Концепции микро- и макроэволюции

Важной составной частью синтетической теории эволюции являются концепции микро- и макроэволюции.

Под микроэволюцией понимают совокупность эволюционных процессов, протекающих в популяциях, приводящих к изменениям генофонда этих популяций и образованию новых видов. Считается, что микроэволюция протекает на основе мутационной изменчивости под контролем естественного отбора. Мутации служат единственным источником появления качественно новых признаков, а естественный отбор – единственным творческим фактором микроэволюции, направляющим элементарные эволюционные изменения по пути формирования адаптации организмов к изменяющимся условиям внешней среды. На характер процессов микроэволюции оказывают влияние колебания численности популяций («волны жизни»), обмен генетической информацией между ними, их изоляция и дрейф генов. Микроэволюция ведет либо к изменению всего генофонда биологического вида как целого, либо к их обособлению от родительского вида в качестве новых форм.

Под макроэволюцией понимают эволюционные преобразования, ведущие к формированию таксонов более высокого ранга, чем вид (родов, отрядов, классов).

Считается, что макроэволюция не имеет специфических механизмов и осуществляется только посредством процессов микроэволюции, будучи их интегрированным выражением. Накапливаясь, микроэволюционные процессы выражаются внешне в макроэволюционных явлениях, т.е. макроэволюция представляет собой обобщенную картину эволюционных изменений. Поэтому на уровне макроэволюции обнаруживаются общие тенденции, направления и закономерности эволюции живой природы, которые не поддаются наблюдению на уровне микроэволюции

· СТЭ более аргументированно и обоснованно истолковывает факторы и движущие силы эволюции, выделяя среди них основные и не основные факторы.

К основным факторам процесса эволюции Дарвин относил:

- изменчивость,

- наследственность,

- борьбу за существование.

СТЭ к этим факторам добавляет:

- мутационные процессы,

- популяционные волны численности,

- изоляцию: Исходя из сказанного выше, основные положения синтетической теории эволюции сводятся к четырем утверждениям:

1. главным фактором эволюции является естественный отбор, интегрирующий и регулирующий действие всех остальных факторов (мутагенеза, гибридизации, миграции, изоляции и др.);

2. эволюция протекает дивергентно, постепенно, посредством отбора случайных мутаций, а новые формы образуются через наследственные изменения;

3. эволюционные изменения случайны и не направленны; исходным материалом для них являются мутации; исходные организации популяции и изменения внешних условий ограничивают и направляют наследственные изменения;

4. макроэволюция, ведущая к образованию надвидовых групп, осуществляется только посредством процессов микроэволюции и связана с эволюционными преобразованиями за длительный исторический период времени.

Главная задача СТЭ предсказать возможности эволюционных преобразований и управлять эволюционным процессом. Большую роль в решении этой задачи играет одна из наиболее перспективных биологических наук – генетика.

Из истории ее развития: казалось бы, ее появление должно было решить многие вопросы эволюционной теории, до сих пор остававшиеся без ответа. Но первые генетики противопоставили данные своих исследований дарвинизму, в результате чего в эволюционной теории возник глубокий кризис. Выступление генетиков против учения Дарвина вылилось в широкий фронт, объединяющий несколько течений: мутационизм, гибридогенез, пре-адаптационизм и др. Все они объединились под общим названием генетического антидарвинизма.

Так, открытие устойчивости генов трактовалось как их неизменность. Это способствовало распространению антиэволюционизма (У. Бетсон). Мутационная изменчивость отождествлялась с эволюционными преобразованиями, что исключало необходимость отбора как главной причины эволюции.

Венцом этих построений стала теория номогенеза Л.С. Берга, созданная в 1922 г. Основу ее составила идея, что эволюция есть запрограммированный процесс реализации внутренних, присущих всему живому закономерностей. Он считал, что организмы обладают внутренней силой неизвестной природы, действующей целенаправленно, независимо от внешней среды, в сторону усложнения организации. В доказательство этого Берг приводил множество данных по конвергентной и параллельной эволюции разных групп растений и животных.

Из всех этих споров со всей очевидностью следовало, что генетика и дарвинизм должны были найти общий язык. Но прежде чем приступать к рассмотрению дальнейшего развития теории эволюции, следует подробнее остановиться на основных положениях генетики, без которой современный дарвинизм был бы невозможен.

 

Вопрос 2. Основы генетики.

Центральными понятиями генетики являются «ген» и геном. Это – единицы наследственности.

Ген представляет собой внутриклеточную молекулярную структуру. Как мы знаем сегодня, ген – это участок молекулы ДНК, находящийся в хромосоме, в ядре клетки, а также в ее цитоплазме и органоидах. Ген определяет возможность развития одного элементарного признака или синтез одной белковой молекулы. Число генов в крупном организме может достигать многих миллиардов. В организме гены являются своего рода «мозговым центром». В них фиксируются признаки и свойства организма, передающиеся по наследству.

Совокупность всех генов одного организма называется генотипом.

Совокупность всех вариантов каждого из генов, входящих в состав генотипов определенной группы особей или вида в целом, называется генофондом. Например, у мухи дрозофилы известна целая серия из 12 генов окраски глаза (красная, коралловая, вишневая, абрикосовая и т.д. до белого цвета). Генофонд является видовым, а не индивидуальным признаком.

Совокупность всех признаков одного организма называется фенотипом. Фенотип представляет собой результат взаимодействия генотипа и окружающей среды.

