Молекулярний еволюційний годинник.

Традиційно еволюція життя Землі відновлюється шляхом накопичення палеонтологічних даних. Однак складність інтерпретації геологічної інформації про викопні організми, неповнота та різні дефекти палеонтологічного літопису, недосконалість існуючих методикобробки даних про давню біоту і т.д. створюють значні перешкоди на шляху пізнання біологічної еволюції. Для ілюстрації сказаного наведемо два факти. Довгий час вважалося, що залишки найдавніших на Землі організмів віком 3,8 млрд. років знайдені в Гренландії. Однак нові дослідження показали, що ці залишки (незалежно від того, є вони органічними чи ні, хоча останнє ймовірно) мають суттєво молодший вік (Appel et al., 2003). Таким чином, вік найдавніших організмів виявляється меншим, ніж передбачалося. Тим не менш, життя на Землі напевно є більш давнім (Russell, 2009). Як інший факт можна вказати, що ступінь вивченості морських і континентальних організмів принципово різна, і, можливо, ми істотно недооцінюємо роль континентальної біоти в загальної еволюціїжиття на Землі (Russell, 2009).

Новітньою альтернативою традиційному напрямку досліджень є метод "молекулярного годинника". Він інтенсивно розвивався з 1960-х років, проте найбільш широко став використовуватися лише останні 5-10 років. Сенс даного методуполягає в наступному. Аналіз генетичної інформації, отриманої із сучасних організмів (за ДНК та протеїновими послідовностями), дозволяє визначити ступінь їх спорідненості та реконструювати порядок утворення від деяких загальних предкових форм (Hedges, Kumar, 2009). У цьому вважається, що молекулярні зміни досить постійні, передбачувані, тому придатні для статистичного моделювання. Сучасні технологіїтакож дозволяють врахувати можливі відхилення від постійних величинвказаних змін. Таким чином, є можливість оцінки часу між дивергенцією форм від останнього загального предка. Результатом дивергенції є поява нових ліній організмів, яка, як було сказано, може бути датована. Отже, будується т.зв. "дерево часу" (аналог генеалогічного дерева), яке відображає послідовність і час дивергенцій організмів, що призвели, зрештою, до появи сучасних форм. Іншими словами, аналіз лише сучасної генетичної інформації дозволяє реконструювати біотичну еволюцію і описувати її в масштабі геологічного часу.

Метод "молекулярного годинника" набув особливого поширення з початку 2000-х років, а його результати привертають до себе все більшу увагу. Вони дозволяють припускати з тим чи іншим ступенем достовірності час появи таксонів за відсутності надійних палеонтологічних даних. По суті активний розвитокданого методу відкрило зовсім новий напрям у вивченні еволюції життя на Землі. Великі перспективи у його розвитку пов'язані з аналізом інформації не тільки з сучасних, а й з викопних організмів, а також удосконаленням калібрування датування походження нових таксонів від загального предка (Hedges, Kumar, 2009).

Суперечку між селекціоністами та нейтралістами можна, мабуть, назвати внутрішнім конфліктомв рамках еволюціоністського співтовариства, але в нього є один аспект, важливий для еволюційної теорії та креаціонізму: питання про молекулярний еволюційний годинник. Ще до виникнення теорії нейтралізму було висловлено припущення, що зміни в ДНК можуть відбуватися з більш-менш постійною швидкістю. Таким чином, дивергенція вироблених ДНК білків повинна відображати темп еволюційних змін протягом тривалого часу 11 . Було зазначено кілька прикладів, коли білкові різницю між організмами відповідали за своїм характером їх гаданим еволюційним взаємозв'язкам.

Молекулярний еволюційний годинник базується на вихідному положенні, згідно з яким великі молекули (біополімери) постійно змінюються. Отже, що різкіше зазначені відмінності, то більше часу минуло від часу дивергенції від загального еволюційного предка. У таблиці 8.1 (колонка А) показана відсоткова різниця в амінокислотах у поширеному ферменті цитохром-с. Цей фермент бере участь у транспорті електронів, як у клітині вивільняється хімічна енергія. Легко помітити, що різниця стає дедалі більше у міру того, як ми переходимо від людини до більш простих, а отже, і більш давніх згідно з еволюційною теорією форм. Колонка Б показує однаковість показника, що свідчить про відмінності між іншими організмами та дріжджовими клітинами, а вони вважаються дуже давніми. Ця узгодженість була витлумачена як свідчення на користь єдиного молекулярного годинника, за яким на підставі молекулярних відмінностей можна визначити час, що минув з дивергенції. Прихильники цієї теорії вважають цитохром-одним з кращих визначників. Підручники біології та еволюційної теорії використовують молекулярний годинник для обґрунтування загальної теоріїеволюції. Однак ці дані зовсім не обов'язково свідчать про еволюцію. Вони можуть представляти біологічні чинники, пов'язані зі ступенем складності різних організмів.

Гіпотеза про молекулярний годинник стикається з цілою низкою питань. У дослідників немає визначеності щодо наслідків нейтральних мутацій, які найбільше підходять для молекулярних годинників. Якщо зміни носять не нейтральний характер або лише щодо нейтральний, то молекулярний годинник залишається без теоретичної бази. Зміни, контрольовані природним відбором, що неспроможні служити годинами. Вони відображатимуть вплив середовища, а не час. Еволюціоністи підняли цілий рядінших питань, що стосуються молекулярного годинника, багато з яких виникли в ході полеміки між селекціоністами і нейтралістами, більш розташованими до ідеї годинника.

Дослідження ферменту цитохром-с у різних організмівдійсно дають результати, що узгоджуються з концепцією молекулярного годинника, однак інші дослідження, пов'язані з темпами змін, можуть призводити до інших результатів 12 . Фермент супероксид-дисмута, що знижує токсичність кисню у більшості живих організмів, відомий тим, що змушує молекулярний годинник працювати неритмічно 13 . Судячи з результатів, отриманих дослідниками, цей годинник для людиноподібних мавп і людей сильно відстає 14 . Через такі серйозні відмінності деякі вчені називають молекулярний годинник «епізодичним» 5 , тобто тими, хто йде то швидко, то повільно.

У таблиці 8.2 показані відмінності в амінокислотній послідовності гормону інсулін у хребетних. Згідно з концепцією молекулярного годинника всі гризуни приблизно однаково відрізняються від людини, оскільки їх предки виникли в процесі еволюції в один і той же час. Але ми бачимо, що це не так. Люди відрізняються від будинкової миші на вісім відсотків, а від нутрії – на тридцять вісім. Цей показник навіть більший, ніж різниця між людьми та кількома видами риб, яка, здавалося б, має бути значно значнішою. В інших зіставленнях, пов'язаних з інсуліном 16 , різниця між мишею та морською свинкою (35 відсотків), видами досить близькими, перевищує різницю між мишею та китом (12 відсотків), людиною та каймановою черепахою (24 відсотки), куркою та пеламідою (16 відсотків) ) і між багатьма іншими організмами, які мають тісних родинних зв'язків. У науковій літературі зазначається безліч подібних невідповідностей 17 . У нас немає достатньо обґрунтованих даних, які говорять на користь постійного темпу змін, на основі якого повинен діяти молекулярний годинник.

