Развитие естествознания и географической науки в середине XIX в

В середине XIX в. завершается промышленная революция в главных европейских странах и США. К концу этого периода относятся такие события, как победа промышленного Севера над рабовладельческим Югом в США, политическое объединение Германии и Италии, аграрная реформа 1861 г. в России и др. Резкий подъем промышленного производства сопровождался международным разделением труда, развитием международных торговых отношений. Развитие капитализма вызвало массовое переселение людей из стран Европы в США, Канаду и Австралию. Европейские колонии значительно расширяются. В некоторых развитых капиталистических странах начинают создаваться первые географические общества: Парижское (1821 г.), Берлинское (1828 г.), Русское (1845 г.) и др.

Развитие географии в этот период характеризовалось интенсивным накоплением фактического материала, началом его углубленного анализа и в связи с этим появлением отраслевой специализации. К этому же времени относятся крупные географические обобщения и первые попытки обосновать самостоятельность географии как синтетической науки о связях и взаимодействиях тел и явлений на земной поверхности (126,279).

Основные географические открытия первой половины XIX в. были совершены в Арктике, Антарктике и во внутренних районах Африки, Азии и Австралии.

Первая половина XIX в. – это эпоха выдающихся успехов в области естествознания. К этому периоду относится жизнь и научная деятельность Чарлза Лайеля и Чарлза Дарвина.

Чарльз Лайель (1797-1875 гг.) в 1830-1833 гг. опубликовал свой главный труд «Основы геологии» в трех томах, который составил целую эпоху в развитии естествознания. В этой работе (в противовес господствовавшей в то время теории катастроф) Лайель разработал учение о медленном и непрерывном изменении земной поверхности под влиянием постоянных геологических факторов, действующих и в современную эпоху. Он показал, что изменения земной поверхности в геологическом прошлом происходили в результате землетрясений, медленных движений земной коры, воздействия климата и т.д. Причем эти процессы по своим масштабам не отличались от современных. Лайель утверждал, что существенные геологические перемены являются результатом лишь постепенных изменений, действующих на протяжении очень длительного периода времени. Лайель применил к объяснению геологических событий принцип актуализма. Вместе с тем он не видел изменчивости физико-географических и геологических процессов и прогрессивного развития Земли в целом, т.е. его актуализм сводился к униформизму. Хотя идеи Лайеля должны были способствовать развитию учения об изменяемости организмов, сам Лайель в течение долгого времени не признавал того факта, что растения и животные со временем также изменяются, т. е. развиваются.

Ч. Лайель много путешествовал. При посещении Канарских островов и острова Сицилия он собрал обширные данные о возрасте лав и образовании вулканических конусов. Изучение Этны позволило Лайелю опровергнуть гипотезу кратеров поднятия немецкого геолога Кристиана Буха (1774-1853 гг.). Он выдвинул гипотезу о происхождении метаморфических процессов и предложил разделять горные породы на 1) осадочные, 2) вулканические, 3) плутонические и 4) метаморфические (70,126).

Чарлз Дарвин и его вклад в развитие естествознания и географической науки. Учение об эволюции организмов, блестяще обоснованное Ч.Дарвином в 1859 г., подготавливалось в трудах его многочисленных предшественников, среди которых можно назвать Ж.Б.Ламарка (1744-1829 гг.), К.Бэра (1792-1876 гг.), К.Рулье (1814-1858 гг.) и др. В Англии А. Уоллес (1823-1913 гг.) пришел к этому учению независимо от Дарвина.

