Mi a biológiai evolúció a biológiában. Modern elképzelések az evolúció tényezőiről

A biológiai evolúció a szerves világ történelmi fejlődése. Az „evolúció” szó latinul, lefordítva „kibontakozást” jelent, tágabb értelemben pedig bármilyen változást, fejlődést, átalakulást. A biológiában az „evolúció” szót először C. Bonnet svájci természettudós és filozófus használta 1762-ben.

Az élet körülbelül 3,5 milliárd évvel ezelőtt keletkezett a Földön. Az első organizmusok elődei összetett szerves fehérjevegyületek voltak, amelyek kocsonyás csomókat, úgynevezett koacervátumcseppeket képeztek. Ezek az ősóceánban lebegő cseppek úgy tudtak növekedni, hogy különféle tápanyagokat szívtak fel a környezetből. Leánycseppekre bomlanak szét, amelyek közül a tökéletesebbek régebben léteztek. A koacervátumok szerkezete fokozatosan bonyolultabbá vált, és egy élő sejt sejtmagját és egyéb elemeit alkották. Így jelentek meg a legegyszerűbb egysejtű szervezetek.

Évezredek teltek el, és a természetes szelekció eredményeként az élőlények szerkezete egyre jobban javult. E legegyszerűbb élőlények némelyike ​​elnyelte a napsugárzás energiáját, és szén-dioxidból és vízből szerves anyagokat hoz létre a testében. Így keletkeztek az első egysejtű növények, a kék-zöld algák.

Más élőlények megtartották ugyanazt az étkezési módot, de az elsődleges növények elkezdték táplálékul szolgálni. Ezek voltak az első állatok.

Ezt követően az evolúció eredményeként az egysejtű protozoákból megjelentek az első többsejtű szervezetek - szivacsok, archaeocyták (kihalt gerinctelen állatok) és koelenterátumok. Fokozatosan összetettebbé és változatosabbá vált a növények és állatok világa, és benépesítették a földet is.

Fosszilis maradványaik – lenyomatok, megkövesedett csontvázak – alapján a tudósok megállapították, hogy minél régebbi az élőlények, annál egyszerűbb a szerkezetük. Minél közelebb jutunk korunkhoz, az élőlények egyre összetettebbekké válnak, és egyre jobban hasonlítanak a modern élőlényekhez.

A szerves világ fejlődése következtében magasabb rendű növények és magasan szervezett állatok jelentek meg a Földön. Az ember emlősökből – fosszilis majmokból – fejlődött ki.

Ez egy rövid vázlat a bolygónk életének alakulásáról.

Az evolúció a természetben a mozgás egyik formája. Folyamatosan és fokozatosan minőségi és mennyiségi változásokhoz vezet az élő szervezetekben, amelyek ki vannak téve az élettelen természetnek és más szervezeteknek egyaránt.

Az evolúció okainak és mintázatainak tanulmányozása a biológiában az evolúciótudomány tanulmányozása, az élő természet történeti fejlődésére vonatkozó ismeretek komplexuma. Ennek a tannak az alapja az evolúcióelmélet.

Még az ókori világ filozófusai is - Empedocles, Demokritus, Lucretius Carus és mások - ragyogó találgatásokat fogalmaztak meg az élet fejlődésével kapcsolatban. De még sok évszázad telt el, mire a tudomány elegendő tényt halmozott fel, amely lehetővé tette a tudósok számára, hogy felfedezzék a fajok változatosságát, majd olyan elméletet alkossanak, amely megmagyarázza a természetben előforduló evolúciós folyamatokat.

A 18. század második felében - a 19. század első felében. J. Buffon és E. J. Saint-Hilaire Franciaországban, E. Darwin Angliában, J. V. Goethe Németországban, M. V. Lomonoszov, A. I. Radishchev, A. A. Kaverznev, K. F. Roulier Oroszországban és mások alkották meg az állat- és növényfajok változékonyságának doktrínáját, amely ellentmondott az egyház tanításának Isten általi teremtéséről és megváltoztathatatlanságáról. Azonban nem vették figyelembe azokat az okokat, amelyek ezekhez a változásokhoz vezetnek.

Az első kísérletet az evolúciós elmélet megalkotására a francia természettudós, J. B. Lamarck (1744-1829) tette. „Az állattan filozófiája” (1809) című munkájában a fajok eredetének holisztikus elméletét vázolta fel, de azt sem tudta helyesen megmagyarázni, hogy melyek a szerves világ fejlődésének hajtóerei.

Valóban tudományos evolúciós elméletet alkotott meg Charles Darwin angol természettudós. Ezt a „A fajok eredete a természetes szelekció eszközeivel, avagy a kedvelt fajták megőrzése az életért folytatott küzdelemben” című 1859-es könyvben írták le. Darwinnak sikerült azonosítania a hajtóerőket - az evolúciós folyamat tényezőit. Ez a határozatlan változékonyság, a létért való küzdelem, a természetes kiválasztódás.

A létért folytatott küzdelem eredményeként az életkörülményekhez leginkább alkalmazkodó szervezetek fennmaradnak, míg a kevésbé alkalmazkodtak, gyengék kiesnek a szaporodásból vagy elpusztulnak. A természetes szelekciónak köszönhetően a növényekben és állatokban felhalmozódnak és összegeződnek a jótékony örökletes változások, és új adaptációk is keletkeznek.

A létért folytatott küzdelem és a természetes szelekció az evolúció legfontosabb mozgatórugói; Ezek határozzák meg a szervezet további létezését. A biológiai evolúció folyamatában az élőlények fajainak száma növekszik. Az új fajok kialakulása a természetben az evolúció folyamatának legfontosabb szakasza.

Az evolúciós folyamat eredményeként megváltozik a populációk genetikai összetétele, átalakulnak a biocenózisok és a bioszféra egésze.

Az evolúció doktrínája és magja – a biológiai evolúciós elmélet – a modern progresszív biológia alapja.

Az evolúció fokozatos változásokból álló fejlődési folyamat, hirtelen ugrások nélkül (szemben a forradalommal). Amikor evolúcióról beszélünk, leggyakrabban biológiai evolúcióra gondolnak.

A biológiai evolúció az élő természet visszafordíthatatlan és irányultságú történeti fejlődése, amelyet a populációk genetikai összetételének megváltozása, alkalmazkodások kialakulása, fajok kialakulása és kipusztulása, az ökoszisztémák és a bioszféra egészének átalakulása kísér. A biológiai evolúció az evolúcióbiológia tudománya.

Számos evolúciós elmélet létezik, amelyekben közös az az állítás, hogy az élő életformák más, korábban létező életformák leszármazottai. Az evolúciós elméletek különböznek az evolúció mechanizmusainak magyarázatában. Jelenleg a legelterjedtebb az ún. szintetikus evolúcióelmélet, amely Darwin elméletének továbbfejlesztése.

Azok a gének, amelyek az expresszió eredményeként az utódoknak adódnak át, egy organizmus jellemzőinek (fenotípusának) összességét alkotják. Amikor az organizmusok szaporodnak, utódaik új vagy megváltozott jellemzőket fejlesztenek ki, amelyek mutáció vagy gének populációk vagy akár fajok közötti átviteléből fakadnak. Az ivarosan szaporodó fajokban a genetikai rekombináció révén új génkombinációk jönnek létre. Az evolúció akkor következik be, amikor az öröklődő különbségek gyakoribbá vagy ritkábbá válnak egy populációban.

Az evolúcióbiológia az evolúciós folyamatokat tanulmányozza, és elméleteket állít fel azok okainak magyarázatára. A kövületek és a fajok sokféleségének vizsgálata a 19. század közepére meggyőzte a legtöbb tudóst arról, hogy a fajok idővel változnak. Ezeknek a változásoknak a mechanizmusa azonban tisztázatlan maradt Charles Darwin angol tudós A fajok eredetéről című könyvének 1859-es megjelenéséig, amely a természetes kiválasztódásról, mint az evolúció hajtóerejéről szól. Darwin és Wallace elméletét végül elfogadta a tudományos közösség. Az 1930-as években a darwini természetes szelekció gondolatát Mendel törvényeivel kombinálták, amelyek a szintetikus evolúcióelmélet (STE) alapját képezték. Az STE lehetővé tette az evolúció szubsztrátja (gének) és az evolúció mechanizmusa (természetes szelekció) közötti kapcsolat magyarázatát.

