Педагогічні науки

І.О. Огінова

Дніпропетровський національний університет

Викладання сучасних еволюційних концепцій

Сучасний стан розвитку науки дозволяє принципово змінити викладання дисципліни "Теорія еволюції" у вищих навчальних закладах України. В першу чергу це пов’язане із розвитком генетичних досліджень і досягнень молекулярної біології. Саме в цих галузях сьогодні концентруються зусилля світових науковців, що займаються вивченням основоположних питань щодо походження та подальшого розвитку життя на Землі. Вони природним чином доповнюють розробки вчених минулих століть і виводять еволюційні уявлення на якісно новий рівень, сприяючи формуванню системно орієнтованого світогляду майбутніх фахівців. На необхідності саме такого підходу до проблем еволюції наполягає чимало вітчизняних та закордонних дослідників. У своїх роботах вони приділяють велике значення використанню сучасних наукових даних, одержаних у численних генетичних дослідженнях, для інформаційного забезпечення різних еволюційних концепцій. Це дозволяє надійніше визначити ступінь коректності кожної з них і краще зрозуміти недоліки, що вони містять. Внаслідок цього ступінь наукового підґрунтя та використання сучасних досягнень генетики може слугувати своєрідним критерієм адекватності відповідних поглядів на філогенетичний розвиток різних таксономічних груп організмів.

Дослідження ефективності різних методичних прийомів і способів викладання дисципліни "Теорія еволюції" проводилося протягом 30 років серед студентів четвертого курсу біолого-екологічного факультету Дніпропетровського національного університету різної спеціалізації (ботаніка, зоологія, мікробіологія, гідробіологія, фізіологія людини, фізіологія рослин, біохімія та біофізика, екологія). Кожного року їх число становило від 152 до 175 осіб. У перші роки студентам пропонувався більш класичний (дарвінівський) варіант перебігу еволюційних подій, який із часом поступово змінився на системний, збагачений інформацією відносно генетичних і молекулярно-біологічних основ розвитку життя на Землі. Одночасно значно більше уваги приділялося самостійній роботі, зокрема, окрім рефератів за довільно обраною темою студенти виконували творче завдання за конкретними результатами своїх курсових і дипломних робіт. Вони мали на прикладі конкретної біосистеми продемонструвати дію адаптаційних і біфуркаційних механізмів із визначенням можливих сценаріїв її майбутнього розвитку, виявити причинно-наслідкові зв’язки, а також визначити місце і роль досліджуваної системи у ймовірній перебудові структур більш високого ієрархічного рівня. Ефективність такого перерозподілу інформаційного навантаження оцінювалося за ознаками зацікавленості й активності студентів протягом навчального року, а також їх успішності при складанні іспитів.

Внаслідок проведених спостережень було встановлено, що розпочинати викладання дисципліни "Теорія еволюції" доречно з ознайомлення студентів із основними принципами самоорганізації матерії. Це сприяє формуванню у студентів системності поглядів на будь-які процеси, що відбуваються у матеріальних об’єктах різного рівня. Створюється підґрунтя для уявлення про єдність всіх матеріальних, енергетичних та інформаційних потоків, які розвиваються узгоджено, внаслідок чого не може утворюватися що завгодно і яким завгодно способом, тобто конкретизуються можливі шляхи та способи можливих майбутніх перетворень складних систем різного рівня. На цій основі полегшується перехід до викладання базових варіантів хімічної еволюції. Наявність незворотних процесів і цілої череди обмежень, які спрямовують розвиток відповідних систем у певних напрямках оптимізації потоків речовини, енергії та інформації дозволяє переконливо продемонструвати перспективність еволюції хімічних речовин саме на вуглецевій основі, а також неминучість ієрархічної організації структур, які утворюються, так як саме за такої умови мінімізується ентропія і системи здатні не тільки зберігати гомеостаз, але й утворювати принципово нові системні зв’язки. Самоорганізація таких систем за умови наявності конкретної інформаційної матриці (наприклад, ниткоподібних кристалів графіту) неминуче призводить до становлення певної відповідності між різними органічними сполуками, зокрема між амінокислотами та нуклеотидами, сприяючи формуванню кодових взаємовідносин між ними. Але такі співвідношення не можуть бути дуже поширеними, тому певних функціональних властивостей набувають лише деякі з них, більша частина новоутворених комплексів залишається в інформаційному плані зайвою. Можливі два шляхи їх майбутнього розвитку: позбавитися від них (прокаріотичний напрям, еволюційний тупик) і зберегти з використанням потенційних можливостей подібних структур (еукаріотичний напрям, прогресивний розвиток). Наявність додаткових структурних елементів і повторів є обов’язковою умовою ефективного функціонування будь-яких керуючих систем, яка дозволяє збільшити їх витривалість до несприятливих зовнішніх впливів і забезпечити гнучкість пристосувальних процесів. Усвідомлення цього факту дозволяє студентам краще засвоїти подальші шляхи розвитку генетичному матеріалу й системний характер походження життя на Землі: еволюціонували не окремі протобіонти, а одразу складалася біосфера нашої планети, так як у різних її частинах виникали локальні осередки формоутворення, що певним чином були пов’язані між собою в межах системи вищого ієрархічного рівня.

