Биологическая эволюция, Биология

Биологическая эволюция

— (от лат. evolutio — «развёртывание») — естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

 
Биологическая эволюция, Биология
 
 

Современная теория эволюции — одна из самых спорных тем в научных кругах. У нее есть как явные поклонники, так и явные противники и жаркие споры ведутся по сей день, но: эта тема есть в курсе подготовки к ЕГЭ, поэтому ее надо знать.

  • Чарлз Дарвин был далеко не первым, кто задумался о происхождении всего  живого на нашей планете, до него были ученые, которые выдвигали самые разные гипотезы, многие из них были не так уж и безосновательны:
  • Биологическая эволюция, Биология
  •  Значение работ Карла Линнея
  • Биологическая эволюция, Биология
  • Основные положения теории Ламарка
  • Биологическая эволюция, Биология
  • Причины эволюции, или движущие силы, он обосновывал так:

стремление к повышению организации, заложенное в каждом организме и необходимость приспосабливаться к среде обитания

  1. Биологическая эволюция, Биология
  2. Если сравнить самые основные теории и их положения, то получим такую таблицу:
  3. Биологическая эволюция, Биология
     
  4. Существует еще Современная теория эволюции (СТЭ), она подробно рассмотрена ЗДЕСЬ

Теория эволюции Дарвина

Биологическая эволюция, Биология

Макроэволюция представляет собой процессы дивергенции на уровне таксонов выше вида, которые ведут к образованию новых родов, семейств, отрядов и т. д.

Микроэволюция представляет собой совокупность необратимых процессов, которые происходят внутри вида в пределах популяций. Они ведут к дивергенции внутри вида и возникновению нового вида. Учение о микроэволюции составляет основу современного дарвинизма.

  • элементарная единица эволюции — популяция
  • эволюционный материал — мутация

4 основных фактора эволюции:

  • Наследственная изменчивость
  • Изоляция
  • Борьба за существование
  • Естественный отбор 
  •  
    Биологическая эволюция, Биология
     
  • Изоляция
  •  
    Биологическая эволюция, Биология
     
  • Борьба за существование

Борьба за существование представляет собой совокупность процессов, в которые вступает организм с целью выживания и оставления потомства. По мнению Дарвина, борьбу за существование вызывают противоречия между потребностью организмов к неограниченному размножению при ограниченных средствах к существованию.

Она затрагивает гаметогенез, конкуренцию спермиев, условия оплодотворения и т. д. Этот процесс происходит на всех этапах онтогенеза.

Естественный отбор

Задачей естественного отбора является удаление слабых и выживание самых сильных особей.

Формы естественного отбора:

  • движущий  — сохранение тех особей, адаптации которых соответствуют изменившимся условиям, сохраняет мутации, смещающие норму реакции генотипа в нужном (полезном) направлении.
  • стабилизирующий — обеспечивает выживание особей со средней выраженностью признака за счет гибели особей с любыми отклонениями от этого. Этот вид отбора удерживает норму реакции в определенных рамках и не позволяет ей расшириться или сместиться в ту или иную сторону.
  • дизруптивный — направлен на сохранение носителей крайних адаптивных уклонений за счет гибели особей с фенотипами средней нормы реакции. Такой отбор происходит при длительном воздействии разнонаправленных внешних факторов. Примером дизруптивного отбора является появление рас у человека, каждая из которых отражает оптимальную приспособленность к определенным экологическим факторам.

 
Биологическая эволюция, Биология
 

 

Читаем дальше про эволюцию:

Обсуждение: “Биологическая эволюция”

(Правила комментирования)

Эволюция — что это такое, теории и доказательства

Биологическая эволюция, Биология

Эволюция — это биологический процесс, что относится к временным изменениям, когда виды меняют набор генов на уровне ДНК, образуя множество потомков. Эволюция и естественный отбор часто смешиваются.

Процесс эволюционирования — историческое возникновение мутаций. В свою очередь естественный отбор является одним из механизмов, в большинстве случаев наиболее важным, который может вызвать их. В последние года наблюдается расцвет в области эволюционной биологии, и большое количество информации было изучено по теме эволюции.

Мы имеем информацию об исторических эволюционных изменениях, выведенных непосредственно из окаменелостей и вытекающих из изучения филогении и изучения процесса эволюционных изменений, в частности, эффекта естественного отбора. Очевидно, что при сильном отборе эволюция может протекать значительно быстрее, чем это обычно предполагал Дарвин.

