Hogyan történt az univerzum evolúciója? A modern fajok evolúciója

Két nézet létezik arról, hogyan keletkezett az anyagi világ. A vallások Istennek tulajdonítanak vezető szerepet a világrendben. A Biblia különösen több olyan napról beszél, amelyek során Isten először a fényt, majd a vizet, majd az égboltot, majd az élőlényeket teremtette – egészen az emberig. Az egyházak azt állítják, hogy a „hat nap” egy metaforikus kifejezés, ahol egy nap nem egyenlő egy nappal, hanem sokkal tovább tart. A látható, anyagi világ keletkezésének egy másik, gyökeresen ellentétes nézete a tudományos. Az Univerzum evolúciója a tudósok kutatása szerint a 10-15 milliárd évvel ezelőtti ősrobbanással (más néven ősrobbanással) kezdődött.

Mi történt, mielőtt minden létező létezett? A modern csillagászat úgy véli, hogy ez egy minimális méretűre összenyomott gömb volt, amelyen belül a legmagasabb hőmérséklet és nyomás hatására a szabad testek elmozdultak minden olyan anyag, amely most kitölti a határtalan teret, egy nullára hajló ponton belül. amelyből az Univerzum eredete és fejlődése. Még mindig nem világos, hogy mi okozta az ősrobbanást. Ez a robbanás azonban maga az Univerzum tágulásához vezetett, és ez a folyamat ma is tart. Mit jelent? Hogy ugyanannyi anyagrészecske idővel egyre nagyobb térfogatot foglal el.

Az anyagi világ örökre kitágul, vagy valamikor lelassul és teljesen leáll a térfogati bővülése, mint amit egy gránát felrobbanásakor látunk? Lehetséges, hogy ezek után az Univerzum evolúciója leáll, és helyébe az „összeomlás” szakasza lép, amely a kezdeti pontra szűkül. Még nem állunk készen arra, hogy erre a kérdésre biztosan válaszoljunk. De a tudósok által a világról alkotott kép már leírhatja az anyag növekedésének és átalakulásának egymást követő fázisait. Az első korszak – a hadronikus – csak a másodperc milliomod részeig tartott, de ez idő alatt megtörtént az antibarionok és barionok megsemmisülésének folyamata, protonok és neuronok keletkeztek.

Az Univerzum evolúciójának második és harmadik szakasza - leptonikus és fotonikus - szintén csak néhány másodpercig tartott. A második korszak végén neutrínótenger alakult ki, a fotonok korszaka pedig az anyag és az antianyag szétválásával zárult (ami a pozitronok és elektronok megsemmisülése miatt következett be). Az Univerzum tovább tágul, ami a részecskék és fotonok energiasűrűségének csökkenéséhez vezetett. A fotonszakasz átadta helyét a csillagszakasznak, amely a mai napig tart. A csillagok, galaxisok és galaxiscsoportok kialakulása azonban egyenetlenül ment végbe (és fordul elő még mindig).

Évmilliók teltek el az ősrobbanás után, miközben a legegyszerűbb részecskék atomokká változtak - főleg hidrogén és hélium (ezek az atomok az Univerzum fő alkotóelemei), az atomok molekulákká egyesültek, amelyekből vegyületekké alakultak és kristályok, anyagok, ill. ásványi kőzetek. A csillagkorszakban, amely ebben a szakaszban fejezi be az Univerzum fejlődését, galaxisok és bolygók jöttek létre, és élet keletkezett Földünkön. Mondhatjuk, hogy az „epikus tűzijáték” véget ért, és hűsítő parázson állunk szétoszló füst közepette?

A tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy az Univerzum evolúciója folytatódik. A hidrogén óriási felhalmozódásának örvényei ellapítják az anyagot, és örvényekké alakítják át ezeket a felhalmozódásokat. Így születnek gömb-, ellipszis- és lapos galaxisok (a kolosszális - százezer fényév - ciklus forgási sebességétől függően). A mi Tejútrendszerünk is az utóbbi típusú galaxishoz tartozik. A csillagok a galaxisok belsejében keletkeznek hidrogéncsomók nyomása alatt. Az evolúció hosszú szakaszain is keresztülmennek: a fehéren izzó szupernóváktól a „vörös óriásokig”, „fehér törpékig” és Ugyanezek a folyamatok mennek végbe Napunkkal is, miközben a Kozmosz tovább tágul.

A földkéreg kialakulásának és olvadásának gondolata, valamint az ezeket a folyamatokat kísérő kontinentális lemezek mozgása lenyűgözi a képzeletet mind a mozgó blokkok hatalmas méretével és súlyával, mind pedig azzal a kolosszális energiával, amely az egész megtartásához szükséges. rendszer mozgásban van. Nem kevésbé elképesztő azonban az élő szervezetek evolúciós folyamata, amely végigvonul a Föld bolygó egész történetén; megdöbbenést ébreszt az érintett élőlények óriási számán és az életet együttesen alkotó biokémiai folyamatok rendkívüli összetettségén. A Föld története során az egyes haldokló növényeket és állatokat üledékek alá temették, alakjukat és szerkezetüket a kőzetrétegekbe foglalt fosszilis maradványok formájában „megőrizték”. Napjainkban sok kövületet találtak és gyűjtöttek együtt. Ha sorba rendezi őket, láthatja, hogy folyamatos sorokat alkotnak. Néhány, a modern élőlények generációiban nyomon követhető változás a fosszilis maradványokból létrejött változási lánc közvetlen folytatását jelenti. Ezek a sorozatok együtt sok láncszemből álló összetett láncot alkotnak, amely több mint 3 milliárd éve folyamatosan nyúlik, mióta a kémiai evolúciót felváltotta az élőlények önszaporodása. Ennek a láncnak az elmélete, az élő szervezetek evolúciójának elmélete lehetővé teszi számunkra, hogy megértsük az élet történetét, amelyet korábban a fosszilis formák kaotikus felhalmozódása jelentett. Ráadásul, amint azt a harmadik fejezetben már megjegyeztük, ez az elmélet lehetővé tette a különböző területek rétegeinek korrelációját, és így hozzájárult a geokronológiai skála felépítéséhez.

Amikor megkíséreljük felvázolni az élőlények történetét, természetesen az evolúció folyamatával kezdjük, amelyet fosszilis maradványokból rekonstruálunk. Kezdjük azokkal az adatokkal, amelyeken ennek a folyamatnak a megértése alapul, majd áttérünk a mechanizmus működésére.

Az evolúció bizonyítéka

Az elmúlt száz év során a tudósok körében az az elterjedt hiedelem, hogy az evolúció mindig is működött, és működik ma is. Ez a hiedelem rengeteg tényen alapul, beleértve a tudomány különböző ágaiból származó adatokat. Különösen a különféle kövületek és a különféle állatok embriói közötti kapcsolat elemzésén, anatómiai adatokon, valamint a növények és állatok célzott nemesítésének tapasztalatán alapul.

