Эволюционные представления

Согласно теории катастроф Жоржа Кювье (1769—1832), каждый геологический период имел свою фауну и флору и заканчивался громадным переворотом, при котором на земле гибло всё живое и новый органический мир возникал путём нового творческого акта.

Согласно теории Ламарка (1744—1829), основная движущая сила эволюции – «стремление к прогрессу» в живой природе. Приспосабливаясь к переменам внешней среды, организмы изменяются, а благоприобретённые признаки наследуются потомками.

Согласно теории Дарвина (1809—1882), основной движущей силой эволюции являются естественный отбор вследствие борьбы за существование и изменчивость (мутации).

Синтетическая теория эволюции (СТЭ). На сегодняшний момент принята большинством учёных. Представляет собой синтез теории Дарвина с генетикой. Хорошо описывает процессы микроэволюции (образование видов), гораздо хуже – образование надвидовых таксонов (род, семейство и т. д.).

Основные факторы эволюции согласно СТЭ:

Наследственная изменчивость – изменения, которые возникают у каждого организма независимо от внешней среды и передаются потомкам.

Борьба за существование – совокупность взаимоотношений между особями и факторами окружающей среды.

Естественный отбор – выживание более приспособленных особей и гибель менее приспособленных.

Альтернативные эволюционные представления. Номогенез и ортогенез – мутации происходят не случайно, а по определённым направлениям. Эволюция имеет свои «каналы» развития. Эпигенез – существуют механизмы наследования, не связанные с ДНК. Эволюция связана с эпигенетическими формами наследования. Креационизм – жизнь создана высшим творческим началом (Богом). Механизмы эволюции уже заложены в акте творения.

Генетика

Грегор Мендель (1822—1884) – биолог и ботаник, изменивший представления о наследственности. Законы Менделя лежат в основании современной генетики.

• закон единообразия первого поколения;

• закон расщепления

• закон независимого наследования

Ген – участок ДНК, отвечающий за данный признак

Аллель – одно из возможных состояний гена

Диплоидный – с двойным набором наследственной информации; гаплоидный – с одинарным набором.

Гомозиготный – с одинаковыми аллелями; гетерозиготный – с разными аллелями

Генотип – совокупность генов; фенотип – совокупность внешних признаков

Доминантный – преобладающий, проявленный в фенотипе; рецессивный – скрытый, не проявленный в фенотипе в гетерозиготном состоянии

Основные положения теории Менделя

1. За наследственные признаки отвечают дискретные наследственные факторы — гены (термин «ген» предложен в 1909 г. В. Иоганнсеном)

2. Каждый диплоидный организм содержит пару аллелей данного гена, отвечающих за данный признак; один из них получен от отца, другой — от матери.

3. Наследственные факторы передаются потомкам через половые клетки (гаметы). При формировании гамет в каждую из них попадает только по одному аллелю.

Размножение клетки. Соматические (не половые) клетки образуются путём митоза. В дочерних клетках сохраняется двойной набор хромосом. Половые клетки (гаметы) образуются путём мейоза, когда после митоза происходит второе деление. Образуются клетки с одинарным набором хромосом. Характерная черта мейоза – кроссинговер (от англ. crossing over), т. е. обмен ДНК отдельными участками перед первым делением. Таким образом происходит рекомбинация генов.

Молекулярные основы наследственности. Наследственная информация «записана» в ДНК в виде молекулярного кода. Носителями кода выступают четыре вида азотистых оснований – аденин, тимин, гуанин и цитозин (А, Т, Г, Ц). Они могут соединяться попарно и образуют длинную двойную цепочку.

ДНК бактерий замкнуты в кольцо и свободно располагаются в цитоплазме. ДНК эукариот имеют сложное строение и находятся в ядре. В растянутом виде длина хромосомы человека достигает 5 см. В интерфазе (когда клетка не делится) ДНК не видна в микроскоп. Она «намотана» на специальные структурные белки – гистоны и образует подобие бус. При делении ДНК после удвоения образует плотную, заметную в микроскоп структуру – хромосому (досл. «окрашенное тело»)

Синтез белка. Информация «считывается» с ДНК: с определённого участка снимается копия (матричная РНК), которая выходит из ядра в цитоплазму. Там рибосомы «считывают» последовательность нуклеотидов (три нуклеотида кодируют аминокислоту). Соответствующая аминокислота доставляется при помощи транспортной РНК. Аминокислоты соединяются в определённом порядке, образуя первичную структуру белка.

Мутации. Мутация — стойкое наследуемое изменение генотипа. Мутации появляются постоянно в ходе процессов, происходящих в живой клетке (ошибки репликации, действие мутагенов). Для восстановления повреждений ДНК (репарации) существует особая группа ферментов, распознающих и заменяющих повреждённые участки. В редких случаях повреждение остаётся и передаётся по наследству.

Мутация в соматической клетке может привести к злокачественным или доброкачественным новообразованиям, мутация в половой клетке — к изменению свойств всего организма-потомка. При накоплении критического количества нарушений в клетке запускается механизм апоптоза (программируемой смерти).

Виды мутаций. Генные — повреждение отдельных генов; хромосомные – перестройки участков хромосом (обычно потеря или удвоение генетического материала, перестановка участков ДНК); геномные – изменение числа хромосом и образование кратных наборов хромосом (полиплоидия).

