так и по математической вероятности. Изучение мутаций легло в фундамент новой науки – молекулярной генетики, а выводы из исследований – в синтетическую теорию эволюции. По этой теории мутации в природе идут постоянно, во всех популяциях, процесс эволюции происходит в результате переработки мутаций под действием естественного отбора.
91. Мутации и два типа эволюции
Синтетическая теория эволюции в русле учения о мутациях выдвинула существование двух типов эволюции – микроэволюции и макроэволюции
1. Микроэволюция занимается проблемами онтогенеза, то есть изучением развития отдельной особи от момента зачатия до ее смерти. Возникающие мутации рассматриваются на уровне вида, популяции (особей данного вида, обладающих единым генофондом и ареалом распространения). Микроэволюция рассматривает мутации генотипические (наследственные признаки, полученные потомством от родителей на уровне ДНК); фенотипические (возникшие под влиянием среды обитания), модификационные (возникающие в организме в результате неоднородности условий существования). Главное значение имеют генотипические мутации.
2. Макроэволюция занимается проблемами филогенеза, то есть изучением развития всего органического живого мира на протяжении всей его истории.
В ходе исследований ученые выявили, что количество мутаций зависит от качества среды обитания (чем хуже среда, тем быстрее идет мутационный процесс и действует естественный отбор генного материала). Мутации происходят на разных уровнях: геномные (связанные с изменением количества хромосом), хромосомные (связанные с изменением структуры хромосом), генные (связанные с изменением структуры генов в молекуле ДНК), последние могут быть спонтанными (ошибки репликации ДНК, укорачивание генов и т. п.) и индуцированными (связанными с действием мутагенных факторов).
Именно спонтанные и индуцированные мутации связаны с появлением генов, приводящих к смерти ( летальные гены ) при рождении потомства с уродствами (без головного мозга, печени, сердца и т. п.). Кроме летальных существуют полулетальные гены , не вызывающие гибели (наличие двух сердец, дающих повышенную работоспособность; теплой шкуры, позволяющей животным не мерзнуть) и нейтральные , не оказывающие влияния на выживаемость.
В основном летальные гены выводятся из обращения по причине смерти особи до полового созревания. Но значительная часть негативных мутаций порождает рецессивные аллели (то есть разновидности генов, которые находятся в скрытом состоянии, пока не проявятся в потомстве при встрече с аналогичным аллелем). Положительные и нейтральные мутации сохраняются в доминантных генах, которые определяют передаваемые наследственные признаки.
92. Роль мутационного процесса в эволюции
Механизм передачи полезных генов всему виду до конца не изучен, но ясно, что в процессе усложнения живых организмов это происходило в результате как медленного усовершенствования и усложнения существующего вида, так и в результате качественного скачка. Для управления процессом эволюция как живая система имеет два способа регуляции: 1) возможность быстрого роста популяции, но значительное сокращение продолжительности жизни каждого существа; 2) низкий темп воспроизводства и значительное увеличение жизни каждой особи.
Первый способ помогает быстро выявить, оттестировать и закрепить качественно новые признаки, это механизм перехода от вида к виду. Второй способ работает в условиях стабильности популяции. (Как сценарий эволюции первый способ характерен для современных развивающихся стран – войны, эпидемии, прочие катаклизмы и как результат – высокая рождаемость и очень высокая смертность; второй способ характерен для стабильного европейского и американского общества – создание повышенной комфортности жизни, благосостояние, достаток, высокая продолжительность жизни и снижение умственного потенциала нации.)
Высокая рождаемость и высокая способность к мутациям еще не гарантируют, что достигается эволюционный рост вида. Для того чтобы мутации закрепились и способствовали прогрессу, их носители должны выживать. Поэтому к первому механизму эволюции полагается дополнение: набор генов для повышенного выживания, которые в стабильных условиях «спят», а в экстремальных включаются, включая и качественно новые признаки. Включение гена дает появление новых качеств, но сокращает длительность жизни.
Эволюция происходит этапами, ее этапы связаны не с накопившимися в генах «нововведениями», а с резко меняющимися условиями жизни. Толчком, запускающим ускоренный темп развития новых признаков при быстрой смене поколений, может быть глобальная катастрофа, потепление, похолодание, эпидемии, а также активные формы кислорода, уничтожающие не приспособленные к выживанию клетки.