Kövületek. Az evolúcióelmélet legmeggyőzőbb alátámasztása talán az összegyűjtött fosszilis bizonyítékokból származik. A különböző rétegekből gyűjtött kövületek összehasonlításakor nyilvánvalóvá válik, hogy minél fiatalabbak a kőzetek, annál összetettebb élőlények találhatók bennük; komplikáció lép fel a geokronológiai oszlop alapjától a tetejéig terjedő irányban. Ezt igazolják a Colorado Grand Canyonban feltárt rétegek. Ahogy a hetedik fejezetben megjegyeztük, a legősibb kövületi maradványok egysejtű élőlényekhez tartoznak, koruk szerint a következő növények, majd a legegyszerűbb állatok. Ez a progresszív szövődmény a fedő (azaz a fiatalabb) rétegekre vezethető vissza, és végül az ember a késő kainozoikum rétegeiben jelenik meg utoljára. Aligha lenne hiba ezt az összefüggést annak bizonyítékának tekinteni, hogy az evolúciós folyamat kezdete óta a biológiai evolúció folyamatosan új formákat és struktúrákat hozott létre.

Ha a különféle fosszilis maradványokat nem „natív” rétegeikkel, hanem egymással és más, jelenleg élő organizmusokkal hasonlítjuk össze, egy újabb meglepő mintázat rajzolódik ki. Ha a legközelebbi csoportokat kombináljuk egymással, akkor grafikusan a köztük lévő kapcsolatot fa formában, törzstel, nagy és kis ágakkal ábrázolhatjuk, és az ágak tetejére helyezzük el a jelenleg létező fajokat (ábra 30). Ha követjük ezen organizmusok eloszlását az ágak mentén, felülről lefelé, a változások észrevehetetlennek tűnnek, de az összhatás a kis ágakról a nagy ágak felé haladva meglehetősen jelentős lehet. A kis ágakról a nagyok felé haladva a fosszilis szervezetek egyre egyszerűbbé válnak, a legegyszerűbbek pedig a törzs tövében helyezkednek el. Így vagy úgy, ezek az életformák úgy kapcsolódnak egymáshoz, mint az ősök nevei a családfán. Még az apró protozoonok is az ember ősei, amint azt a vonalat eléggé lefelé nyomva megállapíthatjuk.

Rizs. 30. "Életfa", amely bemutatja az élet különböző formái közötti kapcsolatot, mind a modern, mind a fosszilis. A fenti diagram messze nem teljes; csak a legismertebb állatcsoportokat foglalja magában, és nem adja meg a növényvilág felosztását

Természetesen az „életfa” még mindig nem „kész”, s bár ez a 30. ábrán nem látható, egyes esetekben az egyes ágak közötti kapcsolatokat még nem sikerült nyomon követni. A fosszilis feljegyzések hiányosságai az adataink láncolatának hiányzó láncszemeit jelentik. De fokozatosan, egyenként, megtalálják a hiányzó láncszemeket, és átveszik a helyüket. Ilyen láncszem volt például az egyik legrégebbi és legprimitívebb fosszilis kétéltű - Ichthyost$ga, amelyet 1948-ban Grönlandon a devon rétegekben találtak. Annyira hasonlít a devoni halakra, hogy csak a végtagjai jelzik, hogy szárazföldi állatokhoz tartozik. (31. ábra). Ez a halak és a kétéltűek közötti kapcsolatot jelzi.

Egy másik hiányzó láncszem az Archeopteryx, az általunk ismert legprimitívebb madár, amelyet először Németország jura rétegeiben fedeztek fel 1861-ben. Ez a "tollas hüllő" köztes láncszem a hüllők és a madarak között, és madarak közé sorolják, mert tollak borítják. . Végül, a legidősebb ember - az Australopithecus, africanus (64. fotó), amelyet 1924-ben fedeztek fel Dél-Afrikában - sokkal primitívebb, mint az ősi emberek, akiket még mindig fosszilis maradványokból ismerünk. Új láncszemet alkotott a primitív emberi ősök láncolatában.

Az evolúciós lánc egyes ágai sokkal hosszabbnak bizonyultak, mint azt korábban gondolták. Például 1938-ban az Indiai-óceánon a halászok egy nagyon nagy, furcsa kinézetű halat, egy coelakantot fogtak ki (10. kép). Ez a sajátos lebeny alakú uszonyú primitív hal kövület formájában jól ismert volt, és a devontól a krétáig terjedő rétegekben volt megtalálható, de a kainozoikum kezdete előtt kihaltnak számított. Egy élő koelakant felfedezése további 70 millió évvel meghosszabbította ennek a fajnak a történetét. Ezek a halak - közeli rokonai a devoni lebenyúszójú halaknak, amelyekből a kétéltűek fejlődtek ki, amint azt fentebb megjegyeztük - szintén az emberi ősök láncolatát alkotják.

10. fotó Coelacanth, „élő kövület”. 1966 márciusában fogott példány

Egy másik "élő kövület" a Sequoia faj, a Metasequoia (11. kép), amelyet 1941-ig a középső kainozoikumban kihaltnak tekintettek. 1941-ben azonban megnyitották Kína egyik belső régiójában. Most ezeket a fákat, amelyek az általunk jól ismert sequoiához kötődnek, Kínából más országokból származó magvakból termesztik.

Az embriók hasonlósága. Az evolúció további bizonyítékai az embriók tanulmányozásából származtak. A különböző gerincesfajok fejlődő embriói fejlődésük korai szakaszában feltűnő hasonlóságot mutatnak egymással, de ahogy fejlődnek tovább, elvesztik ezt a hasonlóságot. Minél szorosabb a kapcsolat az állatfajok között (mint például az ember és a majmok között), annál tovább marad a hasonlóság fejlődő embrióik között.

Különösen figyelemre méltó az azonos kopoltyúrések jelenléte, amelyek a fejlődés korai szakaszában láthatók különböző állatfajoknál. Ezek a hiányosságok azonban fejlődésük során a különböző állatokban változnak. A halakban a kopoltyúrések és a hozzájuk tartozó szervek a kopoltyúkkal való légzés eszközét alkotják. De a különbözőképpen lélegző madaraknak és emlősöknek nincs szükségük kopoltyúrésekre a légzéshez. Olyan szervekké alakultak át, amelyek segítségével az állatok hangokat adnak vagy hallanak. Emberben például a fül és a torok egy része embrionális kopoltyúrésekből fejlődött ki. Ez meglehetősen erős bizonyítékot szolgáltat arra vonatkozóan, hogy az emberek és más levegőt lélegző gerincesek megőrizték embrionális tulajdonságaikat, amelyeket távoli, kopoltyúlégző őseiktől örököltek, akik legalább 360 millió évvel ezelőtt éltek.

Csontváz hasonlóságok. Ha összehasonlítjuk az ősi és a modern szárazföldi gerincesek csontvázát (31. ábra), akkor ezek megközelítőleg ugyanazt jelzik, mint az embriók. A csontvázak hasonló számú csontból állnak, amelyek megközelítőleg ugyanabban a sorrendben vannak elrendezve. Csak az egyes csontok mérete és relatív aránya változik állatonként. Ez a következetesen látható hasonlóság csak egyet jelenthet: a modern szárazföldi gerincesek csontváza alapvetően egy nagyon régimódi kialakítás. Bár az idő múlásával egyes részeit meghosszabbították vagy lerövidítették, növelték vagy csökkentették, de összességében soha nem váltotta fel valami teljesen újjal. Csak folyamatosan, majd nagyon lassan alakult át számos, de nagyon apró változáson keresztül. Ez egy újabb megcáfolhatatlan bizonyítéka annak, hogy a modern magasabb rendű állatok távoli őseikből fejlődtek ki, és sokat örököltek tőlük.