Враховуючи вищевикладені особливості, не варто дивуватися, що зіставлення амінокислотної послідовності у різних видів білків

Відсоткова різниця в амінокислотній послідовності у гормоні інсулін між рядом організмів та людиною*.

* Dayhoff МО. 1976. Atlas of protein sequence and structure, vol. 5, supplement 2,

Washington, O.C.: National Biomedical Research Foundation, pp. 129.

дає суперечливі з погляду еволюції результати. Один подібний аналіз, мета якого полягала в порівнянні еволюційних взаємозв'язків між кількома загонами ссавців на основі амінокислотної послідовності чотирьох різних протеїнів, показав «загальну відсутність відповідності» між чотирма дослідженими протеїнами і лише «помірну відповідність» з взаємозв'язками, заснованими на різних 18 .

Так звані живі копалини є ще однією загадкою для концепції молекулярного годинника. Живі копалини - це види, що майже не відрізняються від копалин предків, які, як вважають, жили сотні мільйонів років тому. Як приклад можна навести звичайного мечехвоста, що живе вздовж східного узбережжя Північної Америки. Очевидно, він майже ідентичний своєму викопному двійнику, який існував, за деякими підрахунками, щонайменше 200 мільйонів років тому вони. Чи можливо, щоб зміни, що безперервно накопичувалися по ходу дії молекулярного годинника протягом 200 мільйонів років, не мали жодного видимого впливу на організм?

Дані, викладені в колонці Б таблиці 8.1, настільки однакові, що неминуче порушують ще кілька питань, що стосуються молекулярного годинника, як у рамках еволюційного контексту, так і при розгляді інших біологічних факторів. Як могли виникнути такі однакові результати, якщо дослідження, як зазначалося вище, свідчать, що цитохромний годинник нестійкий у показаннях? Якщо змінам у білках (заснованим на змінах у ДНК) сприяє клітинний поділ, чи може подібна стійкість темпів мутації характеризувати всі різноманітні напрями еволюційного розвитку всіх видів рослин та тварин? Таке важко уявити, враховуючи, що еволюційний розвиток теплокровних тварин мало відбуватися інакше, ніж у холоднокровних або у рослин. Крім того, одні види розмножуються дуже швидко, інші дуже повільно. Такі однакові результати для різних шляхівпередбачуваного еволюційного розвитку можуть викликати нові питання про концепцію молекулярного годинника і привести до думки про те, що потрібно шукати альтернативні тлумачення. Поки ми не отримаємо додаткових відомостей про те, що змушує цей годинник працювати, якщо вони взагалі існують, нам не зашкодить обачність у судженнях.

Автор наукових книг та статей Роджер Льюїн підвів рису під полемікою про молекулярний годинник у статті, озаглавленій так: « Молекулярний годинниквийшли із вживання». Він робить висновок, що молекулярний годинник, схоже, постійний тільки в одному - у своїй мінливості 20 . Зігфрід Шерер, біолог з університету Констанц, приходить до висновку, що «гіпотеза про білковий молекулярний годинник має бути відкинута» 21 , а біолог Джеф Палмер з університету штату Індіана стверджує, що «вірний хід молекулярного годинника - це одне лише припущення; чим глибше ми вивчаємо молекулярні зміни, тим більше у нас з'являється свідчення, що цей годинник іде неправильно» 22 . Два молекулярні біологи, ЛайзаВаутер і Уеслі Браун так само недвозначно висловлюються за «безумовну відмову від узагальненої концепції молекулярного годинника» 23 .

ВІДКРИТТЯ В МОЛЕКУЛЯРНІЙ БІОЛОГІЇ

Численні відкриття, зроблені за Останнім часомв молекулярній біології, внесли свій внесок у різноманітність еволюційної думки. Вони виявили такі властивості життя, про які неможливо було подумати ще тридцять років. назад.Безліч загадок, пов'язаних з генетичними системами, ставлять у глухий кут як еволюціоністів, так і креаціоністів. Чому послідовність лише кількох нуклеотидних підстав повторюється 100000 разів у центрі хромосоми плодової мушки? Яка функція великої кількостінекодуючих, чи повторюваних ДНК, які у всіх організмах, крім найпростіших? Люди вони становлять до 97 відсотків всіх ДНК. Вчені, які вважають ці ДНК якимось генетичним мотлохом, що дісталося нам від еволюційного минулого, називають їх «сміттєвими ДНК». Псевдогени - це ще один різновид послідовності ДНК, що явно не кодує. Вони виглядають як функціональні гени, але вони мають ділянки, які, очевидно, перешкоджають їм у здійсненні нормальних функцій 24 . Однак не можна з упевненістю сказати, що послідовності, що не кодують, дійсно нефункціональні. Є думка, що «сміттєві ДНК» виконують певну роль, і вчені відкидають цей термін. Інші еволюціоністи запитують, чому некодуючі ДНК збереглися «в первозданній чистоті», якщо вони не мають жодних функцій. За ідеєю, вони мали видозмінитися у процесі мутацій. Частина вчених говорить про деякі функції некодуючих ДНК, включаючи таємну мову 25 .

Старі уявлення про гени як довгі ланцюжки ДНК, що іноді мутують і в кінцевому підсумку виробляють нові організми, вже не відповідають сучасним науковим відкриттям. Гени, очевидно, організовані у складні, взаємодіючі системи, включаючи механізми зворотнього зв'язку, які навряд чи могли розвинутися в поступовому, випадковому еволюційному процесі, оскільки не мали б виживання без повноцінно функціонуючої системи. Нижче наведено кілька прикладів.

1. ГЕНЕТИЧНИЙ КОД. Відкриття генетичного кодупоказало, яким чином поєднання чотирьох різних видів нуклеотидних основ у кодових комплексах із трьох основ у кожному, що знаходяться в ланцюжку ДНК (рис. 4.1), може диктувати порядок будь-якої з 20 різних видівамінокислот, що утворюють білок. Клітина використовує інформацію із ДНК у своєму ядрі, щоб виробляти тисячі різних білків за допомогою складної закодованої системи. Як випадковий еволюційний процес міг призвести до утворення закодованої системи? Ця системавимагає не тільки хитро закодованої інформації, але також і наявність системи розшифровки цього коду. Інакше нічого не станеться.

2. СИСТЕМА КОНТРОЛЮ ГЕНІВ. Процес виробництва білків на підставі генетичної інформації складний та ретельно відрегульований. Гени мають бути вчасно включені та вчасно виключені із процесу. Дослідники виявили цілу низку механізмів генного контролю 26 одна частина яких пригнічує ген, а інша активізує його. Окремі гени мають більш як один контролюючий механізм. Система Lac-one-рона, виявлена ​​у звичайній бактерії, стала класичним прикладом системи генного контролю 27 . Вона керує виробництвом трьох ферментів (білків), зайнятих у метаболізмі лактози. Три ферменти послідовно, один за одним, закодовані на спіралі ДНК. Цим кодам передують чотири спеціальні ділянки в закодованій ДНК, необхідні регулювання і виробництва ферментів. Даний, основний, вид системи та більше складні системиуправління існують також у вищих організмів 28 . Величезна кількість хімічних перетворень у клітинах перебувають під контролем складних систем.

