Идея эволюции живой природы

Возражения Дженкина сам Дарвин считал очень серьезным, окрестив "кошмаром Дженкина". Эти возражения были опровергнуты только когда стало ясно, что аппарат наследственности сформирован отдельными структурными и функциональными единицами - генами.

Законы наследственности

В 1865 году были опубликованы результаты работ по гибридизации сортов гороха, где были открыты важнейшие  законы наследственности. Автор этих работ - чешский исследователь Грегор Мендель показал, что признаки организмов определяются дискретными наследственными факторами. Однако эти работы оставались практически неизвестными почти 35 лет - с 1865 по 1900.

В 1900 году законы Менделя  были переоткрыты независимо сразу тремя учеными - Г. де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии.

Итак, дискретные наследственные задатки были открыты в 1865 году Менделем. В 1909 датский ученый В. Иогансен назвал их генами (от греч. слова "происхождение"). К настоящему времени установлено, что ген - единица наследственного материала, ответственная за формирование какого-либо элементарного признака, т.е. единица наследственной информации - представляет собой участок молекулы ДНК (или РНК у некоторых вирусов) хромосомы.

Хромосомы - это структурные  элементы ядра клетки, которые состоят  из молекулы ДНК и белков, содержат набор генов с заключенной  в них наследственной информацией. Хромосомная теория наследственности, разработанная в 1910-1915 годах в  трудах А. Вейсмана, Т. Моргана, А. Стертеванта, Г.Дж. Меллера и др., утверждает, что передача признаков и свойств организма от поколения к поколению (наследственность) осуществляется в основном через хромосомы, в которых расположены гены.

В 1944 году американскими  биохимиками (О. Эвери и др.) было установлено, что носителем свойства наследственности является ДНК. С этого времени началось быстрое развитие науки, исследующей основные проявления жизни на молекулярном уровне. Тогда же впервые появился новый термин для обозначения этой науки - молекулярная биология.

Молекулярная биология исследует, каким образом и в какой  мере рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации, превращение энергии в живых  клетках и другие явления обусловлены  структурой и свойствами биологически важных молекул (главным образом  белков и нуклеиновых кислот).

В 1953 году была расшифрована структура ДНК (Ф.Крик, Д.Уотсон). Расшифровка структуры ДНК показала, что молекула ДНК состоит из двух комплементарных полинуклеотидных цепей, каждая из которых выступает в качестве матрицы для синтеза новых аналогичных цепей. Свойство удвоения ДНК обеспечивает явление наследственности.

Расшифровка структуры ДНК  была революцией в молекулярной биологии, которая открыла период важнейших  открытий, общее направление которых - выработка представлений о сущности жизни, о природе наследственности, изменчивости, обмена веществ и др.

В соответствии с молекулярной биологией, белки - это очень сложные  макромолекулы, структурными элементами которых являются аминокислоты. Структура  белка задается последовательностью  образующих его аминокислот. При  этом из 100 известных в органической химии аминокислот в образовании  белков всех организмов используется только двадцать. До сих пор не ясно, почему именно эти 20 аминокислот синтезируют  белки органического мира. Вообще, в любом существе, живущем на Земле, присутствуют 20 аминокислот, 5 оснований, 2 углевода и 1 фосфат.

Развитие экосистем

Основанием всем системы  современной эволюционной биологии выступает синтетическая теория эволюции, принципиальные положения  которой были заложены работами С.С.Четверикова, Р.Фишера, С.Райта, Дж.Холдейна, Н.П.Дубинина и др.

Элементарной клеточкой  синтетической теории эволюции является популяция - совокупность особей одного вида, длительно занимающая определенное пространство и воспроизводящая  себя в течение большого числа  поколений. Элементарной единицей наследственности выступает ген. Наследственное изменение  популяции в каком-либо определенном направлении осуществляется под  воздействием таких эволюционных факторов, как мутационный процесс, популяционные  волны, изоляция, естественный отбор.

Таким образом, в синтетической  теории эволюции на первый план выступает  не оногенез - совокупность преобразований, происходящих в организме от зарождения до конца жизни, т.е. индивидуальное развитие организма, а развитие популяций.

Онтогенетический уровень  организации жизни на Земле связан с жизнедеятельностью отдельных  биологических особей, дискретных индивидуумов, а популяционный уровень индивидуален.

Популяция - это совокупность особей одного вида, населяющих определенную территорию, более или менее изолированную от соседних совокупностей того же вида.