Ez még jobban látható, ha részletesen megvizsgáljuk a csontváz egyes részeit, például a mellső végtagot (32. ábra). A mellső végtag minden gerincesnél alapvetően azonos szerkezetű, de minden fajnál úgy változott, hogy adott környezeti viszonyok között - levegőben (madarak), tengerben (bálnák) - a lehető legnagyobb kényelmet nyújtsa, hatalmas füves síkságon (lovak) és az erdőben (macskák). Így, mint hamarosan látni fogjuk, a környezet rányomja bélyegét a csontvázakra.

Vestigiális szervek. Számos állati szervezet csontjai és testének lágy részei is olyan szerveket alkotnak, amelyek nem rendelkeznek nyilvánvaló funkcióval, de hasonlóak más élő vagy kihalt szervezetek szerveihez, amelyekben ezek a szervek jól meghatározott funkciókat láttak el. Azokban az állatokban, amelyekben ezek a szervek haszontalanok, maradványnak nevezik őket, mivel ezek az őseiknél meglévő alkalmazkodások maradványai - kezdetlegességei. Csak az emberi testben több mint 150 ilyen szerv található; ezek közül a legismertebb a vakbél, a vakbél, amely begyulladhat, és sok esetben műtéti úton kell eltávolítani. Egyes kevésbé fejlett állatokban azonban a megfelelő szerv az emésztőrendszer hasznos részeként működik. Egy kevésbé ismert szerv a farkcsont. Hét csigolyából áll, megfelelő izmokkal és idegekkel, és a gerinc alján található. Ez egy kezdetleges szerkezet, amely fejlettebb formájában a legtöbb állat farkát alkotja. A fibula, amelynek a modern lovakban nincs funkciója, az egykor a ló ősei által használt lábujjak maradványa, akiknek három támasztóujja volt. A bálnák és néhány kígyó olyan maradványcsontokkal rendelkezik, amelyek megfelelnek a négylábú állatok hátsó végtagjainak. Egyes röpképtelen madaraknak, mint például a struccnak, maradványszárnyaik vannak – olyan szárnymaradványok, amelyeket más madarak repülésükhöz használnak. Ez néhány példa, amelyeket a nyomszervek hatalmas választékából válogattunk, amelyek létezése csak azzal magyarázható, hogy az evolúció során maradványossá váltak.

Állatok és növények háziasítása. A hosszú időn át - több évtől több ezer évig tartó - irányított nemesítés eredményeként az ember az egyes növény- és állatfajok számos változatát tudta kifejleszteni. A leghíresebb példa a számos kutyafajta, amely nyilvánvalóan egy eredeti fajból fejlődött ki, amely farkasra hasonlított. A kutyafajták mérete, alakja és különleges célokra való alkalmassága igen változatos, bár mindegyik egy fajhoz tartozik. Ezek a mesterségesen előidézett változások megmutatják az ember által kiválasztott tulajdonságok öröklődésének lehetőségét, és arra utalnak, hogy hasonló változási folyamat ment végbe az élőlények hosszú története során.

Az evolúció folyamata

A lezajlott evolúció legmeggyőzőbb bizonyítékait áttekintve rátérhetünk magának a folyamatnak a vizsgálatára, amelyben három szempontot különböztetünk meg. Az első olyan molekulák, amelyek képesek lemásolni önmagukat és kódolt formában továbbítani az információkat. A második az egyes szervezetekben fellépő és örökölhető változások. A harmadik a környezet és annak hatása a populációk összetételére. Ha alaposan megvizsgálja ezt a három szempontot, nem lesz nehéz pontosan megérteni, hogyan történt és zajlik az evolúció, amelyet a fosszilis maradványok rögzítenek.

DNS molekulák. Bármely szervezetben minden egyes sejt, amelynek magja van, tartalmaz bizonyos mennyiségű nagyon fontos anyagot, amelyet dezoxiribonukleinsavnak (röviden DNS-nek) neveznek. A DNS-molekula szokatlanul nagy egyetlen molekulához képest, és mégis, hogy normál méretű fényképet készítsünk róla, több százezerszeresre kell nagyítani. Egy elektronmikroszkópos fényképen látható, hogy két egymásba fonódó spirál alakú (12. kép). A nagy spirális DNS-molekula figyelemre méltó képességgel rendelkezik arra, hogy önmagát reprodukálja. Két teljesen egyforma félre osztható, mindegyik a spirál felét tartalmazza. Ezután mindegyik fél kiegészítheti a hiányzó részt, ismét spirál megjelenését öltve. Az eredmény egy megduplázódás – két teljes spirál a korábban létező helyett. Úgy gondolják, hogy ez a megkettőződés azért lehetséges, mert az eredeti hélix minden része négy kémiai komponensből áll, amelyek eltérő sorrendbe rendezhetők. A Morse-kód pontjaihoz és kötőjeleihez hasonlóan, amelyeket régóta használnak a táviratok továbbítására, a kémiai komponensek elrendezésének sorrendje egy genetikai kódot alkot, amely tartalmazza azokat az információkat vagy „utasításokat”, amelyek szerint a spirál második felét meg kell alkotni. Az így kódolt üzenet egyfajta rajz. Meghatározza, hogy mely kémiai elemeket kell használni, és milyen sorrendben kell azokat elrendezni. A rend termeli azokat a kémiai vegyületeket, amelyekre egy sejtnek vagy sejtcsoportnak szüksége van a fejlődéshez és működéshez. Természetesen ezeket a sejtépítést szolgáló kémiai összetevőket a szervezet által felszívódott és feldolgozott élelmiszerekből nyerik, és a táplálék mennyiségének elég nagynak kell lennie.

Így növekszik egy egyedi organizmus (specializált sejtek gyűjteménye) egész életében a sejtek osztódásával és átrendezésével, a sejtek molekuláiban található kódolt utasítások szerint. A sejtek osztódása során az utasítások is reprodukálódnak, így minden sejtmaggal rendelkező sejt megkapja a saját másolatát, és azonnal felhasználhatja. Ily módon nemcsak a magasságot határozzák meg, hanem az egyes szervezet minden jellemzőjét is. Ha ilyen nagy részletet nehéz elképzelni, érdemes megjegyezni, hogy a DNS-molekula, bármilyen nagy is, emberi szempontból még mindig nagyon kicsi. Átmérője körülbelül 0,0000008 centiméter, és az emberi test szinte felbecsülhetetlen számú ilyen molekulát tartalmazhat. Egy ilyen nagy városban, mint például a nyolcmilliós New Yorkban egyszerre zajló folyamatok bonyolultsága nem túl nagy ahhoz képest, hogy a DNS-molekulák és más komponensek képződése, mozgása és megsemmisülése folyamatok bonyolultak. e város egyik lakosának teste.

