Molekularna ura: splošne informacije. Metoda "molekularne ure".

Ker večina naključnih genetskih mutacij telesu ne prinese niti škode niti koristi, se kopičijo s konstantno (na geološki časovni lestvici) hitrostjo; in po njih je mogoče soditi o času, ki je pretekel od ločitve dveh vrst, ki izhajata iz skupnega prednika. Hitrost kopičenja takih sprememb imenujemo napredovanje molekularne ure.

Molekularna ura je metoda za datiranje filogenetskih dogodkov, ki temelji na zgoraj omenjeni aksiomski trditvi, da je za nukleinske kisline značilna skoraj konstantna stopnja evolucijsko pomembnih zamenjav molekularnih monomerov (nukleotidov). Iz tega sledi, da je čas, ki je pretekel od razhajanja vsakega para vej družinskega drevesa (»sestrske skupine«), sorazmeren s številom molekularnih zamenjav, če ni selektivnega pritiska. Razlika med ortolognimi molekulami dveh različnih vrst se uporablja za določitev časa, ki je pretekel, odkar sta dve vrsti zadnjič imeli skupnega prednika (za izračun časa različnih evolucijskih dogodkov. V resnici so stopnje mutacije neenakomerne in se razlikujejo med vrstami, tako da izračuni na podlagi molekularnih ur so zelo približni.

Hipoteza o molekularni uri je bila postavljena s primerjavo hemoglobina in citokroma C različnih vrst. Zuckerkandl in Pauling (1962) sta opazila, da so bile stopnje aminokislinskih substitucij v teh proteinih približno enake, če primerjamo različne sesalce.

Predpostavili so, da je za kateri koli protein v vseh filogenetskih linijah stopnja evolucije konstantna.

Študije (na primer Goodman, 1981) so pokazale, da vse linije ne kažejo konstantne stopnje evolucije: različni taksoni imajo različne stopnje evolucije. Najverjetneje ni globalne molekularne ure, obstajajo pa lokalne znotraj taksonov. Dejansko znotraj taksonov pogosto ni bistvenih razlik v stopnjah zamenjave.

Razlike v evolucijskih stopnjah se pogosto razlagajo z učinki generacijskega časa ali razlikami v učinkovitosti sistemov popravljanja, pri čemer se stopnje zamenjave povečajo po podvajanju genov in v času prilagodljivega sevanja.

Vendar pa se kljub kontroverznosti hipoteze o molekularni uri pogosto uporablja za oceno divergenčnih časov vrst in konstruiranje filogenetskih dreves.

26. junija 2000 se je zgodil zelo pomemben dogodek, o katerem je bilo veliko napisanega v tisku. Predstavniki dveh raziskovalnih skupin – mednarodnega konzorcija Human Genome Project in podjetja Celera Genomics – so na novinarski konferenci, na kateri sta sodelovala predsednik ZDA in predsednik vlade Velike Britanije, slovesno razglasili, da je kot rezultat večletnega truda velikega števila znanstvenikov in ogromnih finančnih sredstev je bilo dekodiranje človeškega genoma (natančneje, določena je bila celotna struktura DNK). Projekt stoletja, ki po obsegu nima analogov, je bil uspešno izveden. Kaj se je človeštvo s tem naučilo in pridobilo? Kako to novo znanje pomaga človeku pri reševanju številnih vsakdanjih težav? Kakšne skrivnosti hrani človeški genom?

Vse to obravnava ta monografija, napisana v poljudni obliki in namenjena najširšemu krogu bralcev: dijakom, učiteljem, študentom in učiteljem ter nasploh vsem izobražencem, ki želijo izvedeti več o sebi.

knjiga:

MOLEKULARNA URA

MOLEKULARNA URA

Pravite, da čas teče.

Norci - to je tisto, kar greš.

Talmud

Dokaj trdno je ugotovljeno, da večina točkovnih mutacij, ki se pojavljajo v genomu, človeku ni niti koristna niti škodljiva, torej so nevtralne. Skoki najverjetneje niso značilni za evolucijo. Pogostnosti točkovnih mutacij so nizke (približno 10–8 na generacijo) in razmeroma konstantne. Izračuni kažejo, da je velikost človeškega diploidnega genoma približno 7x10 9 bp. v povprečju doživi 175 novih mutacij na generacijo (25 let). Kopičenje mutacij lahko primerjamo s tokom zrn peska v peščeni uri, ki služi kot merilo časa. Toda v praksi znanstveniki niso uporabili peščene ure, temveč "molekularno uro". Ker večina mutacij ne prizadene organizma samega, lahko zlahka vztrajajo v evoluciji dolgo časa. Ta dejstva so znanstveniki izkoristili, ko so ustvarili nov pristop, imenovan »molekularna ura«.

Na prvi stopnji je bila izvedena "prilagoditev" teh ur. V ta namen so bili uporabljeni podatki o hitrosti spreminjanja DNK različnih vrst organizmov, za katere je bil iz paleontoloških in arheoloških podatkov zanesljivo ugotovljen čas divergence v evoluciji. In šele po tem se je začelo »branje« različnih evolucijskih poglavij Človeške enciklopedije.