3. СИСТЕМИ ВИПРАВЛЕННЯ ПОМИЛОК. Багатоклітинні організми у процесі життєдіяльності виробляють безліч нових клітин. Ділячись на дві половини, клітина відтворює мільйони та мільярди пар нуклеотидів. Що стосується людини, то щоразу, коли організм формує ДНК для нової клітини, він виробляє три мільярди пар нуклеотидів. У процесі копіювання цієї інформації часто трапляються помилки. Якась їхня частина не відіграє великої ролі, але не виключені і помилки, здатні привести організм до летального результату. Частка таких помилок без втручання коригувальних ферментів могла досягати одного відсотка. Таким чином, на один поділ клітини припадали б тисячі, а то й мільйони помилок. На щастя, клітина має ефективними системами, що допомагають запобігати цьому процесу. Ці хитромудрі механізми можуть збільшити точність копіювання в мільйони разів, завдяки чому кількість помилок зведена до мінімуму 29 . Тонкі коригувальні системи знаходять помилки і виправляють будь-які ділянки ДНК, які вкралася помилка. Дослідники виявили принаймні 15 ферментів, які беруть участь у репарації ДНК у бактерії Escherichia coli,адже нам відомо ще далеко не все про подібних системах 30 . Що стосується еволюційної теорії, то при розгляді даного корекційного механізму ДНК виникає низка питань. Наприклад, чи могла схильна до помилок система бути достатньо послідовною, щоб допустити еволюційний розвиток самокоректуючого механізму? Один дослідник назвав цю скруту « невирішеною проблемоюу теоретичній біології» 31 .

Вивчаючи ДНК, молекулярні біологивиявляють широкий спектр спеціалізованих функцій, які копіюють, розщеплюють, зрощують, виправляють, переміщують та інвертують ДНК. На зміну колишній гіпотезі про просту ДНК, що управляє розвитком і функцією організму, приходить концепція «плинної» ДНК із здібностями програмування. Дж. А. Шапіро з університету Чикаго так формулює нові ідеї: "Нам необхідно розглядати геноми [ДНК] як системи обробки інформації" 32 . Далі він підкреслює, що «багато (можливо переважна більшість) із перетворень ДНК відбуваються не внаслідок випадкових хімічних процесів чи реплікаційних помилок. Швидше, вони виникають завдяки діяльності надзвичайно складних біохімічних систем, які можна вважати функціями, що репрограмують геноми [ДНК]».

У молекулярній біології пошуки істини лише почалися.

НЕЗВИЧАЙНІ ЕВОЛЮЦІЙНІ КОНЦЕПЦІЇ

Останні десятиліттяпородили надзвичайну різноманітність ідей та колізій в еволюційній думці. Невдачі, що супроводжують пошук переконливого пояснення еволюційного розвитку, викликали до життя ряд неординарних припущень. Як приклад я згадаю лише три чи чотири з них.

Англійський хімік Джеймс Лавлок оприлюднив так звану «гіпотезу геї». Серйозну підтримкуйому надав Лінн Маргуліс, відомий біолог з університету Бостона. Ця ідея набула значної популярності, але аж ніяк не серед класичних еволюціоністів. Суть гіпотези геї полягає в тому, що вся Земля є живим організмом, в якому життя гармонійно взаємодіє з неживою матерією як єдине ціле 33 . Гея передбачає швидше симбіотичний процес спільної діяльностіорганізмів, ніж боротьбу виживання. Обстоюючи нову концепцію, Маргуліс стверджує, що неодарвінізм «має бути відкинутий як маловажна релігійна секта в рамках різнорідної релігійної течії англо-саксонської біології XX ст.» 34 .

Крістофер Вілле з Каліфорнійського університету висунув припущення, згідно з яким гени еволюціонували у бік збільшення їхньої здатності до самовдосконалення 35 . Відштовхуючись від традиційних наукових поглядів, Вілле висловлює думку, що окремі складні системи високоорганізованих організмів є результатом розвитку генів якоїсь «мудрості», що дозволяє здійснювати все більше складні функціїу процесі еволюції. Він не пропонує якихось більш-менш переконливих свідчень, але робить свої висновки на основі численних прикладівіснування комплексних генних механізмів розвинених організмів. Живі системи, безперечно, влаштовані надзвичайно складно, проте припущення про те, що подібна мудрість розвивалася сама по собі, не знаходить великої підтримки.

У тому ж інтелектуальному руслі перебувають і комп'ютерні дослідження, мета яких - з'ясувати, як могло самоорганізуватися життя. Як мовилося раніше 36 , другий закон термодинаміки передбачає неухильну тенденцію Всесвіту до безладдя. Еволюційна теорія передбачає протилежне, і перед комп'ютерними дослідженнями стоїть завдання пояснити, як усе це могло відбуватися 37 . Для вирішення завдання дослідники створюють у комп'ютері віртуальний біологічний світ. Знайомі всім комп'ютерні віруси містять деякі такі елементи. рукотворного життя». Програми відзначають результати впливу змодельованих факторів, таких як мінливість, суперництво, природний відбір. Вчені сподіваються, що такі дослідження зможуть пояснити самоорганізацію, що очікується від еволюції. Розробники цих програм повідомляють про певні успіхи, проте навіть у цьому спрощеному «силіконовому всесвіті» є багато факторів, що ускладнюють завдання.

Ця робота зосереджена навколо інституту Санта Фе в Нью-Мексико; ще кілька фахівців працюють у інших дослідницьких центрах. Вони вивчають питання про походження складних структур у ширшій перспективі, включаючи еволюцію, екологію, людські системи та гею. Ведеться пошук якогось універсального пояснення виникнення складних структур. Дослідники дійшли певної згоди тому, що складні структури розвиваються «на межі хаосу». Цей висновок ґрунтується на тому, що високоорганізовані та стабільні системи, такі, як кристали, наслідують зразок і не генерують нічого нового. З іншого боку, абсолютно хаотичні системи, такі як гарячий газ, занадто безформні і перемішані, щоб мати значення для результатів. Отже, складні системи повинні розвиватися між цими двома крайнощами на межі хаосу.

Робота інституту Санта Фе піддається критиці з кількох точок зору. Надії на універсальне пояснення існування складних структур дуже примарні 38 . Одні вчені вважають, що для пояснення складних структур достатньо лише природного відбору, а інших поясненнях немає необхідності 39 . Інші висловлюють стурбованість тим, що спрощення може принести розуміння за рахунок реальності 40 . Видатний еволюціоніст Джон Мейнард Сміт охарактеризував цей тип штучного життя як «в основі своїй вільну від фактів науку» 41 , а еколог Роберт Мей знаходить роботу інституту «математично цікавою, але біологічно незначною» 42 . Найгостріші критичні стріли виходять із боку логіки, яка вчить, що «підтвердження числових моделей природних систем неможливо, оскільки складні природні системине бувають закритими» 43 . Ніколи не можна бути впевненим, що маєш всю інформацію.

Інший підхід продемонстрував знаменитий французький зоолог П'єр Грассе, автор праці під назвою Еволюція живих організмів 44 . Грассе, колишній президент Французької Академії Наук і редактор 35-томної монографії зоології, добре знайомий із живими організмами. Він дуже критично налаштований по відношенню до деяких сучасних еволюційних концепцій і категорично заперечує значення мутації та відбору для еволюції. Пояснюючи прогалини між основними групами організмів, П. Грассе висловлює думку про існування особливих генів та особливу біохімічну активність, але погоджується з тим, що еволюція - це загадка, про яку мало що відомо. Він дійшов такого висновку: «Можливо, у цій галузі біології нікуди більше рухатися: далі лише метафізика» 45 .