Átöröklés

Az öröklődés, az összes élőlény sajátossága, hogy ugyanazokat a jeleket és fejlődési jellemzőket ismételje meg generációkon keresztül; A sejt anyagi struktúráinak egyik generációról a másikra történő átadása okozza a szaporodási folyamat során, amely programokat tartalmaz az új egyedek kifejlesztésére. Az öröklődés tehát biztosítja az élőlények morfológiai, fiziológiai és biokémiai szerveződésének, egyedfejlődési jellegének, vagy ontogenezisének folytonosságát. Általános biológiai jelenségként az öröklődés a legfontosabb feltétele a differenciált életformák létezésének, amelyek az élőlények jellemzőinek relatív állandósága nélkül lehetetlenek, bár a változékonyság - az élőlények közötti különbségek kialakulása - sérti. Az élőlények ontogenezisének minden szakaszában a tulajdonságok széles skáláját érintve az öröklődés a tulajdonságok öröklődési mintáiban, azaz a szülőkről leszármazottakra való átvitelében nyilvánul meg.

Néha az „öröklődés” kifejezés a fertőző alapelvek (úgynevezett fertőző öröklődés) vagy tanulási készségek, oktatás, hagyományok (úgynevezett szociális vagy jelző öröklődés) egyik generációról a másikra való átadására utal. Az öröklődés fogalmának a biológiai és evolúciós lényegén túlmutató kiterjesztése ellentmondásos. Csak azokban az esetekben nehéz elkülöníteni a fertőző öröklődést a normálistól, amikor a fertőző ágensek képesek kölcsönhatásba lépni a gazdasejtekkel egészen addig a pontig, amíg bekerülnek a genetikai berendezésükbe. A feltételes reflexek nem öröklődnek, hanem generációnként újonnan alakulnak ki, de az öröklődés szerepe a feltételes reflexek és a viselkedési jellemzők megszilárdulásának sebességében vitathatatlan. Ezért a szignál öröklődés magában foglalja a biológiai öröklődés egyik összetevőjét.

Változékonyság

A változékonyság a karakterek és tulajdonságok sokfélesége az egyénekben és az egyedcsoportokban, bármilyen rokonsági fokban. Minden élő szervezetben benne van. A variációt megkülönböztetik örökletes és nem örökletes, egyéni és csoportos, minőségi és mennyiségi, irányított és nem irányított között. Az örökletes variabilitást a mutációk előfordulása, míg a nem örökletes variabilitást a környezeti tényezők hatása okozza. Az evolúció hátterében az öröklődés és a változékonyság jelenségei állnak.

Mutáció

A mutáció a genotípus véletlenszerű, tartós változása, amely egész kromoszómákat, azok részeit vagy egyes génjeit érinti. A mutációk lehetnek nagyok és jól láthatók, például pigmenthiány (albinizmus), csirkék tollazatának hiánya, rövid lábujjak stb. A mutációs változások azonban leggyakrabban apró, alig észrevehető eltérések a normától.

A mutációk meglehetősen ritka események. Az egyes spontán mutációk előfordulási gyakoriságát az egy generáció egy bizonyos mutációt hordozó ivarsejtjeinek száma fejezi ki, az összes ivarsejtek számához viszonyítva.

A mutációk főként két okból következnek be: a nukleotidszekvencia replikációjában fellépő spontán hibák és a replikációs hibákat okozó különféle mutagén tényezők hatása.

A mutagének (besugárzás, vegyszerek, hőmérséklet stb.) hatása által okozott mutációkat indukáltnak nevezzük, ellentétben a spontán mutációkkal, amelyek a replikációt biztosító enzimek véletlenszerű hibáiból és/vagy termikus rezgésekből erednek. az atomok a nukleotidokban.

A mutációk típusai. A genetikai apparátusban bekövetkezett változások természete alapján a mutációkat genomiális, kromoszómális és gén- vagy pontmutációkra osztják. A genomi mutációk magukban foglalják a kromoszómák számának megváltoztatását a test sejtjeiben. Ezek a következők: poliploidia - a kromoszómakészletek számának növekedése, amikor a diploid organizmusok szokásos 2 kromoszómakészlete helyett 3, 4 stb. haploidia - 2 kromoszómakészlet helyett csak egy van; aneuploidia - egy vagy több homológ kromoszómapár hiányzik (nullisómia), vagy nem egy pár, hanem csak egy kromoszóma (monoszómia) képviseli őket, vagy fordítva, 3 vagy több homológ partner (triszómia, tetraszómia stb.). A kromoszómamutációk vagy kromoszóma-átrendeződések a következők: inverziók - a kromoszóma egy részét 180°-kal elfordítják, így a benne lévő gének a normálishoz képest fordított sorrendben helyezkednek el; transzlokációk - két vagy több nem homológ kromoszóma szakaszának cseréje; deléciók - a kromoszóma jelentős részének elvesztése; hiányosságok (kis deléciók) - a kromoszóma egy kis szakaszának elvesztése; duplikáció - egy kromoszóma szakasz megkettőzése; fragmentáció - a kromoszóma 2 vagy több részre bontása. A génmutációk az egyes gének kémiai szerkezetének állandó változásai, és általában nem tükröződnek a mikroszkóp alatt megfigyelhető kromoszómák morfológiájában. Nemcsak a kromoszómákban, hanem a citoplazma egyes önszaporodó organellumában (például mitokondriumokban, plasztidokban) is ismertek a gének mutációi.

A mutációk okai és mesterséges előidézése. A poliploidia leggyakrabban akkor fordul elő, amikor a kromoszómák a sejtosztódás - mitózis - kezdetén szétválnak, de valamilyen oknál fogva a sejtosztódás nem következik be. A poliploidiát mesterségesen is ki lehet idézni, ha a mitózisba került sejtet olyan anyagokkal befolyásolják, amelyek megzavarják a citotómiát. Ritkábban a poliploidia 2 szomatikus sejt összeolvadásának vagy 2 spermiumnak a tojás megtermékenyítésében való részvételének eredményeként következik be. A haploidia többnyire az embrió megtermékenyítés nélküli fejlődésének következménye. Mesterségesen a növények beporzása okozza elpusztult vagy más (távoli) faj pollenjével. Az aneuploidia fő oka egy homológ kromoszómapár véletlenszerű nem disjunkciója a meiózis során, aminek következtében ennek a párnak mindkét kromoszómája egy csírasejtbe kerül, vagy egyik sem kerül abba. Ritkábban az aneuploidok a kiegyensúlyozatlan poliploidok által alkotott néhány életképes csírasejtből származnak.

A kromoszóma-átrendeződések okai és a mutáció legfontosabb kategóriája – a génmutációk – sokáig ismeretlenek maradtak. Ebből téves autogenetikus elképzelések születtek, amelyek szerint spontán génmutációk keletkeznek a természetben, állítólag a környezeti hatások részvétele nélkül. Csak a génmutációk kvantitatív rögzítésére szolgáló módszerek kidolgozása után vált világossá, hogy ezeket különféle fizikai és kémiai tényezők - mutagének - okozhatják.

