Эволюция всегда создает положительные взаимоотношения и устойчивость биологических систем Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕГДА СОЗДАЕТ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ И УСТОЙЧИВОСТЬ

БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

® 2008 Шахмарданов З.А.

Дагестанский государственный педагогический университет

Все межвидовые отношения организмов являются взаимовыгодными. Обосновывается взаимовыгодный характер всех межвидовых отношений, доказывается, что природа не создает отрицательных взаимоотношений видов, а эволюция всегда повышает устойчивость всех уровней организации биологических систем (иммунитет, общебиологические свойства - обмен веществ, регенерация и т.д.).

All interspecific relations between organisms are mutually beneficial. Nature does not create the species’ negative relations. Evolution always creates stability for all levels of organization of biologic systems (immunity, general biologic features, such as metabolism, regeneration, etc.).

Ключевые слова: природа, эволюция, взаимоотношения, иммунитет, регенерация.

Keywords: nature, evolution, interrelations, immunity, regeneration.

В 2009 г. мировая общественность отмечает 200-летие со дня рождения выдающегося английского ученого Чарльза Роберта Дарвина -основоположника эволюционного учения о происхождении видов животных и растений путем естественного отбора. Этой дате посвящается настоящая статья.

В литературе [4, 7] принято

выделять 9 типов межвидовых взаимоотношений: нейтрализм,

конкуренция (а - непосредственное взаимодействие и б - взаимодействие из-за ресурсов), аменсализм, паразитизм, хищничество,

комменсализм, протокооперация и мутуализм. Эти взаимоотношения обозначаются как положительные (+), отрицательные (-) или нейтральные (0). Данная классификация не соответствует современным

представлениям, так как она отрицает сущность эволюции. В нормальных

естественных условиях

взаимоотношения видов всегда являются стимулом их нормальной жизнедеятельности. Это вытекает из одного принципа эволюционной теории Ч. Дарвина - естественного отбора, который представляет собой следствие борьбы за существование (межвидовой ее формы). Кроме того, чем выше устойчивость экосистем, тем больше в них видов и, следовательно, взаимоотношений. И если устойчивость экосистем выше при множестве «отрицательных» взаимоотношений, то нельзя считать их отрицательными. Поэтому, видимо, следует полагать все

взаимоотношения видов

обоюдоположительными, иначе мы должны отказаться от идеи борьбы за существование. В крайнем случае из классификации взаимоотношений видов необходимо (при условии ее сохранения) исключить понятие

«отрицательные» взаимоотношения. Для пояснения рассмотрим «отрицательные» взаимоотношения.

Хищник - жертва. Для хищника взаимоотношения с его жертвами считаются положительными, а для его жертв - отрицательными. В настоящее время общеизвестно, что волк-хищник уничтожает прежде всего и больше всего больных, слабых, старых животных (это относится и к другим хищникам: выдра, пеликан поедают тоже больных, немощных рыб и т.д.), тем самым предотвращает дальнейшее распространение болезней,

особенно инфекционных и

инвазионных, среди жертв и способствует оздоровлению

популяций. Старые животные не воспроизводят потомство, но

употребляют пищевые ресурсы популяции, уменьшая их запасы для других особей, поэтому хищничество волка может служить регулирующим механизмом [20], он не представляет угрозы для дичи и не причиняют ей особого ущерба в условиях, где сохраняется природное равновесие [20]. Там, где чрезмерно увеличилось число копытных, сильно

повреждается лесная

растительность, поэтому волка считают полезным для равновесия биоценоза [20]. Значит, в

естественных ценозах нет оснований расценивать крупных хищников как деструктивный элемент.

Паразит - хозяин. Имеет такое же положительное значение для популяции. От паразитарных

заболеваний наблюдается

незначительная смертность: погибают преимущественно те особи, которые обладают слабыми защитными функциями, болеют другими заболеваниями и т.д. Это явление тоже важно для оздоровления популяции и для ускоренного воспроизводства животных, так как больные животные (болеющие и паразитарными болезнями) не все

участвуют в воспроизводстве потомства.

