die Wanderung chemischer Elemente auf ihm trugen zu seiner Schichtung in Kern, Mantel und Kruste bei, und die nachfolgenden geologischen Prozesse (Bewegung tektonischer Platten, vulkanische Aktivität usw.) führten zur Bildung des Planeten Atmosphäre und Hydrosphäre.

Auch auf der Erde gibt es schon sehr lange Leben, wie die fossilen Überreste verschiedener Organismen in Gesteinen belegen, doch physikalische Theorien können die Frage nach der Zeit und den Gründen für seine Entstehung nicht beantworten. Zur Entstehung des Lebens auf der Erde gibt es zwei gegensätzliche Standpunkte: die Theorien der Abiogenese und der Biogenese. Theorien der Abiogenese bekräftigen die Möglichkeit der Entstehung lebender Dinge aus nicht lebenden Dingen. Dazu gehören der Kreationismus, die Hypothese der spontanen Zeugung und die Theorie der biochemischen Evolution von A. I. Oparin.

Grundstellung Kreationismus Die Erschaffung der Welt erfolgte durch ein bestimmtes übernatürliches Wesen (Schöpfer), was sich in den Mythen der Völker der Welt und in religiösen Kulten widerspiegelt, aber das Alter des Planeten und des Lebens auf ihm übersteigt die in diesen Quellen angegebenen Daten bei weitem es gibt viele Ungereimtheiten darin.

Gründer Theorien der spontanen Zeugung Als Lebewesen gilt der antike griechische Wissenschaftler Aristoteles, der argumentierte, dass es möglich sei, dass neue Lebewesen mehrfach auftauchen, beispielsweise Regenwürmer aus Pfützen und Würmer und Fliegen aus verfaultem Fleisch. Diese Ansichten wurden jedoch im 17.–19. Jahrhundert durch die kühnen Experimente von F. Redi und L. Pasteur widerlegt.

Der italienische Arzt Francesco Redi legte 1688 Fleischstücke in Töpfe und versiegelte sie fest, in denen jedoch keine Würmer auftraten, während sie in offenen Töpfen auftraten. Um den vorherrschenden Glauben zu widerlegen, dass das Lebensprinzip in der Luft liege, wiederholte er seine Experimente, versiegelte die Töpfe jedoch nicht, sondern bedeckte sie mit mehreren Lagen Musselin, und wieder erschien kein Leben. Trotz der überzeugenden Daten von F. Redi lieferte die Forschung von A. van Leeuwenhoek neue Impulse für die Diskussionen über das „Lebensprinzip“, die das ganze nächste Jahrhundert hindurch andauerten.

Ein anderer italienischer Forscher, Lazzaro Spallanzani, modifizierte 1765 die Experimente von F. Redi, indem er Fleisch- und Gemüsesud mehrere Stunden lang kochte und versiegelte. Nach mehreren Tagen fand er auch dort keine Lebenszeichen und kam zu dem Schluss, dass Lebewesen nur aus Lebewesen entstehen können.

Der letzte Schlag gegen die Theorie der Spontanzeugung kam 1860 vom großen französischen Mikrobiologen Louis Pasteur, als er gekochte Brühe in einen S-Neck-Kolben gab und keine Keime hervorbrachte. Es scheint, dass dies ein Beweis für die Theorien der Biogenese war, aber die Frage blieb offen, wie der allererste Organismus entstand.

Der sowjetische Biochemiker A. I. Oparin versuchte eine Antwort darauf und kam zu dem Schluss, dass die Zusammensetzung der Erdatmosphäre in den ersten Stadien ihrer Existenz völlig anders war als in unserer Zeit. Höchstwahrscheinlich bestand es aus Ammoniak, Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf, enthielt jedoch keinen freien Sauerstoff. Unter dem Einfluss elektrischer Hochleistungsentladungen und bei hohen Temperaturen konnten darin einfachste organische Verbindungen synthetisiert werden, was durch die Experimente von S. Miller und G. Urey im Jahr 1953 bestätigt wurde, die aus den oben genannten Verbindungen mehrere erhielten Aminosäuren, einfache Kohlenhydrate, Adenin, Harnstoff sowie einfache Fettsäuren, Ameisen- und Essigsäure.

Dennoch bedeute die Synthese organischer Substanzen noch nicht die Entstehung von Leben, so A.I. Oparin Hypothese der biochemischen Evolution, wonach verschiedene organische Substanzen in den flachen Gewässern der Meere und Ozeane entstanden und zu größeren Molekülen kombiniert wurden, wo die Bedingungen für die chemische Synthese und Polymerisation am günstigsten sind. RNA-Moleküle gelten derzeit als die ersten Träger des Lebens.

Einige dieser Substanzen bildeten im Wasser nach und nach stabile Komplexe - koazervatiert, oder Koazervattropfen, ähnlich wie Fetttropfen in der Brühe. Diese Koazervate erhielten verschiedene Substanzen aus der umgebenden Lösung, die in den Tropfen chemische Umwandlungen durchliefen. Koazervate selbst waren wie organische Substanzen keine Lebewesen, sondern waren der nächste Schritt in ihrer Entstehung.

Diejenigen Koazervate, die in ihrer Zusammensetzung ein günstiges Verhältnis von Substanzen, insbesondere Proteinen und Nukleinsäuren, aufwiesen, erlangten dank der katalytischen Eigenschaften von Enzymproteinen im Laufe der Zeit die Fähigkeit, ihre eigene Art zu reproduzieren und Stoffwechselreaktionen durchzuführen, während die Struktur von Proteinen vorhanden war von Nukleinsäuren kodiert.

Allerdings sind lebende Systeme neben der Fortpflanzung auch durch die Abhängigkeit von der Energiezufuhr von außen gekennzeichnet. Gelöst wurde dieses Problem zunächst durch den sauerstofffreien Abbau organischer Stoffe aus der Umwelt (damals gab es noch keinen Sauerstoff in der Atmosphäre), also

heterotrophe Ernährung. Es stellte sich heraus, dass einige der aufgenommenen organischen Substanzen die Energie des Sonnenlichts speichern konnten, beispielsweise Chlorophyll, was es einer Reihe von Organismen ermöglichte, auf autotrophe Ernährung umzusteigen. Die Freisetzung von Sauerstoff in die Atmosphäre während der Photosynthese führte zur Entstehung einer effizienteren Sauerstoffatmung, zur Bildung der Ozonschicht und letztendlich zur Entstehung von Organismen an Land.

Das Ergebnis der chemischen Evolution war also das Aussehen Protobionten- primäre lebende Organismen, aus denen als Ergebnis der biologischen Evolution alle heute existierenden Arten hervorgegangen sind.

Die Theorie der biochemischen Evolution unserer Zeit ist die am meisten bestätigte, aber die Vorstellung von den spezifischen Mechanismen der Entstehung des Lebens hat sich geändert. Es stellte sich beispielsweise heraus, dass die Bildung organischer Substanzen im Weltraum beginnt und organische Substanzen bereits bei der Entstehung von Planeten eine wichtige Rolle spielen und für die Haftung kleiner Teile sorgen. Die Bildung organischer Stoffe findet auch im Inneren des Planeten statt: Bei einem Ausbruch setzt ein Vulkan bis zu 15 Tonnen organische Stoffe frei. Es gibt andere Hypothesen zu den Mechanismen der Konzentration organischer Substanzen: Einfrieren der Lösung, Absorption (Bindung) bestimmter Mineralverbindungen an der Oberfläche, Wirkung natürlicher Katalysatoren usw. Die Entstehung von Leben auf der Erde ist derzeit unmöglich. da alle organischen Substanzen, die sich spontan an irgendeinem Punkt des Planeten bilden, sofort durch den freien Sauerstoff der Atmosphäre oxidiert oder von heterotrophen Organismen genutzt würden. Dies wurde bereits 1871 von Charles Darwin verstanden.

Theorien der Biogenese leugnen den spontanen Ursprung des Lebens. Die wichtigsten sind die Steady-State-Hypothese und die Panspermie-Hypothese. Die erste davon basiert auf der Tatsache, dass das Leben ewig existiert, es jedoch auf unserem Planeten sehr alte Gesteine ​​gibt, in denen es keine Spuren der Aktivität der organischen Welt gibt.

Panspermie-Hypothese behauptet, dass die Embryonen des Lebens von einigen Außerirdischen oder durch göttliche Vorsehung aus dem Weltraum auf die Erde gebracht wurden. Diese Hypothese wird durch zwei Tatsachen gestützt: den Bedarf aller Lebewesen, die auf dem Planeten recht selten sind, aber häufig in Meteoriten vorkommen, an Molybdän, sowie die Entdeckung bakterienähnlicher Organismen auf Meteoriten vom Mars. Allerdings bleibt unklar, wie das Leben auf anderen Planeten entstand.

Grundlegende Aromorphosen in der Evolution von Pflanzen und Tieren

Pflanzliche und tierische Organismen, die verschiedene Zweige der Evolution der organischen Welt darstellen, haben im Laufe der historischen Entwicklung unabhängig voneinander bestimmte Strukturmerkmale erworben, die weiter beschrieben werden.

Bei Pflanzen sind die wichtigsten davon der Übergang vom Haploiden zum Diploiden, die Unabhängigkeit vom Wasser während des Befruchtungsprozesses, der Übergang von der äußeren zur inneren Befruchtung und das Auftreten einer Doppelbefruchtung, die Aufteilung des Körpers in Organe, die Entwicklung von das Leitungssystem, die Komplikation und Verbesserung von Geweben sowie die Spezialisierung der Bestäubung mit Hilfe von Insekten und die Verteilung von Samen und Früchten.

Der Übergang von der Haploidie zur Diploidie machte Pflanzen aufgrund eines geringeren Risikos rezessiver Mutationen resistenter gegen Umweltfaktoren. Anscheinend betraf diese Transformation die Vorfahren der Gefäßpflanzen, zu denen keine Bryophyten gehören, die durch eine Dominanz des Gametophyten im Lebenszyklus gekennzeichnet sind.