В результате ученые осознают возможность проведения эволюционных экспериментов в режиме реального времени. Последние события во многих областях, включая молекулярную биологию и биологию развития, значительно расширили наши знания и подтвердили центральное место эволюции в понимании биологического разнообразия.

Биологическая эволюция, Биология

Как эволюционировал человек — хронология превосходства

Эволюция человека — это процесс, посредством которого люди развивались на Земле с древних времен. С точки зрения зоологии люди, являются видом Homo sapiens, культурно-ориентированным видом, живущим на земле и, вероятно, впервые появившимся в Африке около 315 000 лет назад.

В настоящее время мы являемся единственными выжившими гоминидами (членами группы прогрессивных приматов), но имеются многочисленные ископаемые свидетельства того, что нам предшествовали миллионы поколений других человекоподобных, таких как ардипитеки, австралопитеки и другие виды. Кроме того, мы и наши предшественники всегда делили Землю с другими обезьяноподобными приматами, от современной гориллы до давно вымершего дриопитека.

Факт схожести между людьми и вымершими гоминидами признается антропологами и биологами повсюду. Все же точная природа наших эволюционных отношений была предметом споров и исследований. Великий британский натуралист Чарльз Дарвин опубликовал свои монументальные книги «Происхождение видов» (1859) и «Происхождение человека» (1871).

Теоретически существует общий предок, существовавший миллионы лет назад. Этот древний примат не был идентифицирован и, возможно, никогда, скорее всего, не будет известен. Так происходит из-за сложности раскопок.

Фактически, человеческое «генеалогическое древо» можно лучше описать как «семейный куст», в рамках которого невозможно соединить полный хронологический ряд видов, приводящий к Homo sapiens, с которыми будут согласны все эксперты.

Биологическая эволюция, Биология

Самые популярные теории эволюции

Многие люди думают, что эволюция может происходить много тысяч или миллионов лет, но биологи знают, что этот процесс может произойти молниеносно.

Благодаря генной революции, исследователи могут фактически отслеживать генетические сдвиги на уровне популяции, отмечающие эволюцию в действии, и они отслеживают это на людях.

Какие же существовали теории эволюции за все существование человечества.

Дарвиновская теория эволюции — это канон современной науки

Чарльз Дарвин был британским ученым 19-го века, впервые предположившим, что все виды произошли от низших существ. В рамках своей работы он предложил идеи, ставшие известными как Теория Эволюции, которую поддерживал процесс естественного отбора. Дарвин впервые опубликовал теории в томе под названием «Происхождение видов» в 1859 году.

Биологическая эволюция, Биология

По сути, теория эволюции утверждает, что все живые существа произошли от других живых существ. Все живые существа могут проследить свои корни до предков, которые были до них.

Породы и сорта постоянно меняются, иногда отделяются, чтобы стать абсолютно новыми, не изученными ранее типами.

Естественный отбор описывает, как виды приспосабливаются к окружающей среде, делая их более способными к выживанию и развитию по мере изменения окружающей среды.

Процесс естественного отбора начинается с людей, у которых есть гены, которые производят характеристики, которые дают им преимущество в выживании.

Это преимущество означает, что вы, скорее всего, будете жить достаточно долго, чтобы размножаться и давать этот ген своим детям. С течением поколений все больше и больше людей имеют это преимуществ.

Так происходит в связи с тем, что те, у кого его нет, с большей вероятностью погибают до размножения.

Примером такой адаптации может быть то, как люди эволюционировали, чтобы быть выше или ходить прямо. Другим примером может послужить то, что мелкие животные, на которых охотятся более крупные животные, эволюционировали, чтобы бежать быстрее, чем хищники.

Экологическим давлением может быть засуха, благоприятствующая растениям и животным, которые могут выжить с меньшим количеством воды или которые могут перемещаться в места с большим количеством воды.

Засуха не создает признаков у этих растений и животных, но с большей вероятностью убивает тех, у кого нет необходимых генов.

Только навыки, которые генетически закодированы, могут быть переданы будущим поколениям, чтобы помочь им выжить.

Синтетическая теория эволюции

Современная синтетическая теория эволюции является результатом работы ряда ученых. Стеббинс, один из исследователей, в своей книге «Процесс органической эволюции» обсуждал синтетическую теорию. Она включает в себя следующие факторы: генные мутации, вариация (рекомбинация), наследственность, естественный отбор и изоляция.