С точки зрения взаимоотношений видов инфекционные болезни рассматриваются тоже как паразитарные. На первый взгляд инфекционные, инвазионные

болезни, которые создает эволюция, кажутся отрицательным

взаимодействием между видами. Но это не так: во-первых, при

соблюдении санитарно-

гигиенических правил их можно профилактировать (ведь эволюция не отрицает эти правила); во-вторых, мы еще не знаем положительных сторон этих взаимоотношений для хозяев (так же, как в прошлом мы не понимали того, что не существуют «полезные» и «вредные» виды и что все виды полезны). Количество инфекционных и инвазионных болезней человека и животных ограничено. Так, не все болезни являются зоонозами. Здесь, возможно, эволюция (природа) предусматривает какие-то благие намерения.

Известно, что даже страшные острые контагинозные заболевания (сибирская язва, чума и т. п.) имеют основу сохранения и расцвета видов возбудителей и, вместе с тем, они не вызывают 100% смертности больных. И здесь эволюция (природа) породила защитные приспособления против таких болезней у определенного процента особей. Например, известно, что холерой не болеют люди с гиперацидным гастритом (так как холерный вибрион погибает в кислой среде), а таких людей насчитывается до 20%.

Мы еще не знаем, какие защитные механизмы создала природа против других заразных заболеваний.

Распознавание их явится основой профилактики и лечения таких болезней (так же, как профилактикой холеры является употребление

кислых пищевых продуктов). Мы еще далеки от познания законов

биоэволюции по проблемам

возникновения и значения взаимоотношений между

возбудителями болезней человека, животных, растений,

микроорганизмов и их хозяевами пока не знаем, почему у человека встречаются не все болезни, присущие животным, а только их часть - зоонозы; у людей отсутствует естественный иммунитет против зоонозов, не вырабатывается иммунитет против ряда

инфекционных болезней; при одних зоонозах человек может стать источником заражения здоровых людей (чума и др.), при других -больной либо совсем не может заражать здоровых лиц (туляремия и др.), либо заражения исходят крайне редко (сап и др.) и т.д. и т.п.

Конкуренция. Все существующие варианты внутривидовой и межвидовой, прямой и косвенной конкуренции являются одним из проявлений борьбы за

существование и направлены на повышение жизненных способностей организмов. При этом побеждают сильнейшие, а слабые, больные, старые становятся еще слабее и погибают, поскольку становятся еще более легкой добычей хищников). Таким образом, эти

взаимоотношения являются важным фактором повышения устойчивости, жизнеспособности популяции.

Аменсализм. При аменсализме для одного из двух взаимодействующих видов последствия совместного обитания, по данным литературы, отрицательны, тогда как другой не получает от них ни вреда, ни пользы. Такая форма взаимодействия чаще встречаются у растений. Например, светолюбивые травянистые виды, растущие под елью, угнетаются от сильного затемнения ее кроной, а для дерева, как принято считать, их соседство безразлично. Вместе с тем из-за необходимости расцвета травянистых растений не должна страдать древесная растительность, которая для экосистемы имеет

большее значение. Кроме того, неправильно считать, что дерево при этом не получает ни вреда, ни пользы: оно получает пользу, поскольку омертвевшие травы способствуют обогащению гумуса, что улучшает питание его. К тому же под деревьями обитают те виды растений, которые приспособлены к данным условиям среды, то есть дерево создает оптимальную среду обитания травам.

Итак, все взаимоотношения между видами имеют под собой разумную основу, все они полезны. Больше того, «тип взаимодействия данной пары может изменяться в зависимости от условий или на последовательных стадиях их жизненных циклов. Так, в какой-то момент отношения двух типов можно охарактеризовать как паразитизм, в другой - как комменсализм и, наконец, на следующем этапе взаимоотношения могут быть полностью нейтральными» [4. С. 273-274].

Такие изменения возможны и при филогенетическом развитии

паразитизма. Если нахлебник, потребляя остатки пищи хозяина, начинает посягать на таковую уже в большем размере, то первоначально индифферентное влияние его на хозяина превращается во вредоносное, и при переходе известного количественного порога нахлебник становится паразитом. Иногда одно и то же животное может считаться и хищником и паразитом. Например, пиявка высасывает кровь тритона и последний погибает (это хищничество), а когда она питается за счет человека, других млекопитающих, рыб, то выступает паразитом. В некоторых случаях паразиты безвредны (с точки зрения существующих представлений) для хозяев. Например, трипаносомы сонной болезни, опаснейшей для человека, безвредны для антилоп. Имеются случаи бессимптомного носительства патогенных паразитов (дизентерийная амеба).