93. Способы передачи генетической информации
Хранение и передачу генетической информации на молекулярном уровне осуществляет молекула ДНК, упакованная в хромосомах, каждая из которых представляет собой огромную молекулу, содержащую внутри около 10000 молекул ДНК, в свою очередь, имеющую более 20000 звеньев (нуклеотидов). У человека 46 хромосом с молекулами ДНК, имеющими вид двойной спирали, состоящей из нуклеотидов, которые собраны из азотистого основания, пятиатомного сахара (дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты, но имеют разные основания: аденин, тимин, цитозин и гуанин – и располагаются в молекуле в различных последовательностях. Это материальный носитель для записи информации о качествах, присущих всей системе.
Генетическая информация может передаваться тремя способами: с помощью митоза, мейоза или биосинтеза. Митоз характерен для бесполого размножения клеток и контролирует эмбриональное развитие, рост организма, восстановление органов, тканей после повреждения и выглядит как деление родительской клетки на две идентичные дочерние клетки. Если репликация идет с ошибками, молекула ДНК исправляет ошибку, при помо щи особых ферментов отделяя неправильные участки и достраивая на их месте правильно организованные цепочки звеньев.
Мейоз называют консервативной наследственностью, поскольку ошибки репликации при мейозе наименее возможны. Мейоз характерен для полового размножения и представляет собой процесс слияния двух родительских клеток – гамет в одну клетку будущего эмбриона – зиготу.
Половые клетки содержат по половинному набору хромосом, в результате чего зародыш получает набор признаков от матери и набор признаков от отца. В отличие от остальных клеток тела, половые клетки не размножаются митозом, они могут только сливаться путем мейоза. Мейоз поддерживает постоянство вида и сортирует гены в популяции, закрепляя мутации.
При репликации ДНК одни ферменты активируют автокаталитический процесс репликации ДНК, позволяющий копировать ген, затем на стадии транскрипции образуется одноцепочная молекула и происходит перенос кода ДНК с помощью РНК, которая подклеивается к нити ДНК, и после этого идет стадия трансляции – то есть синтез белка на основе генетического кода. Если молекула собрана с ошибками, синтез белка будет тоже идти с ошибками.
94. Эволюция как генетический процесс
Генетическая теория эволюции рассматривает эволюцию как процесс появления и усложнения основы жизни – молекулы ДНК. Появление первой молекулы ДНК при этом происходило по следующему сценарию: сначала образовались простые молекулы аминокислот, одна из четырех молекул аминокислот «нашла» себе аналогичную молекулу аминокислоты и слилась с ней, затем к этой паре присоединилась третья, четвертая и т. д. молекулы аминокислот. Результатом сборки была молекула ДНК, пока достаточно примитивная, но способная к самоорганизации: она могла сама себя строить и создавать свои дубликаты.
Ведущий специалист по генетической эволюции Ч. Докинс считает, что самая ранняя форма естественного отбора состояла просто в отборе стабильных форм и отбрасывании нестабильных. Первая ДНК была несложной и устойчивой молекулой, главным ее отличием от прочих молекул была способность к самосборке и репликации. Блоки для сборки копии содержались в «первичном бульоне», в той среде, где возникла молекула ДНК.
Молекула подбирала себе подходящий строительный блок, просто оказываясь рядом с ним, притягивала его к определенному
основанию и тот самостоятельно прикреплялся, блоки располагались в той же последовательности, как и блоки репликатора. В результате получалась устойчивая цепочка блоков. Далее процесс мог идти в двух направлениях – либо молекула продолжала создавать слои цепочек (таким образом образуются кристаллы), либо она могла разойтись на две (репликатор и копия). Молекула разделилась, и каждая из половин стала создавать свои копии, в результате появилась жизнь. До второй половины XX в. считалось, что для создания молекул ДНК необходимы особые условия – не слишком высокая температура, наличие воздуха и воды. Сегодня известно, что молекула ДНК переносит как сверхвысокие, так и сверхнизкие температуры, ей для образования не нужны кислород и вода. А закрученность аминокислот в левую сторону говорит об их космическом происхождении: они образовались при исключительно низких температурах – намного ниже температуры замерзания воды.
95. Эволюция человека на современном этапе
По мере развития человечества как общественного явления биологические факторы эволюции отступают и слабеют, на первый план начинают выходить социальные факторы. Но это не означает, что биологические факторы уходят совсем, и современный человек не подвержен эволюции. Естественный отбор в том виде, в каком он проходил у древнего человека (выбор самой плодовитой самки, самого сильного и отважного самца, способного прокормить самку и ее потомство, ориентируясь на феминные и маскулинные признаки), отошел в прошлое, но в то же время он в измененном виде происходит и сегодня, поскольку составление пары происходит на основе биологических предпочтений (а сюда как раз входят высшая феминность и высшая маскулинность).