Читайте также:  Мейоз, биология

Биологическая эволюция, Биология

Кроме того, три дополнительных фактора влияют на работу этих пяти основных факторов: миграция особей из одной популяции в другую, а также гибридизация между расами или близкородственными видами увеличивают количество генетической изменчивости, доступной для популяции. Воздействия случайного характера на небольшие группы населения могут изменить процесс, которым естественный отбор направляет ход эволюции.

Божественная теория эволюции

Божественная эволюция — идея, что Бог создал или направил эволюционные процессы. Этот взгляд делает Бога неуклюжим, некомпетентным Создателем и автором смерти и страдания, поскольку ставит их перед грехом человечества.

Это ставит под сомнение истину Божьего Слова и его характер как всемогущего, любящего Бога. Суть божественной эволюции заключается в том, что «Бог создал все это, и он все еще следит за своим творением».

Независимо от каких-либо благих намерений, божественные эволюционисты искажают Писание и ослабляют структуру библейской доктрины.

В божественной эволюции Библия рассматривается как сборник документов, который частично содержит Слово Божье. Таким образом, Библия не содержит никаких авторитетных, обязывающих истин, но должна быть заново интерпретирована и исправлена для каждой эпохи и в любой ситуации.

Христиане, которые принимают эволюцию, непоследовательны, потому что они принимают основу гуманистических мировоззрений. Они говорят Богу, что они верят Ему, когда Он рассказал нам о рождении Девы, Распятии и Воскресении Христа.

Но они не доверяют Ему, когда Он рассказывает нам о том, как Он создал мир.

Биологическая эволюция, Биология

Спонтанная теория эволюции

Греческий философ Аристотель (384–322 гг. До н.э.) был одним из первых зарегистрированных ученых, сформулировавших теорию самопроизвольного рождения, представление о том, что жизнь может возникнуть из неживой материи.

Аристотель предположил, что жизнь возникла из неживого материала, если материал содержал пневму («жизненное тепло»). В качестве доказательства он отметил несколько случаев появления животных из среды, ранее лишенной живых организмов.

Например, внезапное появление рыбы в новой луже воды.

Эта теория сохранилась до семнадцатого века, когда ученые предприняли дополнительные эксперименты, чтобы поддержать или опровергнуть ее. К этому времени сторонники теории цитировали, как лягушки просто появляются на грязных берегах реки Нил в Египте во время ежегодного наводнения.

Другие заметили, что мыши просто появились среди зерна, хранящегося в сараях с соломенными крышами. Когда крыша протекла и зерно отлилось, появились мыши.

Ян Баптиста ван Хельмонт, фламандский ученый семнадцатого века, предположил, что мыши могут появиться из ветоши и зерен пшеницы, оставленных в открытом контейнере на 3 недели.

На самом деле такие места обитания обеспечивают идеальные источники пищи и убежище для процветания мышей.

Однако один из современников Ван Гельмонта, итальянский врач Франческо Реди (1626–1697), провел в 1668 году эксперимент, который одним из первых опроверг идею о том, что личинки (личинки мух) самопроизвольно образуются на мясе, оставленном на открытом месте. Он предсказал, что предотвращение прямого контакта мух с мясом также предотвратит появление личинок.

Реди оставил мясо в каждом из шести контейнеров. Два были открыты для воздуха, два были покрыты марлей, а два были плотно закрыты. Его гипотеза была доказана, когда личинки развивались в непокрытых кувшинах, но в плотно закрытых кувшинах не появлялись личинки.

Он пришел к выводу, что личинки могли образоваться только тогда, когда мухи имели возможность откладывать яйца в мясо, и что личинки были потомством мух, а не продуктом спонтанного рождения.

Биологическая эволюция, Биология

Какие есть доказательства эволюции

Доказательством эволюции могут послужить останки древних организмов, слои окаменелостей, сходства между организмами, живущими сегодня, сходства в ДНК и сходства эмбрионов.

Еще один важный вид доказательств изучал еще Дарвин, и которые до сих пор изучаются и используются сегодня — искусственный отбор или селекция.

Благодаря улучшению видов животных, мы эволюционировали в разумных людей.

Как эволюционировал мир

Эволюция является одной из величайших теорий во всей науке. Она призван объяснить жизнь: в частности, как первая простая жизнь породила все огромное разнообразие, которое мы видим сегодня, от бактерий до дубов и синих китов.