Подібна інформація.

подій (розбіжностей видів чи інших таксонів), заснований на гіпотезі molecular clock hypothesis, згідно з якою еволюційно значущі заміни мономерів у нуклеїнових кислотах або амінокислот у білках відбуваються з практично постійною швидкістю.

Швидкість мутацій може бути нерівномірною і відрізняється для різних видів, через що метод дає лише приблизні результати.

Висунення теорії та її розвиток

Гіпотеза молекулярного годинникабула висунута в 1962 році при аналізі амінокислотних послідовностей гемоглобіну та цитохрому С, Е. Цукеркандлем та Л. Полінгом. Вони зазначили, що кількість амінокислотних відмінностей у гемоглобіні зростає лінійно з часом, який оцінювався за фоссилиями. Вони узагальнили спостереження і дійшли висновку, що швидкість еволюційного зміни кожного білка приблизно стала.

корисною перевіркою важливої ​​ролічасу як головного фактора в накопиченні мінливості в цитохромі C повинно бути порівняння амінокислотних послідовностей гомологічних білків, виділених з видів, про які відомо, що вони протягом тривалих періодів часу не зазнавали морфологічних змін, і з видів, що швидко змінюються

Роботи цих трьох учених призвели до постулювання гіпотези на початку 1960-х.

Зв'язок із нейтральною теорією молекулярної еволюції

Критика

Існує критика методу, наприклад Goodman, 1981, Prog.Byophys.Mol.Evol., V.38.P.105-164., який виявив різний темп годин в різних таксонах. Незважаючи на це, теорія використовується у філогенетиці та для оцінки давності дивергенції видів.

Це незавершена стаття з біології. Ви можете допомогти проекту, доповнивши її. Цю примітку по можливості слід замінити більш точним.

Див. також

Напишіть відгук про статтю "Молекулярний годинник"

Примітки

Посилання

• medbiol.ru/medbiol/molevol/000716b1.htm
• elementy.ru/trefil/molecular_clock?page_design=print
• Лукашов В.В.Нейтральна теорія молекулярної еволюції // Молекулярна еволюція та філогенетичний аналіз: Навчальний посібник. – 2009. – P. 35.

Основні поняття Ери та епохи Календар (До)Юліанський Григоріанський Астрономічний Астрономічна хронологія Геохронологічна шкала Основні поняття Стандарти Археологічні методи Генетичні методи Пов'язані поняття

Уривок, що характеризує Молекулярний годинник

– Ека бістя!.. Ну?..
- Пішов за іншим, - продовжував Тихін, - підполоз я таким чином до лісу, та й ліг. - Тихін несподівано і гнучко ліг на черево, уявляючи, як він це зробив. - Один і навернися, - вів далі він. – Я його таким чином і зграб. - Тихін швидко, легко схопився. - Ходімо, кажу, до полковника. Як заворушиться. А їх тут четверо. Кинулися на мене зі шпажками. Я на них такою манерою сокирою: що ви, мовляв, Христос з вами!
- То ми з гори бачили, як ти стрічка задавав через калюжі, - сказав есаул, звужуючи свої блискучі очі.
Пете дуже хотілося сміятися, але він бачив, що всі утримувалися від сміху. Він швидко переводив очі з обличчя Тихона на обличчя есаула і Денисова, не розуміючи, що це означало.
- Ти дуг"ака то не уявляй, - сказав Денисов, сердито покашливая. - Навіщо пег"вого не пг"ів?
Тихін почав чухати однією рукою спину, іншою голову, і раптом вся пика його розтяглася в сяючу дурну усмішку, що відкрила нестачу зуба (за що він і прозваний Щербатий). Денисов усміхнувся, і Петя залився веселим сміхом, до якого приєднався і сам Тихін.
- Та що, зовсім несправний, - сказав Тихін. - Одежонка погана на ньому, куди ж його водити те. Та й грубіян, ваше благородіє. Як же, каже, я сам анаральський син, не піду, каже.
- Яка худоба! – сказав Денисов. – Мені розпитати треба…
– Та я його питав, – сказав Тихін. - Він каже: погано знайомим. Наших, каже, і багато, та всі погані; тільки, каже, одна назва. Ахнете, каже, гарненько, всіх заберете!
- Ось я ті всиплю сотню гог'ячих, ти і будеш дуг'ака то ког'чити, - сказав Денисов суворо.
— Та що ж це серчати, — сказав Тихін, — що ж, я не бачив ваших французів? Ось дай затьмарює, я тобі якихось хоч, хоч трьох приведу.
- Ну, поїдемо, - сказав Денисов, і до самої варти він їхав, сердито насупившись і мовчки.
Тихін зайшов ззаду, і Петя чув, як сміялися з ним і з нього козаки про якісь чоботи, які він кинув у кущ.
Коли пройшов той сміх, що опанував його, при словах і усмішці Тихона, і Петя зрозумів на мить, що Тихон цей убив людину, йому стало ніяково. Він озирнувся на полоненого барабанщика, і щось кольнуло його в серце. Але ця незручність тривала лише одну мить. Він відчув необхідність підняти голову, підбадьоритися і розпитати есаула з значним виглядом про завтрашнє підприємство, щоб не бути негідним того суспільства, в якому він перебував.
Посланий офіцер зустрів Денисова на дорозі з повідомленням, що Долохов сам зараз приїде і що з його боку все гаразд.
Денисов раптом повеселішав і покликав до себе Петю.
- Ну, гаскажи ти мені про себе, - сказав він.

Петя при виїзді з Москви, залишивши своїх рідних, приєднався до свого полку і незабаром після цього був узятий ординарцем до генерала, який командував великим загоном. З часу свого виробництва в офіцери, і особливо з вступу в діючу армію, де він брав участь у В'яземській битві, Петя перебував у постійно щасливо збудженому стані радості на те, що він великий, і в постійно захопленій поспішності не пропустити якогось випадку справжнього геройства. . Він був дуже щасливий тим, що він бачив і випробував в армії, але разом з тим йому все здавалося, що там, де його немає, там те тепер і відбувається справжнісіньке, геройське. І він поспішав устигнути туди, де його не було.
Коли 21 жовтня його генерал висловив бажання послати когось у загін Денисова, Петя так жалісно просив, щоб послати його, що генерал не міг відмовити. Але, відправляючи його, генерал, згадуючи божевільний вчинок Петі у В'яземській битві, де Петя, замість їхати дорогою туди, куди він був посланий, поскакав у ланцюг під вогонь французів і вистрілив там двічі зі свого пістолета, - відправляючи його генерал саме заборонив Петі брати участь у будь-яких діях Денисова. Від цього Петя почервонів і змішався, коли Денисов запитав, чи можна йому залишитися. До виїзду на узлісся Петя вважав, що йому треба, суворо виконуючи свій обов'язок, зараз же повернутися. Але коли він побачив французів, побачив Тихона, дізнався, що в ніч неодмінно атакують, він, зі швидкістю переходів молодих людей від одного погляду до іншого, вирішив сам із собою, що генерал його, якого він досі дуже поважав, - погань, німець, що Денисів герой, і есаул герой, і що Тихін герой, і що йому було б соромно виїхати від них у скрутну хвилину.