»Molekularna ura« precej natančno kaže, kako pogosto se v milijonih let (v povprečju) pojavijo mutacije v DNK določenega gena ali genoma kot celote. Na podlagi tega lahko po razlikah v DNK presojamo, kako dolgo nazaj sta bili dve različni vrsti organizmov, čas nastanka ni znan, ena vrsta, ko sta se razšli, torej razšli v dve različni veji evolucije. Na enak način lahko primerjamo človeške populacije ali celo DNK posameznih ljudi in presojamo njihov skupni izvor ali družinske vezi. Zlasti z uporabo "molekularne ure" je bilo mogoče natančneje oceniti čas ločitve ljudi od opic. Po molekularnih ocenah se je to zgodilo pred približno 5 milijoni let. To je pomembno popravilo podatke paleontologov, ki so dolgo verjeli, da se je ločitev človeka od opic zgodila pred približno 25 milijoni let. Masivna analiza mitDNA različnih ras je pokazala, da se nekatere mitDNA razlikujejo od drugih po številu zamenjav nekaterih nukleotidov z drugimi, torej po številu mutacij. Določeni so bili kazalniki, kot so število posameznih mutacij, njihova lokacija in vrsta. Ti široko objavljeni podatki so razkrili skupen izvor vseh živih ljudi po ženski liniji. Če bralec knjige ne neha brati na tej točki, bo podrobnejši prikaz teh zanimivih študij našel v nadaljevanju.

Metoda »molekularne ure«, ki se uporablja za besedila DNK, je po svojem pomenu zelo podobna metodi glotokronologije, ki se uporablja v jezikoslovju za ugotavljanje razmerja med različnimi jeziki. To je posebna statistična metoda za ugotavljanje starosti sorodnih jezikov, torej pred koliko časa so se ločili, po številu besed, ki imajo v teh jezikih enak izvor. Navsezadnje se človeški jezik, tako kot človeški genom, ves čas spreminja. Če se pleme ali ljudstvo, ki govori isti jezik, iz nekega razloga razdeli na dva dela, ki izgubita medsebojni stik, potem se bo jezik, tako kot genom, vsakega od teh dveh novih plemen ali ljudstev spremenil na svoj način. Več časa kot bo minilo po ločitvi dveh ljudstev, manj bo podobnosti v njunih jezikih in genomih, a bosta še vedno ostala v sorodu. Stopnjo podobnosti je mogoče uporabiti za presojo, kdaj je prišlo do ločitve. Jezikoslovci so ugotovili, da je več kot 1000 let v tako imenovanem osnovnem slovarju (vključuje tiste besede, ki so v katerem koli jeziku - "hiša", "zemlja", "nebo", imena delov telesa itd.) 86% besed ohranjeno, to pomeni, da ima vsak od jezikov obeh ljudstev, ki sta se ločili pred 1000 leti, 86 % skupnih besed z jezikom prednikov. Posledično imajo ti jeziki med seboj 74 % (86 % od 86 %) skupnih besed. Pri primerjavi evolucijskega drevesa človeških populacij z lingvistično analizo se je izkazalo, da v večini primerov jeziki genetsko sorodnih populacij pripadajo isti jezikovni skupini. Ugotovitev znanstvenikov je, da prej kot sta se populaciji ločili, dlje sta se razvijali neodvisno in več zamenjav se je nabralo, tako v njunem DNK kot v njunem jeziku. Seveda jeziki niso neposredno odvisni od genov, korelacije genetske in jezikovne sorodnosti pa določajo le zgodovinske okoliščine. Za nas pa je pomembno, da tukaj ena študija pogosto potrdi drugo.

Dogodki (razhajanja vrst ali drugih taksonov), ki temeljijo na hipotezah hipoteza o molekularni uri, po katerem se evolucijsko pomembne zamenjave monomerov v nukleinskih kislinah ali aminokislin v beljakovinah dogajajo s skoraj konstantno hitrostjo.

Stopnje mutacije so lahko neenakomerne in se med vrstami razlikujejo, zaradi česar metoda daje le približne rezultate.

Predlog teorije in njen razvoj

Hipoteza o molekularni uri sta leta 1962 z analizo aminokislinskih zaporedij hemoglobina in citokroma C predstavila E. Zuckerkandl in L. Pauling. Opazili so, da število aminokislinskih razlik v hemoglobinu narašča linearno s časom, kar je bilo ocenjeno iz fosilov. Povzeli so opazovanje in ugotovili, da je stopnja evolucijske spremembe za vsak protein približno konstantna.

Koristen preizkus pomembne vloge časa kot glavnega dejavnika pri kopičenju variacij v citokromu C bi bila primerjava aminokislinskih zaporedij homolognih proteinov, izoliranih iz vrst, za katere je znano, da niso bile podvržene morfološkim spremembam v dolgih časovnih obdobjih in iz hitre spreminjanje vrst

Delo teh treh znanstvenikov je pripeljalo do postavitve hipoteze v zgodnjih šestdesetih letih prejšnjega stoletja.

Povezava z nevtralno teorijo molekularne evolucije

Kritika

Obstajajo kritike metode, na primer "Goodman, 1981, Prog.Byophys.Mol.Evol., V.38.P.105-164.", ki je odkrila različne takte v različnih taksonih. Kljub temu se teorija uporablja v filogenetiki in za oceno starosti divergence vrst.

Glej tudi

Napišite oceno o članku "Molekularna ura"

Opombe

Povezave

• medbiol.ru/medbiol/molevol/000716b1.htm
• elementy.ru/trefil/molecular_clock?page_design=print
• Lukašov V.V. Nevtralna teorija molekularne evolucije // Molekularna evolucija in filogenetska analiza: Učbenik. - 2009. - Str. 35.