Rekombináció

A rekombináció a szülők genetikai anyagának újraelosztása az utódokban, ami az élő szervezetek örökletes kombinációs variabilitásához vezet. A nem kapcsolt gének esetében (különböző kromoszómákon fekszenek) ez az újraelosztás a meiózisban lévő kromoszómák szabad kombinálásával, a kapcsolt gének esetében pedig általában kromoszómák keresztezésével - áthaladással valósítható meg. A rekombináció egy univerzális biológiai mechanizmus, amely minden élő rendszerre jellemző – a vírusoktól a magasabb rendű növényekig, állatokig és emberekig. Ugyanakkor egy élő rendszer szervezettségi szintjétől függően a rekombinációs (genetikai) folyamatnak számos jellemzője van. A rekombináció a legegyszerűbben vírusokban megy végbe: ha egy sejtet egy vagy több tulajdonságban eltérő rokon vírusokkal együttesen fertőznek meg, akkor a sejtlízist követően nemcsak az eredeti vírusrészecskéket mutatják ki, hanem a rekombináns részecskéket is, amelyek egy bizonyos átlagon új génkombinációkkal jelennek meg. frekvencia. Baktériumokban több folyamat is rekombinációval végződik: a konjugáció, azaz két baktériumsejt protoplazmatikus híd általi egyesülése és a kromoszóma átvitele donor sejtből a recipiens sejtbe, ami után a recipiens kromoszóma egyes szakaszai megfelelő donor fragmentumokkal helyettesítjük; transzformáció - a jellemzők átvitele a környezetből a sejtmembránon keresztül behatoló DNS-molekulákkal; A transzdukció a genetikai anyag átvitele egy donor baktériumról a recipiens baktériumra, amelyet egy bakteriofág hajt végre. A magasabb rendű élőlényekben az ivarsejtek képződése során meiózisban megy végbe a rekombináció: a homológ kromoszómák összeérnek és nagy pontossággal egymás mellett helyezkednek el (ún. szinapszis), majd a kromoszómák szigorúan homológ pontokon eltörnek és a töredékek keresztben újra egyesülnek ( átkelés). A rekombináció eredményét az utódok jellemzőinek új kombinációi mutatják ki. A két kromoszómapont közötti átkelés valószínűsége megközelítőleg arányos a pontok közötti fizikai távolsággal. Ez lehetővé teszi a rekombinációra vonatkozó kísérleti adatok alapján a kromoszómák genetikai térképeinek megalkotását, azaz a gének grafikus lineáris sorrendbe rendezését a kromoszómákon elfoglalt helyüknek megfelelően, ráadásul bizonyos léptékben. A rekombináció molekuláris mechanizmusát nem vizsgálták részletesen, de megállapították, hogy a rekombinációt biztosító enzimrendszerek is részt vesznek egy olyan fontos folyamatban, mint a genetikai anyagban fellépő károsodások korrekciója. A szinapszis után működésbe lép az endonukleáz, egy enzim, amely a DNS-szálakban elsődleges töréseket hajt végre. Úgy tűnik, ezek a törések sok szervezetben szerkezetileg meghatározott területeken - rekombinátorokon - következnek be. Ezután kettős vagy egyszálú DNS-t cserélnek ki, végül speciális szintetikus enzimek - DNS-polimerázok - kitöltik a szálak réseit, és a ligáz enzim lezárja az utolsó kovalens kötéseket. Ezeket az enzimeket csak néhány baktériumban izolálták és tanulmányozták, ami lehetővé tette, hogy közelebb kerüljünk az in vitro (in vitro) rekombinációs modell létrehozásához. A rekombináció egyik legfontosabb következménye a reciprok utódok kialakulása (azaz az AB és aw gének két allél formájának jelenlétében két rekombinációs terméket kell kapni - Ave és aB egyenlő mennyiségben). A reciprocitás elve akkor érvényesül, ha a kromoszóma kellően távoli pontjai között rekombináció történik. Az intragén rekombináció során ezt a szabályt gyakran megsértik. Ez utóbbi, főleg alsóbbrendű gombákon vizsgált jelenséget génkonverziónak nevezik. A rekombináció evolúciós jelentősége abban rejlik, hogy gyakran nem az egyes mutációk előnyösek a szervezet számára, hanem azok kombinációi. Azonban két mutáció kedvező kombinációjának egyidejű előfordulása egy sejtben nem valószínű. A rekombináció eredményeként két független organizmushoz tartozó mutációk egyesülnek, felgyorsítva ezzel az evolúciós folyamatot.

Az evolúció mechanizmusai

Természetes szelekció

Két fő evolúciós mechanizmus létezik. Az első a természetes szelekció, vagyis az a folyamat, amelynek során a túlélésre és szaporodásra kedvező örökletes tulajdonságok elterjednek a populációban, míg a kedvezőtlenek megritkulnak. Ez azért következik be, mert a kedvező tulajdonságokkal rendelkező egyedek nagyobb valószínűséggel szaporodnak, így a következő generációban több egyed rendelkezik ugyanazokkal a tulajdonságokkal. A környezethez való alkalmazkodás az egymást követő, apró, véletlenszerű változások felhalmozódása és a környezethez leginkább alkalmazkodó változat természetes szelekciója eredményeként jön létre.

Genetikai sodródás

A második fő mechanizmus a genetikai sodródás, a tulajdonságok gyakoriságának véletlenszerű változásának független folyamata. A genetikai sodródás olyan valószínűségi folyamatok eredményeként jön létre, amelyek véletlenszerű változást okoznak egy populációban a tulajdonságok gyakoriságában. Bár az egy generáción belüli sodródásból és szelekcióból adódó változások meglehetősen kicsik, a gyakorisági különbségek minden egymást követő generációban felhalmozódnak, és idővel jelentős változásokhoz vezetnek az élő szervezetekben. Ez a folyamat egy új faj kialakulásában csúcsosodhat ki. Ezenkívül az élet biokémiai egysége az összes ismert faj eredetére mutat egy közös ősből (vagy génkészletből) a fokozatos divergencia folyamatán keresztül.

A populációk, fajok, magasabb taxonok, biocenózisok, növény- és állatvilág, gének és jellemzők időbeli változásának természeti jelensége a Föld története során.

Az evolúció tudományos elméletei megmagyarázzák, hogyan történik az evolúció és annak mechanizmusai.

Általános jellemzők

Szigorúan véve a biológiai evolúció az élő szervezetek populációjának örökletes jellemzőinek vagy viselkedésének időbeli változásának folyamata. Az örökletes mérföldkövek egy szervezet genetikai anyagában (általában DNS-ben) vannak kódolva. Az evolúció a szintetikus evolúcióelmélet szerint elsősorban három folyamat következménye: a genetikai anyag véletlenszerű mutációi, véletlenszerű genetikai eltérések. genetikai sodródás)és nem véletlenszerű természetes szelekció a csoportokon és fajon belül.

A természetes szelekció, az evolúciót irányító folyamatok egyike a populáció egyedei közötti szaporodási esélyek különbségeinek eredménye. Ez szükségszerűen a következő tényekből következik:

• Természetes, örökletes változatosság létezik csoporton belül és fajok között
• Az élőlények természetfelettiek (az utódok száma meghaladja a garantált túlélés határát)
• A szervezetek kiválóan képesek túlélni és regenerálódni
• Bármely generációban a sikeresen szaporodók szükségszerűen továbbadják örökletes tulajdonságaikat a következő generációnak, míg a sikertelen szaporodók ezt nem teszik meg.

Ha a tulajdonságok növelik az őket hordozó egyedek evolúciós alkalmasságát, akkor ezek az egyedek nagyobb valószínűséggel maradnak életben és szaporodnak, mint a populáció más organizmusai. Így a sikeres öröklött tulajdonságok több példányát adják át a következő generációnak. A káros termékek miatti megfelelő edzettségi csökkenés ezek létezéséhez vezet. Ez idővel alkalmazkodáshoz vezethet: újak fokozatos felhalmozódásához (és a meglévők megőrzéséhez), amelyek általában az élő szervezetek populációját a környezetükhöz és ökológiai réshez igazítják.

Noha a természetes szelekció nem véletlenszerű hatásformája, más szeszélyes erők erősen befolyásolják az evolúció folyamatát. Az ivarosan szaporodó szervezetekben a véletlenszerű genetikai variációk örökletes változatokhoz vezetnek, amelyek pusztán a véletlenek és a véletlenszerű párosítás révén válnak meglehetősen gyakorivá. Ezt a céltalan folyamatot bizonyos helyzetekben (főleg kis csoportokban) a természetes szelekció befolyásolhatja.

Különböző környezetekben a természetes szelekció, a véletlenszerű genetikai variációk és a bevitt és tárolt mutációk apró véletlenszerű részei különböző csoportok (vagy csoportrészek) különböző irányú fejlődését idézhetik elő. Elegendő nézeteltérés esetén az ivarosan szaporodó szervezetek két csoportja eléggé elkülönülhet ahhoz, hogy külön fajokat hozzon létre, különösen, ha a két csoport közötti interspecifikus hibridizáció képessége elvész.

A kísérletek azt mutatják, hogy a Földön minden élő szervezetnek közös őse van. Ezt a következtetést az L-aminosavak fehérjékben való közös jelenléte, az összes élőlényben közös genetikai kód jelenléte, az öröklődés alapján beágyazott kategóriákba való besorolás lehetősége, a DNS-szekvenciák homológiája és a biológiai folyamatok közössége alapján tették le.

Bár az evolúció gondolatát már régen említették először, legújabb, modern formáját Alfred Wallace és Charles Darwin munkáiban nyerte el a londoni Linnean Societyben megjelent közös cikkükben. (Londoni Linnean Társaság) majd Darwin A fajok eredetéről című művében (1859). Az 1930-as években. A szintetikus evolúcióelmélet egyesítette az evolúcióelméletet Gregor Mendel genetikájával.