Összefoglalva azt mondhatjuk, hogy a DNS-molekulák a bennük rögzített információkkal és önmaguk reprodukálásának képességével meghatározzák a testet alkotó sejtek növekedésének és működésének alapvető tervét, és így a sejtek összes fő jellemzőjét és jellemzőjét. a szervezet. Meg kell vizsgálnunk, hogy a kódolt információ, és így a szervezet jellemzői hogyan közvetítődnek egyik generációról a másikra, mivel ez az információ az öröklődés alapja.

Öröklődés és változékonyság. A genetikai kód által meghatározott formai és viselkedési sajátosságok a szülőkről az utódokra átvitelre kerülnek, de ebben a folyamatban legalább bizonyos mértékben megváltoztatja azokat az ivaros szaporodási folyamatban részt vevő sejtek szerkezete. Bármilyen szexuálisan szaporodó organizmus egyedében (és ez szinte minden állatot és növényt magában foglal), az ivarsejtek hosszú, fonalszerű kromoszómákat tartalmaznak, amelyek mindegyike számos gént, az öröklődést szabályozó egységet tartalmaz. A gén egy DNS-molekula egy része, az a rész, amely szerkezetében egy adott szervezet szaporodásához szükséges információkat - alakját, méretét, fiziológiáját és viselkedését - tartalmazza.

Így, amikor egy hím hímivarsejt egy női petesejttel egyesül, egy új komplex sejt képződik, amely mindkét szülő kromoszómáinak kombinációját tartalmazza. A megtermékenyített sejt osztódni kezd. Ezzel a felosztással a kromoszómák új kombinációja pontosan reprodukálódik. A kód, amellyel ez az összetett cella rendelkezik, természetesen különbözik bármelyik szülő kódjától. Ennek megfelelően az új egyed szinte bármilyen kombinációban rendelkezhet a szülei tulajdonságaival. A kromoszómák által egy emberi szervezetben létrejövő kombinációk számát 2100°-ra becsülik. Ez szinte hihetetlenül nagy szám. Mivel a kombinációk lehetséges száma olyan nagy, nem lehet két teljesen egyforma egyed. Mindegyikük mindkét szülőtől kap géneket, és ezek a gének egyedi kombinációt alkotnak. Ez a kombináció egy egyedi kódolt információ- és utasításkészletet tartalmaz, amelyek szerint a szervezet egyedi tulajdonságai alakulnak ki, amelyeket bizonyos mértékig a következő generációk örökölnek.

Ennek jelentős eredménye a változékonyság. Mivel minden generációban minden egyed bizonyos mértékben eltér a szüleitől, a változékonyság állandóan számos apró, észrevehetetlen, örökölhető változás formájában nyilvánul meg.

Természetes kiválasztódás. Ebben a szakaszban a környezet hatása hat. Minden egyes nemzedékben élő szervezet sajátos változásokkal születik bizonyos környezeti feltételek között. Ez a szervezet úgy reagál a körülményekre, hogy alkalmazkodik azokhoz, de ennek az alkalmazkodásnak a mértéke részben az öröklött változásoktól függ. A nagy populáció egyes egyedei jobban megfelelnek egy adott környezetnek, mint mások, egyszerűen azért, mert egy vagy több eredendő tulajdonságuk kis előnyhöz juttatta őket abban a környezetben. Ezért statisztikailag az egyedek egy csoportjának valamivel nagyobb esélye lesz a túlélésre és a szaporodásra, mint a többinek. Mivel a változások örökölhetők, a következő generációnak valamivel nagyobb egyedszáma lesz a kedvező változásokkal. Ha a feltételek változatlanok maradnak, akkor a teljes lakosság „kedvező” ingatlanok megszerzése csak idő kérdése, bár talán elég hosszú idő.

Ez egy olyan fontos kérdés, és olyan gyakran félreértik, hogy még visszatérünk rá. Bármely populációban minden generációban bekövetkeznek változások. Ezekből a folyamatosan megjelenő változáshalmazokból a környezeti feltételek általában a legjobbat (vagyis a feltételeknek leginkább megfelelőt) választják ki. Az eredmény az, hogy a populáció egyedei tudatosan próbálnak alkalmazkodni. Azonban semmi sem állhat távolabb az igazságtól. Ez az alkalmazkodási folyamat nem más, mint adaptív reakciók sorozata. Az evolúciónak nincs programja, de az a precizitás, amellyel az alkalmazkodó organizmusok reagálnak a környezeti igényekre, olyan, mint egy csoda.

Ennek a folyamatnak egyszerű, de egyben világos példáját nyújtja a lepkék fejlődésének története Angliában az utóbbi időben. Ha a mostani megfigyelések és számlálások adatait összevetjük az 1850-es adatokkal, kiderül, hogy Angliában mintegy 60 lepkefaj változtatta meg megjelenését. Ebben az időszakban az ipari fejlődés következtében az épületeket, sőt a fákat is beborította a korom. 1850-ben a lepkepopuláció kevesebb mint 10%-a volt sötét színű, de mára több mint 90%-a sötét színű. Az eredeti színkapcsolat a változékonyság eredménye volt. Mivel azonban a világos elszíneződés sokkal észrevehetőbb volt sötét háttér előtt, a madarak könnyebben megtalálták és elpusztították a halvány színű pillangókat, és kevesebben maradtak életben és szaporodtak. A pillangók esetében a kritikus környezeti tényező a rovarevő madarak jelenléte volt. Maguk a lepkék nem alkalmazkodtak tudatosan környezetük sötétebb színéhez; kiderült, hogy a madarak tevékenysége következtében alkalmazkodtak hozzá.

A környezet hatására és az öröklődési mechanizmuson keresztül történő túlélés meghatározza a jövő generációinak megjelenését, és ezt természetes szelekciónak nevezzük. Ez egy válogatás és keverés folyamata. A természetes szelekció ugyan az élőlények birodalmában működik, de eredményeiben hasonló a szervetlen világban zajló szelekcióhoz, a földkérget létrehozó egyéb természetes folyamatok által előidézett válogatáshoz és keveredéshez. Mélyen a Föld felszíne alatt bizonyos ásványok viszonylag alacsony olvadáspontjuk miatt „kiválogatódnak”, olvadékuk felfelé mozog. A felszínen az ásványokat a kémiai lebomlási folyamatokkal szembeni ellenállásuk alapján „kiválogatják”, instabil komponenseiket pedig eltávolítják. Valójában a természetes szelekció érthetőbb, ha úgy tekintünk rá, mint a Földön végbemenő számos összetett természetes folyamat egyikére.

A természetes szelekció során az egyik nemzedékről a másikra való változás kicsi lehet, de akárcsak a Colorado-i Grand Canyon faragásakor vagy a gránit mállásából származó részecskék szétválogatásakor, a kumulatív hatás óriási lehet. Ahogy az előző fejezetekben is megjegyeztük, a Föld felszínén folyamatosan geológiai változások mennek végbe, ami a természeti viszonyok változását idézi elő. Ez utóbbiak pedig hatással vannak a növényekre és az állatokra, alkalmazkodást okozva.