Odlomek, ki označuje molekularno uro

Ko je Petya zapustil Moskvo in zapustil svoje sorodnike, se je pridružil svojemu polku in kmalu zatem je bil odpeljan kot redar k generalu, ki je poveljeval velikemu odredu. Petja je bil od povišanja v častnika in še posebej od vstopa v aktivno vojsko, kjer je sodeloval v bitki pri Vjazemskem, v nenehnem veselem vznemirjenju od veselja nad dejstvom, da je velik, in v nenehnem veselju. navdušena naglica , da ne bi zamudil nobenega primera pravega junaštva . S tem, kar je v vojski videl in doživel, je bil zelo vesel, a hkrati se mu je zdelo, da se tam, kjer njega ni, tam zdaj dogaja najbolj pravo, junaško. In mudilo se mu je tja, kjer ga ni bilo.
Ko je 21. oktobra njegov general izrazil željo, da bi nekoga poslal v odred Denisova, je Petja tako žaljivo prosil, naj ga pošlje, da general ni mogel zavrniti. Toda, ko ga je poslal, se je general spomnil Petjinega norega dejanja v bitki pri Vjazemskem, kjer je Petja, namesto da bi šel po cesti, kamor je bil poslan, galopiral v verigi pod ognjem Francozov in tam dvakrat ustrelil iz svoje pištole - ko ga je poslal, je general namreč Petji prepovedal sodelovanje pri kakršnih koli dejanjih Denisova. Zaradi tega je Petya zardel in postal zmeden, ko je Denisov vprašal, ali lahko ostane. Petja je pred odhodom na rob gozda menil, da mora dosledno izpolniti svojo dolžnost in se takoj vrniti. Toda ko je zagledal Francoze, videl Tihona, zvedel, da bodo to noč zagotovo napadli, se je s hitrostjo prehajanja mladih ljudi iz enega pogleda v drugega pri sebi odločil, da je njegov general, ki ga je dotlej zelo spoštoval, smeti, Nemec, da je Denisov junak, in Esaul je junak, in da je Tihon junak in da bi ga bilo sram, da bi jih zapustil v težkih časih.

Številka vstopnice 19 Vrste mutacij. Mutacije so material evolucije.

Mutacija (lat. mutatio- sprememba) - obstojna (to je tista, ki jo lahko podedujejo potomci danega celice oz telo) spremeniti genotip, ki se pojavi pod vplivom zunanjega ali notranjega okolja. Predlagani termin Hugo de Vries. Proces nastanka mutacije se imenuje mutageneza .

Mutacije delimo na spontano in povzročeno. Spontane mutacije se pojavljajo spontano v celotnem življenju organizma v normalnih okoljskih razmerah s frekvenco približno nukleotid na celično generacije.

Povzročene mutacije so dedne spremembe. genom, ki nastanejo kot posledica določenih mutagenih učinkov v umetnih (eksperimentalnih) pogojih ali pod škodljivimi vplivi okolju.

Med procesi, ki potekajo v živi celici, se nenehno pojavljajo mutacije. Glavni procesi, ki vodijo do pojava mutacij, so replikacija DNK, kršitve popravilo DNK in genetska rekombinacija.

Obstaja več klasifikacij mutacij, ki temeljijo na različnih kriterijih. Möller predlagal delitev mutacij glede na naravo spremembe v delovanju gena na hipomorfna(spremenjeno aleli delujejo v isti smeri kot aleli divjega tipa; sintetizira se le manj beljakovinskega produkta), amorfen(mutacija izgleda kot popolna izguba genske funkcije, npr. mutacija bela pri Drosophila), antimorfen(lastnost mutanta se spremeni, npr. barva koruznega zrna se spremeni iz vijolične v rjavo) in neomorfen.

Sodobna izobraževalna literatura uporablja tudi bolj formalno klasifikacijo, ki temelji na naravi sprememb v strukturi posameznih genov, kromosomov in genoma kot celote. V tej klasifikaciji se razlikujejo naslednje vrste mutacij:

genomski;

kromosomsko;

genetski.

Genomski: - poliploidizacija(nastanek organizmov ali celic, katerih genom je predstavljen z več kot dvema (3n, 4n, 6n itd.) nizoma kromosomov) in aneuploidija(heteroploidija) - sprememba števila kromosomov, ki ni večkratnik haploidnega niza (glej Inge-Vechtomov, 1989). Glede na izvor kromosomskih naborov med poliploidi ločimo alopoliploide, ki imajo kromosomske nabore pridobljene s hibridizacijo različnih vrst, in avtopoliploide, pri katerih se število kromosomskih naborov lastnega genoma poveča za večkratnik n.

pri kromosomske mutacije pride do večjih preureditev strukture posameznih kromosomov. V tem primeru pride do izgube ( izbris) ali podvojitev dela ( podvajanje) genetski material enega ali več kromosomov, spremembe v orientaciji kromosomskih segmentov v posameznih kromosomih ( inverzija), kot tudi prenos dela genetskega materiala z enega kromosoma na drugega ( translokacija) (skrajni primer je združitev celih kromosomov, t.i. Robertsonova translokacija, ki je prehodna različica od kromosomske mutacije do genomske).