«Конкуренция и хищничество снижают скорость роста популяции, подвергающейся их воздействию, но этот эффект необязательно вреден, если рассматривать его с точки зрения выживания популяции на протяжении длительного времени или с точки зрения ее эволюции. Отрицательные взаимодействия могут ускорять естественный отбор, приводя к возникновению новой адаптации... Хищники и паразиты часто полезны для популяций, не имеющих механизмов

саморегуляции, для предотвращения перенаселения, следствием которого могло бы быть самоуничтожение» [4. С. 276]. Как отмечают Ю. Одум, А. А. Горелов и другие, основной особенностью отрицательного

взаимодействия популяций является то, что при их синхронной эволюции в стабильной экосистеме степень отрицательного влияния

уменьшается. «Иными словами,

естественный отбор стремится уменьшить отрицательное влияние или вообще устранить

взаимодействие популяций,

поскольку продолжительное и сильное подавление добычи или хозяина популяций хищника или паразита может привести к уничтожению одной из них или обеих» [4. С. 286]. А. А. Горелов пишет, что условием уменьшения отрицательного взаимодействия является стабильность экосистемы и то, что ее пространственная структура обеспечивает возможность взаимного приспособления

популяции. Отрицательные и положительные отношения между популяциями в экосистемах, которые достигают стабильного состояния, в конце концов уравновешивают друг друга. В иных же случаях виды могут быть элиминированы [1].

О возникновении равновесия в системах «хищник - жертва» и «паразит - хозяин» пишет Р. Риклефс: «Отбор непрерывно стремится усовершенствовать приспособления

как хищника, так и жертвы, что приводит к установлению некоторого эволюционного равновесия,

аналогичного экологическому

равновесию между популяциями хищника и жертвы. Паразит и хозяин в процессе совместной эволюции приходят к некоторому равновесию: приспособления паразита снижают его вирулентность, а приспособления хозяина (иммунитет и устойчивость) снижают опасность для его здоровья» [6. С. 303, 306].

Таким образом, в работах известных ученых имеются доказательства того, что

отрицательных взаимоотношений видов в природе не существуют. Исходя из вышеизложенного можно утверждать, что все

взаимоотношения видов в природе имеют положительные последствия, эволюция не создает отрицательные взаимоотношения видов.

Общим для эволюции всегда является упрочение жизненных свойств биологической системы. Это прослеживается на всех уровнях ее организации. Но некоторые экспериментальные данные

анализируются неправильно.

Возникает необходимость в правильной интерпретации таких данных. Рассмотрим некоторые из них.

Иммунитет. Возникновение и становление иммунитета является классическим примером

прогрессивного эволюционного

развития и упрочения жизненных свойств на всех уровнях организации биологических систем. Иммунитет создавался против инфекций. Поэтому инфекты направленно

эволюционируют в сторону приобретения самых разных способностей к выведению из строя именно иммунной системы. В связи с этим при всякой патогенной инфекции в организме идет борьба между системами резистентности, в том числе иммунной, и патогенной. Инфекций, не повреждающих так или иначе

иммунную систему, не бывает. Разные вирусы, оказавшись в одной клетке, способны к активной генетической рекомбинации между собой, что увеличивает шансы каждого из них в борьбе за выживание с организмом [11].

Иммунитет - эволюционно самый новый биологический механизм защиты многоклеточных организмов от инфекций. Иммунная система выработалась примерно у 1,5% видов живых организмов на Земле (начиная с челюстных рыб). По гипотезе Чарльза Джанвея [Цит. по 11], лимфоцитарный иммунитет возник в результате ретровирусной инфекции в гаметы древних челюстных рыб, привнесшей в их геном механизм перестройки соматической ДНК в определенных участках. Современный остаток этих ретровирусов - гены, активирующие рекомбинацию ДНК,

функционирующие только в лимфоцитах. Отбор закрепил это свойство. Таким образом, борьба между системами резистентности и патогеном способствует

выживаемости организма - хозяина и инфекта, укрепляет, упрочивает оба взаимодействующих вида - инфект и организм хозяина, то есть обоюдовыгодна.