Студенти різної фахової підготовки демонструють певні розбіжності в успішності засвоєння відповідної інформації, зокрема біохіміки швидше розуміють доречність конкретних перетворень хімічних елементів, а екологи – системність виникнення життя на Землі, але наявність необхідної базової підготовки протягом попереднього навчального процесу дозволяє на семінарських заняттях вирівняти такі відмінності й забезпечити перехід до наступного етапу засвоєння інформації з "Теорії еволюції", а саме розглянути еволюцію геному. Саме в цьому розділі закладається науковий підмурівок подальшого засвоєння інформації відносно будь-яких системних перетворень живих істот різного рівня складності, створюються умови для розуміння внутрішньої логіки перебігу наступних еволюційних подій.

Переваги диплоїдного геному над гаплоїдним краще засвоюються на фоні попередніх відомостей щодо перспективності прискореного розвитку систем із наявністю дублюючих елементів (надлишкова ДНК), які не тільки слугують буфером для більшості несприятливих змін інформаційної матриці, але й постачають матеріал для адекватних новим умовам перебудов самого генетичного матеріалу. Вони створюють базу для подальшої диференціації клітин і тканин у межах цілісного організму, сприяючи формуванню все більш досконалих систем вищих ієрархічних рівнів. При цьому викладання дисципліни утримується в межах наукової логіки системного розгортання еволюційних процесів і адекватно засвоюється студентами.

Вивчення доцільності формування пристосувань до конкретних умов довкілля, котре ґрунтується на уявленнях про те, що кожна адаптація на рівні організму починається з пристосувальних змін у біосинтезі білків, а ті, в свою чергу, базуються на відповідних змінах геному, дозволяє зберегти цю логіку і поширити її на мікроеволюційні процеси. При цьому можна широко використовувати власні наукові доробки викладачів та результати досліджень, проведених самими студентами різної спеціалізації, так як переважна більшість наших студентів виконує курсові та дипломні роботи у галузі дослідження кількісних і якісних змін різних фракцій білків (у тому числі зміни їх ферментативної активності); вивчаються також особливості гаметогенезу та соматичного мутагенезу мікроорганізмів, грибів, рослин, тварин і людей на фоні найрізноманітніших факторів довкілля. При цьому слід зауважити, що подібні педагогічні прийоми, орієнтовані на розвиток творчих здібностей, потребують від студентів і викладачів чимало додаткових зусиль і мають супроводжуватися відповідними методичними розробками. Але це дозволяє суттєво стимулювати зацікавленість та активність студентів, що допомагає їм краще усвідомити місце власних наукових робіт у загальній системі наукового пізнання зовнішнього світу й зрозуміти універсальність і системність розвитку реального перебігу еволюційних подій на планеті Земля.