Vklopljeno gen stopnje sprememb v primarni strukturi DNA genov pod vplivom mutacij so manj pomembne kot pri kromosomskih mutacijah, vendar so genske mutacije pogostejše. Kot posledica genskih mutacij, substitucij, delecij in insercij enega ali več nukleotidov pride do translokacij, podvajanj in inverzij različnih delov gena. V primeru, ko se zaradi mutacije spremeni le en nukleotid, govorimo o točkovne mutacije. Ker DNK vsebuje dušikove baze Obstajata samo dve vrsti - purini in pirimidini; vse točkovne mutacije z baznimi substitucijami so razdeljene v dva razreda: prehodi (zamenjava purina s purinom ali pirimidina s pirimidinom) in transverzije (zamenjava purina s pirimidinom ali obratno). Obstajajo štiri možne genetske posledice točkovnih mutacij: 1) ohranjanje pomena kodon zaradi degeneracije genetske kode (sinonimna nukleotidna substitucija), 2) sprememba pomena kodona, ki vodi do zamenjave aminokisline na ustreznem mestu polipeptidne verige (missenčna mutacija), 3) nastanek nesmiselnega kodona s prezgodnjim zaključkom (brezmiselna mutacija). V genetski kodi so trije nesmiselni kodoni: jantar - UAG, oker - UAA in opal - UGA (v skladu s tem so imenovane tudi mutacije, ki vodijo do nastanka nesmiselnih trojčkov - na primer mutacija jantarja), 4) povratna substitucija (stop kodon za zaznavanje kodona).

Avtor: vpliv na izražanje genov mutacije so razdeljene v dve kategoriji: mutacije, kot so zamenjave baznih parov in vrsta premika bralnega okvirja. Pri slednjih gre za delecije ali insercije nukleotidov, katerih število ni večkratnik tri, kar povezujemo s trojno naravo genetske kode.

Primarna mutacija se včasih imenuje neposredna mutacija, mutacija, ki obnovi prvotno strukturo gena, pa je povratna mutacija ali reverzijo. Nazaj na izvirnik fenotip pri mutiranem organizmu zaradi ponovne vzpostavitve delovanja mutantnega gena pogosto ne nastane zaradi prave reverzije, temveč zaradi mutacije drugega dela istega gena ali celo drugega nealelnega gena. V tem primeru se ponavljajoča mutacija imenuje supresorska mutacija. Genetski mehanizmi, zaradi katerih pride do supresije mutantnega fenotipa, so zelo raznoliki.

Ledvične mutacije- trdovratne, nenadne genetske spremembe v posameznih rastlinskih popkih. Med vegetativnim razmnoževanjem se ohranijo. veliko sorte gojene rastline so popkovne mutacije.

Vstopnica številka 20 Molekularna ura evolucije. Človeški genom

Glede na osrednja dogma molekularne biologije kemijsko identiteto vsakega živega organizma določa zaporedje baznih parov v DNK tega organizma. Teorija evolucije navaja, da se vrste razvijajo skozi čas in da se njihova DNK spreminja skupaj s tem razvojem. Do sprememb DNK lahko privedejo različni dogodki. Na primer počasno kopičenje mutacij, množične napake pri kopiranju ali prodiranje zaporedij virusnih nukleinskih kislin. Toda eno stvar lahko rečemo z gotovostjo - več časa je minilo, odkar je živel skupni prednik dveh vrst, daljše je obdobje, v katerem so se zgodile te spremembe, in s tem bolj različna so zaporedja DNK teh dveh vrst.

V zvezi s to izjavo je treba upoštevati več točk. Prvič, s štetjem razlik med zaporedji DNK lahko sestavimo družinsko drevo vseh živih organizmov. Na primer, ljudje in šimpanzi si delijo 98 % DNK. To pomeni, da je naš skupni prednik živel pred kratkim. Hkrati je pri človeku in žabah ujemajoči se del DNK veliko manjši, zato se je naša veja od veje, ki jo zasedajo dvoživke, ločila veliko prej. Teorija evolucije predvideva, da naj bi bilo tako zgrajeno družinsko drevo podobno drevesu, ki je bilo zgrajeno v prejšnjem stoletju na podlagi preučevanja fosilov. Po mojem mnenju je sovpadanje dveh družinskih dreves eden najbolj prepričljivih dokazov za evolucijo. Prav tako kaže, da je teorijo evolucije mogoče preizkusiti (kot je razloženo v Uvod, to je ena najpomembnejših zahtev vsake znanstvene teorije), saj lahko Izkazalo se je, da smo ljudje genetsko bližje žabam kot šimpanzim. Metoda molekularne ure uporablja podatke DNK na bolj temeljen način. Če se spremembe DNK pojavljajo z neko povprečno hitrostjo - če molekularna ura tiktaka enakomerno - potem lahko s štetjem števila različnih baznih parov v zaporedju dveh vrst dobimo predstavo o življenjski dobi njunega zadnjega skupnega prednika. Če je stopnja spreminjanja DNK konstantna, nam analiza sodobne DNK lahko pove o časovnih lestvicah na različnih stopnjah razvoja družinskega drevesa. V osemdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je bil prvič predlagan koncept molekularne ure, so raziskovalci pričakovali, da bodo slišali, da se spremembe v vsej DNK dogajajo z enako hitrostjo - da vse ure tiktakajo v enakem intervalu. Vendar se je izkazalo, da obstaja veliko različnih molekularnih ur in vse se premikajo z različnimi hitrostmi. Na primer, bazni pari v zaporedju pomembnega gena se ne morejo veliko spremeniti brez škode za organizem kot celoto, zato ura, ki kaže čas baznim parom v takih genih, teče relativno počasi. Po drugi strani pa večina segmentov DNK ne vpliva na kemijo telesa, zato lahko ura za te segmente teče hitreje. Morda je najbolj privlačna stvar pri metodi molekularne ure možnost njene uporabe v nedavni človeški evoluciji. Da bi vse to bolje razumeli, morate vedeti, da se v vsaki celici visoko razvitih organizmov nahajajo drobni organeli - mitohondrije. V njih zgori gorivo celice – torej se izvaja najpomembnejša presnovna funkcija. Menijo, da so mitohondriji med tem procesom prvič prodrli v kompleksnejše celice pred milijoni let simbioza. Dve celici, ki sta se razvili neodvisno, sta ugotovili, da bi jima koristilo partnerstvo, v katerem bi ena celica živela v drugi. Dejstvo, da mitohondrij vsebuje lastno majhno DNK v obliki zanke (v človeški mitohondrijski DNK je 26 genov), nakazuje, da se je ta dogodek zgodil že davno.