Иммунитет как биологически защитная реакция возник не сразу. В процессе эволюционного развития сначала появились доиммунные механизмы биологической защиты, которые имеются у всех многоклеточных. Это покровные ткани, фагоциты, микробоцидные

гуморальные вещества, сосудистые реакции.

Лимфоцитарный иммунитет в отличие от доиммунных механизмов резистентности к инфекциям привнес еще одно новое свойство, чрезвычайно полезное для выживания и закрепленное естественным отбором -иммунологическую память. Ее феномен проявляется в том, что в

случае успешного иммунного ответа на первое попадание патогена в организм санация при его повторных попаданиях наступает значительно быстрее и эффективнее, патоген не успевает вызвать патологический инфекционный процесс. Это состояние известно как протективный иммунитет, то есть иммунитет, защищающий от болезни [11].

Упрочнение молодых (новых) биосистем. Утверждение о том, что эволюционно более новое, совершенное всегда и везде уязвимо, неверно [10. С. 5]. Наоборот,

эволюционно более молодое лучше приспособлено к современным условиям среды, так как возникло в данных, наиболее для него выгодных условиях. Это подтверждаются и тем, что в ходе прогрессивной эволюции выживаемость видов возрастает на много порядков: с 10-7 - 10-6% у бактерий, одноклеточных животных и растений до 10-30% у высших животных [3. С. 361].

Продолжительность жизни

различных типов клеток тканей в ходе прогрессивной эволюции тоже увеличивается закономерно. Так, средняя продолжительность жизни эпителиальных клеток составляет от 1,5 до 47,6 суток [2], эритроцитов - 120 -150 дней, клетки ретикулярной, костной, хрящевой тканей живут по нескольку лет, а нервные клетки столько же, сколько живет организм. Увеличение продолжительности жизни является одним из следствий упрочения и развития биологических систем, способствующих повышению надежности организма и снижению потерь на всех этапах онтогенеза (развитие многоклеточности,

совершенствование саморегуляции и гемостаза, увеличение количества желтка в яйце, переход к внутреннему оплодотворению, живорождение, активная забота о потомстве). Так, в ходе прогрессивной эволюции повышается не только выживаемость видов, но и отдельных тканей.

Общебиологические свойства организмов. Обмен веществ,

размножение, дыхание,

раздражимость, регенерация

определяют прочность биологических систем, продолжительность жизни организмов. При этом не все

одинаково влияют на эти свойства. Так, удельная интенсивность

метаболизма на 1 кг массы уменьшается с увеличением массы тела [15]. Вместе с тем известно, что в целом увеличение массы тела приводит к увеличению

продолжительности жизни.

Способность к регенерации у животных лучше проявляется в молодом возрасте и на низших ступенях эволюционного развития [5, 12, 13], хотя иногда наблюдается повышение восстановительной

способности отдельных тканей (например, мышечной) с возрастом [8, 9].

Все общебиологические свойства являются защитными механизмами

онтогенеза. Известно, например, что

регенерация тесно связана с

эволюцией механизмов регуляции онтогенеза [16] По утверждению И. И. Шмальгаузена [14], в филогенезе защитные механизмы онтогенеза становятся более устойчивыми. При этом, казалось бы, можно заключить, что процессы регенерации, как утверждает А. Н. Студитский [9], в процессе эволюции закономерно

повышается. Но с этим положением многие исследователи не согласны. И действительно, как это соотнести с тем общеизвестным фактором, что ящерица способна восстанавливать утраченный хвост, а нервные клетки при их повреждении, по мнению большинства ученых, не

восстанавливаются. Возникает вопрос: модно ли допустить затухание процессов регенерации - этого прогрессивного приобретения - в эволюционном развитии? Ответ требует неоднозначного,

многопланового подхода:

а) если регенерация в эволюции замедляется, то только потому, что взамен одновременно появляются более существенные приобретения;

б) всегда ли и у всех организмов

регенерация в эволюции

усиливается;

в) теоретически можно допустить воссоздание условий, при которых регенерация в эволюционном развитии будет повышаться (точно так же, как для митотического деления нервных клеток можно создать условия эмбриогенеза, при которых они хорошо делятся).