На цьому тлі досить легко здійснюється засвоєння інформації відносно генетичних перебудов на рівні популяцій і видів, зрозумілими стають причино-наслідкові зв’язки, що призводять до видоутворення. Ідея системного сполучення сталості та мінливості, котра з необхідністю проходить через усі розділи навчальної дисципліни "Теорія еволюції", на рівні живих істот реалізується через розуміння базового значення збереження цілісності геному за відносно стабільних умов існування і можливості його радикальних пристосувальних змін у новому середовищі. Усвідомлення цього основного положення значно полегшує сприйняття макроеволюційних процесів і дозволяє конкретизувати чимало загальнотеоретичних положень щодо історичного розвитку життя на Землі. Зокрема, це стосується філогенетичних перетворень онтогенезу, коли закладаються основні напрямки подальшого еволюційного розвитку біосистем різної складності.

На прикладі генетичних особливостей функціонування ієрархічно організованих процесів індивідуального розвитку досить легко досягається розуміння можливості формування принципово нових груп організмів за допомогою мінімальних змін будови регуляторних генів; особливо це стосується найбільш ранніх стадій онтогенезу. Студенти усвідомлюють, що для виникнення принципово нової таксономічної групи, немає потреби у кардинальних перебудовах безлічі структурних генів, для цього достатньо навіть однієї невеликої мутації у ключових генах, оскільки це може спричинити подальші каскадні перебудови всього онтогенезу, а потому – виникнення принципово іншого плану організації. Такий перебіг подій добре ілюструється на прикладі виникнення розумної істоти.

Студенти добре сприймають таку, ніби то парадоксальну, версію щодо походження людини як еволюційну закономірність постання розумної істоти (внаслідок прогресуючого розвитку нервової системи) і випадковість її появи саме на основі приматів. При цьому зоологи, а за ними й інші студенти, охоче погоджуються, що чимало груп тварин упритул підішли до межі, що відокремлює елементарну розумову діяльність тварин від свідомості людини. Вони швидко пропонують різні можливі варіанти альтернативного розвитку подій, називаючи перспективними у цьому плані собак, котів, ведмедів, пацюків, дельфінів тощо. Дещо заважає в уявленні реального перебігу подій нестача інформації відносно часу для уможливлення відповідних процесів, адже люди з морфологічної точки зору суттєво різняться від антропоморфних приматів. Це призводить до висновку, що формування нашого виду не могло відбуватися так швидко, адже ніби то потребується докладна перебудова усього геному. Адекватно розібратися з цією проблемою дозволяють сучасні генетичні дослідження, згідно з якими геноми шимпанзе і людини різняться лише кількома відсотками генів, тобто еволюція розумної істоти могла здійснитися досить швидко за геологічним часом внаслідок зміни незначного числа регуляторних генів і не потребувала для своєї реалізації тривалих перебудов генетичного матеріалу.

Після усвідомлення цього факту студенти краще розуміють механізми дії всіх інших чинників антропогенезу, починаючи з біологічних і закінчуючи соціальними факторами. При цьому зрозумілим стає перерозподіл впливу цих складових антропогенезу з поступовим переходом від переважно біологічно доцільної еволюції до соціального зумовленого розвитку, котрий починає безпосередньо впливати навіть на морфологічні ознаки людини сучасного фізичного типу (через жертвопринесення у магічних ритуалах, війни, геноцид, расизм, стан медицини тощо). Взаємна узгодженість таких різноспрямованих процесів, яка стала основою для достатньо врівноваженого протікання багатьох системних перебудов приматної організації протягом антропогенезу, сприяє формуванню у студентів науково обґрунтованого уявлення про взаємозумовленість універсальних (базових) і специфічних варіантів еволюційного перетворення складних систем різного рівня.

Таким чином, використання результатів генетичних досліджень у галузі викладання сучасних еволюційних концепцій дозволяє здійснити перехід від усталених уявлень про філогенетичний розвиток життя на Землі до принципово нового, системного підходу в розумінні відповідних процесів.