Emlékeznünk kell arra, hogy az ilyen változások nem tudatosan vagy szándékosan következnek be. Automatikusan hatnak, kissé megváltoztatva a populáció minden egyedének túlélési valószínűségét. Minden egyén, a rá jellemző tulajdonságokkal, szembesül a környezet követelményeivel. Egyes egyedek túlélik, másokat kiirtanak, és minden új generáció egy kicsit jobban alkalmazkodik a környezeti feltételekhez, mint szülei.

A világon mindenhol olyan növényeket és állatokat figyelünk meg, amelyek az alkalmazkodási folyamat során az adott környezetnek leginkább megfelelő szerkezetet és jellemzőket kaptak. A vastag, zsírral bélelt bőrű, kiváló úszó jegesmedve jól alkalmazkodik a sarki jégen való élethez. A hosszú lábú teve, amely képes megtartani a vizet a szervezetben, alkalmazkodott az élethez a kontinensek hatalmas területein, amelyeket kis mennyiségű víz és gyér növényzet jellemez. Más élőlények alkalmazkodtak a trópusi erdőkben, a hatalmas óceánok feletti levegőben, a barlangi tavakban és sok más környezetben való élethez. Ezen adaptációk mindegyike a természetes szelekció által irányított evolúció eredménye volt. Ha figyelmesen tanulmányozzuk a kövületeket, arra a következtetésre juthatunk, hogy a történelem nagy részében az élőlények ugyanolyan típusú természeti környezethez alkalmazkodtak, mint ma. De ezek az organizmusok megváltoztatták térbeli eloszlásukat a geológiai változások miatt, amelyek mind a kontinensek, mind az óceánok felszínét érintették. Az organizmusok ilyen adaptációja a múltban az aktualizmus elvének egy másik következménye volt.

Mutációk. Van egy másik típusú öröklött változás is. Növeli az élő szervezetek sokféleségét, amelyek között a szelekció a környezeti feltételek hatására történik. Ezek mutációk. Egy egyed petesejtjében vagy spermájában fordulnak elő, és az utódok örökölhetik. A mutációk magukban foglalják a kódoló mechanizmus megváltoztatását a DNS-molekulán belül, így az új generáció egyedében egy bizonyos gén különbözik a szülő megfelelő génjétől. Váratlanul és előre nem látható módon fordulnak elő, és öröklődésükként olyan változásokat idéznek elő a szerkezetben, tulajdonságokban vagy jellemzőkben, amelyek a következő generációkban jelennek meg. A környezettel kölcsönhatásban ezek a változások rögzülnek az utódokban, ha kedvezőek, vagy „kiselejteződnek”, ha kedvezőtlenek. A mutációk kémiai alapját még nem vizsgálták részletesen, de feltételezhető, hogy ezek a változások jelentős hatással voltak az élőlények evolúciós változásainak irányára.

Vita

Az evolúció alapvetően az alkalmazkodásról szól – a környezethez való alkalmazkodásról. A változások folyamatosan történnek - vagy mutáció jellegűek, vagy a tulajdonságok új kombinációinak eredményeként jönnek létre, amelyek a következő generációkban merülnek fel. Ők szállítják azt a nyersanyagot, amelyen a természetes szelekció működik. Ugyanakkor mindenféle új készüléket tesztelnek, és azokat, amelyek adott körülmények között „sikeresnek” bizonyultak, a jövőben megtartják, míg a sikerteleneket fokozatosan kiiktatják.

Amikor Charles Darwin 1859-ben először leírta a természetes szelekciót, a folyamatot a szervezet adott környezetben való életre való alkalmassága, az egyedek közötti versengés, egyes csoportok sikere és a kevésbé alkalmasak kihalása szempontjából szemlélte.

A geológiatörténeten belül az élőlénycsoportok sikere két tényezőtől függ: 1) a hatékony szaporodási képességtől és 2) a terület elfoglalásának és fenntartásának képességétől a verseny mellett. A dinoszauruszok, a virágos növények vagy a jégkorszaki mamutok történetében ezeknek a kérdéseknek egyiknek sem volt köze az erkölcshöz. Az erkölcs emberi fogalom, és csak az emberi történelem későbbi szakaszaiban lép életbe.

Hozzá kell tenni, hogy a fosszilis leletanyag tanulmányozása nem vezet az evolúció általános céljának megállapításához. Nem bizonyított, hogy az evolúció valamilyen meghatározott irányt követett volna, és egy meghatározott célt célozna meg. Más szóval, az evolúciónak nyilvánvalóan nincs programja. Nyilvánvalóan ez sem egyenes vonalat követ. Útjai gyakran összefonódnak (amint azt a 30. ábrán is láttuk), és eltérnek a közvetlen iránytól, de sohasem ismétlődnek pontosan. Ezt a fejlődési utat valószínűséginek definiáljuk, amely az élő szervezeteknek a környezet megváltozásakor felmerülő új lehetőségekre adott válaszainak folyamatos sorozatából adódik.

Mennyi időbe telt, amíg az evolúció folyamata létrehozta a növények és állatok – több mint egymillió faj – ma létező óriási sokféleségét? Ennek a folyamatnak az elején, amint azt a hetedik fejezetben megjegyeztük, fokozatosan megjelentek az első egysejtű szervezetek. Ez több mint 3 milliárd évvel ezelőtt volt. Korunkhoz közelebb a szerves világ lényegében a pliocén vége felé érte el modern állapotát, talán 2-3 millió évvel ezelőtt. A legtöbb evolúciós folyamat e két pillanat között zajlott le. Nem lep meg senkit, aki tanulmányozta ezt a folyamatot, hogy az élőlények fejlődése alig több mint 3 milliárd év alatt érhette el jelenlegi alkalmassági és diverzitási fokát. A tudósok úgy vélik, hogy ez az idő elég volt. Valójában, ha az élőhelyek változását okozó geológiai folyamatok gyorsabban mentek volna végbe, lehetséges, hogy a mostani evolúciós fejlődést rövidebb idő alatt is el lehetett volna érni.

Az evolúciós változás mértéke természetesen időtől és helytől függően nagyon változó volt, nem volt egyforma a különböző élőlénytípusokban, és a környezeti változások sebességétől és térbeli eloszlásától függött, mint most is. A fosszilis feljegyzések például azt mutatják, hogy a geológiai idő 63 millió évében, a kainozoikum korszakában a gerinctelen tengeri élőlények lassan fejlődtek és alig változtak, míg a legtöbb szárazföldi állat sokkal gyorsabban fejlődött és nagymértékben megváltozott. Ez a különbség a környezeti változás mértékében mutatkozó különbségeket tükrözi. A szárazföldi természeti helyzet gyorsan reagált a kiemelkedésekre, a hegyek építésére, valamint a hőmérséklet- és csapadékváltozásokra, miközben a tenger természetes állapota viszonylag stabil maradt. És mégis, az emberi naptár szempontjából az evolúció bármilyen üteme csekélynek tűnik. A feltételezett 10 000 éves időszak alatt, amely alatt a kutyákat és az állatokat háziasították és mesterséges szelekciónak vetették alá, nem jelent meg új faj. A mesterséges változtatások alig eredményeztek többet, mint egyetlen fajon belüli eltérések megjelenését.