Для ученых эволюция — это факт. Мы знаем, что жизнь развивалась с той же уверенностью, что Земля имеет форму шара, а гравитация удерживает нас на ней. В средствах массой информации множество дискуссий на тему эволюции опровергают как «просто теорию» или отвергают как откровенную ложь.

Ученые всегда считали, что эволюция есть. Это можно проследить на очевидных фактах. С течением времени на нашей планете изменился не только человеческий род, но и растения, состояние земли и климата в целом.

Биологическая эволюция, Биология

Какие существуют факторы эволюции

Прежде всего, фактором эволюции является мутация, затем естественный отбор. Помимо этого, смешение генов, рекомбинация ДНК являются одними из важнейших факторов, влияющих на эволюцию живых организмов. Мутация является источником появления новых генов, и все особи популяции различаются между собой из-за наличия разных генов в каждом из них.

Определенные гены будут полезны для выживания человека. Тогда есть более высокие шансы того, что эти гены будут унаследованы потомством.

Следовательно, благоприятные изменения выбираются природой на поколенном уровне, что в конечном итоге способствует эволюции хорошо адаптированного организма.

Подведение итогов

В данной статье вы познакомились с дарвиновской, синтетической и божественной теориями эволюций. Также вы узнали, что эволюция — это постоянное изменение, как правило, положительное в жизни человека, его генах, окружающей среде. Человек постоянно эволюционирует.

На базовом уровне его эволюцией можно назвать принятие новых физических и личностных качеств от родителей, развитие на протяжении всей жизни. Факт того, что эволюция существует, был доказан не один раз разными учеными.

У эволюции также есть свои особые факторы, которые влияют на нее развитие.

Биологическая эволюция

Автор статьи – Л.В. Окольнова.

Биологическая эволюция, Биология

Давайте разберем суть определения.

Биологическая эволюция – это длительный процесс изменения живых существ под влиянием изменяющихся внешних условий.

• менялась морфология – появлялись новые ткани (зародышевые листки), органы и системы органов;
• менялась физиология – простейшие процессы добавлялись, усложнялись и совершенствовались;
• изменялся генетический состав живых организмов;
• на макроуровне (макроэволюция): появление новых типов, отделов, классов живых организмов и т.д.
• микроуровень – образование новых видов;

  • • часто это не образование чего-то нового, а упрощение в строении или вообще исчезновение старого – многие виды вымерли (даже сейчас, на момент нашего с вами существования) – многие виды живых организмов вымирают
  • Получается, что эволюция идет (это очень важно: эволюция идет и сейчас!) в двух направлениях:

Биологическая эволюция, Биология

Результаты эволюции

Биологическая эволюция, Биология

  1. Эволюцион­ный про­цесс при­во­дит к со­хра­не­нию наи­бо­лее при­спо­соб­лен­ных осо­бей в по­пу­ля­ци­ях и вы­ми­ра­нию на­и­ме­нее при­спо­соб­лен­ных.
  2. Что такое приспособленность? По-научному, это адаптация Так вот, эволюция привела к двум видам адаптации:
  3. • на макроуровне – появление ароморфозов – прогрессивных изменений в строении (это могут быть целые системы органов);
  4. • на микроуровне – появление идиоадаптаций – тоже изменения, но исключительно для приспособления к данной среде обитания, не прогрессивные.
Ароморфоз Идиоадаптация
Появляются новые ткани, развиваются и совершенствуются органы и системы органов.
Например, у наземных растений, в отличие от водорослей, появились ткани и органы.
Ткани и органы – те же, но немного видоизменяются, например: листья растений
разных регионов – в засушливых местах – колючки кактусов, широкие и большие листья- в тропических лесах (но все это – листья покрытосеменных растений)
Организм усложняется, преобразуется в другую таксономическую группу например:
рыбы: дыхание – жаберное, 1 круг кровообращения, сердце – 2 камеры амфибии: дыхание – легкими, 2 круга кровообращения, сердце – 3 камеры.
Организм принадлежит той же самой таксономической группе например:
ласты кита, лапки крота, ноги лошади – это все конечности млекопитающих.

Примеры заданий.

Задание 1.

Биологическая эволюция, Биология

Конечно, это – ароморфоз!

Читайте также:  Паразитические плоские черви, Биология

Задание 2.