Az élőlények evolúciója az örökletes tulajdonságok változása miatt következik be. Például egy személy szemszíne egy örökletes tulajdonság, amelyet az egyén a szüleitől kap. Az örökletes tulajdonságokat gének szabályozzák. Egy szervezet génkészlete a genotípusa.

A szervezet szerkezetét és viselkedését alkotó összes jellemző halmazát fenotípusnak nevezzük. Ezek a tulajdonságok az élőlény genotípusának a környezeti feltételekkel való kölcsönhatásából erednek. Vagyis egy szervezet nem minden fenotípusos tulajdonsága öröklődik. Például a barnulást az ember genotípusának a napfénnyel való kölcsönhatása okozza, így a barnulás nem fakul. Általánosságban elmondható, hogy az emberek genotípusuktól függően eltérően barnulnak. Például néhány embernek van olyan örökletes tulajdonsága, mint az albinizmus. Az albínók nem barnulnak le, és nagyon érzékenyek a napsugárzásra – könnyen leégnek.

Az evolúció okai

Mátrix másolás hibákkal

A földi élet alapja a nukleinsavmolekulák - DNS és RNS - másolásának folyamata. A másolási folyamat a komplementaritás mátrixelve alapján történik: egy nukleinsavmolekula párat alkothat magának, és ebből a párosított molekulából egy olyan molekulát olvasnak ki, amely megegyezik az eredetivel. Így a DNS- és RNS-molekulák korlátlanul képesek szaporodni.

Másoláskor minden bizonnyal hibák lépnek fel a replikációs rendszer tökéletlenségei miatt. Ezen hibák miatt a DNS és az RNS másolatai kis eltéréseket tartalmaznak, amelyek azonban idővel növekednek. Ezt a változásokkal járó önteremtési folyamatot ún konvariáns redupikáció.

Egyes élettelen rendszerek, például kristályok vagy egyes kémiai ciklusok korlátlanul, hibákkal képesek reprodukálni. Az élőlények azonban abban különböznek egymástól, hogy ezeket a hibákat változatlan formában továbbítják a következő generációknak. Ezek a hibák, vagy mutációk gyakorlatilag nem változtatják meg a nukleinsavmolekulák fizikai és kémiai tulajdonságait, viszont befolyásolják az élő szervezetek által belőlük kiolvasott információkat. Így az élő szervezetek jellemzőikben öröklődést és változékonyságot mutatnak, amit a nukleinsavmolekulák másolása, illetve mutációi okoznak.

Homeosztázis és az ontogenezis stabilitása

A DNS állandó hibás reprodukálása azt a tényt eredményezi, hogy az egyes molekulákban található genetikai információ idővel nagymértékben változik. A modern élő szervezeteknek olyan rendszerei vannak, amelyek megvédik a DNS-molekula nukleotidszekvenciájának túlzott változásait. Ide tartoznak a javító enzimek, a mobil genomelemek szuppresszorai, az antivirális védekező mechanizmusok stb.

A gének azonban bizonyos változtatásokkal továbbra is továbbadódnak a következő generációnak, ami azt eredményezi, hogy az azonos fajhoz tartozó élő szervezetek populációja általában nem tartalmaz olyan egyedeket, amelyekben minden DNS-szekvencia azonos. Ugyanakkor a fenotípusos variabilitás gyakran kisebb, mint a genetikai variabilitás, mivel a különböző gének közötti kölcsönhatások az ontogenezisben elnyomják az egyes gének változásainak hatását. Így a többsejtű szervezetek elérik az egyedfejlődés stabilitását, ami a fajnorma megőrzéséhez vezet.

Szelektív túlélés és szaporodás

Az RNS és DNS molekulák, valamint az élő szervezetek saját tulajdonságaiktól és környezeti körülményeiktől függően változó hatékonysággal szaporodnak. Az élőlények elpusztulhatnak, mielőtt elérnék a szaporodás idejét, és a túlélők eltérő számú leszármazottat hagynak maguk után. Azok a szervezetek, amelyek túlélték és hatékonyan szaporodtak, két okcsoporton keresztül tudták ezt megtenni: génváltozataik környezeti feltételeknek való megfelelése vagy az allélok „minőségével” nem összefüggő körülmények kombinációja. Az első csoportnak az allélok populációban való eloszlására gyakorolt ​​hatása szerint a természetes szelekció, a második csoportét a genetikai sodródás fogalma írja le.

Természetes szelekció

A természetes szelekció a környezeti feltételekhez leginkább alkalmazkodó populáció egyedeinek szelektív túlélése (hosszú távú túlélése) és szaporodása. Minél jobban alkalmazkodott egy növény vagy állat, annál valószínűbb, hogy túléli a reproduktív kort, és annál több utódot hagy maga után. Az alkalmasság attól függ, hogy az egyén genotípusában jelen vannak-e olyan gének alléljai, amelyek hozzájárulnak a túléléshez és a szaporodáshoz. Mivel egy populációban minden élőlény eltérő genotípussal rendelkezik, stabil körülmények között generációkon keresztül nő az ilyen körülmények között előnyösebb gén allélok hordozóinak száma.

Ezenkívül a környezeti feltételek versenyt keltenek az élőlények között a túlélésért és a szaporodásért. Emiatt a versenytársaikkal szemben előnyt biztosító allélokkal rendelkező organizmusok továbbadják ezeket az allélokat utódaiknak. Azok az allélok, amelyek nem biztosítják ezt az előnyt, nem adják át a következő generációknak.

Genetikai sodródás

A genetikai sodródás az allélgyakoriság változásának folyamata, amelyet olyan okok okoznak, amelyek nem kapcsolódnak az alléloknak az egyedek alkalmasságára gyakorolt ​​​​hatásához. Ezért a genetikai sodródást semleges mechanizmusnak tekintik a gének és a populációk evolúciójában. A természetes szelekció hatása és a genetikai sodródás közötti kapcsolat egy populációban a szelekció erejétől és a populáció tényleges méretétől (a szaporodásra képes egyedek számától) függően változik. A természetes szelekció általában nagy populációkban játszik nagy szerepet, míg a kis populációkban a genetikai sodródás dominál. A genetikai drift túlsúlya kis populációkban akár káros mutációk rögzítéséhez is vezethet. Ennek eredményeként a populáció méretének változása jelentősen megváltoztathatja az evolúció menetét. A szűk keresztmetszet hatás, amikor a populációk száma meredeken csökken, és ennek következtében a genetikai sokféleség elveszik, a populációk homogénebbé válását eredményezi.

Az evolúció általános menete

Az élet első nyomai a Földön 3,5-3,8 milliárd évvel ezelőttre datálhatók. Ezek a prokarióta élet maradványai - stromatolitok. Körülbelül 3 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg az első fotoszintetikus anyagok, amelyek a cianobaktériumok voltak. Az első eukarióták körülbelül 1,6-1,8 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg. Ez „oxigénkatasztrófához” vezet – az oxigénkoncentráció meredek növekedéséhez a Föld légkörében. A többsejtű eukarióták számos alkalommal keletkeztek különböző csoportokban, de az első megbízható kövületek körülbelül 750 millió évvel ezelőttre nyúlnak vissza (kriogén korszak), és a változatos óceáni élőlények megjelenése a vendai időszakhoz köthető (Ediacaran biota, körülbelül 600 millió évvel ezelőtt). . A csontvázas állatok és gazdag maradványaik megjelenése a kambrium korszakában történt, körülbelül 550-520 millió évvel ezelőtt. Ekkor jelent meg a legtöbb modern állatfaj.

A szilur korszakban a növények először kerültek a szárazföldre. A devonban az első kétéltűek és ízeltlábúak megtelepedtek a szárazföldön. A perm korszakban hüllők jöttek létre, amelyek uralták a Földet a mezozoikum korszakában. A terápiás hüllők több csoportja fejlődött tovább emlősökké. A kréta időszakban megjelentek a madarak, és virágzó növények kezdtek virágozni. A kainozoikum korszakában az emlősök domináltak, és a rovarok is virágoztak. Az antropocénben a főemlősök egyik csoportja, az emberszabásúak váltották ki az emberi evolúciót. A pleisztocén-holocén korban az ember az egész bioszféra fejlődését befolyásoló geológiai erővé válik.