Hangsúlyoznunk kell ezt az alapelvet. Amíg a környezeti feltételek stabilak maradnak, az élőlények populációja is stabil marad, evolúciós változás nélkül. Amikor a környezet elkezd változni, és ezáltal instabillá válik, a benne lakó szervezetek is instabillá válnak. Így a környezet megteremti az előfeltételeket a folyamatosan felbukkanó biológiai „találmányok” teszteléséhez. Ha nyomon követjük a fosszilis maradványokból rekonstruált élő szervezetek történetét, sok példát fogunk látni ilyen „találmányokra”; egy részük sikeres volt, míg mások nem bírták ki a próbákat, eltűntek a Föld színéről.

Tanulságul kell, hogy szolgáljon a modern ember számára az élőlények környezettel való szoros kapcsolata, a környezet változásaira való fogékonyságuk, amely jól látható az ősi rétegekben talált ősmaradványokon. Azokon a területeken, ahol az ipar magasan fejlett, az életkörülményekben néha hirtelen megváltoznak. E változások némelyike ​​észrevehetőbb és hátrányosabb az élőlények számára (legalábbis néhány), mint az éghajlati ingadozások vagy más természetes folyamatok miatti változások. Mindkét fajban bekövetkező változások várhatóan megfelelő reakciókat (adaptációt vagy fokozatos kihalást) okoznak e területek bioszférájában. Ennek lehetséges következményeit nem szabad alábecsülnie az embernek - az egyetlen olyan fajnak, amely változásokat idéz elő, és a végső eredményeket figyelembe véve irányítani tudja - kedvező vagy katasztrofális a Föld állatai és növényei számára.

Irodalom

Blum H. F., 1951. Az idő nyila és evolúció: Princeton University Press.

De Beer G. R., 1964. Az evolúció atlasza: Thomas Nelson 8c Sons Ltd., Lodnon.

Dobzhansky Theodosius. 1950. Az evolúció genetikai alapja: "Scientific American", 1950. január, p. 2-11.

Mood in R. A., 1962, Bevezetés az evolúcióba: 3d ed., Harper 8c Row, Inc., New York.

Smith H. W.. 1961, A haltól a filozófusig: The Natural History Library. Horgonykönyvek. Doubleday 8cCo., Garden City, New York. (Pahírkötésű.)

Stebbins G. L.. 1966, Processes of Organic evolution: Prentice-Hall, Englewood Cliffs. N.J.

Volpe E. P., 1967. Az evolúció megértése: W. C. Brown Co., Dubuque. la. (Papírkötésű.).

Janofszkij Károly. 1967, Génszerkezet és fehérjeszerkezet: "Scientific American", v. 216. o. 80-94.

Az élő természet történeti fejlődése bizonyos törvények szerint megy végbe, és egyéni jellemzők összessége jellemzi. A 19. század első felében a biológia sikerei előfeltételként szolgáltak egy új tudomány - az evolúciós biológia - létrejöttéhez. Azonnal népszerűvé vált. És bebizonyította, hogy az evolúció a biológiában egy determinisztikus és visszafordíthatatlan fejlődési folyamat mind az egyes fajok, mind pedig azok teljes közössége – populációi – fejlődésében. A Föld bioszférájában fordul elő, minden héját érintve. Ez a cikk a biológiai fajok fogalmát és a

Az evolúciós nézetek kialakulásának története

A tudomány nehéz utat járt be, hogy világnézeti elképzeléseket alakítson ki bolygónk természetének mechanizmusairól. A kreacionizmus C. Linnaeus, J. Cuvier és C. Lyele által kifejtett gondolataival kezdődött. Az első evolúciós hipotézist Lamarck francia tudós mutatta be „Az állattan filozófiája” című munkájában. Charles Darwin angol kutató volt az első a tudományban, aki kifejezésre juttatta azt az elképzelést, hogy a biológiában az evolúció örökletes változékonyságon és természetes kiválasztódáson alapuló folyamat. Alapja a létért való küzdelem.

Darwin úgy vélte, hogy a biológiai fajok folyamatos változásai a környezeti tényezők állandó változásaihoz való alkalmazkodásuk eredménye. A létért folytatott küzdelem a tudós szerint a szervezet és a környező természet közötti kapcsolatok összessége. Ennek oka pedig az élőlények azon vágyában rejlik, hogy növeljék számukat és terjesszék ki élőhelyeiket. A fenti tényezők mindegyike magában foglalja az evolúciót. A 9. osztályban tanuló biológia az „Evolúciós doktrína” részben az örökletes változékonyság és a természetes szelekció folyamatait vizsgálja.

A szerves világ fejlődésének szintetikus hipotézise

Még Charles Darwin életében is számos olyan híres tudós bírálta elképzeléseit, mint F. Jenkin és G. Spencer. A 20. században a gyors genetikai kutatások és a Mendel-féle öröklődési törvények feltevése kapcsán lehetővé vált az evolúció szintetikus hipotézise felállítása. Munkáikban olyan emberek írták le, mint S. Chetverikov, D. Haldane és S. Ride. Azzal érveltek, hogy az evolúció a biológiában a biológiai haladás jelensége, amely aromorfózisok, idioadaptációk formájában jelentkezik, és hatással van a különböző fajok populációira.

E hipotézis szerint az evolúciós tényezők az élet és az elszigeteltség hullámai. A természet történeti fejlődésének formái olyan folyamatokban nyilvánulnak meg, mint a speciáció, a mikroevolúció és a makroevolúció. A fenti tudományos nézetek az örökletes variabilitás forrását képező mutációkkal kapcsolatos ismeretek összegzéseként ábrázolhatók. Valamint elképzelések a populációról, mint egy biológiai faj történeti fejlődésének szerkezeti egységéről.

Mi az evolúciós környezet?

Ezt a kifejezést biogeocenotikusnak tekintik, amelyben mikroevolúciós folyamatok zajlanak, amelyek ugyanazon faj populációit érintik. Ennek eredményeként alfajok és új biológiai fajok megjelenése válik lehetővé. Itt is megfigyelhetők a taxonok - nemzetségek, családok, osztályok - kialakulásához vezető folyamatok. A makroevolúcióhoz kapcsolódnak. V. Vernadsky tudományos kutatása, amely bizonyítja a bioszférában az élő anyag összes szerveződési szintjének szoros kapcsolatát, megerősíti azt a tényt, hogy a biogeocenózis az evolúciós folyamatok környezete.

A csúcspontban, vagyis a stabil ökoszisztémákban, ahol sokféle populáció sokféle osztályba sorolható, a koherens evolúció következtében változások következnek be. az ilyen stabil biogeocenózisokban cönofilnek nevezik. Az instabil állapotú rendszerekben pedig az ökológiailag plasztikus, úgynevezett cönofób fajok között koordinálatlan evolúció megy végbe. Az azonos faj különböző populációiból származó egyedek vándorlása megváltoztatja génállományukat, megzavarva a különböző gének előfordulási gyakoriságát. Ezt gondolja a modern biológia. A szerves világ evolúciója, amelyet az alábbiakban tárgyalunk, megerősíti ezt a tényt.