Die wichtigsten Aromorphosen in der Evolution der Tiere sind mit der Entstehung der Vielzelligkeit und der zunehmenden Zerstückelung aller Organsysteme, der Entstehung eines starken Skeletts, der Entwicklung des Zentralnervensystems sowie dem Sozialverhalten in verschiedenen hochorganisierten Gruppen verbunden Tiere, die dem menschlichen Fortschritt Impulse gaben.

Komplikation lebender Organismen im Evolutionsprozess

Die Geschichte der organischen Welt auf der Erde wird anhand der erhaltenen Überreste, Abdrücke und anderen Spuren der lebenswichtigen Aktivität lebender Organismen untersucht. Sie ist ein Gegenstand der Wissenschaft Paläontologie. Basierend auf der Tatsache, dass sich die Überreste verschiedener Organismen in verschiedenen Gesteinsschichten befinden, wurde eine geochronologische Skala erstellt, nach der die Geschichte der Erde in bestimmte Zeiträume unterteilt wurde: Äonen, Epochen, Perioden und Jahrhunderte.

Äon bezeichnet einen großen Zeitraum in der Erdgeschichte, der mehrere Epochen vereint. Derzeit werden nur zwei Äonen unterschieden: Kryptozoikum (verborgenes Leben) und Phanerozoikum (offenbartes Leben). Epoche- Dies ist ein Zeitraum in der Erdgeschichte, der eine Teilung eines Äons darstellt, die wiederum Perioden vereint. Im Kryptozoikum gibt es zwei Epochen (Archäikum und Proterozoikum), während es im Phanerozoikum drei gibt (Paläozoikum, Mesozoikum und Känozoikum).

Eine wichtige Rolle bei der Erstellung der geochronologischen Skala spielte Leitfossilien- die Überreste von Organismen, die zu bestimmten Zeiten zahlreich waren und gut erhalten sind.

Entwicklung des Lebens im Kryptozoikum. Das Archaikum und das Proterozoikum machen den größten Teil der Lebensgeschichte aus (Zeitraum vor 4,6 Milliarden Jahren – vor 0,6 Milliarden Jahren), es gibt jedoch nur wenige Informationen über das Leben in dieser Zeit. Die ersten Überreste organischer Substanzen biogenen Ursprungs sind etwa 3,8 Milliarden Jahre alt, prokaryotische Organismen existierten bereits vor 3,5 Milliarden Jahren. Die ersten Prokaryoten waren Teil spezifischer Ökosysteme – Cyanobakterienmatten, dank deren Aktivität bestimmte Sedimentgesteine, Stromatolithen („Steinteppiche“), gebildet wurden.

Die Entdeckung ihrer modernen Analoga – Stromatolithen in der Shark Bay in Australien und spezifische Filme auf der Bodenoberfläche in der Syvash Bay in der Ukraine – trug zum Verständnis des Lebens alter prokaryotischer Ökosysteme bei. Auf der Oberfläche von Cyanobakterienmatten befinden sich photosynthetische Cyanobakterien, und unter ihrer Schicht befinden sich äußerst vielfältige Bakterien anderer Gruppen und Archaeen. Mineralstoffe, die sich auf der Oberfläche der Matte ablagern und durch deren lebenswichtige Aktivität entstehen, werden schichtweise abgelagert (ca. 0,3 mm pro Jahr). Solche primitiven Ökosysteme können nur an Orten existieren, die für andere Organismen unbewohnbar sind, und tatsächlich zeichnen sich beide oben genannten Lebensräume durch einen extrem hohen Salzgehalt aus.

Zahlreiche Daten weisen darauf hin, dass die Erde zunächst über eine erneuerbare Atmosphäre verfügte, die Folgendes umfasste: Kohlendioxid, Wasserdampf, Schwefeloxid sowie Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Methan usw. Die ersten Organismen der Erde waren Anaerobier Dank der Photosynthese von Cyanobakterien wurde jedoch freier Sauerstoff in die Umwelt freigesetzt, der sich zunächst schnell mit Reduktionsmitteln in der Umgebung assoziierte und erst nach der Bindung aller Reduktionsmittel begann die Umgebung oxidierende Eigenschaften anzunehmen. Dieser Übergang wird durch die Ablagerung oxidierter Formen von Eisen – Hämatit und Magnetit – belegt.

Vor etwa 2 Milliarden Jahren wanderte aufgrund geophysikalischer Prozesse fast das gesamte in Sedimentgesteinen ungebundene Eisen in den Kern des Planeten, und aufgrund des Fehlens dieses Elements begann sich Sauerstoff in der Atmosphäre anzusammeln – die „Sauerstoffrevolution“. geschah. Es war ein Wendepunkt in der Erdgeschichte, der nicht nur eine Veränderung der Zusammensetzung der Atmosphäre und die Bildung eines Ozonschirms in der Atmosphäre mit sich brachte – die Hauptvoraussetzung für die Besiedlung von Land, sondern auch die Zusammensetzung der Atmosphäre Gesteine, die sich auf der Erdoberfläche gebildet haben.

Ein weiteres wichtiges Ereignis ereignete sich im Proterozoikum – die Entstehung der Eukaryoten. In den letzten Jahren konnten überzeugende Beweise für die Theorie des endosymbiogenetischen Ursprungs der eukaryontischen Zelle gesammelt werden – durch die Symbiose mehrerer prokaryontischer Zellen. Wahrscheinlich waren die „Hauptvorfahren“ der Eukaryoten Archaeen, die auf die Aufnahme von Nahrungspartikeln durch Phagozytose umstellten. Der Erbapparat wanderte tief in die Zelle hinein und behielt dennoch seine Verbindung mit der Membran aufgrund des Übergangs der äußeren Membran der entstehenden Kernmembran in die Membranen des endoplasmatischen Retikulums bei.

Geochronologische Geschichte der Erde Äon Epoche Zeitraum Beginn vor Millionen Jahren Dauer, Millionen Jahre Entwicklung des Lebens Phanerozoikum Känozoikum Anthropogen 1,5 1,5 Vier Eiszeiten, gefolgt von Überschwemmungen, führten zur Bildung einer kälteresistenten Flora und Fauna (Mammuts, Moschusochsen, Rentiere, Lemminge). Austausch von Tieren und Pflanzen zwischen Kontinenten aufgrund der Entstehung von Landbrücken. Dominanz plazentaler Säugetiere. Aussterben vieler großer Säugetiere. Die Entstehung des Menschen als biologische Spezies und seine Besiedlung. Domestizierung von Tieren und Anbau von Pflanzen. Verschwinden vieler Arten lebender Organismen aufgrund menschlicher Wirtschaftstätigkeit Neogen 25 23.5 Verbreitung von Getreide. Entstehung aller modernen Säugetierordnungen. Die Entstehung der Affen Paläogen 65 40 Dominanz von Blütenpflanzen, Säugetieren und Vögeln. Die Entstehung von Huftieren, Fleischfressern, Flossenfüßern, Primaten usw. Mesozoikum Kreidezeit 135 70 Die Entstehung von Angiospermen, Säugetieren und Vögeln wird zahlreich Jura 195 60 Das Zeitalter der Reptilien und Kopffüßer. Die Entstehung von Beuteltieren und Plazenta-Säugetieren. Die Dominanz der Gymnospermen Trias 225 30 Die ersten Säugetiere und Vögel. Reptilien gibt es zahlreich. Verbreitung krautiger Sporen Paläozoikum Perm 280 55 Die Entstehung moderner Insekten. Entwicklung von Reptilien. Aussterben einer Reihe von Wirbellosengruppen. Verbreitung von Nadelbäumen Kohlenstoff 345 65 Erste Reptilien. Die Entstehung geflügelter Insekten. Farne und Schachtelhalme überwiegen. Devon 395 50 Es gibt zahlreiche Fische. Die ersten Amphibien. Die Entstehung der Hauptsporengruppen, der ersten Gymnospermen und Pilze Silur 430 35 Algen kommen reichlich vor. Die ersten Landpflanzen und Tiere (Spinnen). Geisterfische und Krustentierskorpione kommen häufig vor. Ordovizium 500 70 Korallen und Trilobiten sind reichlich vorhanden. Blüte grüner, brauner und roter Algen. Die Entstehung der ersten Akkordaten des Kambriums 570 70 Zahlreiche Fischfossilien. Seeigel und Trilobiten sind häufig. Die Entstehung mehrzelliger Algen Kryptose Proterozoikum 2600 2000 Die Entstehung von Eukaryoten. Meist kommen einzellige Grünalgen vor. Die Entstehung der Vielzelligkeit. Ausbruch der vielzelligen Tiervielfalt (Entstehen aller Arten von Wirbellosen) Archaeen 3500 1500 Die ersten Spuren von Leben auf der Erde sind Bakterien und Cyanobakterien. Die Entstehung der Photosynthese

Von der Zelle aufgenommene Bakterien konnten nicht verdaut werden, blieben aber am Leben und funktionierten weiter. Es wird angenommen, dass Mitochondrien aus Purpurbakterien stammen, die die Fähigkeit zur Photosynthese verloren und auf die Oxidation organischer Substanzen umgestiegen sind. Die Symbiose mit anderen photosynthetischen Zellen führte zur Entstehung von Plastiden in Pflanzenzellen. Wahrscheinlich entstanden die Flagellen eukaryontischer Zellen durch eine Symbiose mit Bakterien, die wie moderne Spirochäten zu windenden Bewegungen fähig waren. Der Erbapparat eukaryotischer Zellen war zunächst ungefähr genauso aufgebaut wie der von Prokaryoten, erst später wurden aufgrund der Notwendigkeit, eine große und komplexe Zelle zu kontrollieren, Chromosomen gebildet. Die Genome intrazellulärer Symbionten (Mitochondrien, Plastiden und Flagellen) behielten im Allgemeinen die prokaryotische Organisation bei, die meisten ihrer Funktionen wurden jedoch auf das Kerngenom übertragen.