Большинство мутаций никак не сказываются на фенотипе (нейтральные). Естественный отбор «оценивает» вредность и полезность мутаций по их эффектам на выживание и размножение в конкретных экологических условиях. Изначально мутации не адаптивны.

Эволюционно-генетические процессы в популяциях. Популяция – элементарная единица эволюционного процесса. Большинство неальтернативных признаков в популяции подчиняются закону нормального распределения (распределение Гаусса). Это очень устойчивая структура, обеспечивающая максимальную адаптивность.

Процесс случайного, ненаправленного изменения частот аллелей в популяциях получил название дрейфа генов. Чем меньше численность популяции, тем большую роль в ее эволюции играет случай.

Геном человека. В течение человеческой жизни активно работают лишь 3–5 % генов. Ещё 10–15 % «включаются» 1 – 2 раза в жизни. Остальные участки ДНК называют «молчащими». Их функция пока неизвестна. Человеческий геном состоит из 23 пар хромосом, из них 22 соматических и одна половая (XX у женщин и XY у мужчин).

Экология – наука о взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания. Синэкология – взаимоотношения организмов между собой, аутэкология – их взаимоотношения с окружающей средой. Основной объект экологии – экосистема – совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования. В каждой экосистеме присутствуют биотоп (экотоп) – участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями – и сообщество (биоценоз) – совокупность всех живых организмов, населяющих данный биотоп. Биотоп + биоценоз = биогеоценоз. Биогеоценоз – это элементарная единица экосистемы.

Каждая экосистема имеет группы организмов разных видов, различаемые по способу питания. Автотрофы – составляют основную массу всех живых существ и являются продуцентами (производителями органической продукции). Гетеротрофы – организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. В зависимости от источников питания и участия в деструкции они подразделяются на консументы и редуценты. Консументы I порядка – травоядные животные. Консументы II, III и т. д. порядков – плотоядные животные. Редуценты – это гетеротрофные микроорганизмы, грибы, разрушающие и минерализирующие органические остатки.

Закономерности развития экосистем. В процессе жизнедеятельности организмов происходит постоянный круговорот энергии и веществ. В результате возникают цепи питания, при этом каждое предыдущее звено становится пищей для следующего. Редуценты являются конечным звеном в пищевой цепи. Правило экологической пирамиды: в любой экосистеме биомасса каждого следующего звена в 10 раз меньше предыдущего.

Ноосфера. Современная биосфера является результатом длительной эволюции всего органического мира и неживой природы. Под влиянием разумной человеческой деятельности биосфера переходит в качественно новое состояние, названное им ноосферой. Вернадский рассматривал ноосферу как высшую ступень развития биосферы, связанную с возникновением и развитием в ней человеческого общества.

Словарь

Виды фундаментальных физических взаимодействий. 1) Сильное или ядерное взаимодействие – самый сильный вид поля, благодаря которому удерживаются частицы в ядрах атомов.

2) Слабое взаимодействие – играет роль при превращении элементарных частиц. 3) Электромагнитное взаимодействие. Радиус действия неограничен. 4) Гравитационное взаимодействие. Самое дальнодействующее и в то же время самое слабое в сравнении с другими фундаментальными взаимодействиями.

Закон сохранения энергии — энергия замкнутой системы сохраняется во времени. Энергия не может возникнуть из ничего и не может в никуда исчезнуть, она может только переходить из одной формы в другую.

Парадигма – исходная концептуальная схема, модель постановки проблем и их решения, господствующая в течение определенного исторического периода в научном сообществе.

Принцип глобального (универсального) эволюционизма – Вселенная в целом и во всех своих проявлениях не может существовать вне развития (эволюции).

Стенобионт – организм, существующий в узком диапазоне значений абиотических факторов (температуры, влажности и т. д.).

Структурные уровни организации материи – микромир (элементарные частицы, атомы, молекулы), макромир (вещества, физические тела, живые организмы) и мегамир (планеты, звёзды, галактики)

Теория относительности общая – гравитационные эффекты обусловлены силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени.

Теория относительности специальная (релятивистская механика) – теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения, определяющие их, при скоростях движения, близких к скорости света.

Термодинамическая система — любая область пространства, ограниченная действительными или воображаемыми границами. Системы бывают замкнутыми или открытыми. В замкнутой (изолированной) системе не происходит никаких обменных процессов со средой. В открытой системе энергия и вещество могут переходить из системы в среду и обратно.

Точка бифуркации — критическое состояние системы, при котором система становится неустойчивой относительно флуктуаций и возникает неопределенность: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более высокий

Флуктуации – отклонения истинного значения величины от ее среднего значения, обусловленное хаотическим движением частиц системы.

Эволюция — процесс развития, одноуровневой качественной трансформации и/или деградации, процесс изменения чего-то от одного состояния к другому.

Энтропия – «мера беспорядка» системы. Принцип возрастания энтропии – энтропия («мера беспорядка») изолированных систем неизменно возрастает при всяком изменении их состояния.

Эврибионт – организм, существующий в широком диапазоне значений абиотических факторов (температуры, влажности и т. д.).