Виды - это системы популяций. Популяции и виды как надындивидуальные  образования способны к существованию  в течение длительного времени  и к самостоятельному эволюционному  развитию.

Популяции - это генетические открытые системы, т.к. особи из разных популяций иногда скрещиваются. Виды являются наименьшими генетически  закрытыми системами. Совокупность совместно обитающих популяций разных видов живых организмов называется биоценозом.

Биоценоз - совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих участок среды с более  или менее однородными условиями  существования и характеризующихся  определенными взаимосвязями между  собой и приспособленностью к  условиям окружающей среды (например, биоценоз озера, леса и т.д.). Совокупность растений на участке с одинаковыми  природными условиями, которые взаимодействуют  друг с другом и со своим окружением, называется фитоценозом или растительным сообществом. Растительное сообщество (фитоценоз) - совокупность видов растений на однородном участке, находящихся  в сложных взаимоотношениях между  собой и с условиями окружающей среды (лес, степь, луг и т.д.). Фитоценоз  характеризуется определенным видовым  составом, строением и сложением. Фитоценоз - это часть биоценоза.

Биоценозы входят в качестве составных частей в еще более  сложные системы, представляющие собой  взаимообусловленный комплекс живых  и абиотических компонентов, связанных  между собой обменом веществ  и энергией - в биогеоценозы.

Биогеоценоз - это однородный участок земной поверхности с  определенным составом живых (биоценоз) и абиотических косных (приземной  слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов и динамическим взаимодействием между ними (обменом  веществ и энергии). Термин предложил  В.М.Сукачев (1940 г). Иногда этот термин употребляется как синоним экосистемы. Раздел биологии, изучающий экологические системы (биоценозы, биогеоценозы), называется биогеоценология.

В развитии экосистем большую  роль играют организмы, способные самостоятельно синтезировать органическое вещество из неорганических соединений. Эти  организмы называются автотрофами.

Автотрофы - это организмы, синтезирующие из неорганических веществ (главным образом воды, двуокиси углерода, неорганических соединений азота) все необходимые для жизни  органические вещества, используя энергию  фотосинтеза (все зеленые растения - фототрофы) или хемосинтеза (некоторые бактерии - хемотрофы).

Автотрофы служат первичной  биотической основой для сложения биогеоценозов.

Организмы, использующие для  питания органические вещества, произведенные  другими организмами, называются гетеротрофами. К гетеротрофным организмам относится  человек, все животные, грибы, большинство  бактерий, вирусов.

Автотрофные растения и микроорганизмы представляют жизненную среду для  гетеротрофов. Складывается биогеоценотический комплекс, который может существовать веками.

Пространство, включающее околоземную  атмосферу и наружную оболочку Земли, освоенное живыми организмами и  находящееся под влиянием их жизнедеятельности, называется биосферой.

Биосфера Земли образуется всей совокупностью биогеоценозов, связанных между собой круговоротом веществ и энергии. Она представляет собой область активной жизни, охватывающую нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В  биосфере живые организмы и среда  их обитания органически связаны  и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. Термин "биосфера" введен в 1875 г. Э.Зюссом. Учение о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в том числе человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения, создал В.И.Вернадский (1926 г.).

Антропология  как наука

Наука о происхождении  и эволюции человека, образовании  человеческих рас и о нормальных вариациях физического строения человека называется антропологией.

Антропология как самостоятельная  наука сформировалась в середине XIX века. Основные разделы антропологии: морфология человека, учение об антропогенезе, расоведение.

Процесс историко-эволюционного  формирования физического типа человека, первоначального развития его трудовой деятельности, речи, а также общества называется антропогенезом или антропосоциогенезом.

Проблемы антропогенеза  стали изучаться в XVIII веке. До этого  времени господствовало представление, что человек и народы всегда были и являются такими, как их создал творец. Однако постепенно в науке, культуре, общественном сознании утверждалась идея развития, эволюции, в том числе  и применительно к человеку и  обществу.

Однако даже Ламарк не решался  довести до логического завершения идею эволюции животных и человека и отрицать роль бога в происхождении  человека (в своей "Философии зоологии" он писал об ином происхождении человека, чем только лишь от животных).

Революционную роль в учении об антропогенезе сыграли идеи Дарвина. Он писал: "Тот, кто не смотрит, подобно  дикарю, на явления природы как  на нечто бессвязное, не может больше думать, чтобы человек был плодом отдельного акта творения".