Eukaryontische Zellen entstanden wiederholt und unabhängig voneinander. Beispielsweise entstanden Rotalgen durch Symbiogenese mit Cyanobakterien und Grünalgen mit Prochlorophytenbakterien.

Die übrigen Einzelmembranorganellen und der Zellkern der eukaryontischen Zelle entstanden nach der Endomembrantheorie aus Einstülpungen der Membran der prokaryontischen Zelle.

Der genaue Zeitpunkt des Auftretens von Eukaryoten ist unbekannt, da bereits in etwa 3 Milliarden Jahre alten Sedimenten Abdrücke von Zellen ähnlicher Größe vorhanden sind. Eukaryoten kommen definitiv in Gesteinen vor, die etwa 1,5–2 Milliarden Jahre alt sind, aber erst nach der Sauerstoffrevolution (vor etwa 1 Milliarde Jahren) entwickelten sich für sie günstige Bedingungen.

Am Ende des Proterozoikums (vor mindestens 1,5 Milliarden Jahren) existierten bereits vielzellige eukaryotische Organismen. Vielzelligkeit ist wie die eukaryotische Zelle immer wieder in verschiedenen Organismengruppen aufgetreten.

Über die Herkunft mehrzelliger Tiere gibt es unterschiedliche Ansichten. Einigen Daten zufolge waren ihre Vorfahren mehrkernige, wimpernartige Zellen, die sich dann in einzelne einkernige Zellen auflösten.

Andere Hypothesen verbinden die Entstehung mehrzelliger Tiere mit der Differenzierung kolonialer einzelliger Zellen. Die Unterschiede zwischen ihnen betreffen den Ursprung der Zellschichten im ursprünglichen vielzelligen Tier. Nach der Gastrea-Hypothese von E. Haeckel geschieht dies durch Einstülpung einer der Wände eines einschichtigen vielzelligen Organismus, wie bei Hohltieren. Im Gegensatz dazu formulierte I. I. Mechnikov die Phagozyten-Hypothese und betrachtete die Vorfahren mehrzelliger Organismen als einschichtige kugelförmige Kolonien wie Volvox, die Nahrungspartikel durch Phagozytose absorbierten. Die Zelle, die das Partikel einfing, verlor ihr Flagellum und wanderte tiefer in den Körper, wo sie die Verdauung durchführte und am Ende des Prozesses an die Oberfläche zurückkehrte. Im Laufe der Zeit wurden die Zellen in zwei Schichten mit spezifischen Funktionen aufgeteilt – die äußere sorgte für Bewegung und die innere für die Phagozytose. I. I. Mechnikov nannte einen solchen Organismus Phagozyten.

Vielzellige Eukaryoten verloren lange Zeit im Wettbewerb mit prokaryotischen Organismen, doch am Ende des Proterozoikums (vor 800–600 Millionen Jahren) aufgrund einer starken Veränderung der Bedingungen auf der Erde – einem Rückgang des Meeresspiegels, einem Anstieg der Sauerstoffkonzentration , eine Abnahme der Karbonatkonzentration im Meerwasser, regelmäßige Abkühlungszyklen – vielzellige Eukaryoten erlangten Vorteile gegenüber Prokaryoten. Wurden bis zu diesem Zeitpunkt nur einzelne vielzellige Pflanzen und möglicherweise auch Pilze gefunden, so kannte man ab diesem Zeitpunkt der Erdgeschichte auch Tiere. Von den Faunen, die am Ende des Proterozoikums entstanden, sind die Ediacaran- und Vendian-Faunen die am besten untersuchten. Tiere der Vendian-Zeit werden normalerweise zu einer speziellen Gruppe von Organismen gezählt oder in solche Typen wie Hohlwürmer, Plattwürmer, Arthropoden usw. eingeteilt. Allerdings verfügt keine dieser Gruppen über Skelette, was auf das Fehlen von Raubtieren hinweisen kann.

Entwicklung des Lebens im Paläozoikum. Das Paläozoikum, das mehr als 300 Millionen Jahre dauerte, ist in sechs Perioden unterteilt: Kambrium, Ordovizium, Silur, Devon, Karbon (Karbon) und Perm.

IN Kambrische Periode Das Land bestand aus mehreren Kontinenten, die hauptsächlich auf der Südhalbkugel lagen. Die am häufigsten vorkommenden photosynthetischen Organismen in dieser Zeit waren Cyanobakterien und Rotalgen. In der Wassersäule lebten Foraminiferen und Radiolarien. Im Kambrium kommt eine große Anzahl tierischer Skelettorganismen vor, wie zahlreiche Fossilienreste belegen. Diese Organismen gehörten zu etwa 100 Arten mehrzelliger Tiere, sowohl moderner (Schwämme, Hohltiere, Würmer, Arthropoden, Weichtiere) als auch ausgestorbener Tiere, zum Beispiel: dem riesigen Raubtier Anomalocaris und kolonialen Graptolithen, die in der Wassersäule schwammen oder am Boden befestigt waren. Das Land blieb im gesamten Kambrium nahezu unbewohnt, aber der Prozess der Bodenbildung durch Bakterien, Pilze und möglicherweise Flechten hatte bereits begonnen, und am Ende des Zeitraums tauchten Oligochaetenwürmer und Tausendfüßler an Land auf.

IN Ordovizium Der Wasserspiegel des Weltmeeres stieg an, was zur Überschwemmung der kontinentalen Tiefebene führte. Die Hauptproduzenten waren in dieser Zeit Grün-, Braun- und Rotalgen. Anders als im Kambrium, wo Riffe durch Schwämme aufgebaut wurden, wurden sie im Ordovizium durch Korallenpolypen ersetzt. Schnecken und Kopffüßer blühten ebenso wie Trilobiten (heute ausgestorbene Verwandte der Spinnentiere). In dieser Zeit wurden auch erstmals Akkordate, insbesondere kieferlose Akkordate, aufgezeichnet. Am Ende des Ordoviziums kam es zu einem großen Aussterben, bei dem etwa 35 % der Familien und mehr als 50 % der Gattungen der Meerestiere vernichtet wurden.

Silur gekennzeichnet durch eine verstärkte Gebirgsbildung, die zur Austrocknung kontinentaler Plattformen führte. Die führende Rolle in der Wirbellosenfauna des Silurs spielten Kopffüßer, Stachelhäuter und Riesenkrebsskorpione, während unter den Wirbeltieren eine große Vielfalt kieferloser Tiere verblieb und Fische auftauchten. Am Ende des Zeitraums kamen die ersten Gefäßpflanzen an Land – Rhinophyten und Lykophyten, die begannen, flache Gewässer und die Gezeitenzone der Küsten zu besiedeln. Auch die ersten Vertreter der Spinnentierklasse kamen an Land.

IN Devonzeit Durch die Landhebung bildeten sich große Flachwassergebiete, die austrockneten und sogar zufroren, da das Klima noch kontinentaler wurde als im Silur. In den Meeren dominieren Korallen und Stachelhäuter, während die Kopffüßer durch spiralförmig gedrehte Ammoniten repräsentiert werden. Unter den Wirbeltieren des Devon blühten Fische auf, und Knorpel- und Knochenfische sowie Lungenfische und Lappenflossen ersetzten die Panzerfische. Am Ende der Periode tauchen die ersten Amphibien auf, die zunächst im Wasser lebten.

Im Mitteldevon entstanden an Land die ersten Wälder aus Farnen, Moosen und Schachtelhalmen, die von Würmern und zahlreichen Arthropoden (Tausendfüßler, Spinnen, Skorpione, flügellose Insekten) bewohnt wurden. Am Ende des Devon erschienen die ersten Gymnospermen. Die Bebauung von Flächen durch Pflanzen führte zu einer Verringerung der Verwitterung und einer verstärkten Bodenbildung. Die Verfestigung der Böden führte zur Bildung von Flussbetten.

IN Karbonzeit Das Land bestand aus zwei Kontinenten, die durch einen Ozean getrennt waren, und das Klima wurde merklich wärmer und feuchter. Am Ende des Zeitraums kam es zu einer leichten Hebung des Landes und das Klima veränderte sich zu einem eher kontinentalen Klima. In den Meeren dominierten Foraminiferen, Korallen, Stachelhäuter, Knorpel- und Knochenfische, und in Süßwasserkörpern lebten Muscheln, Krebstiere und verschiedene Amphibien. In der Mitte des Karbons entstanden kleine insektenfressende Reptilien, und unter den Insekten tauchten auch geflügelte Reptilien (Kakerlaken, Libellen) auf.

Die Tropen waren geprägt von sumpfigen Wäldern, in denen Riesenschachtelhalme, Bärenmoose und Farne dominierten, deren abgestorbene Überreste später Kohlevorkommen bildeten. In der Mitte der Periode begann in der gemäßigten Zone dank ihrer Unabhängigkeit vom Wasser während des Befruchtungsprozesses und dem Vorhandensein von Samen die Ausbreitung der Gymnospermen.

Permzeit zeichnete sich durch die Verschmelzung aller Kontinente zu einem einzigen Superkontinent Pangäa, den Rückzug der Meere und die Stärkung des kontinentalen Klimas in einem solchen Ausmaß aus, dass sich im Inneren von Pangäa Wüsten bildeten. Am Ende des Zeitraums waren Baumfarne, Schachtelhalme und Moose an Land fast verschwunden, und dürreresistente Gymnospermen nahmen eine beherrschende Stellung ein. Obwohl es weiterhin große Amphibien gab, entstanden verschiedene Reptiliengruppen, darunter große Pflanzenfresser und Raubtiere. Am Ende des Perms ereignete sich das größte Aussterben in der Geschichte des Lebens, als viele Gruppen von Korallen, Trilobiten, den meisten Kopffüßern, Fischen (hauptsächlich Knorpel- und Lappenflosserfische) und Amphibien verschwanden. Die Meeresfauna verlor 40–50 % der Familien und etwa 70 % der Gattungen.