Sperma nima mitohondrijev, zato vsa mitohondrijska DNK v telesu izvira iz materinega jajčeca. Z drugimi besedami, mitohondrijska DNK se prenaša po materini liniji. Ugotovljeno je bilo, da molekularna ura mitohondrijske DNK tiktaka skoraj 10-krat hitreje od ure DNK v celičnem jedru. Zato je bila za analizo izbrana mitohondrijska DNK – navsezadnje se bo v določenem časovnem obdobju v njej zgodilo bistveno več sprememb kot v jedrski DNK. 1987 različnih ras iz različnih delov sveta in ugotovili število mutacij, ki jih razlikujejo. Glede na rezultate prve analize se je zdelo, da vsi sodobni ljudje izvirajo iz iste ženske, ki je živela v Afriki pred približno 200.000 leti. To žensko so takoj poimenovali Eva (ali, če smo bolj znanstveni, Mitohondrijska Eva) in celo predstavljena na naslovnici pomembne družbenopolitične revije. Na žalost ta osupljivi rezultat ni prestal preizkusa popolnejše analize in znanstveniki ne več spomnite se Eve (postala je žrtev kritične analize DNK, ki jo je opravil računalniški program). Glede na najnovejše znanstvene trende dokazi DNK kažejo, da vsi sodobni ljudje izvirajo iz dokaj majhne populacije - približno 5-10 tisoč ljudi - ki je živela v Afriki pred 100-200 tisoč leti.

Vstopnica št. 21 Prokarionti in evkarionti. Avtotrofi in heterotrofi

Prokarionti in evkarionti

Strukturno je vsaka živa celica sestavljena iz vsaj treh delov: jedra, citoplazme (notranje okolje celice) in njene membrane (ali membrane, če celično jedro ni jasno izraženo, DNK skoraj enakomerno zapolnjuje celotno notranjo prostornino). celice (prva stopnja celičnega življenja) in se same celice med seboj praktično ne razlikujejo, organizme imenujemo prokariontov.

Z večjo izraženostjo celičnih jeder in prisotnostjo v njih več kromosomi (DNK z okoliško RNK in proteini), se imenujejo organizmi evkariontov.

Pod vplivom zunanjih pogojev nekaj znaki posameznik DNK v enem oz več kromosomi lahko Malo sprememba. Končno te razlike privedejo do nastanka organizmov iste biološke vrste, ki pa se razlikujejo po pol(cm. Evolucija).

Evkarionti imajo večjo prožnost celičnih membran in s tem njihovo gibljivost (zato so navsezadnje večina živali). Ta prožnost in upogljivost dosežeta točko, da so nekatere od njih sposobne ne samo absorbirati preproste snovi in ​​organske molekule, temveč tudi cele druge celice manjša velikost. (Postali so prvi plenilci.) Iz zadnjih dveh pododdelkov sledi, da so vsi plenilci heterotrofi in evkarionti, tako v rastlinskem kot živalskem svetu, čeprav je med enoceličnimi organizmi zelo težko potegniti jasno mejo. dva.

Tipično porgovy(nahaja se med rastlinami in živalmi) enocelični organizem je zelena euglena(glej levi okvir). Tako kot rastlina vsebuje klorofil in je sposobna fotosinteze na dnevni svetlobi, kar določa njegovo avtotrofni vrsto prehrane v teh pogojih. Vendar se v temi euglena prehranjuje samo z osmozo (vsrkavanje hranil iz okoliškega medija skozi celično membrano). To ga uvršča med organizme z heterotrofni vrsto hrane (običajno so taki organizmi živali).

Avtotrofi in heterotrofi

Po sodobnih znanstvenih predstavah je bila pred 600 milijoni let celotna flora in favna Zemlje sestavljena izključno iz enoceličnih organizmov. Po mnenju strokovnjakov je danes približno 25 tisoč vrst.