Білет № 19 Різновиди мутацій. Мутації – матеріал еволюції.

Мутація (лат. mutatio- Зміна) - стійка (тобто така, яка може бути успадкована нащадками даної клітиниабо організму) зміна генотипу, що відбувається під впливом зовнішнього чи внутрішнього середовища. Термін запропонований Гуго де Фрізом. Процес виникнення мутацій отримав назву мутагенезу .

Мутації поділяються на спонтанніі індуковані. Спонтанні мутації виникають спонтанно протягом усього життя організму в нормальних для нього умовах довкілляіз частотою близько - на нуклеотидза клітинну генерацію.

Індукованими мутаціями називають успадковані зміни геному, що виникають в результаті тих чи інших мутагенних впливів у штучних (експериментальних) умовах або за несприятливих впливів довкілля.

Мутації з'являються постійно під час процесів, які у живої клітині. Основні процеси, що призводять до виникнення мутацій - реплікація ДНК, порушення репарації ДНКі генетична рекомбінація.

Існує кілька класифікацій мутацій за різними критеріями. Меллерзапропонував ділити мутації за характером зміни функціонування гена на гіпоморфні(змінені алелідіють у тому напрямі, як і алелі дикого типу; синтезується лише менше білкового продукту), аморфні(мутація виглядає як повна втрата функції гена, наприклад, мутація whiteу Drosophila), антиморфні(мутантна ознака змінюється, наприклад, забарвлення зерна кукурудзи змінюється з пурпурової на буру) і неоморфні.

У сучасній навчальній літературі використовується більш формальна класифікація, заснована на характері зміни структури окремих генів, хромосом і геному в цілому. У межах цієї класифікації розрізняють такі види мутацій:

геномні;

хромосомні;

генні.

Геномні: - поліплоїдизація(Утворення організмів або клітин, геном яких представлений більш ніж двома (3n, 4n, 6n і т. д.) наборами хромосом) і анеуплоїдія(гетероплоїдія) - зміна числа хромосом, не кратна гаплоїдного набору (див. Інге-Вечтом, 1989). Залежно від походження хромосомних наборів серед поліплоїдів розрізняють алополіплоїди, у яких є набори хромосом, отримані при гібридизації від різних видів, і аутополіплоїдів, у яких відбувається збільшення числа наборів хромосом власного геному, кратне n.

При хромосомних мутаціяхвідбуваються великі перебудови структури окремих хромосом. У цьому випадку спостерігається втрата ( делеція) або подвоєння частини ( дуплікація) генетичного матеріалу однієї або декількох хромосом, зміна орієнтації сегментів хромосом в окремих хромосомах ( інверсія), а також перенесення частини генетичного матеріалу з однієї хромосоми на іншу ( транслокація) (крайній випадок - об'єднання цілих хромосом, т.з. Робертсонівська транслокаціяяка є перехідним варіантом від хромосомної мутації до геномної).

на генномурівні зміни первинної структуриДНК генів під дією мутацій менш значні, ніж при хромосомних мутаціях, проте генні мутації зустрічаються частіше. В результаті генних мутацій відбуваються заміни, делеції та вставки одного або декількох нуклеотидів, транслокації, дуплікації та інверсії різних частин гена. У тому випадку, коли під дією мутації змінюється лише один нуклеотид, говорять про точкових мутаціях. Оскільки до складу ДНК входять азотисті основилише двох типів - пурини і піримідини, всі точкові мутації із заміною основ поділяють на два класи: транзиції (заміна пурину на пурин або піримідину на піримідин) та трансверсії (заміна пурину на піримідин або навпаки). Можливі чотири генетичні наслідки точкових мутацій: 1) збереження сенсу кодонучерез виродженість генетичного коду (синонімічна заміна нуклеотиду); 2) зміна сенсу кодону, що призводить до заміни амінокислоти у відповідному місці поліпептидного ланцюга (міссенс-мутація); 3) утворення безглуздого кодону з передчасною термінацією (нонсенс-мутація). У генетичному коді є три безглуздих кодони: амбер - UAG, охр - UAA і опал - UGA (відповідно до цього отримують назву і мутації, що призводять до утворення безглуздих триплетів - наприклад амбер-мутація); 4) зворотна заміна (стоп-кодона на смисловий кодон).

за впливу на експресію генів мутації поділяють на дві категорії: мутації типу замін пар основі типу зсуву рамки зчитування (frameshift). Останні є делеції або вставки нуклеотидів, число яких не кратно трьом, що пов'язано з триплетністю генетичного коду.

Первинну мутацію іноді називають прямою мутацією, А мутацію, що відновлює вихідну структуру гена, - зворотною мутацією,чи реверсією. Повернення до вихідного фенотипуу мутантного організму внаслідок відновлення функції мутантного гена нерідко відбувається не за рахунок істинної реверсії, а внаслідок мутації в іншій частині того самого гена або навіть іншого неалельного гена. І тут зворотну мутацію називають супрессорной. Генетичні механізми, завдяки яким відбувається супресія мутантного фенотипу, дуже різноманітні.

Ниркові мутації- стійкі генетичні зміни, що раптово виникли в окремих нирках рослин. При вегетативному розмноженнізберігаються. Багато сортикультурних рослин є нирковими мутаціями.

Білет № 20 Молекулярний годинник еволюції. Геном людини

Згідно центральної догми молекулярної біології, хімічна індивідуальність кожного живого організму визначається послідовністю пар основ у ДНКцього організму. Теорія еволюціїстверджує, що види розвиваються протягом часу, і паралельно до цього розвитку змінюються їх ДНК. До зміни ДНК можуть спричинити різні події. Наприклад, повільне накопичення мутацій, масові помилки при копіюванні чи проникнення послідовності вірусних нуклеїнових кислот. Але одне можна стверджувати сміливо - що більше минуло часу відтоді, як жив загальний предок двох видів, тим довший період, протягом якого відбувалися ці зміни, і, отже, тим більше відрізняються послідовності ДНК цих двох видів.