Чарлз Роберт Дарвин родился в Шрюсбери (Англия) в 1809 г. Его отец, Роберт Дарвин, был врачом, а дед, Эразм Дарвин, - известным биологом. Во время обучения Чарлз Дарвин не проявлял особенных успехов и был весьма посредственным учеником. Однако он имел живой ум и интересовался естественной историей. Он недолго изучал медицину в Эдинбургском университете, а затем перешел в Кембриджский университет, чтобы изучать богословие. В 1831 г. ему, 22-летнему молодому человеку, предложили место натуралиста на корабле «Бигль», отправлявшегося в кругосветное плавание. На этом корабле Дарвин побывал в Бразилии, Аргентине, Фолклендских и Галапогосских островах, Таити, Новой Зеландии, Австралии и Тасмании. Во время путешествия перед ним открылись богатства тропических лесов, окаменевшие остатки давно вымерших рептилий и многое другое. Он пережил несколько землетрясений и другие стихийные бедствия. В ходе этого путешествия Дарвин собрал обширные сведения о современных и ископаемых растениях и животных, геологических формациях и коралловых рифах. Он много размышлял о таких явлениях, характерных для живых существ, как адаптация, географическая изменчивость и конкуренция. После возвращения в Англию Дарвин жил некоторое время в Лондоне, а затем переселился в графство Кент, где провел всю свою оставшуюся жизнь и умер в 1882 году.

Большое влияние на развитие научных идей Дарвина оказала работа Лайеля «Принципы геологии», которую он брал с собой в путешествие на «Бигле». В этой книге развивался взгляд, что история Земли есть результат естественных законов и сил, которые действовали и продолжают действовать в настоящее время. Данная книга опровергала господствовавшее тогда мнение о том, что мир сформировался в результате серии катастроф (Жорж Кювье), либо в результате божественного творения. Главное, что почерпнул молодой Дарвин из этой книги, заключалось в понимании того, что мир не есть некоторая застывшая масса, но подвижная, динамическая реальность, пребывающая в вечном изменении и развитии. Принцип развития, заимствованный у Лайеля, позволил Дарвину по-новому взглянуть на мир животных и растительных организмов. Второй книгой, оказавшей на Дарвина большое влияние, была работа Мальтуса «Очерки народонаселения» (1798 г.). Основная идея Мальтуса, раскрываемая им в этой книге, сводилась к тому, что численность населения имеет тенденцию расти в геометрической прогрессии, в то время как производство пищи может в лучшем случае возрастать лишь в арифметической прогрессии. Мальтус делал вывод о том, что рост народонаселения будет сдерживаться голодом или какими-либо другими формами «лишений» и «страданий». В результате внимательного прочтения этой книги Дарвин пришел к мнению о том, что конкуренция за ограниченные ресурсы неизбежно приведет к выживанию тех особей, которые обладают свойствами, обеспечивающими им преимущества в борьбе за жизнь. Он знал, что домашние животные и растения изменялись на протяжении поколений искусственным отбором. В этой связи у него начала формироваться идея о том, что признаки видов диких животных возникли в результате естественного отбора.

Дарвин сделал первый набросок своей теории в 1842 г., а следующий – в 1844 г. Он намеревался подобрать данные, необходимые для более обширной работы, но в 1858 г. неожиданно получил письмо от Альфреда Уоллеса с общей формулировкой теории эволюции путем естественного отбора, к которой Уоллес пришел независимо от Дарвина. Дарвин и Уоллес совместно опубликовали небольшой очерк своей теории в 1858 г., а в 1859 г. Дарвин опубликовал свой объемный труд под названием «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение избранных пород в борьбе за существование».

Основным ядром эволюционной теории является положение о естественном отборе как механизме, обеспечивающем прогрессивное развитие видов всех живых существ.

Важнейшие положения концепции естественного отбора сводятся к следующему. Особи, принадлежащие любой популяции животных одного

вида, в значительной степени отличаются друг от друга. Многие из этих различий наследуются. В каждом поколении рождается гораздо больше особей, чем может достичь половой зрелости. У разных особей вероятность выживания различна. У особей, признаки которых наиболее соответствуют условиям обитания, большая вероятность выжить и передать свои полезные признаки следующему поколению. Таким образом, некоторые признаки имеют тенденцию сохраняться в популяции. Другими словами, определенные черты животных подвергаются естественному отбору.