Entwicklung des Lebens im Mesozoikum. Das Mesozoikum dauerte etwa 165 Millionen Jahre und war durch steigendes Land, intensive Gebirgsbildung und einen Rückgang der Klimafeuchtigkeit gekennzeichnet. Es ist in drei Perioden unterteilt: Trias, Jura und Kreide.

Am Anfang Trias-Periode Das Klima war trocken, später wurde es jedoch aufgrund des steigenden Meeresspiegels feuchter. Bei den Pflanzen überwogen Gymnospermen, Farne und Schachtelhalme, die holzigen Sporenformen starben jedoch fast vollständig aus. Einige Korallen, Ammoniten, neue Foraminiferengruppen, Muscheln und Stachelhäuter erreichten eine hohe Entwicklung, während die Vielfalt der Knorpelfische abnahm und sich auch die Gruppen der Knochenfische veränderten. Die Reptilien, die das Land beherrschten, begannen, die aquatische Umwelt zu erobern, wie Ichthyosaurier und Plesiosaurier. Von den Reptilien der Trias haben Krokodile, Tuataria und Schildkröten bis heute überlebt. Am Ende der Trias erschienen Dinosaurier, Säugetiere und Vögel.

IN Jurazeit Der Superkontinent Pangäa zerfiel in mehrere kleinere. Ein Großteil des Jura war sehr feucht und gegen Ende wurde das Klima trockener. Die dominierende Pflanzengruppe waren Gymnospermen, von denen aus dieser Zeit die Mammutbäume überlebten. In den Meeren gediehen Weichtiere (Ammoniten und Belemniten, Muscheln und Schnecken), Schwämme, Seeigel, Knorpel- und Knochenfische. Große Amphibien starben in der Jurazeit fast vollständig aus, aber es entstanden moderne Gruppen von Amphibien (Schwanz- und Schwanzamphibien) und Squamaten (Eidechsen und Schlangen), und die Vielfalt der Säugetiere nahm zu. Am Ende des Zeitraums tauchten auch mögliche Vorfahren der ersten Vögel auf – Archaeopteryx. Alle Ökosysteme wurden jedoch von Reptilien – Ichthyosauriern und Plesiosauriern, Dinosauriern und fliegenden Eidechsen – Flugsauriern – dominiert.

Kreidezeit erhielt seinen Namen aufgrund der Kreidebildung in Sedimentgesteinen dieser Zeit. Auf der ganzen Erde, mit Ausnahme der Polarregionen, herrschte ein anhaltend warmes und feuchtes Klima. In dieser Zeit entstanden Angiospermen, die sich verbreiteten und die Gymnospermen verdrängten, was zu einem starken Anstieg der Insektenvielfalt führte. In den Meeren tauchten neben Weichtieren, Knochenfischen und Plesiosauriern auch eine große Zahl von Foraminiferen wieder auf, deren Schalen die Kreideablagerungen bildeten, und an Land überwogen Dinosaurier. Vögel, die besser an die Luft angepasst waren, begannen nach und nach die fliegenden Dinosaurier zu verdrängen.

Am Ende des Zeitraums kam es zu einem globalen Aussterben, das zum Verschwinden von Ammoniten, Belemniten, Dinosauriern, Flugsauriern und Seeechsen, alten Vogelgruppen sowie einigen Gymnospermen führte. Im Allgemeinen verschwanden etwa 16 % der Familien und 50 % der Tiergattungen vom Erdboden. Die Krise in der späten Kreidezeit wurde auf den Einschlag eines großen Meteoriten im Golf von Mexiko zurückgeführt, sie war jedoch höchstwahrscheinlich nicht die einzige Ursache für globale Veränderungen. Bei der anschließenden Abkühlung überlebten nur noch kleine Reptilien und warmblütige Säugetiere.

Entwicklung des Lebens im Känozoikum. Das Känozoikum begann vor etwa 66 Millionen Jahren und dauert bis heute an. Charakteristisch ist die Dominanz von Insekten, Vögeln, Säugetieren und Angiospermen. Das Känozoikum ist in drei Perioden unterteilt: Paläogen, Neogen und Anthropozän – letzteres ist das kürzeste in der Erdgeschichte.

Im frühen und mittleren Paläogen blieb das Klima warm und feucht, gegen Ende der Periode wurde es kühler und trockener. Angiospermen wurden zur dominierenden Pflanzengruppe. Wenn jedoch zu Beginn der Periode immergrüne Wälder vorherrschten, entstanden am Ende viele Laubwälder und in Trockengebieten bildeten sich Steppen.

Unter den Fischen nehmen Knochenfische eine dominierende Stellung ein, und die Zahl der Knorpelarten ist trotz ihrer bemerkenswerten Rolle in Salzgewässern unbedeutend. An Land haben nur schuppige Reptilien, Krokodile und Schildkröten überlebt, während Säugetiere die meisten ihrer ökologischen Nischen besetzt haben. In der Mitte des Zeitraums tauchten die Hauptordnungen der Säugetiere auf, darunter Insektenfresser, Fleischfresser, Flossenfüßer, Wale, Huftiere und Primaten. Die Isolation der Kontinente machte die Fauna und Flora geografisch vielfältiger: Südamerika und Australien wurden zu Zentren für die Entwicklung von Beuteltieren und andere Kontinente – für Plazenta-Säugetiere.

Neogenzeit. Im Neogen erhielt die Erdoberfläche ihr modernes Aussehen. Das Klima wurde kühler und trockener. Im Neogen hatten sich bereits alle Ordnungen moderner Säugetiere gebildet, und in den afrikanischen Leichentüchern entstanden die Familie der Hominiden und die Gattung Mensch. Am Ende des Zeitraums breiteten sich Nadelwälder in den Polarregionen der Kontinente aus, Tundren entstanden und Getreide besetzte die gemäßigten Steppen.

Quartärperiode(Anthropozän) ist durch periodische Veränderungen der Vereisungen und Erwärmungen gekennzeichnet. Während der Vereisung wurden hohe Breiten mit Gletschern bedeckt, der Meeresspiegel sank stark und die tropischen und subtropischen Zonen verengten sich. In den Gebieten in der Nähe der Gletscher herrschte ein kaltes und trockenes Klima, das zur Bildung kälteresistenter Tiergruppen – Mammuts, Riesenhirsche, Höhlenlöwen usw. – beitrug Der Vereisungsprozess führte zur Bildung von Landbrücken zwischen Asien und Nordamerika, Europa und den Britischen Inseln usw. Tierwanderungen führten einerseits zur gegenseitigen Bereicherung von Flora und Fauna, andererseits zur Verdrängung von Tieren Relikte von Außerirdischen, zum Beispiel Beuteltiere und Huftiere in Südamerika. Diese Prozesse hatten jedoch keine Auswirkungen auf Australien, das isoliert blieb.

Im Allgemeinen haben periodische Klimaveränderungen zur Bildung einer äußerst reichhaltigen Artenvielfalt geführt, die für das aktuelle Stadium der Biosphärenentwicklung charakteristisch ist, und haben auch die menschliche Evolution beeinflusst. Während des Anthropozäns verbreiteten sich mehrere Arten der Gattung Mensch von Afrika nach Eurasien. Vor etwa 200.000 Jahren entstand in Afrika die Art Homo sapiens, die nach einer langen Existenz in Afrika vor etwa 70.000 Jahren nach Eurasien und vor etwa 35–40.000 Jahren nach Amerika gelangte. Nach einer Zeit der Koexistenz mit nahe verwandten Arten verdrängte es diese und verbreitete sich auf der ganzen Welt. Vor etwa 10.000 Jahren begann die menschliche Wirtschaftstätigkeit in gemäßigt warmen Regionen der Erde, sowohl das Erscheinungsbild des Planeten (Pflügen von Land, Abbrennen von Wäldern, Überweidung von Weiden, Wüstenbildung usw.) als auch die Tier- und Pflanzenwelt zu beeinflussen zur Verkleinerung der Lebensräume, deren Lebensraumvernichtung und deren Vernichtung sowie der anthropogene Faktor kamen ins Spiel.

Menschliche Ursprünge. Der Mensch als Spezies, sein Platz im System der organischen Welt. Hypothesen menschlichen Ursprungs. Triebkräfte und Stufen der menschlichen Evolution. Menschliche Rassen, ihre genetische Verwandtschaft. Biosoziale Natur des Menschen. Soziale und natürliche Umwelt, menschliche Anpassung daran

Menschliche Ursprünge

Noch vor 100 Jahren glaubte die überwältigende Mehrheit der Menschen auf dem Planeten nicht einmal, dass der Mensch von so „unwürdigen“ Tieren wie Affen abstammen könnte. In einer Diskussion mit einem der Verteidiger von Darwins Evolutionstheorie, Professor Thomas Huxley, fragte ihn sein leidenschaftlicher Gegner, der auf religiöse Dogmen berufene Bischof von Oxford Samuel Wilberforce, sogar, ob er sich durch seinen Großvater oder seine Großmutter mit Affenvorfahren verwandt fühle .

Gedanken über den evolutionären Ursprung wurden jedoch von antiken Philosophen geäußert, und der große schwedische Taxonom C. Linnaeus gab dem Menschen im 18. Jahrhundert auf der Grundlage einer Reihe von Merkmalen einen Artnamen Homo sapiens L.(Homo sapiens) und ordnete ihn zusammen mit den Affen in die gleiche Ordnung ein – Primaten. J. B. Lamarck unterstützte C. Linnaeus und glaubte, dass der Mensch sogar gemeinsame Vorfahren mit modernen Affen hatte, aber irgendwann in seiner Geschichte stammte er vom Baum ab, was einer der Gründe für die Entstehung des Menschen als Spezies war.