Teorija evolucije zavzema posebno mesto v preučevanju zgodovine življenja. Ona je temelj vseh naravoslovnih znanosti. V zvezi z živimi organizmi lahko evolucijo opredelimo kot postopen razvoj kompleksnih organizmov iz že obstoječih enostavnejših skozi čas. Ideja o evoluciji izvira iz Aristotela (384-322 pr. n. št.), ki je prvi oblikoval teorijo o nenehnem razvoju živih bitij iz nežive snovi in ​​ustvaril idejo o "lestvici narave". odnos do živalskega sveta. V vseh org. V telesih je ločil dve plati: snov, ki ima različne zmožnosti, in obliko – dušo. Aristotel je razlikoval tri vrste duše: rastlinsko, lastno rastlinam; čuten, značilen za živali in inteligenten, s katerim je obdarjen le človek. Velik prispevek k ustvarjanju sistema. prispeval poglede na teorijo evolucije Carl Linnaeus(1707-1778). Predlagal je sistem: class à squad à vid. Pod slednjim je razumel skupino organizmov, ki izhajajo iz skupnih prednikov in ob križanju dajejo plodne potomce. Linnaeus je vse živali razdelil v 6 razredov (sesalce, ptice, dvoživke, ribe, žuželke in črve), pri čemer je človeka postavil poleg opic, pri čemer je pridržal, da bližina v sistemu ne pomeni krvnega sorodstva. Vprašanje izvora vrst za Linnaeusa ni obstajalo. Verjel je, da je vse vrste ustvaril »vsemogočni stvarnik«. Izjemne zasluge pri ustvarjanju prve evolucijske doktrine pripadajo Francozom. naravoslovec Lamarck(1744-1829). Orisal je zgodovino razvoja organ. svetu, ki zavrača idejo o stalnosti vrst in ji nasprotuje njihovo spremenljivost. Lamarck ni dvomil, da živa bitja izvirajo iz neživih stvari. Verjel je, da narava ustvarja najpreprostejša živalska bitja, kompleksni organizmi pa nastajajo z njihovim počasnim in postopnim zapletanjem. Lamarck je ta proces imenoval gradacija. Po njegovem mnenju se vsa živa bitja tako rekoč vzpenjajo po stopnicah, vendar je Lamarck naredil resne napake, najprej pri razumevanju dejavnikov evolucijskega procesa, ki jih je izpeljal iz domnevno prirojene želje po popolnosti. živa bitja. Prav tako je napačno razumel razloge za fitnes in jih neposredno povezal z vplivi okolja. To je povzročilo zelo razširjene, a znanstveno neutemeljene ideje o dedovanju lastnosti, ki jih organizmi pridobijo pod neposrednim vplivom okolja. A kljub vsem večjim pomanjkljivostim so Lamarckove ideje predstavljale osnovo prve evolucijske teorije.

Vstopnica številka 23 Darwinova teorija. Sintetična teorija evolucije

Celoten tok razvoja 19. stoletja je nezadržno vodil v oblikovanje novega pogleda na naravo in evolucijo. V tem času so naravoslovne vede nabrale ogromno dejstev, ki jih ni bilo mogoče združiti z metafizičnimi idejami o nespremenljivosti narave. Posledica vsega tega je bil nastanek nove teorije, katere razvijalec je bil Charles Darwin. Osnovna načela svojega evolucijskega učenja je skrčil na naslednja določila: 1. Vsaka vrsta je sposobna neomejenega razmnoževanja 2. Omejeni vitalni viri onemogočajo uresničitev potencialne možnosti razmnoževanja. (Večina osebkov umre v boju za obstoj in ne pusti potomcev). 3. Smrt ali uspeh v boju za obstoj je selektiven. Organizmi iste vrste se med seboj razlikujejo po nizu značilnosti. V naravi prednostno preživijo in pustijo potomce tisti posamezniki, ki so bolje prilagojeni. Charles Darwin je tako selektivno preživetje in razmnoževanje najbolj prilagojenih organizmov imenoval naravno selekcijo 4. Pod vplivom naravne selekcije, ki se pojavlja v različnih pogojih, skupine osebkov iste vrste kopičijo različne prilagoditvene lastnosti iz generacije v generacijo. Pridobijo tako pomembne razlike, da se spremenijo v nove vrste. Veliki znanstveniki v različnih državah so prispevali k širjenju Darwinove evolucijske teorije, jo branili pred napadi in sami prispevali k njenemu nadaljnjemu razvoju. Darvinizem je močno vplival ne le na biologijo, ampak tudi na človeško kulturo, prispeval je k razvoju naravoslovnih pogledov na pojav in razvoj žive narave in človeka samega. Sodobna genetika je pripeljala do novih idej o evoluciji, ki se imenujejo sintetična teorija evolucije(Neodarvinizem). Opredelimo jo lahko kot teorijo organske evolucije z naravno selekcijo genetsko določenih lastnosti. Ta pogled ni le potrdil Darwinove teorije, ampak jo je tudi razložil na kvalitativno novi ravni. Mehanizem evolucije so začeli obravnavati kot sestavljen iz dveh delov: naključnih mutacij na genetski ravni in dedovanja najuspešnejših mutacij z vidika prilagajanja okolju, ker njihovi nosilci preživijo in pustijo potomce.

Vstopnica št. 24 Sistemska teorija evolucije, koncept evolucije v sinergetiki

Sistemska teorija evolucije povezuje razvoj katerega koli biološkega sistema z razvojem sistemov višjega reda, v katere je vključen kot element. »Razmišljanje od zgoraj navzdol, od biosfere do posameznih ekosistemov, skupnosti, populacij, organizmov, genov, razkriva vzročne povezave med dogodki, ki jih tradicionalni pogled od spodaj navzgor dojema kot naključne. Načeloma lahko sistemski pristop zagotovi dokaj popolno razlago evolucijskega procesa in zastavi vprašanje o njegovih ciljih« (Krasilov, 1992, str. 27).