В содержании эволюционной теории Дарвина имеется ряд идей, представляющих большой интерес для географии:

1.Каждый вид возник в какой-либо одной области и при благоприятных условиях начал из нее расселяться. Расселение происходило до тех пор, пока этот вид не встретил препятствий на своем пути.

2.Существование каждого вида непрерывно во времени. Вид, однажды исчезнувший, не появляется на Земле вновь. Непрерывным должно быть и существование вида в пространстве. Нарушение непрерывности вида в пространстве также вызывает его гибель. Причиной нарушения непрерывности может быть изменение условий места обитания, например, влияние противодействия другого вида, наступление океана, поднятие гор и т.д.

Дарвин ввел в биологическую науку эксперимент как метод научного познания. В книге «Происхождение человека и половой отбор» (1871 г.) он выдвинул гипотезу происхождения человека от обезьяноподобного предка (34,126).

Значение идей Дарвина для современного естествознание огромно и многообразно. Впервые под биологические и биогеографические исследования была подведена подлинно научная база. После работ Дарвина ученые уже не могли верить в сотворение видов или же в их одновременное появление в различных регионах земного шара. Представление о непрерывности существования видов и их изменении во времени легло в основу всех естественнонаучных теорий (34,35,36). Огромное значение приобрело исследование взаимоотношений организма и среды. Установленное Дарвином преобразование видов путем естественного отбора по-новому поставило вопрос о значении среды в процессе эволюции. Идеи Ч. Дарвина оказали чрезвычайно большое влияние на развитие естествознания во всем мире.

Эволюционное учение Ч. Дарвина и современные научные представления. В эволюционном учении Дарвина естественный отбор выступает в качестве ведущего механизма образования новых видов и развития органического мира в целом. Однако, согласно современным научным представлениям, естественный отбор не всегда является единственно важным механизмом эволюции (34,133,134). У некоторых высших животных поведенческие признаки могут эволюционировать при участии других механизмов; у человека, в частности, посредством культурной преемственности и обучения. Особи могут приобретать полезные признаки, в т. ч. различные навыки, заимствуя их друг у друга. Именно таким образом информация может переходить от одного поколения к другому.

Согласно современным научным взглядам, поведение птиц и млекопитающих есть результат сложного взаимодействия генетических факторов и приобретенного опыта. Особое внимание в рассмотрении проблемы развития органического мира уделяется сейчас генным мутациям, представляющим собой изменения в химической структуре гена (34,184). Они происходят достаточно редко и в основном вредны для особи. Однако в результате некоторых мутаций появляются полезные новшества, обеспечивающие особи эволюционные преимущества. Генные мутации в ряде научных работ рассматриваются как важнейший фактор эволюции органического мира (25,28,33,36,48,82,89,142,167,236,269,322,350373,412).

С давних времен биологи и естествоиспытатели придерживались положения, что эволюционное изменение – это медленный, постепенный процесс, включающий множество мелких мутаций и непрерывный естественный отбор, который обеспечивает преимущество на уровне особи. Однако проблемы палеонтологической истории и неудачи попыток найти промежуточные формы многих организмов («недостающие звенья»), заставили многих ученых выдвинуть теорию прерывистого равновесия. Согласно этой теории, на протяжении долгих периодов времени виды остаются неизменными в состоянии своего рода эволюционного равновесия. Время от времени это равновесие «прерывается» и тогда небольшая популяция отделяется от родительского вида и быстро развивается в новый вид. При этом в палеонтологической летописи не остается промежуточных форм. Новый вид может настолько отличаться от родительского, что будет сосуществовать с ним, не вытесняя его. Как видим, теория прерывистой эволюции не приписывает исключительной роли конкуренции на индивидуальном уровне как движущей силе эволюционного процесса. Однако эта теория не отвечает на вопрос о том, что именно может быть причиной внезапного разделения популяции, формирующего новую, генетически изолированную единицу (236,412).