Биологическая эволюция, Биология

1. Покровительственная окраска – идиоадаптация (мимикрия);
2. Редукция (исчезновение) пальцев у копытных – так они приспособились к жизни в степях, но при этом как были млекопитающими, так и остались – идиоадаптация;
3.

Половое размножение – серьезное изменение, т.к. не было раньше, ароморфоз;
4. Шерсть у млекопитающих – один из основных признаков класса, значит, ароморфоз;
5.

Кутикула – плотная кожица у растений – приспособление к среде, к защите от внешних условий, значит, идиоадаптация;

  • 6. Мимикрия – как и пункт 1 – идиоадаптация
  • Задание 3.

Биологическая эволюция, Биология

Биологическая эволюция – это… Что такое Биологическая эволюция?

Биологическая эволюция
Биологическая эволюция, Биология

В биологии, эволюция — это изменение наследственных признаков популяции организмов в течение нескольких поколений. Изменения вызываются взаимодействием трёх основных процессов: вариабельности, воспроизведения и селекции. Гены, которые передаются потомству, в результате выражения образуют сумму признаков организма (фенотип). При воспроизведении организмов у их потомков появляются новые или изменённые признаки, которые возникают либо в результате мутации или при переносе генов между популяциями или даже видами. У видов, которые размножаются половым путем, новые комбинации генов возникают при генетической рекомбинации. Эволюция происходит, когда наследственные различия становятся более частыми или редкими в популяции.

Существуют два основных эволюционных механизма. Первый — это естественный отбор, то есть процесс, в результате которого наследственные признаки, благоприятные для выживания и размножения, распространяются в популяции, а неблагоприятные становятся более редкими.

Это происходит потому, что особи с благоприятными признаками размножаются с большей вероятностью, поэтому больше особей следующего поколения имеют те же признаки.[1][2].

Адаптации к окружающей среде возникают в результате накопления последовательных, мелких, случайных изменений и естественного отбора варианта, наиболее приспособленного к окружающей среде[3].

Второй основной механизм — это генетический дрейф, независимый процесс случайного изменения в частоте признаков. Генетический дрейф происходит в результате вероятностностных процессов, которые обуславливают случайные изменения в частоте признаков в популяции.

Хотя изменения в результате дрейфа и селекции в течение одного поколения довольно малы, различие в частотах накапливаются в каждом последующем поколении и со временем приводят к значительным изменениям в живых организмах. Этот процесс может завершиться образованием нового вида[4].

Более того, общие черты, которые есть у всех живых организмов, предполагают, что все известные виды произошли от общего предка (или пула генов) в результате процесса постепенной дивергенции[1].

Эволюционная биология изучает эволюционные процессы и выдвигает теории для объяснения их причин. Изучение окаменелостей и разнообразия видов живых организмов к середине XIX века убедило большинство учёных, что виды изменяются с течением времени [5][6].

Однако механизм этих изменений оставался неясен до публикации в 1859 году книги Происхождение видов английского учёного Чарльза Дарвина о естественном отборе как движущей силе эволюции [7]. Теория Дарвина и Уоллеса, в конечном итоге, была принята научным сообществом[8][9].

В 30-х годах прошлого века идея дарвиновского естественного отбора была объединена с законами Менделя, которые сформировали основу синтетической теории эволюции (СТЭ). СТЭ позволила объяснить связь субстрата эволюции (гены) и механизма эволюции (естественный отбор).

См. также

  • Теория наследственности
  • Эволюционное учение

Ссылки

Внешние ресурсы

Wikimedia Foundation. 2010.

Биологическая эволюция и морфогенез

Сходство биогенных и абиогенных форм материи особенно заметно в способности изменять свои свойства в зависимости от условий среды. Эта способность проявляется в виде переходов между устойчивыми состояниями системы при воздействиях факторов окружающей среды, если только они не приводят к разрушению системы.

Биологические системы являются открытыми нелинейными системами, способными к самоорганизации. Они функционируют за счет поступления энергии извне. При недостатке энергии они становятся менее организованными и могут самопроизвольно разрушиться.

Организация, т.е. снижение собственной энтропии системы, происходит за счет повышения энтропии окружающей среды. Разрушение системы также сопровождается повышением энтропии.

Можно сказать, что разрушение происходит само собой, а любое созидание требует затраты энергии.

Именно на этих фундаментальных основах природной целесообразности и происходило последующее усложнение и совершенствование исходно примитивной биологической системы.

