Контрольная работа: Антропогенез и самоорганизация
1. Антропогенез
Антропогенез – процесс историко-эволюционного формирования физического типа человека, первоначального развития его трудовой деятельности, речи. Антропогенез изучает происхождение человека, становление его как вида в процессе историко-эволюционного развития. Учение об антропогенезе – раздел антропологии, центральная проблема эволюционной антропологии, при изучении которой используются данные ряда естественных и общественных наук о человеке и Земле.
В основе представлений об антропогенезе лежит симиальная (от лат. simia – обезьяна) гипотеза происхождения человека от высокоразвитых обезьян третичного периода, впервые подробно разработанная и аргументированная Ч. Дарвином (1871). Впоследствии было получено много новых данных в подтверждение этой гипотезы, особенно палеонтологических и этологических (связанных с изучением поведения приматов), а также из области сравнительной биохимии и иммунологии, молекулярной биологии и генетики.
Животные предки человека
В зоологической систематике род человек (Homo) относится к отряду приматов, в который входит в составе семейства гоминид (Hominidae). Развитие приматов, гоминид и человека протекало на протяжении кайнозойской эры. В соответствии с международной геохронологической шкалой, она подразделяется на палеоген, начавшийся ок. 66 млн. лет назад и представленный 3-мя эпохами (палеоцен, эоцен и олигоцен), неоген, начавшийся ок. 25 млн. лет назад и включающий 2 эпохи (миоцен и плиоцен) – вместе они составляют третичный период, и антропоген – четвертичный период, начавшийся около 2 млн. лет назад и состоящий из 2-х эпох (плейстоцен и голоцен).
Приматы выделились как отряд млекопитающих в конце мелового периода, около 70 млн. лет назад. Их предками, по-видимому, были похожие на современных тупай мелкие насекомоядные животные, переходившие к растительноядности и всеядности. Ранние этапы эволюции приматов изучены мало. Около 55 млн. лет назад низшие приматы стали широко расселяться в тропических лесах Северной Америки и Европы, составлявших в то время единый континент. Это были предшественники современных полуобезьян, лемуров и долгопятов, – адапиды и омомииды. Какая-то из этих групп на рубеже эоцена и олигоцена (около 40–35 млн. лет назад) дала начало высшим приматам – антропоидам. Известны два основных центра возникновения и расселения таких ранних обезьян в Старом Свете – Юго-Восточная Азия (современная Мьянма) и Северная Африка; в Южную Америку предки обезьян проникли, вероятно, несколько позже. Начальные этапы эволюции обезьян Старого Света тесно связаны с Северной Африкой. Здесь в тропических лесах Фаюма (современный Египет) в олигоцене обитали примитивные древесные обезьяны – парапитеки и проплиопитеки. Уже в раннем миоцене (25–20 млн. лет назад) африканские обезьяны разделялись на низших (мартышкообразных) и высших (человекообразных, или гоминоидов), хотя между ними было значительно больше сходства, чем между современными представителями этих групп. Возможно, их общими предками были североафриканские проплиопитеки, особенно египтопитек, живший 28–26 млн. лет назад. Последний считается наиболее вероятным предком раннемиоценовых дриопитеков (проконсулов), впервые появившихся в Восточной Африке примерно 24–22 млн. лет назад.
Дриопитеки (Dryopithecinae, «древесные обезьяны») – подсемейство вымерших человекообразных обезьян, включает единственный род с тремя подродами (собственно дриопитеки, сивапитеки и проконсулы), несколько видов. Остатки дриопитеков (нижние челюсти, зубы, кости конечностей) известны из миоценовых и плиоценовых отложений Западной Европы, Восточной Африки и Южной Азии (Индия). По размерам – от шимпанзе до гориллы.
Подобно другим гоминидам, у дриопитеков был относительно крупный головной мозг, а длинные и подвижные кисти рук были приспособлены для висения и раскачивания на ветвях. Внешне эти обезьяны, вероятно, напоминали шимпанзе, но их руки были пропорционально короче (лишь немного длиннее ног). Вероятно, по земле дриопитеки передвигались на четвереньках, как мартышкообразные обезьяны. Дриопитеки произошли от неких африканских предков в начале миоцена, а затем проникли в Европу и Азию при пересыхании древнего моря Тетис. Дарвиновский дриопитек (Dryopithecus darvini) жил во второй половине миоцена, 9–12 млн. лет назад, на территории Европы. Он был размером с двухлетнего ребенка и весил 15–17 кг. Его коренные зубы были более примитивного строения, чем у прочих гоминидов, и покрыты очень тонким слоем эмали. Видимо, дриопитеки питались лишь мягкими растительными кормами (например, сочными плодами). Большую часть жизни они проводили на деревьях, передвигаясь по ним семейными группами, наподобие шимпанзе.