Гено́м – совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма. Геном содержит биологическую информацию, необходимую для построения и поддержания организма. Большинство геномов, в том числе геном человека и геномы всех остальных клеточных форм жизни, построены из ДНК, однако некоторые вирусы имеют геномы из РНК.

Существует также и другое определение термина «геном», в котором под геномом понимают совокупность генетического материала гаплоидного набора хромосом данного вида.

У человека (Homo sapiens) геном состоит из 23 пар хромосом, находящихся в ядре, а также митохондриальной ДНК. Двадцать две аутосомы, две половые хромосомы Х и Y, а также митохондриальная ДНК человека содержат вместе примерно 3,1 млрд пар оснований.

Первоначальный смысл этого термина указывал на то, что понятие генома, в отличие от генотипа, является генетической характеристикой вида в целом, а не отдельной особи. С развитием молекулярной генетики значение данного термина изменилось. В настоящее время под «геномом» понимают совокупность наследственного материала конкретного представителя вида, примером может служить международный проект «1000 геномов», целью которого является секвенирование геномов 1000 человек. (Секвенирование — определение аминокислотной или нуклеотидной последовательности (от лат. Sequentum – последовательность). В результате секвенирования получают формальное описание первичной структуры линейной макромолекулы в виде последовательности мономеров в текстовом виде. Размеры секвенируемых участков ДНК обычно не превышают 100 пар нуклеотидов. В результате секвенирования перекрывающихся участков ДНК, получают последовательности участков генов, целых генов и даже полных геномов организмов).

 

В основу генетики были положены закономерности наследственности, обнаруженные австралийским ученым Иоганном Грегором Менделем. Он скрещивал разные сорта гороха (гибридизация),в результате получал гибрид первого поколения. В ходе исследования были открыты три закона наследственности, позднее названные «законами Менделя».

I закон Менделя.

При скрещивании двух организмов, отличающихся друг от друга одной парой альтернативных признаков, все первое поколение гибридов (F1) окажется единообразным и будет нести признак одного из родителей. Выбор этого признака зависит от того, какой из генов является доминантным (более сильным), а какой рецессивным (более слабым).

Например: скрестили горох с красными и белыми цветками. Красный признак оказался доминирующим. Все гибриды первого поколения будут с красными цветками.

II закон Менделя.

При скрещивании двух потомков (гибридов) первого поколения во втором поколении наблюдается расщепление признаков в определенном числовом отношении: по фенотипу 3:1.

Предположим, что мы скрестили два красных цветка, полученных при скрещивании в первом поколении. Какими будут цветы их потомков? Казалось бы, ответ очевиден: только красными. Но нет. Примерно у четверти из них цветки внезапно вновь окрасятся в белый цвет.

III закон Менделя.

При скрещивании двух особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.

Важным этапом в становлении генетики было создание хромосомной теории наследственности, связанной с именем Томаса Моргана. Он пришел к выводу, что гены находятся в хромосомах. При делении клеток (митоз) образовавшиеся клетки получают в точности такой же набор хромосом, как и материнские.

Ответила генетика и на вопрос о происхождении половых различий. Так, у человека из 23 пар хромосом 22 пары одинаковы у мужского и женского организма, а одна пара – различна. Именно благодаря этой паре различаются два пола, эту пару называют половыми хромосомами (в отличие от аутосом - одинаковых хромосом).

Половые хромосомы у женщин одинаковы, их называют Х-хромосомами (Х Х). У мужчин также имеется Х-хромосома и еще одна У-хромосома (Х У). Для каждого человека решающую роль в определении пола играет У-хромосома.

Следующим важным этапом в развитии генетики стало открытие ДНК в передаче наследственной информации. В ходе исследования было установлено, что основная функция генов – в кодировании синтеза белков.

Затем определили тонкую структуру генов, молекулярный механизм функционирования генетического кода; был понят язык, на котором записана генетическая информация.

Открытие способности генов к перестройке, изменению является крупнейшим открытием современной генетики. Эта способность к наследственной изменчивости получила в генетике название мутации (от лат. mutatio - изменение). Причиной мутаций служат различные физические (космические лучи, радиоактивность и т.д.) и химические (токсичные соединения) причины – мутагены. В последнее время обнаружены внутренние механизмы мутаций, вписанные непосредственно в геном.

Изменчивость может быть обеспечена не только мутациями, но и сочетаниями отдельных генов и хромосом.

Одним из наиболее опасных видов мутагенов являются вирусы. Они не имеют клеточного строения, не способны сами синтезировать белок, поэтому получают необходимые для жизнедеятельности вещества, проникая в живую клетку и используя чужие органические вещества и энергию. У человека вирусы вызывают множество заболеваний.

Большая часть этих выводов была сделана в последние десятилетия ХХ века. Результаты открытий генетики показали ее связь с дарвиновской эволюцией (это отметил еще Г.Мендель). Объединение этих направлений стало основой синтетической теории эволюции (СТЭ).

 

Вопросы для самопроверки

1. Чем живое отличается от неживого?

2. В чем заключается сущность жизни?

3. Что первично: белки или нуклеиновые кислоты?

4. Какая из информационных молекул ДНК или РНК появилась раньше?

5. Кто ввел понятие «биосфера»?

6. Как формировалась биосфера Земли?

7. Молекулярно-генетические основы наследственности.

8. Молекулярно-генетические основы изменчивости.

9. Основные положения СТЭ.

10. В чем суть законов наследственности Г.Менделя?