Az evolúció tulajdonságai

Az élet evolúciójának menete számos, több területet érintő mintát tár fel, amelyek objektívek és gyakran matematikailag is leírhatók. Az evolúcióbiológia az evolúció további mechanizmusait vagy az eredeti elvek megvalósításának új lehetőségeit vizsgálja, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy alapvetően megértsük e minták lényegét. Az evolúció főbb tulajdonságai a következők: a környezethez alkalmazkodó szervezetek megjelenése, morfo-funkcionális előrehaladás, új szervek és struktúrák megjelenése (emergencia), átmenet az ivaros szaporodásba, a fajok kihalása, a biodiverzitás növekedése.

Alkalmazkodás

Úgy tűnik, hogy a modern fajok jól alkalmazkodnak ahhoz a környezethez, amelyben léteznek. Az alkalmazkodás ugyanakkor arra a környezetre korlátozódik, ahol általában használják őket: amikor egy szervezet új környezetbe költözik, gyakran teljesen adaptálatlanná válik, vagy legalábbis kevésbé alkalmazkodik, mint más körülmények „bennszülött” lakói. A világ evolúciós képének megjelenése előtt egy organizmus tulajdonságainak meglehetősen egyértelmű megfelelése „natív” környezetének körülményei között annyira meglepte a kutatókat, hogy azt természetfeletti erők hatásának tartották. Az alkalmazkodás azonban az evolúció szinte szükséges következménye, hiszen a környezeti feltételekhez kevésbé alkalmazkodó szervezetek a természetes szelekció miatt egyre kisebb mértékben járulnak hozzá a populáció genetikai sokféleségéhez. Ugyanakkor maguknak az adaptációknak az eredete nem feltétlenül a szelekciótól függ, hanem lehet más adaptáció mellékkövetkezménye vagy akár a körülmények egybeesése (genetikai sodródás következménye).

Haladás és autonómia

Az evolúció során a sejtmagvú baktériumsejtek összetett eukarióta sejteket eredményeznek. Az eukarióták ezt követően többsejtűvé válnak, és szöveteket és szerveket alkotnak. Az állatok idegrendszert fejlesztenek, és összetett viselkedést mutatnak, ami lehetővé teszi számukra, hogy sok környezetben túléljenek. Az ember, mint az állati evolúció csúcsa, elérte azt a képességet, hogy bármilyen környezetben éljen, beleértve a földönkívülieket is.

Felbukkanás

Az evolúció során gyakran előfordul az organizmusok részeinek és a gének rekombinációja, amely megváltoztatja a régi struktúrák működését. Egyes folyamatok és élőlényrészek azonban először jelentkeztek. Fotoszintézis cianobaktériumokban, DNS-replikációs fehérjékben, transzlációs készülékekben, halpikkelyekben és hasonlókban.

Egyházmegye

Az első állatok hermafroditák voltak, és a magasabb rendű hermafroditák között szinte nincs is hermafroditák.

Szex és rekombináció

Az ivartalan szervezetekben a gének együtt öröklődnek (ők oltva)és szaporodás közben ne keveredjen más egyedek génjeivel. A szexuális organizmusok leszármazottai a független válogatás következtében a szüleik kromoszómáinak véletlenszerű keverékét tartalmazzák. A kapcsolódó homológ rekombinációs folyamat során a szexuális szervezetek DNS-t cserélnek két homológ kromoszóma között. A rekombináció és a független válogatás nem változtatja meg az allélok gyakoriságát, de megváltoztatja egymáshoz való asszociációjukat, új allélkombinációkkal hozva létre az utódokat. A szex általában növeli a genetikai variációt és növelheti az evolúció sebességét. Az aszexualitás azonban bizonyos környezetekben előnyökkel járhat, mivel egyes szervezetekben újra fejlődött. Az aszexualitás két allélkészletet tesz lehetővé a széttartó genomban, és ennek következtében új funkciók megjelenéséhez vezethet. A rekombináció lehetővé teszi, hogy az együtt található azonos allélok egymástól függetlenül öröklődnek. A rekombináció gyakorisága azonban alacsony (körülbelül két esemény kromoszómánként generációnként). Ennek eredményeként az ugyanazon kromoszómán található gének nem mindig válnak el egymástól a genetikai rekombináció során, és általában együtt öröklődnek. Ezt a jelenséget génkapcsolatnak nevezik. A génkötést úgy értékelik, hogy megmérik két allél gyakoriságát ugyanazon a kromoszómán (a génkapcsolat egyensúlyi zavarának mérése). Az allélok azon halmazát, amelyek együtt csökkennek, haplotípusnak nevezzük. Ez akkor fontos, ha egy adott haplotípus egyik allélja nagy előnyt jelent a létért folytatott küzdelemben: a pozitív természetes szelekció szelektív tisztításhoz vezet. (Angol) szelektív söprés), ami ahhoz a tényhez vezet, hogy ennek a haplotípusnak a többi alléljének gyakorisága is megnő. Ezt a hatást genetikai stoppolásnak nevezik. Ha az allélok nem választhatók el rekombinációval (például az emlősök Y kromoszómáján), akkor káros mutációk halmozódnak fel (cm. Mueller racsnis). Az allélkombinációk megváltoztatásával az ivaros szaporodás a káros mutációk eltávolításához és a jótékony mutációk terjedéséhez vezet a populációban. Ezenkívül a rekombináció és a génválogatás új, előnyös génkombinációkat biztosíthat az organizmusoknak. De ezt a pozitív hatást ellensúlyozza az a tény, hogy a szex csökkenti a szaporodási sebességet (cm. Az ivaros szaporodás evolúciója) és előnyös génkombinációk pusztulását okozhatja. Az ivaros szaporodás kialakulásának okai még mindig nem teljesen tisztázottak, és ez a kérdés még mindig aktív kutatási terület az evolúcióbiológia területén. Ez ösztönözte az evolúció mechanizmusaival kapcsolatos új elképzeléseket, például a Vörös Királynő hipotézist.

Kihalás

A Föld történetében többször előfordult élő szervezetek tömeges kihalása. Ezek a kihalások a vend és a kambrium korszak határán, amikor az ediakárius bióta meghalt, a perm és a triász időszak, a kréta és az eocén időszak. A régi szervezetcsoportok tömeges elpusztulása után azok a csoportok, amelyek túlélték a kihalást, virágzásnak indultak. A kisebb pusztulások, mint például a nagyemlősök jégkorszak utáni kipusztulása az utolsó jégkorszak után, szintén változásokhoz vezet az élőlénycsoportokban. Az emberek olyan fajok kihalásához vezettek, amelyek a leginkább ki vannak téve az antropogén tevékenységnek.

Megnövekedett biodiverzitás

A paleontológiai leletek, bár hiányosak és korlátozottak, a biológiai sokféleség növekedését mutatják mind az óceánban, mind a szárazföldön.

Az evolúció szintjei

Az élőlények különböző szerveződési szintjein az evolúció tulajdonságai és mechanizmusai eltérő szerepet játszanak.

• genetikai
• genomikus
• lakosság
• faj
• taxonikus
• ökoszisztéma
• bioszféra

Mutációk

A genetikai variáció az élőlények genomjában előforduló véletlenszerű mutációk miatt következik be. A mutációk a DNS-nukleotidok szekvenciájában bekövetkező változások, amelyeket sugárzás, vírusok, transzpozonok, kémiai mutagének és másolási hibák okoznak, amelyek a meiózis vagy a DNS-replikáció során lépnek fel. Ezek a mutagének többféle változást idéznek elő a DNS nukleotid szekvenciában: előfordulhat, hogy nincs hatásuk, megváltoztatják a génterméket, vagy teljesen leállítják a gén működését. Gyümölcslegyeken végzett vizsgálatok kimutatták, hogy ha a mutációk változást okoznak egy adott gén által kódolt fehérjében, a következmények valószínűleg károsak lesznek. Az ilyen mutációk körülbelül 70%-a bizonyos rendellenességekhez vezet, a többi semleges vagy előnyös. Mivel a mutációk gyakran káros hatással vannak a sejtekre, az evolúció során az organizmusok olyan DNS-javító mechanizmusokat fejlesztettek ki, amelyek kiküszöbölik a mutációkat. Így az optimális mutációs ráta kompromisszum a káros mutációk magas gyakoriságáért járó költségek és a metabolikus költségek (például a javító enzimek szintézise) költségei között, hogy ezt a gyakoriságot csökkentsük. Egyes organizmusok, például a retrovírusok, olyan magas mutációs rátával rendelkeznek, hogy szinte mindegyik leszármazottjuk rendelkezik mutált génnel. Ez a magas mutációs ráta előnyös lehet, mivel ezek a vírusok nagyon gyorsan fejlődnek, így elkerülik az immunrendszer válaszait.