В целом же эволюционная теория Чарлза Дарвина сохраняет свое научное значение и до настоящего времени. Этому учению «присущи все достоинства, какими может обладать учение о творении: убедительная сила, поэтическая красота и впечатляющее величие».

Теория Дарвина оказала исключительно большое влияние на развитие биологических и географических наук. Еще при жизни Дарвина рядом с ним работали и развивали положения эволюционного учения такие крупные ученые, как А.Р.Уоллес (1825-1913 гг.), Т.Г.Гексли (1825-1895 гг.), Дж. Гукер (1817-1911 гг.), А.Грей (1810-1888 гг.), Э.Геккель (1834-1919 гг.) и др.

Современником Дарвина был Альфред Рассел Уоллес, проводивший свои исследования в тропических районах Земли. Вопрос о возможных путях эволюции живых организмов владел всеми его мыслями и чувствами,

был руководящей идеей его многогранной научной деятельности. В течение 1854-1862 гг. он изучал Малайский архипелаг и обнаружил в его пределах отчетливую границу, разделяющую территории с различными формами местных млекопитающих. Она проходит между островами Калимантан и Бали на западе и островами Ломбок и Сулавеси на востоке. Более примитивные формы животных, сохранившиеся в отдаленных восточных районах, в силу своего географического положения были защищены от конкуренции со стороны более продвинутых в эволюционном отношении западных организмов. Эта граница раздела впоследствии была названа линией Уоллеса. Нанося на географическую карту все эти биогеографические различия, Уоллес в порыве интуитивного озарения понял значение того, что он назвал «естественным отбором». Под влиянием идей Мальтуса о связи между народонаселением и пищевыми ресурсами у него возникла мысль о борьбе за существование применительно к царству животных. Кратко изложив свою гипотезу в небольшом очерке, он вместе с письмом отправил его Чарльзу Дарвину. Письмо пришло как раз в то время, когда Дарвин собирался представить на суд широкой научной общественности свою солидную статью с той же самой гипотезой, которую он подтверждал самостоятельно проведенными экспериментами. В результате в 1858 г. эта идея была высказана в совместной статье Дарвина и Уоллеса. Вместе с тем Уоллес до конца дней своей жизни признавал приоритет Дарвина в разработке и пропаганде эволюционного учения.

Н.А. Северцов – выдающийся путешественник, географ и естествоиспытатель. В Российском государстве одним из самых ярких последователей дарвинизма был выдающийся путешественник, географ и биолог Николай Алексеевич Северцов.

Н.А.Северцов (1827-1885 гг.) был исследователем и естествоиспытателем чрезвычайно широкого диапазона. Пожалуй, никто из ученых прошлого так органично не соединил географические и биологические идеи, как это сделал Северцов. Он высказал ряд эволюционных идей до Дарвина и стал дарвинистом после появления «Происхождения видов»; притом дарвинистом творческим, ярким, много внесшим своего индивидуального в эволюционное учение. С трудом Дарвина Северцов познакомился в 1864 г. Глубоко проанализировав эту работу, он стал одним из самых ярких последователей дарвинизма и, одновременно, сильных его критиков.

В 1855 г. была издана диссертация Северцова «Периодические явления в жизни зверей, птиц и гад Воронежской губернии». Это было глубокое экологическое исследование природы Центрально-Черноземной России, посвященное установлению влияния окружающей природной среды ни жизнь животных. В центре внимания Северцова были периодические (ритмические) изменения окружающей среды (более всего климатические) как главная причина периодических явлений жизни разных животных, особенно птиц.

В это же время Северцов высказал ряд теоретических положений об изменчивости вида, сохранивших свою научную значимость до наших дней. Он вплотную подошел к современным биоценологическим идеям, утверждая, что состав местной фауны не является произвольным, но является «производным» от физических особенностей страны.