Следует полагать, что в онтогенезе путем направленных воздействий на общебиологические процессы можно регулировать продолжительность жизни. Об этом говорят многие явления природы: выживаемость семян растений, зимняя и летняя спячка ряда животных, инцистирование

микроорганизмов, когда понижение обмена веществ вызывает увеличение продолжительности жизни. Длительное хранение половых клеток животных путем замораживания тоже является тому подтверждением. Пока у организмов сохраняются общебиологические процессы на нормальном уровне, их смертность отодвигается.

В свете рассматриваемой проблемы важно отметить, что дифференцировка клеток является причиной старения, которая ведет к потере клеткой способности делиться и затем к ее смерти. В силу избыточной специализации клетки теряют способность к регенерации, что приводит к их старению [19]. И таким образом укорачивает продолжительность жизни. Вместе с тем без нее невозможно было бы появление новых функций, освоение новых ареалов; возникновение новых свойств, которые в итоге значительно увеличивают продолжительность жизни на большой срок, чем тот, на который сокращает ее.

Эволюция исходит из правила выбора максимальной выгоды для биологических систем и из того, что дифференцировка (ограничение способности к делению клеток) является лишь одной из потенциальных причин старения.

Если эволюция не смогла сохранить высокий уровень регенерации при дифференцировке, то возникает вопрос: что из них важнее для биологических систем? Эволюция дает единственно

правильный ответ -

дифференцировка. Таким образом, эволюция всегда стремится и добивается упрочения биологических систем; отклонения от этой закономерности должны найти объяснение или быть признаны беспочвенными или пока пока недостаточно четко установленными.

В данной статье мы коснулись лишь отдельных проблем эволюции. Но они достаточны, чтобы

утверждать правомерность заглавия.

Примечания

1. Горелов А.А. Экология. Учебное пособие. М. : Издательство «Центр», 1998. 2. Жинкин Л.Н. Дифференциация и продолжительность жизни клеток//Руководство по цитологии. Т. 2. М.-Л. : Наука, 1966. С. 569. 3. Завадский К.М. Вид и видоробразование. М. : Наука, 1968. С. 361. 4. Одум Ю. Основы экологии. М. : Мир, 1975. 5. Полежаев Л.В. Утрата и восстановление регенерационной способности органов и тканей у животных. М. : Наука, 1968. 6. Риклефс Р. Основы общей экологии. М. : Мир, 1979. 7. Степановских А.С. Экология. Курган: Зауралье, 1977. 8. Студитский А.Н. Вопросы восстановления органов и тканей позвоночных животных. М. : Наука, 1954. С. 7. 9. Студитский А.Н. Загадки формообразования. М. : Знание, 1977. 10. Фролькис В.В. Биология старения. Л: Наука, 1982. С. 5. 11. Хаитов P.M. Иммунология. Учебник для вузов с СД. М. : Геотар-Медиа, 2006. 12. Шахмарданов З.А. Регенерация ужи both ых//Биология в школе. 1971. №5. С. 3-8. 13. Шахмарданов ЗА /Адаптация организмов и биологическая устойчивость различных типов тканей (тканевая теория старения)//Стресс, адаптация, функциональные нарушения. Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума. Кишинев, 1984. 14. Шмальгаузен И.И. Регуляция формообразования в

индивидуальном развитии. М. : Наука, 1964. 15. Шмидт-Ниельсон К. Размеры животных: почему они так важны? М. : Мир, 1987. 16. Юсуфов А.Г., Шахмарданов ЗА. Процессы регенерации у растений и животных, их место в онтогенезе и эволюции//Успехи современной биологии. 1979. Т. 88. Вып. 3(6). С. 428-444. 17. Classer I. The effect of predation on prey resource utilization//Ecology, 1978. Vol. 59. №4. P. 727-732. 18. Crosser I. Structural aspects of agcind London, 1962. 19. Marschall F„ Hammond L. Ministry of Agris and Fish, 1946. V.39.P.1. 20. Mech D. The wolf the ecology and behavior of an endagered species. № 4: The nature, Hist. Press Garden City, 1970. P. 834.

Статья поступила в редакцию 16.09.2008 г.