Почему в ходе эволюции появился необычайно широкий ассортимент различных форм жизни? В принципе, могла бы существовать одна-единственная открытая биологическая система, поскольку в каждой из ныне существующих популяций как основа, так и само качество жизни, в целом одинаковы.

Возможно, так оно и было сначала. Среди первых представителей жизни на Земле, так называемых протобионтов, скорее всего особого разнообразия не было.

Разнообразие сложилось постепенно, когда в результате накопления биомассы первичных организмов стало возможным освоение все большего пространства.

И уже в зависимости от разных условий местообитаний у протобионтов могли возникать зачатки внутривидовой изменчивости по морфофизиологическим показателям.

Интересно, что этот эволюционный период оказался наиболее продолжительным, заняв едва ли не 85% времени всей биологической эволюции.

Так, если самые древние одноклеточные организмы появились приблизительно 3,5 млрд лет назад, а Земля образовалась за 1–1,5 млрд лет до возникновения первых устойчивых форм жизни, то все многообразие живой природы сформировалось в кембрийском периоде палеозойской эры, т.

е. 530–540 млн лет назад и за исторически короткий по сравнению с предыдущими архейской и протерозойской эрами срок в 5–10 млн лет.

Понятно, что кембрийский «скачок» был обусловлен комплексом значимых для эволюционного развития изменений условий.

Прежде всего это тектонические сдвиги и перемещения материков, изменивших ось вращения нашей планеты, а также накопление в земной атмосфере кислорода, что благоприятствовало переходу к более эффективному для жизнедеятельности аэробному метаболизму.

Кроме того, увеличение концентрации кислорода способствовало снижению интенсивности ультрафиолетового излучения, что позволило протобионтам заселять не только глубины океана, но и осваивать иные ареалы.

Протобионты оказались в непривычных для них условиях внешней среды, как географических, так и физико-химических, зависящих от геологических характеристик конкретных районов. Подобные стрессорные воздействия, произошедшие незадолго до начала кембрийской эпохи, явились для древних форм жизни мощным стимулом и дали толчок появлению новых форм.

Следует иметь в виду, что это было возможно лишь при наличии накопленных точечных или хромосомных мутаций, зафиксированных в геноме.

Расширению генома могла способствовать вставка в него чужих генетических текстов, например при проникновении в клетку ретровирусов, а также реализация разнообразных механизмов образования полиплоидных форм.

Генетическое разнообразие эукариот, имеющих оформленное ядро, могло достигаться с помощью хромосомных рекомбинаций, поскольку ранние признаки полового диморфизма начали появляться (в частности, у водорослей) еще задолго до кембрия, более 2 млрд лет назад.

Если бы условия существования оставались неизменными, то накопленные генетические изменения никогда бы не реализовались, поскольку биологическая структура для существования в тех или иных условиях задействует вполне определенный и оптимальный набор свойств, и поэтому ни в каких генетических вариациях не нуждается.

Пример с aэpoбным метаболизмом в условиях, когда появился кислород, убедительно демонстрирует ограниченность, неэффективность анаэробного обмена веществ, который доминировал у господствовавших в докембрийскую эпоху форм бактерий и водорослей.

Анаэробиоз тормозил эволюционное развитие (во всяком случае, не способствовал ему). Но это не значит, что в течение этой длительной филогенетической стадии в геноме одноклеточных не сумели накопиться потенциально правильные генетические сочетания, которые затем стали нужными в новых обстоятельствах, в частности в условиях аэробного окисления.

Это не противоречит генетическим законам, поскольку мутации, в том числе нейтральные, наследуются. Многие из них ничего не меняют в структурах белков, т.е. ни к каким последствиям для организма в данных конкретных условиях они не приводят.

Кроме того, мутация может быть скрыта, оставаясь в пределах видовой нормы, при точечных заменах нуклеотидов.

Например, изменение кодирующего аминокислоту кодона может и не повлиять на свойства белка, если оно не затрагивает активного центра фермента, состоящего, как правило, из небольшого числа аминокислот.

В то же время вполне возможно и специфическое для определенного клеточного генома проявление скрытых до поры мутаций при стрессе. Это уже приведет к ускоренному формированию новых признаков, обусловленных не одновременным возникновением новых мутаций, а ранее накопленными изменениями в генетическом аппарате.