Слід зазначити кілька моментів щодо цього затвердження. По-перше, підрахувавши різницю між послідовностями ДНК, ми можемо побудувати генеалогічне дерево всіх живих організмів. Наприклад, у людини та шимпанзе збігаються 98% ДНК. Це означає, що наш спільний предок жив зовсім недавно. У той же час у людини і жаб збігається частина ДНК значно менше, отже наша гілка відокремилася від гілки, яку займають земноводні, значно раніше. Теорія еволюції передбачає, що побудоване таким чином генеалогічне дерево має бути подібним до дерева, побудованого в минулому столітті на підставі вивчення скам'янілостей. На мою думку, збіг двох генеалогічних древє одним із найпереконливіших доказів еволюції. Воно також показує, що теорія еволюції може бути піддана перевірці (як говорилося в У веденні, це одне з найважливіших вимогбудь-якої наукової теорії), оскільки могловиявиться, що люди генетично ближчі до жаб, ніж до шимпанзе. Метод молекулярного годинника використовує дані ДНК більш фундаментально. Якщо зміни ДНК відбуваються з деякою середньою швидкістю- якщо молекулярний годинник цокає рівномірно - то, підраховуючи кількість пар основ, що різняться, в послідовностях двох видів, ми можемо отримати уявлення про час життя їх останнього загального предка. Якщо частота змін ДНК постійна, аналіз сучасної ДНК може розповісти нам про шкали часу на різних етапах розвитку генеалогічного древа. - що весь годинник цокає з одним і тим же інтервалом. Однак виявилося, що існує багато різних молекулярних годинників, і всі вони йдуть з різною швидкістю. Наприклад, пари основ у послідовності важливого гена не можуть сильно змінитися без шкоди для організму в цілому, тому годинник, що показує час для пар основ у таких генах, йдуть відносно повільно. З іншого боку, більшість сегментів ДНК не впливають на хімічні процесив організмі, тому для цих сегментів годинник може йти швидше. Мабуть, найбільше залучає в методі молекулярного годинника перспектива його застосування до недавньої еволюції людини. Щоб краще все це зрозуміти, вам потрібно знати, що всередині кожної клітини високорозвинених організмів є крихітні органели. мітохондрії. Вони згоряє паливо клітини - тобто здійснюється найважливіша функція обміну речовин. Вважається, що мітохондрії вперше проникли в складніше організовані клітини мільйони років тому в процесі симбіозу. Дві клітини, які еволюціонували незалежно одна від одної, виявили, що їм підуть на користь партнерські відносини, за яких одна клітина житиме всередині іншої. Той факт, що в мітохондрії міститься власна невелика петлеподібна ДНК (у мітохондріальній ДНК людини 26 генів), говорить про те, що ця подія сталася дуже давно.

У сперматозоїдах немає мітохондрій, тому вся мітохондріальна ДНК у вашому організмі отримана вами з яйцеклітини матері. Іншими словами, мітохондріальна ДНК передається по материнській лінії. Встановлено, що молекулярний годинник мітохондріальної ДНК цокає майже в 10 разів швидше, ніж годинник ДНК, що міститься в клітинному ядрі. Тому для аналізу і була обрана мітохондріальна ДНК - адже за певний проміжок часу в ній станеться значно більше змін, ніж у ядерній ДНК. різних рас з різних куточків світу і встановила кількість мутацій, що їх розрізняють. За результатами першого аналізу складалося враження, що всі сучасні люди ведуть свій родовід від однієї і тієї ж жінки, яка жила в Африці близько 200 000 років тому. Цю жінку негайно назвали Євою (або, для більшої наукоподібності, Мітохондріальною Євою) і навіть помістили її на обкладинку великого суспільно-політичного журналу. критичного аналізу ДНК, зробленого комп'ютерною програмою. Згідно з останніми науковими віяннями, дані ДНК вказують на те, що всі сучасні люди походять від досить невеликої популяції - близько 5-10 тисяч чоловік, що жила в Африці 100-200 тисяч років тому.

Білет № 21 Прокаріоти та еукаріоти. Автотрофи та гетеротрофи

Прокаріоти та еукаріоти

Структурно кожна жива кліткаскладається, як мінімум, з трьох частин: ядра, цитоплазми (внутрішнє середовище клітини) та її оболонки (або мембрани). Якщо ядро ​​клітини яскраво не виражене, ДНК практично рівномірно заповнює весь внутрішній об'єм клітини (перша стадія клітинного життя), а самі клітини практично нічим не відрізняються один від одного, організми називаються прокаріотами.

За більшої виразності клітинних ядерта наявності в них кількоххромосом (ДНК з навколишніми РНК і білками), організми називаються еукаріотами.

Під впливом зовнішніх умов деякіознаки окремихДНК в одній або кількоххромосоми можуть трохизмінюватись. Зрештою, ці відмінності призводять до утворення організмів одного біологічного виду, але різняться підлозі(Див. Еволюція).

У еукаріотів велика гнучкість клітинних оболонок, отже, - та його рухливість (тому більшість їх - все-таки, тварини). Ця гнучкість і податливість доходить до того, що деякі з них здатні не тільки всмоктувати прості речовини та органічні молекули, але й поглинати цілі інші клітинименшого розміру. (Вони і стали першими хижаками). З двох останніх підрозділів випливає, що всі хижаки – гетеротрофи та еукаріоти. Еукаріоти є і серед рослинного, і серед тваринного світу, хоча серед одноклітинних між тими та іншими буває дуже важко провести чіткий кордон.

Типовим порговим(який знаходиться між рослинами і тваринами) одноклітинним організмом є евглена зелена(Див. лівий кадр). Вона, як рослина, містить хлорофіл і при денному світлі здатна до фотосинтезу, що визначає її автотрофнийтип харчування у умовах. Однак, у темряві евглена харчується лише осмотичним шляхом (всмоктуючи корисні речовини з навколишньої стреди через оболонку клітини). Це відносить її до організмів з гетеротрофнимтипом харчування (зазвичай такі організми бувають тваринами).

Автотрофи та гетеротрофи

Клітини з відносно жорсткими і мало проникними оболонками малорухливі і повинні виробляти необхідні для себе продукти харчування та енергетичні запаси самостійно, з неживої природи, використовуючи ультрафіолетове випромінювання Сонця або енергію деяких хімічних реакцій. Вони називаються автотрофами. Це майже всі представники рослинного світу. Навіть на рівні одноклітинних. Підвищена гнучкість і хороша проникність оболонок інших клітин сприяють появі можливості отримання частини живлення (наприклад, фрагментів білків або невеликих білкових структур) для них вже в готовому вигляді, шляхом "всмоктування" їх через добре проникну оболонку клітини. Ті, хто харчуються таким чином, називаються гетеротрофами. За таким же типом, крім багатьох одноклітинних, харчуються всі тварини, гриби, більшість бактерій та деякі рослини. Відповідно до сучасних науковим уявленням, 600 млн. років тому вся флора та фауна Землі складалася виключно з одноклітинних. Як стверджують фахівці, на сьогодні їх існують близько 25 тис. видів.

Білет № 22 Проблема теорії еволюції. Системи Аристотеля, Ліннея, Ламарка

Теорія еволюції займає особливе місце у вивченні історії життя. Вона явл. фундаментом для всього природознавства. Стосовно живих організмів еволюцію можна визначити, як поступовий розвиток складних організмів із передіснуючих більш простих із часом. Уявлення про еволюцію бере свій початок від Аристотеля (384-322 до н. Е..) Саме він першим сформулював теорію безперервного розвитку живого з неживої матерії, створивши уявлення про «сходи природи» стосовно світу тварин. У всіх орг. тілах він розрізняв дві сторони: матерію, що має різні можливості і форму – душу. Аристотель розрізняв три види душі: рослинна, властива рослинам; відчуваюча, властива тваринам і розумна, якою наділена лише людина. Великий внесок у створення сист. поглядів про теорію еволюції вніс Карл Лінней(1707-1778). Він запропонував систему: клас à загін àрод àvid. Під останнім він розумів групу організмів, що походять від загальних предків і дають при схрещуванні плодючі нащадки. Усіх тварин Лінней розділив на 6 класів (ссавці, птахи, амфібії, риби, комахи та черв'яки) помістивши Людину поряд з мавпами, обмовившись, що близькість у системі не говорить про кревну спорідненість. Питання походження видів для Ліннея не існувало. Він думав, що це види створені «всемогутнім творцем». Визначна нагорода у створенні першого еволюційного вчення належить франц. натуралісту Ламарку(1744-1829). Він виклав історію розвитку органіч. світу, відкидаючи ідею сталості видів та протиставляючи їй їх змінюваність. Ламарк не сумнівався, що живе походить від неживого. Він вважав, що природа створює найпростіші тварини істоти, а складні організми виникають шляхом їхнього повільного та поступового ускладнення. Такий процес Ламарк назвав градацією. На його думку всі живі істоти хіба що піднімаються сходами, Однак Ламарк припустився серйозних помилок насамперед у розумінні факторів еволюційного процесу, виводячи їх з нібито властивого всьому живому прагнення до досконалості. Також невірно він розумів причини пристосованості, прямо пов'язуючи їх із впливом навколишнього середовища. Це породило дуже поширені, але науково необґрунтовані уявлення про успадкування ознак, які набувають організми під безпосереднім впливом середовища. Але за всіх великих недоліках ідеї Ламарка стали основою першої еволюційної теорії.

