Ирина Богданова - Концепции современного естествознания. Шпаргалки

2. Макроэволюция занимается проблемами филогенеза, то есть изучением развития всего органического живого мира на протяжении всей его истории.

В ходе исследований ученые выявили, что количество мутаций зависит от качества среды обитания (чем хуже среда, тем быстрее идет мутационный процесс и действует естественный отбор генного материала). Мутации происходят на разных уровнях: геномные (связанные с изменением количества хромосом), хромосомные (связанные с изменением структуры хромосом), генные (связанные с изменением структуры генов в молекуле ДНК), последние могут быть спонтанными (ошибки репликации ДНК, укорачивание генов и т. п.) и индуцированными (связанными с действием мутагенных факторов).

Именно спонтанные и индуцированные мутации связаны с появлением генов, приводящих к смерти ( летальные гены ) при рождении потомства с уродствами (без головного мозга, печени, сердца и т. п.). Кроме летальных существуют полулетальные гены , не вызывающие гибели (наличие двух сердец, дающих повышенную работоспособность; теплой шкуры, позволяющей животным не мерзнуть) и нейтральные , не оказывающие влияния на выживаемость.

В основном летальные гены выводятся из обращения по причине смерти особи до полового созревания. Но значительная часть негативных мутаций порождает рецессивные аллели (то есть разновидности генов, которые находятся в скрытом состоянии, пока не проявятся в потомстве при встрече с аналогичным аллелем). Положительные и нейтральные мутации сохраняются в доминантных генах, которые определяют передаваемые наследственные признаки.

Механизм передачи полезных генов всему виду до конца не изучен, но ясно, что в процессе усложнения живых организмов это происходило в результате как медленного усовершенствования и усложнения существующего вида, так и в результате качественного скачка. Для управления процессом эволюция как живая система имеет два способа регуляции: 1) возможность быстрого роста популяции, но значительное сокращение продолжительности жизни каждого существа; 2) низкий темп воспроизводства и значительное увеличение жизни каждой особи.

Первый способ помогает быстро выявить, оттестировать и закрепить качественно новые признаки, это механизм перехода от вида к виду. Второй способ работает в условиях стабильности популяции. (Как сценарий эволюции первый способ характерен для современных развивающихся стран – войны, эпидемии, прочие катаклизмы и как результат – высокая рождаемость и очень высокая смертность; второй способ характерен для стабильного европейского и американского общества – создание повышенной комфортности жизни, благосостояние, достаток, высокая продолжительность жизни и снижение умственного потенциала нации.)

Высокая рождаемость и высокая способность к мутациям еще не гарантируют, что достигается эволюционный рост вида. Для того чтобы мутации закрепились и способствовали прогрессу, их носители должны выживать. Поэтому к первому механизму эволюции полагается дополнение: набор генов для повышенного выживания, которые в стабильных условиях «спят», а в экстремальных включаются, включая и качественно новые признаки. Включение гена дает появление новых качеств, но сокращает длительность жизни.

Эволюция происходит этапами, ее этапы связаны не с накопившимися в генах «нововведениями», а с резко меняющимися условиями жизни. Толчком, запускающим ускоренный темп развития новых признаков при быстрой смене поколений, может быть глобальная катастрофа, потепление, похолодание, эпидемии, а также активные формы кислорода, уничтожающие не приспособленные к выживанию клетки.

Хранение и передачу генетической информации на молекулярном уровне осуществляет молекула ДНК, упакованная в хромосомах, каждая из которых представляет собой огромную молекулу, содержащую внутри около 10000 молекул ДНК, в свою очередь, имеющую более 20000 звеньев (нуклеотидов). У человека 46 хромосом с молекулами ДНК, имеющими вид двойной спирали, состоящей из нуклеотидов, которые собраны из азотистого основания, пятиатомного сахара (дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты, но имеют разные основания: аденин, тимин, цитозин и гуанин – и располагаются в молекуле в различных последовательностях. Это материальный носитель для записи информации о качествах, присущих всей системе.

Генетическая информация может передаваться тремя способами: с помощью митоза, мейоза или биосинтеза. Митоз характерен для бесполого размножения клеток и контролирует эмбриональное развитие, рост организма, восстановление органов, тканей после повреждения и выглядит как деление родительской клетки на две идентичные дочерние клетки. Если репликация идет с ошибками, молекула ДНК исправляет ошибку, при помо щи особых ферментов отделяя неправильные участки и достраивая на их месте правильно организованные цепочки звеньев.

Мейоз называют консервативной наследственностью, поскольку ошибки репликации при мейозе наименее возможны. Мейоз характерен для полового размножения и представляет собой процесс слияния двух родительских клеток – гамет в одну клетку будущего эмбриона – зиготу.

Половые клетки содержат по половинному набору хромосом, в результате чего зародыш получает набор признаков от матери и набор признаков от отца. В отличие от остальных клеток тела, половые клетки не размножаются митозом, они могут только сливаться путем мейоза. Мейоз поддерживает постоянство вида и сортирует гены в популяции, закрепляя мутации.

При репликации ДНК одни ферменты активируют автокаталитический процесс репликации ДНК, позволяющий копировать ген, затем на стадии транскрипции образуется одноцепочная молекула и происходит перенос кода ДНК с помощью РНК, которая подклеивается к нити ДНК, и после этого идет стадия трансляции – то есть синтез белка на основе генетического кода. Если молекула собрана с ошибками, синтез белка будет тоже идти с ошибками.

Генетическая теория эволюции рассматривает эволюцию как процесс появления и усложнения основы жизни – молекулы ДНК. Появление первой молекулы ДНК при этом происходило по следующему сценарию: сначала образовались простые молекулы аминокислот, одна из четырех молекул аминокислот «нашла» себе аналогичную молекулу аминокислоты и слилась с ней, затем к этой паре присоединилась третья, четвертая и т. д. молекулы аминокислот. Результатом сборки была молекула ДНК, пока достаточно примитивная, но способная к самоорганизации: она могла сама себя строить и создавать свои дубликаты.