В 1857 г. начался период экспедиционных работ Северцова в Казахстане и Средней Азии, который продолжался 23 года. В течение семи своих экспедиций – от низовьев Сырдарьи и Аральского моря до Памира – Северцов тщательно исследовал мало тогда изученные местности Средней Азии в географическом, зоогеографическом и экономическом отношениях. Результаты первых трех экспедиций, продолжавшихся в сумме около 11 лет, были изложены Северцовым в книге «Путешествия по Туркестанскому краю и исследование горной страны Тянь-Шаня» (1873 г.). В этих экспедициях Северцов проявил свои способности не только гениального ученого, но и многие качества смелого и отважного человека.

В горах Средней Азии Северцов установил вертикальные природные пояса и по этим поясам наблюдал влияние окружающей среды на образ жизни животных, связывая его особенности с местными природными условиями. В 1873 г. вышла в свет его новая книга «Вертикальное и горизонтальное распределение туркестанских животных», в которой был подведен итог многолетним наблюдениям в горах. Ряд статей Северцова на эту же тему появился в немецких, французских и английских научных журналах в 1874-1876 гг. Он многими примерами подтвердил правильность теории Дарвина о естественном и искусственном отборе. Вместе с тем Северцов не был согласен с Дарвином, недооценивавшим роль прямого влияния внешней среды на эволюцию животных. Реальными фактами Северцов доказал, что непосредственное влияние горных пастбищ, горного воздуха, резких температурных колебаний и других условий так же существенно для видообразования, как и естественный отбор. В 1875 г. Северцов встретился с Дарвином в Англии, имел сĠним продолжительные беседы, рассказал ему о своих научных полевых работах.

От установления вертикальных географических зон в горах Средней Азии Северцов перешел к более широким научным обобщениям. В работе «О зоологических (преимущественно орнитологических) областях внетропических частей нашего материка» (1877 г.) Северцов выделил пять зон и охарактеризовал их животный мир: 1) тундра, 2) тайга, 3) переходная зона (смешанные леса и лесостепь), 4) степь, 5) пустыни.

Эволюционное учение Чарлза Дарвина, его учеников и последователей повлияло не только на развитие зоологической географии, но и ботанической географии. Еще до появления «Происхождения видов» (1859 г.), но уже в свете теории влияния окружающей среды на растительный мир, швейцарский ботаник Альфонс де Кандоль (1810-1893 гг.) опубликовал книги «Рациональная ботаническая география» (1855 г.), «Фитография» (1880 г.) и «Происхождение культурных растений» (1882 г.). Эти работы были высоко оценены Н.И.Вавиловым, который даже посвятил памяти де Кандоля свой замечательный труд «Центры происхождения культурных растений».

Из российских ботаников-дарвинистов необходимо отметить А.Н.Бекетова (1825-1902 гг.), выпустившего в 1855 г. свою «Географию растений», проникнутую идеями Кандоля, Дарвина и Северцова. В 1896 г. Бекетов опубликовал книгу «География растений. Очерк учения о распространении растительности на земной поверхности, с особым прибавлением о Европейской России». Среди учеников Бекетова были такие выдающиеся географы и ботанико-географы, как Г.И.Танфильев, А.Н.Краснов, В.Л.Комаров, К.А.Тимирязев, И.И. Шмальгаузен и др.

В целом же для географии того времени была характерна стремительная дифференциация научного знания. В этот период из общего физико-географического знания выделились океанография (Э.Х.Ленц (1804-1865 гг.), М.Ф.Мори (1806-1873 гг.)), климатология и биогеография (А.Гумбольдт, Н.Северцов, К.Рулье и др.).

На общем фоне устойчивого развития технической, философской, естественнонаучной и экономической мысли следует тщательно рассмотреть развитие идей крупнейших ученых, создавших основы новой географии – Александра Гумбольдта (1769-1859 гг.), Карла Риттера (1779-1859 гг.), Иоганна Тюнена (1783-1850 гг.) и Константина Ивановича Арсеньева (1789-1865 гг.).

Несомненно, развитие географических идей в середине XIX в. связано в первую очередь с именами крупнейших немецких географов А. Гумбольдта и К. Риттера.