Білет № 23 Теорія Дарвіна. Синтетична теорія еволюції

Весь хід розвитку XIXстоліття нестримно вів до формування нового погляду на природу та еволюцію. Природні науки до цього часу накопичили безліч фактів, які не можна було поєднати з метафізичними уявленнями про незмінність природи. Наслідком цього стало виникнення нової теорії, розробником якої став Ч. Дарвін. Основні принципи свого еволюційного вчення він звів до таких положень: 1. Кожен вид здатний до необмеженого розмноження. 2. Обмеженість життєвих ресурсів перешкоджає реалізації потенційної можливості розмноження. (Більшість особин гине у боротьбі існування і залишає потомства). 3. Загибель чи успіх у боротьбі існування носять виборчий характер. Організми одного виду відрізняються одна від одної сукупністю ознак. У природі переважно виживають та залишають потомство ті особини, які краще пристосовані. Таке вибіркове виживання і розмноження найбільш пристосованих організмів Ч. Дарвін назвав природним отбором.4.Под дією природного відбору, що у різних умовах, групи особин одного виду з покоління до покоління накопичують різні пристосувальні ознаки. Вони набувають настільки суттєвих відмінностей, що перетворюються на нові види. Найбільші вчені в різних країнах сприяли поширенню еволюційної теорії Дарвіна, захищали її від нападок і самі робили внесок у її подальший розвиток. Дарвінізм надав сильний вплив як на біологію, а й у загальнолюдську культуру, сприяючи розвитку природничо поглядів про появу та розвитку живої природи і самої людини. Сучасна генетика призвела до нових уявлень про еволюцію, які дістали назву синтетичної теорії еволюції(Неодарвінізму). Її можна з'ясувати, як теорію органічної еволюції шляхом природного відбору ознак, детермінованих генетично. Такий погляд, не тільки підтвердив теорію Дарвіна, але й пояснив її на якісно новому рівні. Механізм еволюції став розглядатися, як складається з двох частин: випадкові мутації на генетичному рівні та успадкування найвдаліших з погляду пристосування до навколишнього середовища мутацій, т.к. їх носії виживають та залишають потомство.

Білет № 24 Системна теоріяеволюції, поняття еволюції у синергетиці

Системна теорія еволюції пов'язує розвиток будь-якої біологічної системи з еволюцією систем високого порядку, в який вона входить як елемент. «Розгляд «згори донизу», від біосфери до окремих екосистем, спільнот, популяцій, організмів, генів виявляє причинні зв'язки між подіями, які традиційний погляд «знизу нагору» сприймає як випадкові. У принципі, системний підхід може дати досить повне пояснення еволюційного процесу і поставити питання про його мету» (Красілов, 1992, с. 27).

Донедавна уявлення про цілеспрямованість у природі відносили до галузі метафізики, а чи не позитивної науки. Ситуація змінилася з недостатнім розвитком теорії нерівноважних процесів. Справа в тому, що в закритих (ізольованих) системах розвиток відбувається відповідно до закону зростання ентропії (другим початком термодинаміки), а у відкритих (живих) системах стаціонарний стан відповідає мінімальному виробництву ентропії. Вищі організми відрізняються від нижчих у першу чергу меншим виробництвом ентропії - омертвіння живої речовини - в їх популяціях. теорія еволюції, поняття ев-ції у синергетиці

Розвиток будь-якої біологічної системи пов'язане з еволюцією систем вищого рангу, в які вона входить як елемент. Ця теорія отримала назву Системної теорії еволюції. Вона передбачає розгляд взаємодій «зверху-вниз»: від біосфери до екосистеми ðсообществам ðорганізмів і т.д. Такий підхід дозволяє виділити первинні зв'язки, які традиційний погляд «знизу вгору» сприймає як випадкові та незначні. У світі, як ми знаємо, постійно йде процес виникнення нового, еволюції та розвитку різноманітних систем. Згідно з еволюційною теорією Дарвіна, жива природарозвивається у напрямку вдосконалення та ускладнення нових видів рослин і тварин. Причому загибель чи успіх у ході цього процесу боротьбі існування носять вибірковий характері і у природі переважно виживають і залишають потомство ті особини, які краще пристосовані. («Виживає найсильніший» – принцип природного відбору). Постає питання, як з цього пояснити ці явища з позицій синергетики. І чи це можливо? Виявляється, можливо! Виникнення нового завжди здається неймовірним дивом. Відповісти питанням, як це станеться синергетика вирішила разом із нової нерівноважної термодинамікою, теорією відкритих систем. Зокрема у відкритих нерівноважних системах згідно з теорією Іллі Пригожина стаціонарний стан відповідає мінімальному виробництву ентропії. А процес еволюції пов'язаний із процесом накопичення вільної енергіїта зменшенням ентропії. Кібернетична система має стійкість при достатньому внутрішньому розмаїтті. Різний рівень порядку народжує новий, більш високий рівень у органічному світіі ми бачимо, як біологічна різноманітністьорганізмів проявляється на молекулярно-кінетичному, популяційному, видовому та біоценотичних рівнях. Еволюція – це вічна самоорганізація, пошук структурами своїх оптимумів у мінливих умовах. Сутність її в синергетиці – це вічна боротьба хаосу та порядку, структурного та безструктурного у Всесвіті. У цій боротьбі може працювати біфуркаційний принцип (приклад із волохатим слоном). Випадки, що виникають можуть призвести систему до підвищеної нерівноважності - флуктуації, тобто. відхиленням від середнього значення - як наслідок можуть виникати мутації, підтримані навколишнім середовищем. Повернення назад практично не можливе і мутації стають матеріалом еволюції, рухаючи її впере в постійний розвиток.

Білет №25 Концепція коеволюції, Гея-Земля. (за Горєловим)

Критика дарвінізму велася з його виникнення. Одним не подобалося, що зміни, за Дарвіном, можуть відбуватися у всіх можливих напрямках і випадковим чином. Концепція номогенезу стверджувала, що зміни відбуваються не безладно та випадково, а за законами форм. Російський учений і революціонер П. А. Кропоткін дотримувався точки зору, відповідно до якої взаємодопомога є важливішим фактором еволюції, ніж боротьба.

Ці заперечення було неможливо похитнути загальної теорії еволюції до появи під впливом екологічних досліджень концепції коеволюції, яка змогла пояснити виникнення статей та інші феномени. Як хімічна еволюція – результат взаємодії хімічних елементів, так за аналогією біологічна еволюція може розглядатися як результат взаємодії організмів. Більш складні форми, що випадково утворилися, збільшують різноманітність і отже стійкість екосистем. Дивовижна узгодженість усіх видів життя є наслідком коеволюції.