Человек одновременно и биологическое  существо, и социальное, поэтому  антропогенез неотрывно связан с  социогенезом, представляя собой по сути единый процесс антропосоциогенеза.

Носитель генетической информации

Структура ДНК

Хранение и передачу наследственной информации в живых организмах обеспечивают природные органические полимеры —  нуклеиновые кислоты. Различают  их две разновидности — дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и рибонуклеиновую  кислоту (РНК). В состав ДНК входят азотистые основания (аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т), цитозин (Ц)), дезоксирибоза С5Н10О4 и остаток фосфорной кислоты. В состав РНК вместо тимина входит урацил (У), а вместо дезоксирибозы — рибоза (С5Н10О5). Мономерами ДНК и РНК являются нуклеотиды, которые состоят из азотистых, пуриновых (аденин и гуанин) и пиримидиновых (урацил, тимин и цитозин) оснований, остатка фосфорной кислоты и углеводов (рибозы и дезоксирибозы).

Молекулы ДНК содержатся в хромосомах ядра клетки живых организмов, в эквивалентных структурах митохондрий, хлоропластов, в прокариотных клетках и во многих вирусах. По своей структуре молекула ДНК похожа на двойную спираль. Структурная модель ДНК в виде двойной спирали впервые предложена в 1953 г. американским биохимиком Дж. Уотсоном (р. 1928) и английским биофизиком и генетиком Ф. Криком (р. 1916), удостоенными вместе с английским биофизиком М. Уилкинсоном (р. 1916), получившим рентгенограмму ДНК, Нобелевской премии 1962 г.

Нуклеотиды соединяются  в цепь посредством ковалентнйх связей. Образованные таким образом цепи нуклеотидов объединяется в одну молекулу ДНК по всей длине водородными связями: адениновый нуклео-тид одной цепи соединяется с тиминовым нуклеотидом другой цепи, а гуаниновый — с цитозиновым . При этом аденин всегда распознает только тимин и связывается с ним и наоборот. Подобную пару образуют гуанин и цитозин. Такие пары оснований, как и нуклеотиды, называются комплементарными, а сам принцип формирования двухцепочной молекулы ДНК — принципом комплементарности. Число нуклеотидных пар, например, в организме человека составляет 3 — 3,5 млрд.

ДНК — материальный носитель наследственной информации, которая  кодируется последовательностью нуклеотидов. Расположение четырех типов нуклеотидов  в цепях ДНК определяет последовательность аминокислот в молекулах белка, т.е. их первичную структуру. От набора белков зависят свойства клеток и  индивидуальные признаки организмов. Определенное сочетание нуклеотидов, несущих информацию о структуре  белка, и последовательность их расположения в молекуле ДНК образуют генетический код. Ген (от греч. genos — род, происхождение) — единица наследственного материала, ответственная за формирование какого-либо признака. Он занимает участок молекулы ДНК, определяющий структуру одной молекулы белка. Совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данного организма, называется геномом, а генетическая конституция организма (совокупность всех его генов) — генотипом. Нарушение последовательности нуклеотидов в цепи ДНК, а следовательно, в генотипе приводит к наследственным изменениям в организме—мутациям.

Генетический код обладает удивительными свойствами. Главное  из них — триплетность: одна аминокислота кодируется тремя рядом расположенными нуклеотидами — триплетом, называемым кодоном. При этом каждый кодон кодирует только одну аминокислоту. Другое не менее важное свойство — код един для всего живого на Земле. Это свойство генетического кода вместе со сходством аминокислотного состава всех белков свидетельствует о биохимическом единстве жизни, которое, по-видимому, отражает происхождение всех живых существ от единого предка.

Для молекул ДНК характерно важное свойство удвоения — образования  двух одинаковых двойных спиралей, каждая из которых идентична исходной молекуле. Такой процесс удвоения молекулы ДНК называется репликацией. Репликация включает в себя разрыв старых и формирование новых водородных связей, объединяющих цепи нуклеотидов. В начале репликации две старые цепи начинают раскручиваться и отделяться друг от друга. Затем по принципу комплементарности к двум старым цепям пристраиваются новые. Так образуются две идентичные двойные спирали. Репликация обеспечивает точное копирование генетической информации, заключенной в молекулах ДНК, и передает ее по наследству от поколения к поколению.