Эволюция живых систем
Представление об эволюции живых организмов – одно из важнейших обобщений биологической науки. Все многочисленные формы растений и животных, существующие ныне, произошли от существовавших ранее более простых организмов путем постепенных изменений, накапливавшихся в последовательных поколениях, – такова сущность этой великой объединяющей концепции биологии. Элементы этой идеи в неявной форме содержались в произведениях некоторых греческих философов, от Фалеса до Аристотеля, живших до нашей эры. Мысли об эволюции органического мира высказывали многие философы и естествоиспытатели в период с XIV по XIX век. Однако лишь после того, как Чарлз Дарвин опубликовал в 1859 году свою книгу «Происхождение видов путем естественного отбора», теория эволюции привлекла к себе всеобщее внимание. В этой книге Дарвин привел массу подробных фактических данных и убедительных доводов в пользу того, что органическая эволюция действительно имеет место. Для того, чтобы объяснить, каким образом может происходить эволюция, Дарвин выдвинул теорию естественного отбора.
Согласно этой теории, любая группа животных или растений имеет тенденцию к изменчивости. Организмов каждого вида рождается больше, чем может найти себе пищу и выжить. Между множеством рождающихся особей происходит борьба за существование. Те особи, которые обладают признаками, дающими им какое-либо преимущество в этой борьбе, имеют больше шансов выжить, чем особи, лишенные таких признаков. Выжившие организмы передают эти выгодные признаки своему потомству, так что благоприятные изменения передаются последующим поколениям. Ядро теории Дарвина составляет концепция борьбы за существование и «выживания наиболее приспособленных», передающих выгодные признаки своему потомству. Эта концепция занимала центральное место в биологической теории на протяжении последующих ста лет. С некоторыми поправками, внесенными в нее позднейшими открытиямив области генетики и эволюции, ее принимает и большинство современных биологов.
|
|
|
Уже больше ста лет назад было известно, что каждый новый организм возникает в результате соединения яйца и сперматозоида. Но каким образом эти крошечные комочки протоплазмы передают потомству признаки родителей, оставалось для ученых загадкой в течение еще нескольких десятков лет. Благодаря исследованиям, выполненным Дарвином, Вейсманом и другими учеными, эта загадка была разрешена. Решающую роль при этом сыграли работы Менделя, установившего законы наследственности, носящие его имя. Первый закон Менделя – закон расщепления – гласит, что единицы наследственности (т. е. гены) представлены у каждой особи парами; при образовании гамет (половых клеток) две единицы каждой пары расходятся, или расщепляются, и приходят в разные гаметы, так что каждая половая клетка содержит одну и только одну единицу каждого типа. Второй закон Менделя – закон независимого распределения – гласит, что расщепление каждой пары единиц при образовании гамет происходит независимо от расщепления других пар единиц, так то в половой клетке члены различных пар сочетаются случайным образом.В общей форме можно сказать, что популяция любого вида животных или растений в условиях генетического равновесия (т.е. при отсутствии естественного отбора) имеет тенденцию из поколения в поколение сохранять постоянное соотношение особей, различающихся по данному признаку. Этот общий принцип независимо друг от друга установили математик Харди и врач Вейнберг в 1908 г. Они указали, что частоты возможных сочетаний пары генов (А и а) в популяции можно вычислить, пользуясь разложением бинома 
, где p и q– частоты этих генов в данной популяции.
|
|
|
Закон Харди–Вейнберга играет важную роль при рассмотрении проблем эволюции. Эволюция путем естественного отбора, если описать ее простейшим образом, состоит в том, что особи с определенными генотипами, а, следовательно, признаками оставляют больше выживающих потомков, чем особи с иными генотипами, и вносят соответственно больший вклад в генофонд следующего поколения. Процесс эволюции рассматривается теперь как постепенное изменение частот генов в популяции, происходящее в случае нарушения равновесия Харди–Вейнберга. Такое нарушение может быть вызвано либо мутационными процессами, либо неслучайным воспроизведением особей (т.е. отбором), либо тем, что популяция очень мала. В последнем случае сохранение или утрата определенных генов может зависеть от чистой случайности (так называемый дрейф генов). Этот процесс, называемый дифференциальным воспроизведением, означает, что условия равновесия Харди–Вейнберга в данной популяции не выполняются. Больше выживающих потомков оставляют обычно, хотя и не обязательно, те особи, которые лучше всего приспособлены к данным условиям среды. Хорошо приспособленные особи могут быть более жизнеспособными, обладать преимуществами, облегчающими добывание пищи, легче находить партнеров для спаривания, лучше заботиться о потомстве. Однако главное значение для эволюции то, сколько их потомков выживет и примет участие в дальнейшем размножении.
|
|
|
Процессы метаболизма происходят с участием ферментов. Одно из характерных свойств всех живых организмов состоит в их способности к обмену веществ (метаболизму). Метаболизм присущ только живым организмам. Он представляет собой ряд молекулярных превращений, в результате которых организм получает энергию для жизни, роста и воспроизводства. Основа наших современных обобщений относительно обмена веществ была заложена еще в 1780 году, когда Лавуазье и Лаплас вопреки распространенной в то время ошибочной теории «флогистона» пришли к выводу, что дыхание есть особая форма горения. К этому выводу их привели простые опыты, в которых сравнивалось потребление кислорода и образование двуокиси углерода животным и горящей свечой, помещенными в стеклянные сосуды.По современным представлениям, обмен веществ у всех живых организмов осуществляется при помощи ферментов – специфических органических катализаторов, синтезируемых живыми клетками. В результате интенсивных исследований было установлено, что все ферменты представляют собой макромолекулярные белковые вещества, и что каждый фермент специфически регулирует определенную химическую реакцию благодаря специфической конфигурации своей молекулы.
|
|
|
Одним из важных биологических обобщений явилась выдвинутая в 1941 году Дж. Бидлом и Э. Татумом гипотеза «один ген – один фермент – одна реакция». Согласно этой получившей широкое признание теории, каждая биохимическая реакция в процессе развития и жизнедеятельности определенного организма контролируется единичным геном. Изменение (мутация) гена приводит к изменению или нехватке фермента, к соответствующему изменению характера или скорости метаболической реакции и к определенному изменению в развитии организма. Таким образом, эта теория служит основой для понимания связи между геном и определенным признаком, который он контролирует.
Взаимоотношение между организмом и окружающей средой. Последнее крупное обобщение, которое будет здесь рассмотрено, представляет собой одну из основных концепций современной биологии и относится к области экологии. Из детальных исследований сообществ растений и животных в той или иной местности было выведено общее положение, что все живые организмы, населяющие определенную область, находятся в тесных взаимоотношениях друг с другом и с окружающей средой. Это обобщение подразумевает, что различные формы растений и животных не распределены по Земле случайным образом, а образуют (при участии некоторых неживых компонентов) взаимозависимые сообщества организмов, продуцирующих, потребляющих или разлагающих органическое вещество. Эти сообщества можно распознать и охарактеризовать по некоторым доминирующим членам группы, обычно растениям, которые дают пищу и убежище многим другим формам. Почему определенные растения или животные образуют данное сообщество? Как они взаимодействуют между собой, и как человек может управлять ими с выгодой для себя? Таковы основные проблемы экологических исследований.
Дата добавления: 2016-01-04; просмотров: 24; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!