Концепція коеволюції пояснює і факти альтруїзму у тварин: турботу про дітей, усунення агресивності шляхом демонстрації «утихомирюючих поз», підкорення ватажкам, взаємодопомога у важких ситуаціях тощо.

Гіпотеза Гея-Землі .

Ця гіпотеза виникла в останні два десятиліття на основі вчення про біосферу, екологію та концепцію коеволюції. Авторами її є англійський хімік Джеймс Лавлок та американський мікробіолог Лінн Маргуліс. Спочатку було виявлено хімічну нерівноважність атмосфери Землі, яка сприймається як ознака життя. На думку Лавлока, якщо життя є глобальною цілісністю, його присутність може бути виявлена ​​через зміну хімічного складуатмосфери планети.

Лавлок ввів поняття геофізіології, що означає системний підхід до наук Землі. Згідно з Геєм-гіпотезою, збереження тривалої хімічної нерівноважності атмосфери Землі обумовлено сукупністю життєвих процесів на Землі. З початку життя 3,5 млрд. років тому існував механізм біологічної автоматичної термостатики, в якому надлишок двоокису азоту в атмосфері відігравав регулюючу роль, перешкоджаючи тенденції потепління, пов'язаної із зростанням яскравості сонячного світла. Інакше кажучи, діє механізм зворотний зв'язок.

Лавлок сконструював модель, відповідно до якої при зміні яскравості потоків сонячного світла зростає різноманітність, що веде до зростання здатності регулювати температуру поверхні планети, а також зростання біомаси.

26 червня 2000 року відбулася дуже визначна подія, про яку багато писалося в пресі. На прес-конференції за участю президента США та прем'єр-міністра Великобританії представники двох дослідницьких колективів – міжнародного консорціуму Human Genome Project та компанії Celera Genomics – урочисто оголосили про те, що в результаті багаторічних зусиль великої кількості вчених та величезного фінансування закінчено розшифрування геному людини (точніше) , визначено повну структуру ДНК). Був успішно реалізований проект, що не має аналогів за масштабами століття. Що ж людство дізналося і набуло внаслідок цього? Як ці нові знання допомагають людині у вирішенні її багатьох повсякденних проблем? Які таємниці зберігає людський геном?

Про все це і йде мовау справжній монографії, написаній у популярній формі та призначеній для найширшого кола читачів: для школярів старших класів, шкільних вчителів, студентів та викладачів вузів та взагалі для всіх освічених людей, охочих більше знати про себе.

Книга:

МОЛЕКУЛЯРНІ ГОДИННИКИ

<<< Назад

Вперед >>>

МОЛЕКУЛЯРНІ ГОДИННИКИ

Ви кажете – час іде.

Божевільні – це ви проходите.

Талмуд

Досить твердо встановлено, що більшість з точкових мутацій в геномі не видаються ні корисними, ні шкідливими для людини, тобто є нейтральними. Стрибки швидше за все не властиві еволюції. Частоти виникнення точкових мутацій невисокі (порядку 10 -8 на генерацію) і відносно незмінні. Розрахунки показують, що при розмірі диплоїдного геному людини близько 7х109 п. н. у ньому відбувається у середньому 175 нових мутацій на генерацію (25 років). Накопичення мутацій можна порівняти з перетіканням піщин в пісочний годинник, які є мірою часу. Але на практиці вчені застосували не пісочний, а «молекулярний годинник». Оскільки більшість мутацій не позначаються на самому організмі, вони можуть спокійно зберігатися в еволюції протягом тривалого часу. Саме за ці факти й ухопилися вчені, коли творили новий підхід, названий «молекулярним годинником».

На першому етапі було проведено «юстування» цього годинника. Для цієї мети були використані дані про швидкість зміни ДНК різних видів організмів, для яких час розбіжності в еволюції був надійно встановлений за палеонтологічними та археологічними даними. І тільки після цього почалося читання різних еволюційних розділів Енциклопедії людини.

«Молекулярний годинник» досить суворо показує, як часто за мільйон років (в середньому) у ДНК того чи іншого гена чи геному в цілому відбуваються мутації. На цій основі за відмінностями в ДНК можна судити про те, як давно два різні види організмів, час виникнення яких не відомо, були одним видом, коли відбулася їхня дивергенція, тобто розбіжність на дві різні гілки еволюції. Таким же шляхом можна порівнювати людські популяції чи навіть ДНК окремих людейі судити про спільність їх походження або родинних зв'язках. Зокрема, за «молекулярним годинником» вдалося оцінити точніший час відокремлення людини від мавп. Згідно з молекулярною оцінкою, це сталося приблизно 5 млн років тому. Це внесло істотну поправку до даних палеонтологів, які тривалий час вважали, що поділ людини і мавп стався близько 25 млн років тому. Масовий аналіз мітДНК із різних рас показав, що одні мітДНК відрізняються від інших числом замін одних нуклеотидів іншими, тобто числом мутацій. Було визначено такі показники, як кількість індивідуальних мутацій, їх розташування та тип. Ці дані, що отримали широку популярність, виявили спільність походження всіх людей, що нині живуть по жіночій лінії. Якщо читач не припинить знайомство з книгою в цьому місці, то докладнішу розповідь про ці найцікавіші дослідження він знайде далі.

Метод «молекулярного годинника», що застосовується до ДНКових текстів, дуже схожий за своїм змістом на метод глоттохронології, що використовується в лінгвістиці при встановленні спорідненості різних мов. Це спеціальний статистичний методвизначення віку родинних мов, тобто давності їхнього поділу, за кількістю слів, що мають у цих мовах однакове походження. Адже мова людини, як і геном людини, постійно змінюється. Якщо плем'я чи народ, який говорить однією мовою, з якоїсь причини розділиться на дві частини, які втратять зв'язок між собою, то мова, як і геном, кожного з цих двох нових племен чи народів змінюватиметься по-своєму. Чим більше часу пройде після поділу двох народів, тим менше спільного збережеться у їхніх мовах та геномах, але вони, як і раніше, залишаться спорідненими. За рівнем подібності можна будувати висновки, коли відбулося поділ. Лінгвісти встановили, що за 1000 років у так званому базовому словнику(Він включає ті слова, які є в будь-якій мові, - «дім», «земля», «небо», назви частин тіла і т. д.) зберігається 86% слів, тобто кожна з мов двох народів, що відокремилися 1000 років тому, має 86% загальних слівз предковою мовою. В результаті, одна з одною ці мови мають 74% (86% від 86%) загальних слів. При зіставленні еволюційного дерева популяцій людини з лінгвістичним аналізомз'ясувалося, що у більшості випадків мови генетично споріднених популяцій належать до однієї лінгвістичної групи. Висновок вчених говорить: що раніше розділилися дві популяції, тим довше вони еволюціонували незалежно і тим більше накопичилося замін, як і їх ДНК, і у тому мовами. Звичайно, мови безпосередньо не залежать від генів, і кореляції генетичної та лінгвістичної спорідненості визначаються лише історичними обставинами. Але для нас важливо, що тут одне дослідження часто підтверджує інше.