Читайте также:  Болезни органов дыхания и их предупреждение - биология

Здесь прослеживается явная аналогия с химической эволюцией, когда возникновению жизни предшествовал длительный период накопления потенциально возможных сочетаний различных химических соединений друг с другом, необходимых для всех структурных элементов новой системы.

Ход эволюционного развития нашей планеты определялся сменой условий на ней, под которые подстраивались все физические и химические процессы.

Можно представить эволюционный процесс как предварительное и длительное накопление потенциально полезных химических реакций и соединений веществ с образованием структурированных систем, которые ожидают подходящих условий, чтобы оказаться востребованными.

Эволюция часто прибегает к перебору вариантов, хорошо себя зарекомендовавших во многих системах. Об этом наглядно свидетельствует сходство молекулярных механизмов, а в ряде случаев и функций, у разных организмов.

Некоторые из них в практически неизменном виде сохранились на всех иерархических уровнях эволюции – от самых древних синезеленых и пурпурных бактерий до современных млекопитающих.

Так, например, в системах переноса электронов и окислительного фосфорилирования задействованы по сути аналогичные и лишь незначительно модифицированные белки-переносчики: светочувствительный белок сетчатки глаза (родопсин), фотосинтетические хромофоры архебактерий (бактериородопсин), пигменты водорослей (фукоксантин диатомовых и бурых или фикоэритрин красных водорослей) и растений (хлорофилл), гемоглобин эритроцитов или мембранные митохондриальные белки, участвующие в процессах клеточного дыхания (цитохромы) и т.д.

Таким образом, докембрийский этап филогенеза можно рассматривать как чрезвычайно важную стадию биологической эволюции, несмотря на то, что в течение достаточно продолжительного времени никакие другие обитатели, кроме одноклеточных бактерий и водорослей, на Земле не существовали.

Его историческая ценность заключалась в накоплении «биосырья» в виде самых разных молекулярных сочетаний для последующего построения уже консервативных структур, значимость которых закреплялась последующим отбором.

Кроме того, эта длительная стадия эволюции послужила полигоном для отлаживания прогрессивных приспособительных биологических технологий.

Эволюционное усложнение организмов связано с совершенствованием репродуктивных и морфогенетических механизмов, приведшим к принципиально новому этапу развития, в результате которого и возникло наблюдаемое видовое разнообразие. В плане оптимизации адаптационных возможностей биосистемы процессы размножения и формообразования достаточно тесно связаны друг с другом, несмотря на различные мотивы их возникновения.

Вероятно, феномен клеточного деления (более уместно говорить об умножении, или копировании, клеток) не был обусловлен способностью к матричному самовоспроизведению, присущему живым системам. Скорее всего, необходимость в копировании клеток возникла в связи с несовпадением скорости роста поверхности и объема – увеличение объема клетки было лимитировано ее мембраной.

Очевидно, что скорость накопления биомассы свидетельствует об эффективности поглощения исходных ресурсов и, соответственно, о большей, по сравнению с конкурентами, интенсивности заполнения жизненного пространства.

Естественно, что в подобной ситуации самоорганизующаяся система совершила закономерный переход к клеточному дроблению.

Он же был удачно использован и для переноса наследственного материала от материнской особи дочерним клеткам, поскольку никакие другие способы для этого не подходят, за исключением более затратного, с точки зрения биологической целесообразности, вирусного механизма передачи генома.

Но множество отдельных разобщенных клеток, даже адекватно приспособленных к существованию в конкретных условиях местообитания, – это еще не многоклеточная структура.

Отсутствие значимых для эволюционного усложнения резких изменений внешних условий в течение большей части докембрийской эпохи не оставляло одноклеточным организмам практически никаких шансов на выраженную клеточную специализацию, обрекая их на физиологическую адаптацию, необходимую для конкуренции за ресурсы в своей узкой экологической нише.

Тем не менее, ближе к концу протерозойской эры накопление определенного генетического фонда в сочетании с некоторыми изменениями условий внешней среды облегчило переход к различным новым формам жизни.

Постепенно стали появляться разные типы автотрофов, самостоятельно синтезирующих все необходимые питательные вещества, виды сапрофитных гетеротрофов, разлагающих органические остатки погибших организмов, что, несомненно, способствовало эволюционному оживлению. Особенно отличились представители простейших, поскольку до появления первых хищников – инфузорий, амеб и жгутиковых – на популяции древних одноклеточных никто не посягал.