A természet fejlődési szakaszai

Olyan tudósok, mint S. Razumovsky és V. Krasilov bebizonyították, hogy a természet fejlődésének hátterében álló evolúció üteme egyenetlen. Lassú és szinte észrevehetetlen változásokat jelentenek a stabil biogeocenózisokban. Élesen felgyorsulnak környezeti válságok idején: ember okozta katasztrófák, olvadó gleccserek stb. A modern bioszféra körülbelül 3 millió élőlényfajnak ad otthont. Ezek közül a legfontosabbak az emberi élet szempontjából a biológiában tanulnak (7. osztály). A protozoa, a coelenterates, az ízeltlábúak és a chordaták fejlődése ezen állatok keringési, légzőrendszerének és idegrendszerének fokozatos szövődményét jelenti.

Az élő szervezetek első maradványait az archeai üledékes kőzetekben találják. Életkoruk körülbelül 2,5 milliárd év. Az első eukarióták már az elején megjelentek A többsejtű szervezetek eredetének lehetséges változatait az I. Mechnikov-féle fagocitella és az E. Goetell-gastrea tudományos hipotézise magyarázza. A biológiában az evolúció az élő természet fejlődésének útja az első archeai életformáktól a modern kainozoikum korszak növény- és állatvilágának sokféleségéig.

Modern elképzelések az evolúció tényezőiről

Olyan körülményeket képviselnek, amelyek adaptív változásokat okoznak az organizmusokban. Genotípusuk a leginkább védett a külső hatásokkal szemben (a biológiai fajok génállományának konzervatívsága). Az örökletes információ a genetikai információ hatására változhat. Így – új tulajdonságok, tulajdonságok elsajátítása révén – az állatok evolúciója ment végbe. A biológia olyan területeken vizsgálja, mint az összehasonlító anatómia, a biogeográfia és a genetika. A szaporodás, mint az evolúció egyik tényezője, rendkívüli jelentőséggel bír. Biztosítja a generációváltást és az élet folytonosságát.

Az ember és a bioszféra

A biológia a Föld héjának kialakulásának folyamatait és az élő szervezetek geokémiai tevékenységét vizsgálja. Bolygónk bioszférájának evolúciója hosszú geológiai múltra tekint vissza. V. Vernadsky dolgozta ki tanításában. Bevezette a „nooszféra” kifejezést is, amely a tudatos (szellemi) emberi tevékenység természetre gyakorolt ​​hatását jelenti. Az élő anyag, amely a bolygó összes héjában megtalálható, megváltoztatja azokat, és meghatározza az anyagok és az energia keringését.

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

Öröklődés, minden organizmus sajátossága, hogy ugyanazokat a jeleket és fejlődési jellemzőket ismételje meg több generáción 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 a sejtosztódás valamilyen okból 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 a rekombináció meiózisban megy végbe az ivarsejtek képződése során: a homológ kromoszómák összeérnek, és nagy pontossággal egymás mellett helyezkednek el (ún. szinapszis), majd a kromoszómák szigorúan homológ pontokon eltörnek, és keresztben újra egyesítik a töredékeket (keresztezve). ). 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 kiválasztódás

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 valószínűségi folyamatok eredményeként jön létre, amelyek véletlenszerű változást okoznak a tulajdonságok gyakoriságában egy populációban. Bár az egy generáción belüli sodródás és szelekció miatti 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.

Manapság, illendően és helytelenül is, az evolúcióról beszélnek. De ez egy tudományos kifejezés, és óvatosan kell használni. Nagyon elterjedt hiedelem, hogy az evolúció haladás. Vagyis ez a jelenség úgy értendő, mint valami progresszív fejlődése az egyszerűtől a bonyolultig, a rosszabbtól a jobb felé. Az evolúcióval ellentétben létezik a „degradáció” fogalma, amely a regressziót, a primitívségbe való átcsúszást jelenti. Kezdetben ezt a kifejezést a biológiai fajok fejlődésére használták. Most azonban alkalmazási köre kibővült. Beszélhetünk a társadalom evolúciójáról, az emberi jogokról és egyéb fogalmakról, vagyis ezek progresszív, lassú fejlődéséről, javulásáról. Tévedés lenne azt hinni, hogy Charles Darwin találta ki ezt a kifejezést. Valójában A fajok eredetéről című könyvében egyszerűen többször használta az „evolúció” szót, amelyet az embriológusok már előtte is használtak. Mit jelent valójában az „evolúció” kifejezés? Találjuk ki.

A kifejezés eredete

Szigorúan véve a latin „evolutio” szó „kibontakozást” jelent. Azt mondhatjuk, hogy az evolúció a szerves anyagok és az energia időbeli mozgása. Azt a tényt, hogy minden élőlény fejlődik, már az ókorban sejtették a milesiai iskola filozófusai. Például Anaximander helyesen hitte, hogy az állatok először vízimadarak voltak, és csak azután jutottak szárazföldre. Empedoklész is úgy vélte, nem ok nélkül, hogy csak azok az egyedek maradnak életben a természetben, akik leginkább alkalmazkodtak a környezeti feltételekhez. A nagy világvallások sok évszázadon át elnyomtak minden lehetőséget annak a gondolatnak a kimondására, hogy az állatok és növények fejlődhetnek. Azt hitték és azzal érveltek, hogy Isten eredetileg mindent olyannak teremtett, ami látható, amilyen most. Mivel az Univerzum Teremtője tökéletes, nem volt szüksége arra, hogy olyan növény- és állatfajokat hozzon létre, amelyek fejlesztésre szorulnak. És megteremtette az embert, Ádámot, már a homo sapiens állapotában. Csak a 16. század végén hallatszottak az első szerény hangok, amelyek változni tudtak és másokat is kiválthattak. 1751-ben a francia természettudós, Maupertuis azt írta, hogy az organizmusok sok generáción át felhalmozódott mutációk következtében változhatnak. Erasmus Darwin (Charles nagyapja) pedig azt az elméletet terjesztette elő, hogy minden melegvérű állat egy mikroorganizmusból származik.

Evolúció és embriológusok

Elsőként a magzat méhen belüli fejlődését tanulmányozó orvosok beszéltek erről a jelenségről. Kiderült, hogy az embrió több szakaszon megy keresztül növekedése és képződése során. Egy egyszerű megtermékenyített petesejtből önálló életre kész szervezetté alakul. Ráadásul ebben a fejlődésben az embrió kopoltyúkkal megy keresztül a létezés szakaszán. Ezt a kifejezést először C. Bonnet írta le és jellemezte 1762-ben. Amikor egy embrióra alkalmazzuk, az evolúció fokozatos és ami a legfontosabb, természetes átmenet a fejlődés egyik fázisából a másikba.