Именно среди дриопитеков еще со времен Дарвина ищут общие корни человека и африканских человекообразных обезьян. К этому времени материки уже заняли свое современное положение, а на месте огромного доисторического моря Тетис возникла цепь соленых водоемов, в том числе Средиземное, Черное и Каспийское моря. Появилась возможность свободных миграций животных из Африки в Европу и Азию. В период 20–16 млн. лет назад обезьяны стали широко распространяться в Южную Европу, Переднюю Азию и далее на восток, что привело к обособлению восточного (азиатского) ствола гоминоидов. Еще недавно многие ученые считали, что некоторые прогрессивные обезьяны этого ствола – рамапитеки – впоследствии вернулись в Африку, где дали начало линии, ведущей к человеку («рамапитекоидная гипотеза»). Многое, однако, говорит за то, что предки человека не покидали Африку. Косвенно об этом свидетельствует, например, поразительная близость человека и африканских человекообразных обезьян по строению ДНК, белков (в том числе гемоглобина), по группам крови и др. признакам. Вероятно, общими предками человека, шимпанзе и гориллы были какие-то поздние прогрессивные дриопитеки, жившие ок. 10–8 млн. лет назад. Разделение этого африканского ствола гоминоидов на западную (обезьянью) и восточную (человеческую) ветви случилось скорее всего 6–8 млн. лет назад. Развитие ветви, приведшей впоследствии к человеку, происходило в области Восточно-Африканской рифтовой системы. Этот район характеризовался активными процессами в земной коре: землетрясениями, извержениями вулканов, а также повышенным уровнем радиации, что могло значительно ускорить мутационный процесс. Сведение лесов и распространение саванн стимулировало к концу миоцена выход предков человека в более открытую местность. Освоение новой экологической ниши потребовало изменений в поведении и, в первую очередь, перехода к прямохождению (обзор местности, использование палок и камней для защиты и других целей и, далее, развитие орудийной деятельности).
Ранние люди
Древнейшими достоверно известными представителями человеческой линии эволюции были высокоразвитые двуногие человекообезьяны – австралопитеки и близкие к ним формы, которых обычно уже считают первыми людьми (гоминидами). Они появились в Восточной, а затем и в Южной Африке, в плиоцене – ок. 5–4 млн. лет назад. Возможно, что уже в одной из групп ранних австралопитеков развились древнейшие представители рода человек, известные в Восточной Африке, по крайней мере, начиная с 2 млн. лет назад. Большую их часть относят к виду человек умелый (Homo habilis). Хабилисы – преимущественно восточно-африканские гоминиды периода 2–1,5 млн. лет, напоминавшие по внешнему виду некоторых австралопитеков, но со значительно более крупным мозгом (средний объем около 660 см3 против 400–500 см3 у австралопитеков). Их считают основными творцами древнейшей каменной культуры – олдувайской, впервые обнаруженной в 1959 в ущелье Олдувай, в Танзании. Иначе эту культуру именуют еще галечной или рубило-осколочной.
Эволюция рода человек (Homo)
Эволюция человека протекала на протяжении плейстоцена – ледниковой эпохи, в течение которой происходили значительные колебания климата. В умеренных широтах Северного полушария чередовались оледенения и межледниковья при общей тенденции к постепенному похолоданию. В субтропиках климат становился более влажным, а тропики высыхали, сводились леса, сокращалась площадь водоемов, понижался уровень моря, возникали сухопутные мосты. Вероятно первым видом рода Homo, расселившимся во внетропическом пространстве и проникшем в область с умеренным климатом, был человек прямоходящий (H. erectus), или архантроп. Эти люди жили в Восточной и Северной Африке, Индонезии, Китае в период от 1,8/1,6 до 0,3 млн. лет назад; они имели более крупный мозг (в среднем 900–1000 см3 ), изготовляли более совершенные орудия, чем их предшественники, охотились на крупную дичь, использовали огонь. Типичными их представителями были питекантропы и синантропы.
В Европу представители человека прямоходящего проникли около 1 млн. лет назад, а возможно и раньше – до 1,5–2 млн. лет, если судить по археологическим данным и возрасту одной из последних находок эректуса непосредственно «у ворот Европы» – в Южной Грузии.