Do nedavnega je bila ideja o smotrnosti v naravi potisnjena v področje metafizike in ne pozitivne znanosti. Razmere so se spremenile z razvojem teorije neravnovesnih procesov. Dejstvo je, da se v zaprtih (izoliranih) sistemih razvoj odvija v skladu z zakonom o rasti entropije (drugi zakon termodinamike), v odprtih (živih) sistemih pa stacionarno stanje ustreza minimalni proizvodnji entropije. Višji organizmi se od nižjih razlikujejo predvsem po manjšem nastajanju entropije – odmiranja žive snovi – v svojih populacijah.Sistem. teorija evolucije, koncept evolucije v sinergetiki

Razvoj vsakega biološkega sistema je povezan z razvojem sistemov višjega ranga, v katere je vključen kot element. Ta teorija se imenuje sistemska teorija evolucije. Vključuje upoštevanje interakcij "od zgoraj navzdol": od biosfere do ekosistema do skupnosti do organizmov itd. Ta pristop nam omogoča, da poudarimo primarne povezave, ki jih tradicionalni pogled od spodaj navzgor dojema kot naključne in nepomembne. V svetu, kot vemo, poteka stalen proces nastajanja novih stvari, evolucija in razvoj različnih vrst sistemov. Po Darwinovi evolucijski teoriji se živa narava razvija v smeri izboljševanja in kompleksovanja vedno novih vrst rastlin in živali. Poleg tega je smrt ali uspeh v tem procesu boja za obstoj selektiven in v naravi tisti posamezniki, ki so bolje prilagojeni, prednostno preživijo in pustijo potomce. ("Preživetje najmočnejšega" - načelo naravne selekcije). Vprašanje je, kako lahko na podlagi tega te pojave razložimo s stališča sinergije. In ali je to mogoče? Izkazalo se je, da je mogoče! Pojav nečesa novega se vedno zdi neverjeten čudež. Sinergetika se je odločila odgovoriti na vprašanje, kako se bo to zgodilo, skupaj z novo neravnovesno termodinamiko, teorijo odprtih sistemov. Zlasti v odprtih neravnotežnih sistemih po teoriji Ilya Prigogine stacionarno stanje ustreza minimalni proizvodnji entropije. In proces evolucije je povezan s procesom kopičenja proste energije in zmanjšanjem entropije. Kibernetski sistem je stabilen z zadostno notranjo raznolikostjo. Različne ravni urejenosti povzročijo novo, višjo raven v organskem svetu in vidimo, kako se biološka pestrost organizmov kaže na molekularni kinetični, populacijski, vrstni in biocenotski ravni. Evolucija je večna samoorganizacija, iskanje struktur za njihov optimum v spreminjajočih se razmerah. Njegovo bistvo v sinergetiki je večni boj med kaosom in redom, strukturnim in brezstrukturnim v vesolju. V tem boju lahko deluje načelo bifurkacije (primer s kosmatim slonom). Nastajajoče nesreče lahko vodijo sistem v povečano neravnovesje – nihanja, tj. odstopanja od povprečne vrednosti – in posledično lahko pride do mutacij, ki jih podpira okolje. Vrnitev nazaj je praktično nemogoča in mutacije postanejo material evolucije, ki jo pomika v nenehen razvoj.

Vstopnica številka 25 Koncept koevolucije, Gaia-Zemlja. (po Gorelovu)

Darvinizem je bil kritiziran že od samega začetka. Nekaterim ni bilo všeč, da gredo lahko spremembe po Darwinu v vse možne smeri in naključno. Koncept nomogeneze je trdil, da se spremembe ne dogajajo naključno in naključno, temveč v skladu z zakoni oblik. Ruski znanstvenik in revolucionar P. A. Kropotkin se je držal stališča, da je medsebojna pomoč pomembnejši dejavnik evolucije kot boj.

Ti ugovori niso mogli omajati splošne teorije evolucije, dokler se pod vplivom ekoloških študij ni pojavil koncept koevolucije, ki je lahko pojasnil nastanek spolov in drugih pojavov. Tako kot je kemijska evolucija rezultat medsebojnega delovanja kemičnih elementov, lahko po analogiji biološko evolucijo obravnavamo kot rezultat interakcije organizmov. Naključno nastale kompleksnejše oblike povečujejo pestrost in s tem stabilnost ekosistemov. Osupljiva konsistentnost vseh vrst življenja je posledica koevolucije.

Koncept koevolucije pojasnjuje tudi dejstva altruizma pri živalih: skrb za otroke, odpravljanje agresije z demonstracijo "pomirjujočih poz", poslušnost voditeljem, medsebojna pomoč v težkih situacijah itd.

Hipoteza Gaia-Zemlja .

Ta hipoteza je nastala v zadnjih dveh desetletjih na podlagi doktrine biosfere, ekologije in koncepta koevolucije. Njena avtorja sta angleški kemik James Lovelock in ameriška mikrobiologinja Lynn Margulis. Najprej so odkrili kemično neravnovesje v Zemljinem ozračju, kar velja za znak življenja. Lovelock pravi, da če je življenje globalna entiteta, je njegovo prisotnost mogoče zaznati s spremembami kemične sestave atmosfere planeta.

Lovelock je uvedel koncept geofiziologije, ki označuje sistemski pristop k znanostim o Zemlji. Po hipotezi Gaia je ohranjanje dolgoročnega kemijskega neravnovesja v zemeljski atmosferi posledica celote življenjskih procesov na Zemlji. Od začetka življenja pred 3,5 milijardami let je obstajal mehanizem biološke avtomatske termostatike, v katerem je presežek dušikovega dioksida v atmosferi igral regulatorno vlogo in je preprečeval trend segrevanja, povezan z naraščajočo svetlostjo sončne svetlobe. Z drugimi besedami, na delu je povratni mehanizem.