Darwin hozzájárulása

A nagy brit természettudós újragondolta a korábban használt kifejezést, és minden földi életre alkalmazta. És valójában: ha egy gyermek embriójának fejlődésének egy bizonyos szakaszában kopoltyúi vannak, akkor miért nem feltételezzük, hogy kilenc hónap múlva egyszerűen azt az utat követi, amelyen az egész emberiség sok millió éven át járt? Darwin „A fajok eredete” című munkájában rámutatott, hogy az új tulajdonságok megjelenésének mechanizmusa, valamint a szervezet örökletes tulajdonságai és paraméterei továbbra is ismeretlenek. A tudós megpróbálta megmagyarázni ezeket a „Pangenesis ideiglenes elméletében”. A természetes feltételek teret teremtenek a természetes szelekcióhoz. Csak azok maradnak életben, akiknek sikerül alkalmazkodniuk a környezetükhöz. Megkülönböztető (új) vonásaikat továbbadják leszármazottaiknak, míg a sikertelen egyedek kihalnak. Kiderült, hogy a biológiai evolúció egy természetes folyamat, amelyben az élő szervezetek a természetes szelekció és az alkalmazkodási vágy révén változnak és mutálódnak. Így a tudós következtetésre vezette a tudományos közösséget az állatvilággal kapcsolatban. Azt kell mondani, hogy ez heves vitákat szült, amelyek még most sem szűnnek meg.

Hugo de Vries közreműködése

Ez a holland botanikus, aki a 19. és 20. század fordulóján élt, bevezette a „mutáció” kifejezést a tudományos használatba. Újragondolta és kiegészítette a genetikusok munkájával. Hipotézisét a Lamarck-féle vadnyárfa-erdő példáján igazolta. Ha Darwin számára az evolúció lassú, progresszív fejlődés, amely egyik generációról a másikra halmozódik fel, akkor Hugo de Vries számára a változások hirtelen következnek be, a „hasznos” mutációk miatt. Ezek az átalakulások vagy egy új fajta kialakulásához adnak lendületet (ami megmagyarázza az élőtermészet sokféleségét), vagy az egész faj megváltozását. A lakosság szervezeteiben végbemenő ilyen átalakulások forradalmi jellege a sótacionizmus elméletét eredményezte (a latin salto szóból - ugrás). A huszadik század 20-30-as éveiben a tudósok áthidalták a szakadékot Darwin progresszív haladás elmélete és Friese hirtelen változásai között, és eredményeiket Mendel öröklődésre vonatkozó következtetéseivel kiegészítve új doktrínát alkottak. Modern evolúciós szintézisként írható le.

A koncepció lényege

Így bátran kijelenthetjük, hogy az evolúció fejlődés. Bármire is alkalmazzuk ezt a latin szót, annak javulást, javulást, haladást kell jeleznie. A bonyolulttól az egyszerű felé való fordított mozgást, a társadalmi viszonyok „összeomlását” degradációnak, hanyatlásnak nevezik. Ami a biológiai fajokat illeti, az ilyen regresszió végzetes a számára. Kihalásához vezet. A paleontológia több ezer példát ismer a világfejlődés „zsákutcájára”. Mi a helyzet az emberi társadalmakkal? Ismeretes, hogy korábban a modern Jakutia területén volt egy Diring-Yuryakh nevű fejlett civilizáció. Ugyanezek a regressziós példák figyelhetők meg egy adott társadalom jogával vagy gazdasági viszonyaival kapcsolatban. szavak vagy az emberi jogok teljes megsértése az államban annak látens kihalásáról beszél.

Mi kell a biológiai populáció kialakulásához?

És mégis, mi az a mozgatórugó, ami miatt egy élő szervezet mutálódik, és új típusú lényeket hoz létre? Ismerjük például néhány hal fajtáját, amely évmilliók óta változatlan. Ahhoz, hogy az egész faj forradalmi fejlődése megtörténjen, jelen kell lennie. Ez mindenekelőtt természetes szelekcióhoz és genetikai sodródáshoz vezet. Ha egy populáció kedvező környezetben létezik, annyi egyed születik, amennyi egy adott táplálékkal meg tud élni, ugyanakkor az állatokat elszigetelik a többi fajtájuktól, akkor a genotípusuk többé-kevésbé azonos. Ennek a fajnak nincs szüksége alkalmazkodásra, mutációra és fejlődésre. De ha a környezeti feltételek megváltoznak, vagy a születési ráta megugrott, verseny alakul ki az egyedek között – ez az egyik oka a fajok változásának. A legerősebbek és legrátermettebbek táplálékot vesznek gyengébb testvéreiktől, és pusztulásuk hátterében genotípusukat az utódokban hagyják. Az öröklődés pedig – az evolúció másik tényezője – a „hasznos” változásokat, a mutációt, mint faji tulajdonságot konszolidálja.

Az emberek a fejlődés csúcsa?

Az antropogenezis vagy az emberi evolúció egy hosszú és titokzatos folyamat, amely a Homo sapiens megjelenéséhez vezetett. Körülbelül kétmillió éve vált el más hominidáktól. Mi történt akkoriban Afrikában, hogy a majmok kénytelenek voltak elhagyni a dzsungelt, és a szavannákra költözni, megtanulni a hátsó végtagjaikon járni, szerszámokat készíteni és tüzet irányítani? Az emberi evolúció egészen más utat járt be, mint az állatoké. Ha az utóbbi megváltozott, hogy alkalmazkodjon a környező természethez, akkor az emberek olyan módszereket találtak ki, amelyekkel a világ körülményeit szükségleteikhez igazíthatják. A Homo sapiens evolúciós útjának is megvoltak a fejlődés „zsákutcai” ágai. Például homo erectus vagy neandervölgyi.

Van evolúció a társadalomban?

Ez a fogalom a tudósok elméjét is izgatja. Főleg, ha haladásról és modernizációról van szó. Mondhatjuk-e, hogy az evolúció társadalmi folyamat? Ami a tudományos és technológiai fejlődést illeti, bátran kijelenthetjük, hogy van ilyen. Az emberek megtanulják ennek a világnak a törvényeit. Új technológiákat sajátítanak el, és egyre fejlettebb eszközök létrehozására használják őket. De a civilizációk példájában nem minden olyan zökkenőmentes. Hiszen a társadalom egyfajta makroorganizmus. Mutálhat és változhat is. Ha nyitott az „új genetikai infúziókra”, akkor kifejlődik. Ha az önelszigetelődés útját választja, akkor leépülésre van ítélve. nemcsak a technika fejlődésében nyilvánul meg, hanem az intézmények és a jog fejlődésében is.

Forradalom és evolúció

A társadalom lassú, progresszív és hirtelen, hirtelen változásainak ez az aránya régóta foglalkoztatja a szociológusokat és a politológusokat. Ha a társadalom evolúciójáról beszélünk, nem lehet nem megjegyezni, hogy a legdrámaibb változások a radikális forradalmak eredményeként következnek be. Néha ezek a forradalmak vértelenek. Az események ilyen fejlõdéséhez a kormány reformokra való törekvése szükséges. Ha az uralkodó osztály csak a tiltakozó érzelmek elfojtásával akar hatalmon maradni, akkor elkerülhetetlen a társadalmi robbanás.