Auch Charles Darwin ignorierte dieses Thema nicht und veröffentlichte in den 70er Jahren des 19. Jahrhunderts die Werke „Der Ursprung des Menschen und die sexuelle Selektion“ und „Über den Ausdruck von Emotionen bei Tieren und Menschen“, in denen er gleichermaßen überzeugende Beweise dafür lieferte den gemeinsamen Ursprung von Menschen und Affen, als der deutsche Forscher E. Haeckel („Naturgeschichte der Schöpfung“, 1868; „Anthropogenese oder die Geschichte des Ursprungs des Menschen“, 1874), der sogar eine Genealogie des Tierreichs zusammenstellte . Diese Studien betrafen jedoch nur die biologische Seite der Entstehung des Menschen als Spezies, während die sozialen Aspekte vom Klassiker des historischen Materialismus – dem deutschen Philosophen F. Engels – offenbart wurden.

Derzeit werden der Ursprung und die Entwicklung des Menschen als biologische Spezies sowie die Vielfalt moderner menschlicher Populationen und die Muster ihrer Interaktion von der Wissenschaft untersucht Anthropologie.

Der Mensch als Spezies, sein Platz im System der organischen Welt

Homo sapiens ( Homo sapiens) gehört als biologische Art zum Tierreich, dem Unterreich der vielzelligen Organismen. Das Vorhandensein einer Chorda, Kiemenschlitzen im Rachenraum, eines Neuralrohrs und einer bilateralen Symmetrie während der Embryonalentwicklung ermöglichen die Klassifizierung als Chorda, während die Entwicklung der Wirbelsäule, das Vorhandensein von zwei Gliedmaßenpaaren und die Lage des Herzens eine Rolle spielen auf der Bauchseite des Körpers weisen auf seine Verwandtschaft mit anderen Vertretern des Wirbeltier-Subtyps hin.

Fütterung der Jungen mit Milch, die von den Milchdrüsen abgesondert wird, Warmblüter, ein Herz mit vier Kammern, das Vorhandensein von Haaren auf der Körperoberfläche, sieben Wirbel in der Halswirbelsäule, der Vorhof des Mundes, Alveolarzähne und der Ersatz von Milchzähnen mit bleibenden Zähnen sind Zeichen der Klasse der Säugetiere und der intrauterinen Entwicklung des Embryos und seiner Verbindung mit dem Körper der Mutter über die Plazenta – eine Unterklasse der Plazenta.

Spezifischere Merkmale wie das Greifen von Gliedmaßen mit gegensätzlichem Daumen und Fingernägeln, Entwicklung der Schlüsselbeine, nach vorne gerichteter Blick, eine Vergrößerung des Schädels und des Gehirns sowie das Vorhandensein aller Zahngruppen (Schneidezähne, Eckzähne usw.) Molaren) lassen keinen Zweifel daran, dass sein Platz in der Ordnung der Primaten ist.

Die bedeutende Entwicklung des Gehirns und der Gesichtsmuskulatur sowie die strukturellen Merkmale der Zähne ermöglichen es, den Menschen als Angehörige der Unterordnung der höheren Primaten oder Affen einzustufen.

Das Fehlen eines Schwanzes, das Vorhandensein von Krümmungen der Wirbelsäule, die Entwicklung der Großhirnhemisphären des Vorderhirns, die mit einer Rinde mit zahlreichen Rillen und Windungen bedeckt sind, das Vorhandensein einer Oberlippe und ein spärlicher Haaransatz geben Anlass, es zu den zu zählen Vertreter der Familie der Menschenaffen oder Menschenaffen.

Doch selbst von den am höchsten organisierten Affen unterscheidet sich der Mensch durch einen starken Anstieg des Gehirnvolumens, eine aufrechte Haltung, ein breites Becken, ein hervorstehendes Kinn, eine artikulierte Sprache und das Vorhandensein von 46 Chromosomen im Karyotyp und bestimmt seine Zugehörigkeit zur Gattung Mensch.

Die Nutzung der oberen Gliedmaßen für die Arbeit, die Herstellung von Werkzeugen, abstraktes Denken, kollektive Aktivität und eine Entwicklung, die eher auf sozialen als auf biologischen Gesetzen beruht, sind die spezifischen Merkmale des Homo sapiens.

Alle modernen Menschen gehören einer Art an – dem Homo sapiens ( Homo sapiens) und Unterarten H. sapiens sapiens. Bei dieser Art handelt es sich um eine Ansammlung von Populationen, die bei Kreuzung fruchtbare Nachkommen hervorbringen. Trotz der recht großen Vielfalt morphophysiologischer Merkmale sind sie kein Beweis für einen höheren oder niedrigeren Organisationsgrad bestimmter Personengruppen – sie befinden sich alle auf dem gleichen Entwicklungsstand.

In unserer Zeit wurden bereits genügend wissenschaftliche Fakten im Interesse der Bildung des Menschen als Spezies im Evolutionsprozess gesammelt – Anthropogenese. Der konkrete Ablauf der Anthropogenese ist noch nicht vollständig geklärt, aber dank neuer paläontologischer Funde und moderner Forschungsmethoden können wir hoffen, dass sich bald ein klares Bild ergibt.

Hypothesen menschlichen Ursprungs

Wenn wir die Hypothesen über die göttliche Erschaffung des Menschen und sein Eindringen von anderen Planeten, die nichts mit der Biologie zu tun haben, nicht berücksichtigen, dann führen alle mehr oder weniger konsistenten Hypothesen über die Entstehung des Menschen ihn auf gemeinsame Vorfahren mit zurück moderne Primaten.

Also, Hypothese menschlichen Ursprungs vom alten tropischen Primaten Koboldmaki, oder Tarsialhypothese, 1929 vom englischen Biologen F. Wood Jones formuliert, basiert auf der Ähnlichkeit der Körperproportionen von Mensch und Koboldmaki, den Merkmalen des Haaransatzes, der Verkürzung des Gesichtsteils des Schädels des letzteren usw. Allerdings Die Unterschiede in der Struktur und Lebenstätigkeit dieser Organismen sind so groß, dass sie keine allgemeine Anerkennung gefunden haben.

Menschen haben sogar zu viele Ähnlichkeiten mit Affen. Daher sollte neben den oben bereits erwähnten anatomischen und morphologischen Merkmalen auch auf ihre postembryonale Entwicklung geachtet werden. Kleine Schimpansen haben beispielsweise eine viel spärlichere Behaarung, das Verhältnis von Gehirnvolumen zu Körpervolumen ist viel größer und die Bewegungsfähigkeit auf den Hinterbeinen ist etwas größer als bei Erwachsenen. Auch die Pubertät erfolgt bei höheren Primaten viel später als bei Vertretern anderer Säugetierordnungen mit ähnlicher Körpergröße.

Zytogenetische Studien ergaben, dass eines der menschlichen Chromosomen durch die Verschmelzung von Chromosomen zweier verschiedener Paare entstanden ist, die im Karyotyp von Menschenaffen vorkommen, und dies erklärt den Unterschied in der Anzahl ihrer Chromosomen (beim Menschen 2n = 46 und bei Menschenaffen 2n = 48 ) und ist auch ein weiterer Beweis für die Verwandtschaft dieser Organismen.

Auch die Ähnlichkeit zwischen Menschen und Affen ist nach molekularbiochemischen Daten sehr hoch, da Menschen und Schimpansen über die gleichen Proteine ​​der Blutgruppen AB0 und Rh, viele Enzyme und die Aminosäuresequenzen der Hämoglobinketten nur 1,6 % Unterschiede aufweisen Bei anderen Affen ist die Diskrepanz etwas größer. Und auf genetischer Ebene betragen die Unterschiede in den Nukleotidsequenzen in der DNA zwischen diesen beiden Organismen weniger als 1 %. Wenn wir die durchschnittliche Evolutionsrate solcher Proteine ​​in verwandten Organismengruppen berücksichtigen, können wir feststellen, dass sich die menschlichen Vorfahren vor etwa 6–8 Millionen Jahren von anderen Primatengruppen trennten.

Das Verhalten von Affen ähnelt in vielerlei Hinsicht dem menschlichen Verhalten, da sie in Gruppen leben, in denen die sozialen Rollen klar verteilt sind. Gemeinsame Verteidigung, gegenseitige Hilfe und Jagd sind nicht die einzigen Ziele der Gruppenbildung, denn darin erfahren die Affen Zuneigung zueinander, drücken sie auf jede erdenkliche Weise aus und reagieren emotional auf verschiedene Reize. Darüber hinaus findet in Gruppen ein Erfahrungsaustausch zwischen Einzelpersonen statt.

Daher finden sich die Ähnlichkeiten zwischen Menschen und anderen Primaten, insbesondere Menschenaffen, auf unterschiedlichen Ebenen der biologischen Organisation, und die Unterschiede zwischen Menschen als Spezies werden weitgehend durch die Merkmale dieser Säugetiergruppe bestimmt.

Zur Gruppe der Hypothesen, die die Abstammung des Menschen von gemeinsamen Vorfahren mit modernen Affen nicht in Frage stellen, gehören die Hypothesen des Polyzentrismus und des Monozentrismus.

Startposition Polyzentrismus-Hypothesen ist die Entstehung und parallele Entwicklung der modernen menschlichen Spezies in mehreren Regionen der Erde aus verschiedenen Formen des alten oder sogar antiken Menschen, was jedoch den grundlegenden Bestimmungen der synthetischen Evolutionstheorie widerspricht.

Hypothesen vom einheitlichen Ursprung des modernen Menschen hingegen postulieren die Entstehung des Menschen an einem Ort, sind jedoch unterschiedlicher Meinung darüber, wo dies geschah. Also, Hypothese der außertropischen Herkunft des Menschen basiert auf der Tatsache, dass nur die rauen klimatischen Bedingungen in den hohen Breiten Eurasiens zur „Humanisierung“ der Affen beitragen könnten. Dies wurde durch die Entdeckung von Stätten aus dem antiken Paläolithikum – der Diring-Kultur – auf dem Territorium Jakutiens gestützt. Später wurde jedoch festgestellt, dass das Alter dieser Funde nicht 1,8–3,2 Millionen Jahre, sondern 260–370.000 Jahre beträgt. Somit ist auch diese Hypothese nicht ausreichend bestätigt.