Человек современного типа – человек разумный (H. sapiens), или неоантроп, – появляется в некоторых регионах Старого Света не позднее 0,1 млн. лет назад или даже раньше. Полное же замещение сапиенсом его предшественников произошло примерно 40–30 тыс. лет назад. Именно этот переходный период между эректусом и сапиенсом считается наиболее сложным и загадочным этапом эволюции человека. Это время палеоантропов – весьма разнообразного по физическому типу населения Африки и Евразии. Гоминид этого периода многие ученые считают уже архаическими (древнейшими) сапиенсами, которые по времени предшествовали «анатомически современному человеку». Наиболее известным вариантом архаического сапиенса являются неандертальцы. Конечно, далеко не все архаические сапиенсы превратились в современных людей. Есть даже точка зрения, что в конце плейстоцена (около 200 тыс. лет назад) численность гоминид резко сократилась, и современные люди первоначально появились в одном центре, скорее всего в Африке южнее Сахары. Возможно, некоторыми чертами они напоминали людей современного типа – кроманьонцев. Ученые считают, что у кроманьонцев существовали магические обряды и ритуалы. По-видимому, продолжительность жизни кроманьонцев была большей, чем у неандертальцев: около 10% уже доживали до 40 лет. В эту эпоху сформировался и первобытнообщинный строй.
Примерно 100 тыс. лет назад эти люди начали расселяться по Европе, Передней Азии и другим регионам земного шара. Эту, так называемую миграционную гипотезу, или теорию моноцентризма, иначе называют «гипотезой африканской Евы», так как основным аргументом ее сторонников служат данные о распространении в различных группах современного населения идентичных генов митохондриальной ДНК, передающихся только по женской линии. Противоположная точка зрения (эволюционная гипотеза, или теория полицентризма) предполагает независимое развитие сапиенса в нескольких (от 2 до 4–5) центрах с культурной и генетической преемственностью между ранним и более поздним населением. Наиболее вероятно, что на этих этапах эволюция человека происходила при смешениях между разными группами развивающихся гоминид, то есть по сетевому типу.
Заселение человеком Америки и Австралии началось не позднее 40–30 тыс. лет назад. Предки американских индейцев проникли из Северо-Восточной Азии через Берингию сначала в Северную Америку, а затем в Центральную и Южную Америку. Предки австралийцев возможно заселяли Австралию с запада (из Индонезии) и с северо-востока (из Южного Китая) через Индокитай и острова. Этот этап предшествовал окончательному формированию современных рас, которое происходило на основе уже сложившегося сапиенса. К концу плейстоцена (примерно 10 тыс. лет назад) гоминиды распространились по всему земному шару.
2. Самоорганизация как основа эволюции
Самоорганизация – целенаправленный процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Свойства самоорганизации обнаруживают объекты различной природы: клетка, организм, биологическая популяция, биогеоценоз, человеческий коллектив. Термин «самоорганизующаяся система» ввел английский кибернетик У.Р. Эшби.
Флуктуации (от лат. fluctuatio – колебание) – случайные отклонения физических величин от их средних значений; происходят у любых величин, зависящих от случайных факторов. В статистической физике флуктуации вызываются тепловым движением частиц системы. Флуктуации определяют теоретически возможный предел чувствительности приборов. Флуктуации давления проявляются, напр., в броуновском движении малых частиц под влиянием точно не скомпенсированных ударов молекул окружающей среды. Флуктуации характерны для любых случайных процессов.
Концепция самоорганизации в настоящее время приобретает все большее значения, становясь парадигмой исследования обширного класса систем и процессов, происходящих в них. В 70-х годах 20-го века возникла новая наука – синергетика , изучающая механизмы самоорганизации и развития. Областью ее исследований является изучение эволюции различных структур, относительная устойчивость которых поддерживается благодаря притоку энергии и вещества извне. В основе синергетики лежит, среди прочих, важное утверждение о том, что материальные системы могут быть закрытыми и закрытыми, равновесными и неравновесными, устойчивыми и неустойчивыми, линейными и нелинейными, статическими и динамическими. Принципиальная же возможность процессов самоорганизации обусловлена тем, что в целом все живые и неживые, природные и общественные системы являются открытыми, неравновесными, нелинейными.
Порядок и хаос. В результате протекания процессов в изолированных системах сами системы переходят в состояние равновесия, которое соответствует максимальному беспорядку системы – равновесный тепловой хаос. Таким образом, самоорганизация, или эволюция в случае замкнутой системы приводит ее в состояние максимального беспорядка. В реальности, тем не менее, часто наблюдаются совершенно противоположные явления.