По-видимому, новые обстоятельства благоприятствовали формированию многоклеточных структур как более мобильных и лучше приспособленных к выживанию в изменившихся условиях существования. Им было легче противостоять внешней агрессии, проще добывать ресурсы, т.е., в целом, они оказались гораздо устойчивее своих одноклеточных собратьев.

Наряду с экологическими причинами развитие многоклеточности могло быть опосредовано проявлением генетических аномалий. Так, например, нельзя исключить, что конгломерат из не полностью разошедшихся при митозе клеток мог быть стадией, предшествующей более организованной биологической форме в виде упорядоченной многоклеточности.

Структурное усложнение допускало клеточную специализацию развития, недоступную одноклеточным организмам. Хотя парамеции, миксобактерии, слизевики миксомицеты и достигли вершин дифференцировки, но в достаточно узком диапазоне и на уровне примитивных реакций в силу ограниченных возможностей автономной клетки.

Создание сверхчувствительных органов с низким порогом восприятия разнообразных стимулов окружающего мира является прерогативой исключительно высокоорганизованных структур.

Более совершенные многоклеточные организмы пришли к этому путем совершенствования функциональных структур своих одноклеточных предшественников. Так, первые зачатки специализации можно наблюдать у вольвокса – колониальной формы жгутиковых.

В клетках переднего сегмента этой шарообразной структуры расположены крупные светочувствительные стигмы, тогда как на обратном полюсе находятся клетки, предназначенные для размножения.

Фактически, природа воспользовалась оптимальным алгоритмом организационного развития, основанном на фрактальном принципе внутреннего подобия. В определенной степени на это указывает биогенетический закон Геккеля–Мюллера о повторяемости стадий предков при индивидуальном зародышевом развитии современного организма.

Прохождение через все уровни эволюционной иерархии сходных принципов структурного построения свидетельствует о заложенных в основе биологического развития фрактальных механизмах, видимо, как самых лучших или же наиболее подходящих вариантах морфогенеза.

Действительно, изначальная жизненная форма в виде сферической полости в том или ином виде воспроизводится на всех этапах филогенеза. Устойчивая полостная конструкция, оказавшись удачным решением на уровне одиночной клетки, сохраняется и у многоклеточных организмов.

Стремление к обособлению от окружающей среды становится более совершенным, а внешняя оболочка, защищающая внутреннюю полость, выстраивается организмом уже из собственных специализированных клеток.

К эукариотической клетке, тем самым, применим двойной стандарт: ее можно рассматривать и как самостоятельное целостное образование, и как структурную единицу высокоорганизованной биологической системы. Подобное делегирование полномочий широко задействовано в морфогенезе, что позволяет еще не дифференцированным стволовым зародышевым клеткам трансформироваться в многочисленные клетки разных типов.

В эволюционном плане – это шаг вперед, но при этом каждая из специализированных клеток многоклеточного организма теряет свою, пусть и примитивную, универсальность. Такие издержки специализации не позволяют, например, многоклеточному организму размножаться простым делением.

Дифференцировка стволовых клеток в ходе онтогенеза сопровождается инактивацией или потерей определенных генных локусов.

При далеко зашедшей специализации у одних клеток в той или иной степени может наблюдаться деградация ДНК, у других – полное репрессирование генома, вплоть до разрушения клеточного ядра.

Поэтому, на каждой стадии специализации стволовая клетка теряет свою тотипотентность, т.е. способность реализовать всю генетическую информацию, заложенную в ядре, а ее дифференцировка становится необратимой.

Правда, существуют и исключения: растительная клетка не расстается со способностью к универсальной трансформации.

У животных стромальные клетки костного мозга, не являясь тотипотентными, способны заменять погибшие специализированные клетки в разных органах.

Кроме того, в экспериментах по клонированию были подобраны условия, при которых цитоплазма ооцита могла перепрограммировать ядро соматической клетки, возвращая ей тотипотентность, т.е. клетка вновь обретала универсальность стволовой клетки.

Параллельно с морфологической специализацией шло усложнение и механизма размножения, основной смысл которого – обеспечить открытой биологической системе устойчивость и предсказуемость ее развития на протяжении как можно более длительного срока.

Как правило, открытая система является неравновесной и нелинейной. В некоторых ситуациях она бывает лишена устойчивости линейных систем, и тогда исходно незаметные различия в начальных условиях способны привести к совершенно неожиданным результатам.

Продолжение следует

Ссылка на основную публикацию