Die meisten Beweise wurden derzeit dafür gesammelt Hypothesen über die afrikanische Herkunft des Menschen, aber es ist nicht ohne Mängel, die eine umfassende breite Monozentrismus-Hypothese, die die Argumente der Hypothesen des Polyzentrismus und des Monozentrismus kombiniert.

Triebkräfte und Stadien der menschlichen Evolution

Im Gegensatz zu anderen Vertretern der Tierwelt war der Mensch im Laufe seiner Evolution nicht nur biologischen, sondern auch sozialen Faktoren der Evolution ausgesetzt, die zur Entstehung einer Art qualitativ neuer Lebewesen mit biosozialen Eigenschaften beitrugen. Soziale Faktoren bestimmten den Durchbruch zu einer grundlegend neuen adaptiven Umwelt, die enorme Vorteile für das Überleben der menschlichen Bevölkerung brachte und das Tempo ihrer Entwicklung stark beschleunigte.

Biologische Faktoren der Evolution, die bis heute in der Anthropogenese eine gewisse Rolle spielen, sind die erbliche Variabilität sowie der Fluss von Genen, die das Primärmaterial für die natürliche Selektion liefern. Gleichzeitig haben Isolation, Bevölkerungswellen und genetische Drift durch den wissenschaftlichen und technischen Fortschritt fast vollständig ihre Bedeutung verloren. Dies gibt einigen Wissenschaftlern Anlass zu der Annahme, dass in Zukunft selbst minimale Unterschiede zwischen Vertretern verschiedener Rassen aufgrund ihrer Vermischung verschwinden werden.

Da sich die Umweltbedingungen veränderten, zwangen die Vorfahren der Menschen, von den Bäumen ins Freie zu steigen und sich auf zwei Gliedmaßen fortzubewegen. Die freigelegten oberen Gliedmaßen wurden von ihnen zum Transport von Nahrungsmitteln und Kindern sowie zur Herstellung und Verwendung von Werkzeugen genutzt. Ein solches Werkzeug kann jedoch nur hergestellt werden, wenn eine klare Vorstellung vom Endergebnis – dem Bild des Objekts – besteht, weshalb sich auch abstraktes Denken entwickelt hat. Es ist bekannt, dass komplexe Bewegungen und Denkprozesse für die Entwicklung bestimmter Bereiche der Großhirnrinde notwendig sind, was im Laufe der Evolution geschah. Solche Kenntnisse und Fähigkeiten können jedoch nicht vererbt werden, sie können nur im Laufe des Lebens von einem Menschen auf einen anderen übertragen werden, wodurch eine besondere Form der Kommunikation entstanden ist – die artikulierte Sprache.

Zu den sozialen Faktoren der Evolution gehören somit menschliche Arbeitstätigkeit, abstraktes Denken und artikulierte Sprache. Man sollte die Manifestationen des Altruismus des primitiven Menschen, der sich um Kinder, Frauen und ältere Menschen kümmerte, nicht außer Acht lassen.

Die Arbeitstätigkeit des Menschen beeinflusste nicht nur sein Aussehen, sondern ermöglichte es auch, die Lebensbedingungen zunächst durch den Einsatz von Feuer, die Herstellung von Kleidung, den Bau von Wohnungen teilweise zu erleichtern und später durch die Abholzung von Wäldern aktiv zu verändern. Pflügen von Land usw. In unserer Zeit ist die Menschheit durch unkontrollierte Wirtschaftstätigkeit der Gefahr einer globalen Katastrophe ausgesetzt, die auf Bodenerosion, Austrocknung von Süßwasserkörpern und Zerstörung des Ozonschirms zurückzuführen ist, was wiederum zunehmen kann der Druck biologischer Evolutionsfaktoren.

Dryopithecus, der vor etwa 24 Millionen Jahren lebte, war höchstwahrscheinlich der gemeinsame Vorfahre von Menschen und Affen. Obwohl er auf Bäume kletterte und auf allen vier Gliedmaßen rannte, konnte er sich auf zwei Beinen fortbewegen und Essen in seinen Händen tragen. Die vollständige Trennung der Menschenaffen und der Linie, die zum Menschen führte, erfolgte vor etwa 5–8 Millionen Jahren.

Australopithecus. Die Gattung stammt offenbar von Dryopithecus ab Ardipithecus, die sich vor über 4 Millionen Jahren in den Savannen Afrikas als Folge der Abkühlung und des Rückzugs der Wälder bildete, was diese Affen dazu zwang, auf das Gehen auf den Hinterbeinen umzusteigen. Aus diesem kleinen Tier entstand offenbar eine ziemlich große Gattung Australopithecus(„südlicher Affe“).

Australopithecus erschien vor etwa 4 Millionen Jahren und lebte in afrikanischen Savannen und Trockenwäldern, wo die Vorteile der zweibeinigen Bewegung voll zum Tragen kamen. Von Australopithecus stammen zwei Zweige – große Pflanzenfresser mit kräftigen Kiefern Paranthropus und kleiner und weniger spezialisiert Menschen. Im Laufe der Zeit entwickelten sich diese beiden Gattungen parallel, was sich insbesondere in einer Vergrößerung des Gehirnvolumens und einer Komplikation der verwendeten Werkzeuge äußerte. Die Besonderheiten unserer Gattung sind die Herstellung von Steinwerkzeugen (Paranthropus verwendete nur Knochen) und ein relativ großes Gehirn.

Die ersten Vertreter der Gattung Mensch erschienen vor etwa 2,4 Millionen Jahren. Sie gehörten zur Spezies der geschickten Männer (Homo habilis) und waren kleine Lebewesen (ca. 1,5 m) mit einem Gehirnvolumen von ca. 670 cm 3. Sie verwendeten grobe Kieselwerkzeuge. Anscheinend hatten Vertreter dieser Art einen gut entwickelten Gesichtsausdruck und eine rudimentäre Sprache. Homo habilis verließ die historische Szene vor etwa 1,5 Millionen Jahren und brachte die nächste Art hervor – ein heterosexueller Mann.

Mann aufrecht (H. erectus) als biologische Art entstand vor etwa 1,6 Millionen Jahren in Afrika und existierte 1,5 Millionen Jahre lang, wobei sie sich schnell in weiten Gebieten in Asien und Europa niederließ. Ein Vertreter dieser Art von der Insel Java wurde einst als beschrieben Pithecanthropus(„Affenmensch“), der in China entdeckt wurde, wurde benannt Sinanthropa, während ihr europäischer „Kollege“ es ist Heidelberger Mann.

Alle diese Formen werden auch genannt Erzanthropen(von alten Leuten). Der aufrechte Mann zeichnete sich durch eine niedrige Stirn, große Brauenwülste und ein nach hinten geneigtes Kinn aus; sein Gehirnvolumen betrug 900–1200 cm 3. Der Rumpf und die Gliedmaßen eines aufrechten Mannes ähnelten denen des modernen Menschen. Zweifellos verwendeten Vertreter dieser Gattung Feuer und stellten zweischneidige Äxte her. Wie jüngste Entdeckungen zeigen, beherrschte diese Art sogar die Navigation, denn ihre Nachkommen wurden auf abgelegenen Inseln gefunden.

Paläoanthropist. Vor etwa 200.000 Jahren entstand der Heidelberger Mensch Neandertaler (H. neandertalensis), worauf verwiesen wird Paläoanthropen(alte Menschen), die vor 200.000 bis 28.000 Jahren in Europa und Westasien lebten, auch während der Eiszeiten. Sie waren starke, körperlich ziemlich starke und belastbare Menschen mit einer großen Gehirnkapazität (sogar größer als die des modernen Menschen). Sie verfügten über eine artikulierte Sprache, stellten komplexe Werkzeuge und Kleidung her, begruben ihre Toten und verfügten vielleicht sogar über einige Grundkenntnisse der Kunst. Neandertaler waren nicht die Vorfahren des Homo sapiens; diese Gruppe entwickelte sich parallel. Ihr Aussterben hängt mit dem Verschwinden der Mammutfauna nach der letzten Eiszeit zusammen und ist möglicherweise auch das Ergebnis der konkurrierenden Verdrängung unserer Arten.

Der älteste Fund eines Vertreters Homo Sapiens (Homo Sapiens) Es ist 195.000 Jahre alt und stammt aus Afrika. Höchstwahrscheinlich sind die Vorfahren des modernen Menschen keine Neandertaler, sondern irgendeine Form von Archanthropen, wie zum Beispiel der Heidelberger Mensch.

Neoanthrop. Vor etwa 60.000 Jahren wäre unsere Art aufgrund unbekannter Ereignisse fast ausgestorben, sodass alle folgenden Menschen Nachkommen einer kleinen Gruppe sind, die nur ein paar Dutzend Individuen zählte. Nachdem wir diese Krise überwunden hatten, begann sich unsere Art in ganz Afrika und Eurasien auszubreiten. Es unterscheidet sich von anderen Arten durch einen schlankeren Körperbau, eine höhere Reproduktionsrate, Aggressivität und natürlich durch das komplexeste und flexibelste Verhalten. Es werden moderne Menschen genannt, die vor 40.000 Jahren Europa bewohnten Cro-Magnons und verweisen auf Neoanthropen(für moderne Menschen). Sie unterschieden sich biologisch gesehen nicht von modernen Menschen: Größe 170–180 cm, Gehirnvolumen etwa 1600 cm 3. Die Cro-Magnons entwickelten Kunst und Religion, sie domestizierten viele Arten wilder Tiere und kultivierten viele Pflanzenarten. Der moderne Mensch stammt von den Cro-Magnons ab.

Menschliche Rassen, ihre genetische Verwandtschaft

Als sich die Menschheit rund um den Planeten niederließ, entstanden bestimmte Unterschiede zwischen verschiedenen Menschengruppen hinsichtlich Hautfarbe, Gesichtszügen, Haartyp sowie der Häufigkeit des Auftretens bestimmter biochemischer Merkmale. Die Menge solcher erblicher Merkmale charakterisiert eine Gruppe von Individuen derselben Art, deren Unterschiede weniger signifikant sind als die der Unterarten – Wettrennen.