Уже теория Канта и Лапласа об образовании упорядоченной Солнечной системы из хаотических туманностей противоречила II началу термодинамики. Но особенно ярко проявилось противоречие II начала термодинамики с эволюционной теорией Дарвина. Ведь согласно ей, в мире живого естественно протекающие процессы ведут к усложнению форм и структур, к увеличению порядка, избавлению от хаоса и удалению от равновесия. Другими словами, самоорганизация в живой природе приводит систему к прямо противоположному состоянию, чем самоорганизация в неживых системах. Все это привело к появлению понятия открытой системы , которое и позволило устранить упомянутые противоречия.
Открытость систем. Такие понятия, как изолированная (закрытая) система, необратимые процессы являются идеализацией. При изучении обратимых процессов (например, качание маятника в вакууме при отсутствии трения) нет смысла говорить о направлении течения времени, т. к. прошлое, настоящее и будущее в этом случае не отличаются. Поэтому в уравнениях обратимых процессов время выступает всего лишь как параметр, который можно изменять. Но в реальности в случае с маятником всегда присутствует трение, колебания маятника будут затухающими, и прошлое, настоящее и будущее будут уже отличаться. Эволюционным принципом необратимых процессов в живой природе стало II начало термодинамики, утверждающее, что энтропия изолированной системы возрастает. Именно рост энтропии устанавливает направление протекания процесса, т.е. «стрелу времени» .
В своей книге «Что такое жизнь» выдающийся австрийский физик Э. Шредингер указал на то, что средство, при помощи которого организм поддерживает себя на достаточно высоком уровне упорядоченности, т.е. на достаточно низком уровне энтропии, в действительности состоит в непрерывном извлечении упорядоченности из окружающей его среды. Другими словами, организм извлекает из окружающей среды негэнтропию. Открытая система заимствует энергию и вещество из окружающей его среды и одновременно выводит в окружающую среду отработанное вещество и отработанную энергию. Вырабатывая и заимствуя энергию, открытая система производит энтропию, но она не накапливается в ней, а выводится в окружающую среду . С поступлением энергии и вещества в открытую систему ее неравновесность возрастает, разрушаются прежние связи между элементами и возникают новые, которые приводят к новой структуре, новым кооперативным процессам, т.е. к коллективному поведению её элементов .
Нелинейность . Сложные системы являются нелинейными. Для их описания используются нелинейные математические уравнения, т.е. уравнения, в которых искомые величины входят в степенях больше единицы, в составе математических функций (тригонометрических, логарифмических и т.п.) или коэффициенты зависят от свойств среды и особенностей протекания процесса. Нелинейные уравнения могут иметь несколько качественно различных решений. Физически это означает возможность различных путей эволюции системы .
Диссипативность. Великий русский математик А.М. Ляпунов разработал общую теорию устойчивости состояний систем. Очень кратко ее идею можно выразить следующим образом. Устойчивые состояния систем не теряют своей устойчивости при флуктуациях физических параметров, поскольку система за счет внутренних взаимодействий способна погасить возникающие флуктуации. Неустойчивые системы, наоборот, при возникновении флуктуаций способны усиливать их, и, в результате такого нарастания амплитуд возмущений система уходит из стационарного состояния. Критерием эволюции при этом является величина (dS/dt) < 0 , которая указывает направление развития физической системы к устойчивому стационарному состоянию. Эти процессы происходят достаточно медленно, поэтому на каждом этапе как бы достигается равновесие. Величина прироста энтропии за единицу времени в единице объема называется функцией диссипации , а системы, в которых функция диссипации отлична от нуля, называются диссипативными . В таких системах энергия упорядоченного движения переходит в энергию неупорядоченного движения и, в конечном счете, в тепло. Практически все системы являются таковыми, поскольку трение и прочие силы сопротивления приводят к диссипации энергии (диссипация < лат. dissipatio – разгонять, рассеивать).
При определенных условиях суммарное уменьшение энтропии за счет обмена потоками с внешней средой может превысить ее внутреннее производство. Тогда неупорядоченное однородное состояние системы может потерять устойчивость. В ней возникают и могут возрасти до макроскопического уровня т.н. крупномасштабные флуктуации . При этом из хаоса могут возникнуть структуры, которые последовательно начнут переходить во все более упорядоченные. Образование этих структур происходит не из-за внешнего воздействия, а за счет внутренней перестройки системы, поэтому это явление и получило название самоорганизации . При этом энтропия, отнесенная к тому же значению энергии, убывает. Пригожин назвал упорядоченные образования, возникающие в диссипативных системах в ходе неравновесных необратимых процессов, диссипативными структурами .
На макроуровне диссипативность проявляется как хаос. На микроуровне хаос – это не разрушающий фактор, а сила, выводящая систему путь образования новых структур.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--