A mutációk kiterjedhetnek nagy DNS-szakaszokra, például génduplikációkra, amelyek nyersanyagot adnak új gének evolúciójához. Az állatokban millió évente átlagosan több tíz-száz gén megkettőződése történik. A legtöbb olyan gén, amelynek közös őse van, ugyanahhoz a genetikai családhoz tartozik. Az új gének többféle módon jönnek létre, általában az ősi gének megkettőzésével, vagy különböző gének részeinek rekombinációjával, ami új funkciójú nukleotidkombinációk kialakulását eredményezi. Az új gének új fehérjéket alkotnak új funkcióval. Például az emberi szem fényérzékelésért felelős struktúráinak kialakításához négy gént használnak: hármat a színlátásra (kúpok) és egyet az éjszakai látásra (rudak), ezek a gének mindegyike egy ősi génből származik. . Egy gén vagy akár egy teljes genom megkettőzésének másik előnye, hogy növeli a genom redundanciáját (redundanciáját); ez lehetővé teszi, hogy egy gén új funkciókra tegyen szert, miközben a gén másolata az eredeti funkciót látja el. A kromoszómák változásai nagy mutációk eredményeként következhetnek be, amikor a kromoszómán belüli DNS-szegmenseket elválasztják, majd visszahelyezik a kromoszóma más helyeire. Nariklad, a nemzetség két kromoszómája Homoösszeolvadt a 2-es emberi kromoszómává. Ez az összeolvadás más majmok filogenetikai sorozatában nem történt meg, vagyis ezek a kromoszómák el vannak különítve. Az ilyen kromoszóma-átrendeződések legfontosabb szerepe az evolúcióban az, hogy felgyorsítsák a populációk divergenciáját új fajok kialakulásával, mivel kevesebb interpopulációs kereszteződés történik.

A genomban mozogni tudó DNS-szekvenciák (transzponálható genetikai elemek), mint például a transzpozonok, a növényi és állati genetikai anyag genetikai anyagának nagy részét alkotják, és fontosak a genomok evolúciójában. Például több mint egymillió Alu-szekvencia van jelen az emberi genomban, és ezek a szekvenciák ma már a génexpresszió szabályozását szolgálják. Ezeknek a mobil DNS-eknek egy másik hatása, hogy mutációkat okozhatnak a meglévő génekben, vagy akár eltávolíthatják azokat, így növelve a genetikai diverzitást.

Az élet keletkezésének problémája

Az evolúció elismerése a katolikus egyház részéről

A katolikus egyház XII. Pius pápa enciklikájában elismerte a latint. Humani Generis, hogy az evolúció elmélete meg tudja magyarázni az emberi test (de nem a lelke) eredetét, ugyanakkor óvatosságra szólít fel az ítélkezésben, és hipotézisnek nevezi az evolúcióelméletet. János Pál pápa 1996-ban a Pápai Tudományos Akadémiának írt levelében megerősítette a teista evolucionizmus elfogadását a katolicizmus érvényes álláspontjaként, kijelentve, hogy az evolúció elmélete több, mint hipotézis. Ezért a katolikusok körében a szó szerinti, fiatal földi, folyékony kreacionizmus (J. Keene a kevés példa egyikeként említhető). A teista evolucionizmus és az „intelligens tervezés” elmélete felé hajló katolicizmus, amelyet legmagasabb hierarchiái képviselnek, köztük a 2005-ben megválasztott XVI. Benedek pápa, ennek ellenére feltétel nélkül elutasítja a materialista evolucionizmust.

1. Darwin–Wallace evolúciós elmélet

2. Modern (szintetikus) evolúcióelmélet

3. Az evolúció alaptörvényei

4. Az evolúció főbb tényezői

5. A természetes szelekció formái

Az evolúció hosszú távú, fokozatos, lassú változások folyamatát jelenti, amelyek végső soron radikális, minőségi változásokhoz vezetnek, amelyek új rendszerek, struktúrák és fajok kialakulásában csúcsosodnak ki. A természettudományban az evolúcióval kapcsolatos fogalmak kulcsfontosságúak. Tanfolyamunk elején megvizsgáltuk a paradigma fogalmát - a tudományos ismeretek rendszerezésének sajátos módját, amely meghatározza a világlátás természetét, előfeltételrendszert, irányelveket és előfeltételeket a különféle elméletek felépítésének és igazolásának folyamatában. , azaz rendszer, amely általában meghatározza a tudományos kutatás fejlődésének irányait. A modern természettudomány paradigmája egy evolúciós-szinergetikus paradigma, amely az anyag önszerveződésére és evolúciójára vonatkozó elképzeléseken alapul, annak minden szerkezeti szintjén. Az Univerzum evolúciójáról, csillagokról, bolygórendszerekről, geológiai és kémiai evolúcióról már volt szó. Az evolúciós koncepciót azonban először a biológiában fogalmazták meg egyértelműen és érdemben.

1. Darwin–Wallace evolúciós elmélet

Az élőlények evolúciójával kapcsolatos elképzelések a természettudomány szinte teljes fejlődési periódusában megfogalmazódtak (Empedoklész, Arisztotelész, Lamarck). Charles Darwint azonban a biológia evolúciós elméletének megalapítójának tekintik. Bizonyos értelemben az evolúcióelmélet kidolgozásának lendületének tekinthetjük T. Malthus „Treatise on Population” (1778) című könyvét, amelyben bemutatta, mihez vezetne a népességnövekedés, ha azt semmi nem korlátozza. Darwin Malthus megközelítését más élő rendszerekre is alkalmazta. A népességszám változásait tanulmányozva eljutott a természetes szelekción keresztüli evolúció magyarázatához (1839). Így Darwin legnagyobb hozzájárulása a tudományhoz nem az volt, hogy bebizonyította az evolúció létezését, hanem az, hogy elmagyarázta, hogyan fordulhat elő.

Ugyanakkor egy másik természettudós, A.R. Wallace, akárcsak Darwin, aki sokat utazott és Malthust is olvasta, ugyanerre a következtetésre jutott. 1858-ban Darwin és Wallace előadásokat tartott elképzeléseikről a Linnean Society londoni ülésén. Darwin 1859-ben publikálta „A fajok eredete” című munkáját.

A Darwin-Wallace elmélet szerint az új fajok keletkezésének mechanizmusa a természetes szelekció. Ez az elmélet három megfigyelésen és két következtetésen alapul, amelyeket kényelmesen ábrázolhatunk a következő ábrán.

2 Modern (szintetikus) evolúcióelmélet

A Darwin–Wallace elmélet a 20. században a genetika (amely Darwin idejében még nem létezett), a paleontológia, a molekuláris biológia, az ökológia, az etológia (az állatok viselkedésének tudománya) modern adatainak fényében jelentősen kibővült és fejlődött. neodarwinizmusnak vagy szintetikus elméleti evolúciónak nevezik.

Az új, szintetikus evolúcióelmélet Darwin evolúciós alapgondolatainak szintézise, ​​elsősorban a természetes szelekció gondolata, az öröklődés és változékonyság terén szerzett biológiai kutatások új eredményeivel. A modern evolúcióelmélet a következő jellemzőkkel rendelkezik:

· egyértelműen azonosítja azt az elemi struktúrát, amelyből az evolúció kiindul – ez a populáció;

· az evolúció egy elemi jelenségét (folyamatát) azonosítja – egy populáció genotípusának fenntartható változását;

· tágabban és mélyebben értelmezi az evolúció tényezőit, mozgatórugóit;

· egyértelműen megkülönbözteti a mikroevolúciót és a makroevolúciót (ezeket a kifejezéseket először 1927-ben vezette be Yu.A. Filipchenko, és a kiváló biológus-genetikus, N. V. Timofejev-Resovszkij műveiben pontosították és fejlesztették tovább).

A mikroevolúció olyan evolúciós változások összessége, amelyek a populációk génállományában viszonylag rövid időn belül végbemennek, és új fajok kialakulásához vezetnek.

A makroevolúció egy hosszú történelmi időszakon át tartó evolúciós átalakulásokkal jár, amelyek az élőlények szerveződésének szupraspecifikus formáinak megjelenéséhez vezetnek.