Das Studium und die Klassifizierung von Rassen wird durch das Fehlen klarer Grenzen zwischen ihnen erschwert. Die gesamte moderne Menschheit gehört einer Art an, innerhalb derer drei große Rassen unterschieden werden: Australo-Negroid (schwarz), Kaukasier (weiß) und Mongoloid (gelb). Jeder von ihnen ist in kleine Rassen unterteilt. Unterschiede zwischen den Rassen ergeben sich aus Merkmalen wie Hautfarbe, Haar, Nasenform, Lippenform usw.

Australischer Neger, oder Äquatorialrennen gekennzeichnet durch dunkle Hautfarbe, welliges oder lockiges Haar, eine breite und leicht hervorstehende Nase, quer verlaufende Nasenlöcher, dicke Lippen und eine Reihe von Schädelmerkmalen. kaukasisch, oder Eurasische Rasse gekennzeichnet durch helle oder dunkle Haut, glattes oder welliges weiches Haar, gute Entwicklung der männlichen Gesichtsbehaarung (Bart und Schnurrbart), schmal hervorstehende Nase, dünne Lippen und eine Reihe von Schädelmerkmalen. mongoloid(Asiatisch amerikanisch) Wettrennen gekennzeichnet durch dunkle oder helle Haut, oft grobes Haar, durchschnittliche Breite von Nase und Lippen, abgeflachtes Gesicht, starke Vorwölbung der Wangenknochen, relativ große Gesichtsgröße, auffällige Entwicklung des „dritten Augenlids“.

Diese drei Rassen unterscheiden sich auch in ihrer Besiedlung. Vor der Ära der europäischen Kolonialisierung war die australisch-negroide Rasse in der Alten Welt südlich des Wendekreises des Krebses weit verbreitet; Kaukasische Rasse – in Europa, Nordafrika, Westasien und Nordindien; Mongoloide Rasse – in Südost-, Nord-, Zentral- und Ostasien, Indonesien, Nord- und Südamerika.

Die Unterschiede zwischen den Rassen betreffen jedoch nur geringfügige Merkmale, die adaptive Bedeutung haben. So wird die Haut von Negern durch eine zehnmal höhere Dosis ultravioletter Strahlung verbrannt als die Haut von Kaukasiern, aber Kaukasier leiden in hohen Breiten weniger unter Rachitis, wo es möglicherweise an der für die Bildung von Vitamin D notwendigen ultravioletten Strahlung mangelt.

Früher versuchten einige Menschen, die Überlegenheit einer der Rassen zu beweisen, um moralische Überlegenheit gegenüber anderen zu erlangen. Es ist jetzt klar, dass Rassenmerkmale nur die unterschiedlichen historischen Wege von Gruppen von Menschen widerspiegeln, aber in keiner Weise mit der Überlegenheit oder biologischen Rückständigkeit der einen oder anderen Gruppe verbunden sind. Menschliche Rassen sind weniger klar definiert als die Unterarten und Rassen anderer Tiere und können beispielsweise in keiner Weise mit Haustierrassen verglichen werden (die das Ergebnis einer gezielten Selektion sind). Wie biomedizinische Untersuchungen zeigen, hängen die Folgen einer Ehe zwischen verschiedenen Rassen von den individuellen Merkmalen des Mannes und der Frau ab und nicht von ihrer Rasse. Daher sind jegliche Verbote von Ehen zwischen verschiedenen Rassen oder bestimmtem Aberglauben unwissenschaftlich und unmenschlich.

Spezifischer als Rassen sind Gruppen von Menschen Nationalitäten- historisch entstandene sprachliche, territoriale, wirtschaftliche und kulturelle Gemeinschaften von Menschen. Die Bevölkerung eines bestimmten Landes bildet sein Volk. Durch das Zusammenspiel vieler Nationalitäten kann eine Nation innerhalb einer Nation entstehen. Mittlerweile gibt es auf der Erde keine „reinen“ Rassen, und jede ausreichend große Nation wird durch Menschen repräsentiert, die verschiedenen Rassen angehören.

Biosoziale Natur des Menschen

Zweifellos muss der Mensch als biologische Spezies dem Druck evolutionärer Faktoren wie Mutagenese, Populationswellen und Isolation ausgesetzt sein. Mit der Entwicklung der menschlichen Gesellschaft werden jedoch einige von ihnen schwächer, während andere im Gegenteil stärker werden, da es auf dem von den Prozessen der Globalisierung erfassten Planeten fast keine isolierten menschlichen Populationen mehr gibt, in denen Inzucht stattfindet, und die Zahlen der Populationen selbst unterliegen keinen starken Schwankungen. Dementsprechend spielt der treibende Faktor der Evolution – die natürliche Selektion – dank der Erfolge der Medizin in menschlichen Populationen nicht mehr die gleiche Rolle wie in Populationen anderer Organismen.

Leider führt der nachlassende Selektionsdruck zu einem Anstieg der Häufigkeit von Erbkrankheiten in der Bevölkerung. Beispielsweise leiden in Industrieländern bis zu 5 % der Bevölkerung an Farbenblindheit, in weniger entwickelten Ländern sind es bis zu 2 %. Die negativen Folgen dieses Phänomens können durch vorbeugende Maßnahmen und Fortschritte in Wissenschaftsbereichen wie der Gentherapie überwunden werden.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass die menschliche Evolution beendet ist, da die natürliche Selektion weiterhin wirkt und beispielsweise Gameten und Individuen mit ungünstigen Genkombinationen auch in der proembryonalen und embryonalen Phase der Ontogenese sowie Resistenzen gegen Krankheitserreger verschiedener Art eliminiert Krankheiten. Darüber hinaus liefert nicht nur der Mutationsprozess das Material für die natürliche Selektion, sondern auch die Anhäufung von Wissen, die Lernfähigkeit, die Wahrnehmung der Kultur und andere Eigenschaften, die von Mensch zu Mensch weitergegeben werden können. Im Gegensatz zu genetischen Informationen werden im Verlauf der individuellen Entwicklung gesammelte Erfahrungen sowohl von den Eltern an die Nachkommen als auch in die entgegengesetzte Richtung weitergegeben. Und es entsteht bereits Konkurrenz zwischen Gemeinschaften, die sich kulturell unterscheiden. Diese für den Menschen einzigartige Form der Evolution heißt kulturell, oder soziale Entwicklung.

Die kulturelle Evolution schließt jedoch die biologische Evolution nicht aus, da sie erst durch die Bildung des menschlichen Gehirns möglich wurde, und die menschliche Biologie selbst wird derzeit von der kulturellen Evolution bestimmt, da bestimmte Zonen mangels Gesellschaft und Bewegungsvielfalt nicht vorhanden sind bilden sich im Gehirn.

Somit hat ein Mensch eine biosoziale Natur, die die Manifestation biologischer, einschließlich genetischer Gesetze prägt, die seine individuelle und evolutionäre Entwicklung bestimmen.

Soziale und natürliche Umwelt, menschliche Anpassung daran

Unter soziales Umfeld zuallererst die sozialen, materiellen und spirituellen Bedingungen seiner Existenz und Tätigkeit rund um einen Menschen verstehen. Neben dem Wirtschaftssystem, den sozialen Beziehungen, dem sozialen Bewusstsein und der Kultur umfasst es auch das unmittelbare Umfeld eines Menschen – Familie, Arbeits- und Studentengruppen sowie andere Gruppen. Die Umwelt hat einerseits einen entscheidenden Einfluss auf die Persönlichkeitsbildung und -entwicklung, andererseits verändert sie sich selbst unter dem Einfluss einer Person, was neue Veränderungen bei Menschen etc. mit sich bringt.

Die Anpassung von Einzelpersonen oder ihren Gruppen an das soziale Umfeld zur Verwirklichung ihrer eigenen Bedürfnisse, Interessen und Lebensziele umfasst auch die Anpassung an die Bedingungen und die Art des Studiums, der Arbeit, der zwischenmenschlichen Beziehungen, des ökologischen und kulturellen Umfelds sowie der Freizeit- und Alltagsbedingungen als deren aktive Veränderung zur Befriedigung Ihrer Bedürfnisse. Dabei spielt auch die Veränderung der eigenen Person, der eigenen Motive, Werte, Bedürfnisse, Verhaltensweisen usw. eine große Rolle.

Informationsfluten und emotionale Erfahrungen sind in der modernen Gesellschaft oft die Hauptursache für Stress, der mit Hilfe klarer Selbstorganisation, körperlichem Training und Autotraining bewältigt werden kann. In einigen besonders schweren Fällen ist ein Besuch bei einem Psychotherapeuten erforderlich. Der Versuch, diese Probleme durch übermäßiges Essen, Rauchen, Alkoholkonsum und andere schlechte Gewohnheiten in Vergessenheit zu bringen, führt nicht zum gewünschten Ergebnis, sondern verschlimmert nur den Zustand des Körpers.

Die natürliche Umwelt hat keinen geringeren Einfluss auf den Menschen, obwohl der Mensch seit etwa 10.000 Jahren versucht, eine angenehme künstliche Umgebung für sich zu schaffen. So führt der Aufstieg in eine erhebliche Höhe aufgrund einer Abnahme der Sauerstoffkonzentration in der Luft zu einem Anstieg der Anzahl roter Blutkörperchen im Blut, einer erhöhten Atmung und Herzfrequenz, und eine längere Exposition gegenüber der offenen Sonne trägt zu einer erhöhten Hautpigmentierung bei - Bräunung. Die aufgeführten Änderungen passen jedoch in die Norm der Reaktion und werden nicht vererbt. Bei Menschen, die lange Zeit unter solchen Bedingungen gelebt haben, kann es jedoch zu gewissen Anpassungen kommen. So haben die Nasennebenhöhlen bei nördlichen Völkern ein viel größeres Volumen zum Erwärmen der Luft und die Größe der hervorstehenden Körperteile nimmt ab, um den Wärmeverlust zu verringern. Afrikaner haben eine dunklere Hautfarbe und lockiges Haar, da das Pigment Melanin die Körperorgane vor dem Eindringen schädlicher ultravioletter Strahlen schützt und die Haarkappe wärmeisolierende Eigenschaften hat. Die hellen Augen der Europäer sind eine Anpassung an eine schärfere Wahrnehmung visueller Informationen in der Dämmerung und im Nebel, und die mongolische Form der Augen ist das Ergebnis natürlicher Selektion für die Einwirkung von Wind und Staubstürmen.