Lovelock je izdelal model, po katerem se z nihanjem svetlosti sončne svetlobe raznolikost povečuje, kar vodi do povečanja zmožnosti uravnavanja temperature površine planeta, pa tudi do povečanja biomase.

MOLEKULARNI DOKAZI EVOLUCIJE

Vsaka celica je sestavljena iz določene količine organskih spojin. Beljakovine, nukleinske kisline, polisaharidi in lipidi igrajo pomembno vlogo v strukturi celice in zagotavljajo energijo za procese, ki se v njej odvijajo. Makromolekule beljakovin in nukleinskih kislin zavzemajo posebno mesto v življenju celic. Beljakovine so najprej gradbeni in plastični material celice, nukleinske kisline pa so nosilci dednih informacij.

Na sedanji stopnji razvoja molekularne biologije je mogoče analizirati spremembe v zaporedju nukleotidov v DNK ali aminokislinah v proteinski molekuli različnih vrst in na podlagi tega indikatorja oceniti stopnjo njihove podobnosti in razlike.

Evolucija beljakovin

Ker je vsaka aminokislinska substitucija v proteinski molekuli povezana s spremembo enega, dveh ali treh nukleotidov v molekuli DNK, lahko z računalniki izračunamo največje ali najmanjše število nukleotidnih substitucij v genu, ki sodeluje pri sintezi danega beljakovinska molekula.

Na podlagi pridobljenih podatkov lahko ocenimo povprečno število zamenjav aminokislin v proteinski molekuli in spremembe v razporeditvi nukleotidov v genu. Kot veste, je hemoglobin del rdečih krvnih celic - eritrocitov in aktivno sodeluje pri transportu kisika. Hemoglobin v človeških rdečih krvničkah je sestavljen iz medsebojno podobnih dveh α- in dveh β-verig. Vsaka veriga α vsebuje 141 in vsaka veriga β vsebuje 145 aminokislin. Kljub medsebojnim razlikam med α- in β-verigami hemoglobina je zaporedje aminokislin v njih enako. To kaže, da so verige α in β hemoglobin je nastal kot posledica razhajanja ene same polipeptidne verige v zgodovinskem procesu. Zaradi mutacijskih sprememb pri različnih skupinah živali je prišlo tudi do zamenjave aminokislin v α- in β-verigah hemoglobina.

Kot je razvidno iz podatkov v tabeli 1, so molekule hemoglobina pri ljudeh in opicah skoraj podobne v zaporedju aminokislin, vendar pa so razlike med ljudmi in drugimi vrstami sesalcev v tem indikatorju zelo pomembne in se gibljejo od 14 do 33. enake podatke smo pridobili s primerjavo aminokislinske sestave proteina citokroma C človeka, drozofile in drugih organizmov (tabela 2).

Če hitrost evolucije proteinov merimo s številom zamenjav aminokislin na leto, potem hitrost evolucije genov merimo z določanjem nukleotidnih substitucij. Vendar nukleotidne substitucije v genih ne vodijo vedno do aminokislinskih substitucij v beljakovini. To dokazuje dejstvo, da je od 20 aminokislin, ki sestavljajo beljakovine, 18 kodiranih s kodami 2, 3, 4 in 6.

Evolucija DNK (gena)

Vsak nukleotid v genu je lahko podvržen mutaciji. Pokličejo jo točkasta mutacija. Nekateri nukleotidi različno reagirajo na zunanje vplive. Pri nekaterih nukleotidnih parih pride do mutacije samo enkrat ali dvakrat, pri drugih pa lahko število mutacij doseže več sto. Slednji se imenujejo " vroče» pike.

Zelo pomembno je tudi, kateri nukleotid se med mutacijo spremeni. Na primer, fenilalanin ima kodon UUU. Če tretji nukleotid tega kodona, uracil, nadomestimo z adeninom ali gvaninom, se položaj kodona spremeni in kodona UUA in UUG vključita levcin namesto fenilalanina v polipeptidno verigo, kar vodi do pomembne spremembe v strukturi in delovanje beljakovinske molekule. Običajno je pri vrstah, ki so si sistematično blizu, število mutacij majhno, pri vrstah, ki so oddaljene druga od druge, pa je število mutacij veliko. Tako se je na primer izkazalo, da je človeška DNK homologna DNK makaka za 66 %, bika za 28 %, podgane za 17 %, lososa za 8 % in bakterije E. coli le za 2 %.

Molekularna ura evolucije

Običajno lahko z določitvijo divergence beljakovin v več vrstah presodimo čas razlik med njimi. Hitrost evolucije beljakovin se meri s številom letnih zamenjav aminokislin v njihovi sestavi. Z zamenjavami aminokislin v sestavi beljakovine lahko določimo trenutek divergence rodu, družine, reda, razreda ali tipa. Na primer, kot rezultat preučevanja rodovnika globinskega proteina je bilo ugotovljeno, da je bila njegova struktura podobna pri skupnih prednikih krapa in ljudi, ki so obstajali pred približno 400 milijoni let, ehidne in ljudi - pred 225 milijoni let, psi in ljudje – pred 70 milijoni let. Material s spletnega mesta http://wikiwhat.ru

©2015-2019 stran
Vse pravice pripadajo njihovim avtorjem. To spletno mesto ne zahteva avtorstva, vendar omogoča brezplačno uporabo.
Datum nastanka strani: 2017-10-12