A mikroevolúció keretében vizsgált változások közvetlenül megfigyelhetők, míg a makroevolúció hosszú időn keresztül megy végbe, folyamata csak rekonstruálható, mentálisan újrateremthető. Mind a mikro-, mind a makroevolúció végső soron a környezet változásainak hatására megy végbe.

Az evolúció elméletének megerősítése. Az evolúcióval kapcsolatos modern elképzeléseket megerősítő információk a tudomány különböző területein végzett kutatások eredményei, amelyek közül a legfontosabbak:

· paleontológia,

· biogeográfia,

· morfológia,

· összehasonlító embriológia,

· molekuláris biológia,

· taxonómia,

· növények és állatok kiválasztása.

A legfontosabb érvek az evolúciós elmélet mellett az úgynevezett paleontológiai feljegyzések, i.e. az élő szervezetek felfedezhető fosszilis formái és a Haeckel-féle biogenetikai törvény („az ontogenezis megismétli a törzsfejlődést”).

3. Az evolúció alaptörvényei.

A fent említett tudományok keretein belül végzett számos tanulmány tette lehetővé a következő főbb megfogalmazását az evolúció törvényei .

1. Az evolúció üteme a különböző időszakokban nem azonos, és gyorsulási trend jellemzi *. Jelenleg gyorsan halad, és ezt az új formák megjelenése és sok régi kihalása jellemzi.

2. A különböző élőlények evolúciója eltérő sebességgel megy végbe.

3. Az új fajok nem a legfejlettebb és speciális formákból, hanem viszonylag egyszerű, nem specializálódott formákból jönnek létre.

4. Az evolúció nem mindig megy az egyszerűtől a bonyolultig. Vannak példák a „regresszív” evolúcióra, amikor egy összetett forma egyszerűbbeket eredményezett (egyes organizmuscsoportok, például a baktériumok csak a szerveződésük egyszerűsítése miatt maradtak meg).

5. Az evolúció a populációkat érinti, nem az egyedeket, és mutáción, természetes szelekción és genetikai sodródáson keresztül megy végbe.

Ez utóbbi nagyon fontos a darwini evolúcióelmélet és a modern elmélet (neodarwinizmus) közötti különbség megértéséhez.

4. Az evolúció főbb tényezői.

A modern evolúcióelmélet számos biológiai vizsgálat adatait összegezve tette lehetővé az evolúció főbb tényezőinek, mozgatórugóinak megfogalmazását.

1. Az evolúció első legfontosabb tényezője a mutációs folyamat, amely annak felismeréséből fakad, hogy az evolúciós anyag nagy része a mutációk különböző formáiból áll, pl. az élőlények örökletes tulajdonságaiban bekövetkező változások, amelyek természetes úton keletkeznek vagy mesterségesen előidéződnek.

2. A második legfontosabb tényező a népességhullámok, amelyeket gyakran „élethullámoknak” neveznek. Meghatározzák a populációban lévő élőlények számának mennyiségi ingadozásait (az átlagos értéktől való eltéréseket), valamint az élőhely (terület) területét.

3. Az evolúció harmadik fő tényezője az élőlények egy csoportjának izolálása.

A felsorolt ​​fő evolúciós tényezőkhöz hozzáadódik a népesség generációváltásának gyakorisága, a mutációs folyamatok üteme és jellege stb. Fontos megjegyezni, hogy a felsorolt ​​tényezők mindegyike nem elszigetelten, hanem egymással összefüggésben hat és az egymással való interakciót. Mindezek a tényezők szükségesek, de önmagukban nem magyarázzák meg az evolúciós folyamat mechanizmusát és mozgatórugóját. Az evolúció hajtóereje a természetes szelekció, amely a populációk és a környezet kölcsönhatásának eredménye. Maga a természetes szelekció eredménye az egyes organizmusok, populációk, fajok és az élő rendszerek más szerveződési szintjeinek a szaporodásból való eltávolítása (megszüntetése). (Figyelembe kell venni, hogy a természetes szelekciónak a legerősebbek, legrátermettebbek túlélési folyamataként való értelmezése helytelen, hiszen egyrészt bizonyos esetekben nincs értelme kisebb-nagyobb alkalmasságról beszélni, másrészt egyértelműen alacsonyabb edzettségi fok mellett is megengedett a szaporodás lehetősége ).

5. A természetes szelekció formái.

A természetes szelekció az evolúció folyamatában különböző formákat ölt. Három fő formája különböztethető meg: stabilizáló szelekció, vezetői szelekció és zavaró szelekció.

A stabilizáló szelekció a természetes szelekció egyik formája, amelynek célja egy átlagos, korábban megállapított tulajdonság vagy tulajdonság érvényesülésének stabilitásának fenntartása és növelése egy populációban. A stabilizáló szelekcióval a szaporodásban előnyt élveznek azok az egyedek, akiknél a tulajdonság átlagosan kifejeződik (átvitt kifejezéssel ez „a középszerűség túlélése”). Ez a szelekciós forma mintegy megvéd és erősít egy új tulajdonságot, kiiktatva a szaporodásból minden olyan egyedet, amely fenotípusosan észrevehetően eltér egyik vagy másik irányba a kialakult normától.

Példa: havazás és erős szél után 136 kábult és félholt verebet találtak; Közülük 72-en túlélték, 64-en pedig meghaltak. Az elhullott madaraknak nagyon hosszú vagy nagyon rövid szárnyuk volt. A közepes – „normál” szárnyú egyedek szívósabbnak bizonyultak.

A földi élet korábban említett biokémiai egysége a stabilizáló szelekció egyik eredménye. Valójában az alacsonyabb rendű gerincesek és az emberek aminosav-összetétele majdnem azonos. Az élet biokémiai alapjai megbízhatónak bizonyultak az élőlények szaporodásához, függetlenül azok szerveződési szintjétől.

A stabilizáló szelekció, több millió generáción keresztül, megvédi a kialakult fajokat a jelentős változásoktól, a mutációs folyamat pusztító hatásaitól, kiküszöböli az adaptív normától való eltéréseket. Ez a szelekciós forma mindaddig működik, amíg az életkörülmények, amelyek között a faj adott jellemzői vagy tulajdonságai kialakulnak, jelentősen nem változnak.

Az irányító (irány szerinti) szelekció olyan szelekció, amely elősegíti egy tulajdonság vagy tulajdonság átlagos értékének eltolódását. Az ilyen szelekció hozzájárul a megváltozott feltételekkel összeütközésbe került régi norma helyébe új norma megszilárdulásához. Az ilyen szelekció eredménye például valamilyen jellemző elvesztése. Így egy szerv vagy része funkcionális alkalmatlansága esetén a természetes szelekció elősegíti azok redukcióját, azaz. csökkenés, eltűnés. Példa: ujjak elvesztése patás állatoknál, szemek elvesztése barlangi állatoknál, végtagok elvesztése kígyóknál stb. Az ilyen szelekcióhoz szükséges anyagot különféle mutációk szolgáltatják.

A bomlasztó szelekció a szelekció olyan formája, amely egynél több fenotípust részesít előnyben, és az átlagos, köztes formák ellen hat. Ez a szelekciós forma azokban az esetekben valósul meg, amikor a genotípusok egyik csoportja sem jut abszolút előnyhöz a létért folytatott küzdelemben az egy területen egyidejűleg előforduló viszonyok sokfélesége miatt. Egyes körülmények között egy tulajdonság egy tulajdonsága van kiválasztva, másokban egy másik. A bomlasztó szelekció az átlagos, köztes tulajdonságokkal rendelkező egyedek ellen irányul, és polimorfizmus kialakulásához vezet, pl. sok forma egy populáción belül, amely úgy tűnik, hogy „darabokra szakadt”.

Példa: Barna talajú erdőkben a földcsiga egyedeinek gyakran barna és rózsaszín színű héja van, durva és sárga fűvel borított területeken a sárga szín dominál stb. .

Egyes modern kutatók joggal gondolják úgy, hogy a szintetikus evolúcióelmélet nem elég átfogó modell az élet fejlődéséhez, és az evolúció rendszerelméletét dolgozzák ki, amely a következőket hangsúlyozza:

1. Az evolúció nyílt rendszerekben megy végbe, és figyelembe kell venni a bioszféra geológiai és kozmikus folyamatainak kölcsönhatását, ami láthatóan lendületet ad az élő rendszerek fejlődésének. Az élettörténet jelentős eseményeit tehát a bolygó fejlődésével összefüggésben kell figyelembe venni.