Diese Veränderungen erfordern Jahrhunderte und Jahrtausende, aber das Leben in einer zivilisierten Gesellschaft bringt einige Veränderungen mit sich. So führt eine Verringerung der körperlichen Aktivität zu einem leichteren Skelett, einer Verringerung seiner Kraft und einer Verringerung der Muskelmasse. Geringe Mobilität, übermäßige kalorienreiche Nahrung, Stress führen zu einem Anstieg der Zahl übergewichtiger Menschen, und eine ausreichende Proteinernährung und kontinuierliche Tageslichtstunden mit Hilfe künstlicher Beleuchtung tragen zur Beschleunigung bei – beschleunigtes Wachstum und Pubertät sowie eine Zunahme der Körpergröße .

Sadi Carnot, der Sohn des Kriegsministers unter Napoleon Bonaparte und Onkel des späteren Präsidenten der Französischen Republik, kam bei der Analyse der Folgen der französischen Eroberungskriege zu Beginn des 19. Jahrhunderts zu dem Schluss, dass einer der Gründe Denn die Niederlage Frankreichs war auf den Rückstand bei der Energienutzung zurückzuführen.

In den letzten zweihundert Jahren haben die Menschen große Anstrengungen unternommen, um dieses Konzept zu verstehen. Heute ist klar geworden, dass das menschliche Wohlbefinden mit dem Energieverbrauch zusammenhängt. Beispielsweise ist das Volumen des Bruttosozialprodukts eines Landes nahezu proportional zur Menge der verbrauchten Energie.

Unter Thermodynamik versteht man die Lehre davon, wie Energie in physikalischen Körpern umgewandelt wird. Es beantwortet die Fragen: Wie gewinnt man Wärme, wie gestaltet man den Prozess der Wärmegewinnung beherrschbar, wie speichert man sie und wie nutzt man sie am besten? Um diese Fragen zu beantworten, führten Wissenschaftler Definitionen ein und formulierten die Grundgesetze oder Prinzipien der Thermodynamik.

Energie(aus dem Griechischen Energie- Aktion, Aktivität) wird als allgemeines quantitatives Maß für verschiedene Bewegungsformen der Materie definiert.

In der Natur entspricht jeder physikalische Prozess der einen oder anderen Energieart: mechanisch, chemisch, thermisch, gravitativ, elektromagnetisch, nuklear und so weiter. Mit anderen Worten: Es drückt die Fähigkeit eines Körpers oder Systems aus, Arbeit zu verrichten.

Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Informationstheorie führte zu dem Konzept Informationsenergie, oder Energie der Informationswirkung , als quantitatives Maß für Änderungen der Informationsmenge.

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik lässt sich kurz wie folgt formulieren: „Energie bleibt erhalten.“ Es entsteht nicht aus dem Nichts und verschwindet nicht spurlos; es kann nur von einer Form zur anderen wechseln. Diese grundlegende Entdeckung der 50er Jahre des letzten Jahrhunderts verdanken wir Lord Kelvin (Williams Thomson) und Rudolf Clausis. Als religiöser Mann glaubte Kelvin, dass der Schöpfer ihn zum Zeitpunkt der Erschaffung der Welt mit Energie versorgte und dass diese göttliche Gabe für immer bestehen würde.

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik legt das Vorhandensein einer grundlegenden Asymmetrie in der Natur fest, d stoppt schließlich, aber ein ruhender Kreisel beginnt nicht spontan zu rotieren.

Das heißt, die Verteilung der verfügbaren Energie ändert sich irreversibel. Diese Eigenschaft der Materie wird reflektiert das Prinzip der Entropie. Wenn es einen Begriff gibt Entropie charakterisiert den Grad der Unordnung in der Natur, was bedeutet, dass es einen Begriff geben muss, der den Grad der Ordnung definiert. Enthalpie und ist eine Funktion, die den Grad der Ordnung des Systems (lokale Heterogenität) bewertet.

Natürlich vorkommende Prozesse in der Natur gehen mit einer Zunahme der Entropie (Unordnung) einher.

Auf überraschende Weise spiegeln sich diese Ideen im Modell des Universums wider. Es dehnt sich aus und Energie wird im Raum verteilt. Kontinuierliche und globale Naturzerstörung ist die Haupteigenschaft der materiellen Welt um uns herum. In diesem Zusammenhang spielt das, was im menschlichen Geist hinter dem Bild des Mephistopheles steht, in der Natur eine wichtige Rolle und sorgt für Prozesse Dissipation(aus dem Lateinischen dissipatio- Streuung). Gleichzeitig reichert es sich aufgrund lokaler Inhomogenitäten in der Verteilung der Materie in der Natur in lokalen Zonen des Universums an. Auf diese Weise entstehen Galaxien, Sternbilder, Sonnensysteme und Planeten.

Wenn wir die Ordnung im Haus nicht bewusst aufrechterhalten, wird die Unordnung unabhängig von unserem Wunsch zunehmen. Umgekehrt geht eine gezielte schöpferische Tätigkeit mit einer Abnahme der Entropie (Unordnung) in einer bestimmten lokalen Raumzone einher. Dies ist zwar nur möglich, wenn außerhalb dieser Zone noch mehr Chaos entsteht: So entstehen Mülldeponien und andere Abfälle – Nebenprodukte kreativer Tätigkeit.

Aus der Praxis wissen wir, dass kreatives Handeln ohne den Einsatz von Vernunft oder einem von der Natur geborenen Algorithmus unmöglich ist. In diesem Fall ist die Geburt eines Kristalls in einem amorphen Gestein ein Beispiel für gezielte kreative Aktivität in der Natur, die auf einem von der Natur selbst generierten Algorithmus basiert.

Jeder lebende Organismus ist auch ein Beispiel für einen begrenzten Raum, in dem die Entropie im Laufe des Lebens nicht zunimmt. Im Gegensatz zu einem Kristall verfügt ein Organismus über die Eigenschaft der Selbstregulierung, also der Fähigkeit, ein konstantes inneres Umfeld aufrechtzuerhalten, wenn sich äußere und innere Störungen ändern. Diese Eigenschaft, die Entropie im Laufe des Lebens nicht zu erhöhen, ist eine der Haupteigenschaften, die ein Element der belebten Natur von der unbelebten Natur unterscheidet.

Somit ist die Aufrechterhaltung der Ordnung mit einem Selbstregulierungsalgorithmus, dem Bewusstsein, verbunden. In Anlehnung an Goethes Allegorien können wir sagen, dass der Schöpfer für Prozesse im Zusammenhang mit dem Leben verantwortlich ist, die die Entropie nicht erhöhen. Er scheint Materie als experimentelles Material zu nutzen, um Algorithmen zu erstellen und zu entwickeln, die verschiedene Leben auf der Suche nach ihrer Perfektion unterstützen.

Da es in der Praxis oft schwierig ist, die Energiemenge in einem Körper direkt zu messen, hat man gelernt, sie anhand des Arbeitsaufwands zu bewerten, der damit verrichtet werden kann. Aus dem Schulphysikkurs wissen wir, dass Arbeit als Produkt bewertet wird Stärke, angewendet auf den Körper, multipliziert mit der Distanz, über die sich der Körper bewegt hat. Auf die eine oder andere Weise ist der Begriff der Kraft in der Natur mit der Art der Interaktion verbunden.

Wie bereits erwähnt, basieren alle bekannten Kräfte auf vier Haupttypen der Wechselwirkung physikalischer Körper (Tabelle 1.1.1). Bei der Betrachtung dynamischer Prozesse ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass jede Bewegung eines materiellen Körpers in drei Hauptbewegungen zerlegt werden kann: translatorisch, oszillierend und rotatorisch.

Bewegung und Kraft haben Richtungen, die nicht immer übereinstimmen. Diese Diskrepanz wird durch einen Koeffizienten berücksichtigt, der proportional zum Winkel zwischen Kraftrichtung und Bewegungsrichtung ist. Jetzt können wir erklären, dass eine Stechuhr, die regungslos an der Wand hängt, durch die Schwingung des Pendels und anderer Teile Energie verbraucht. Die Achse der Oberseite ist relativ zum Boden praktisch bewegungslos. Der Kreisel verfügt jedoch über Rotationsenergie und verbraucht diese, um den Luftwiderstand und die Reibung der Achse am Boden zu überwinden.

Um die Rate des Energieverbrauchs oder seiner Beschaffung abzuschätzen, wird das Konzept der Leistung als Änderungsrate der Gesamtenergie eines bestimmten Systems verwendet.

Das Produkt aus Kraft und Zeit ergibt also Energie. Die Leistung wird in Watt gemessen. Ein Energiespeicher mit einer Leistung von einem Watt ist in der Lage, in einer Sekunde ein Joule (J) Energie an das System abzugeben. Eine PS ist definiert als ein Energieverbrauch von 746 J pro Sekunde.

Lassen Sie uns also die Grundgesetze auflisten, die zum Verständnis des Materials im Buch erforderlich sind und den im Universum (Makrowelt) ablaufenden Prozessen zugrunde liegen:

1. Gesetz der hierarchischen Ähnlichkeit.

2. Das Gesetz des Rhythmus.

3. Energieerhaltungssatz.

4. Gesetz der Entropie.