2. Az evolúciós impulzusok a magasabb rendszerszintekről az alacsonyabbak felé terjednek: a bioszférából az ökoszisztémákba, közösségekbe, populációkba, organizmusokba, genomokba. Az ok-okozati összefüggések nyomon követése nemcsak „alulról felfelé” (a génmutációktól a populációs folyamatokig), ahogy az a hagyományos megközelítésre jellemző, hanem a „felülről lefelé” is lehetővé teszi, hogy ne hagyatkozzunk minden alkalommal a véletlenszerűségre, amikor egy az evolúció modellje.

3. Az evolúció természete idővel változik, i.e. maga az evolúció fejlődik: az alkalmasság és az alkalmazkodhatatlanság bizonyos jeleinek jelentősége, amelyek révén a természetes szelekció megvalósul, az evolúció és a biológiai haladás folyamatában csökken vagy nő, mint például az egyedfejlődés szerepe, a szervezet szerepe. egyén a történelmi fejlődésben.

4. Az evolúció irányát azok a szisztémás tulajdonságok határozzák meg, amelyek célját tűzik ki, ami lehetővé teszi a biológiai haladás értelmének megértését. Valójában élő (nyitott) rendszerekben a stacionárius állapot az entrópia minimális termelésének felel meg. Az entrópia keletkezésének fizikai jelentése az élő rendszerekre vonatkoztatva az élő anyag halála organizmusok halála formájában, azaz. a holttömeg ("mortmass") kialakulása, és minél nagyobb a mortmass és a biomassza aránya, annál nagyobb az entrópiatermelés. Ez az arány csökken, ahogy haladunk az evolúciós létrán az egyszerű szervezetektől az összetettek felé. I. Prigogine tétele szerint, amelyet korábban tárgyaltunk, nyílt rendszerekben a stacionárius állapot a minimális entrópiatermelésnek felel meg. Az ilyen rendszereknek tehát van egy céljuk, egy bizonyos állapotuk, amely felé törekednek. Ezzel megmagyarázhatjuk, hogy az evolúció miért nem állt meg a baktériumközösségek szintjén, hanem haladt tovább azon az úton, amely a magasabb rendű állatok és emberek megjelenéséhez vezetett.

Az új tudományos paradigmák általában nem tagadják, hanem megszabják az őket megelőző elméletek helyességének határait. Például a relativitáselmélet nem szüntette meg a klasszikus fizikát, hanem leírta azokat a kereteket, amelyeken belül a klasszikus elmélet rendelkezései érvényesek. Newton fizika egy speciális esete Einstein fizikájának.

* Az első élő szervezetek körülbelül 3,5 milliárd éve keletkeztek, a többsejtűek - 2,5 milliárd éve, az állatok és növények - 400 millió évvel ezelőtt, az emlősök és a madarak - 100 millió éve, a főemlősök - 60 millió éve, a homidok - 16 millió évvel ezelőtt, az ember faj – 6 millió éve, Homo sapiens – 60 ezer évvel ezelőtt.

Evolúció a szerves világ történelmi fejlődésének folyamata. Ennek a folyamatnak a lényege az élőlények folyamatos alkalmazkodása a változatos és folyamatosan változó környezeti feltételekhez, valamint az élőlények szerveződésének idővel egyre bonyolultabbá válása. Az evolúció során egyes fajok átalakulnak másokká.

A főbbek az evolúcióelméletben– a történelmi fejlődés gondolata a viszonylag egyszerű életformáktól a jobban szervezettebbek felé. A tudományos materialista evolúcióelmélet alapjait a nagy angol természettudós, Charles Darwin fektette le. Darwin előtt a biológiát főként a fajok történelmi megváltoztathatatlanságának helytelen felfogása uralta, miszerint annyi van belőlük, amennyit Isten teremtett. A legélesebb biológusok azonban már Darwin előtt is megértették a természetről alkotott vallási nézetek következetlenségét, és néhányan spekulatív módon jutottak el az evolúciós elképzelésekhez.

Charles Darwin legjelentősebb természettudósa és elődje a híres francia tudós, Jean Baptiste Lamarck volt. „Az állattan filozófiája” című híres könyvében bizonyította a fajok változatosságát. Lamarck hangsúlyozta, hogy a fajok állandósága csak látszólagos jelenség, amely a fajok megfigyelésének rövid időtartamával függ össze. Lamarck szerint a magasabb életformák az evolúció folyamatában fejlődtek ki az alacsonyabbakból. Lamarck evolúciós tana nem volt kellően meggyőző, és nem kapott széles körű elismerést kortársai körében. Csak Charles Darwin kiemelkedő munkái után vált általánosan elfogadottá az evolúciós gondolat.

A modern tudomány számos tényt bizonyít, amely bizonyítja az evolúciós folyamat létezését. Ezek biokémiából, embriológiából, anatómiából, szisztematikából, életrajzból, paleontológiából és sok más tudományágból származó adatok.

Embriológiai bizonyítékok– az állatok embrionális fejlődésének kezdeti szakaszainak hasonlósága. Az embrionális fejlődési időszakot különböző csoportokban tanulmányozva K. M. Baer felfedezte ezeknek a folyamatoknak a hasonlóságát a különböző szervezetcsoportokban, különösen a fejlődés korai szakaszában. Később ezekre a következtetésekre alapozva E. Haeckel kifejtette, hogy ennek a hasonlóságnak evolúciós jelentősége van, és ennek alapján fogalmazódik meg a „biogenetikai törvény” – az ontogenezis a filogenezis rövid tükre. Minden egyed egyéni fejlődésében (ontogenezisében) az ősi formák embrionális szakaszain megy keresztül. Bármely gerinces embriójának csak a korai fejlődési szakaszának tanulmányozása nem teszi lehetővé számunkra, hogy pontosan meghatározzuk, melyik csoportba tartoznak. Az eltérések a fejlődés későbbi szakaszaiban alakulnak ki. Minél közelebbi csoportokhoz tartoznak a vizsgált organizmusok, annál tovább őrzik meg a közös vonásokat az embriogenezisben.

Morfológiai– sok forma több nagy szisztematikus egység jellemzőit egyesíti. A különböző élőlénycsoportok tanulmányozása során nyilvánvalóvá válik, hogy számos jellemzőjükben alapvetően hasonlóak. Például a végtag felépítése minden négylábú állatnál egy ötujjas végtagon alapul. Ez az alapszerkezet a különböző fajoknál az eltérő életkörülmények hatására átalakul: ez a lófélék végtagja, amely járás közben csak egy ujjon nyugszik, és a tengeri emlős béka, valamint a vakond üregi végtagja, ill. egy denevér szárnya.

Az egységes terv szerint épített és egyetlen kezdetlegességből fejlődő orgonákat homológnak nevezzük. A homológ szervek önmagukban nem szolgálhatnak bizonyítékul az evolúcióra, de jelenlétük a hasonló szervezetcsoportok közös őstől való eredetére utal. Az evolúció szembetűnő példája a nyomszervek és az atavizmusok jelenléte. Azokat a szerveket, amelyek elvesztették eredeti funkciójukat, de a testben maradtak, vestigiálisnak nevezzük. Példák a rudimentumokra: emberben, amely kérődző emlősök emésztő funkcióját látja el; kígyók és bálnák medencecsontjai, amelyek semmilyen funkciót nem látnak el számukra; emberek farkcsontcsigolyái, melyeket távoli őseink farokcsontjának tekintenek. nevezzük az ősi formákra jellemző struktúrák és szervek megnyilvánulását a szervezetekben. Az atavizmusok klasszikus példái a több mellbimbó és a farkúság az emberekben.

Őslénytani– számos állat fosszilis maradványai összehasonlíthatók egymással, és hasonlóságok fedezhetők fel. Az élőlények fosszilis maradványainak tanulmányozása és élő formákkal való összehasonlítása alapján. Megvannak a maguk előnyei és hátrányai. Az előnyök közé tartozik az a lehetőség, hogy első kézből láthatjuk, hogyan változott egy adott organizmuscsoport a különböző időszakokban. A hátrányok közé tartozik, hogy a paleontológiai adatok sok okból nagyon hiányosak. Ide tartozik például az elhalt szervezetek gyors szaporodása a dögön táplálkozó állatok által; a lágy testű szervezetek rendkívül rosszul konzerváltak; és végül, hogy a fosszilis maradványoknak csak egy kis töredékét fedezik fel. Ennek fényében számos hiányosság van az őslénytani adatokban, amelyek az evolúcióelmélet ellenzőinek fő kritikájának tárgyát képezik.