Тема 10 Современные предстовления об эволюции живого Первые

Тема 10. Современные предстовления об эволюции живого Первые эволюционные теории – Ж. Б. Ламарк и Ч. Дарвин (XIX в. ).

Ж. Б. Ламарк: впервые выделил два самых общих направления эволюции: восходящее развитие от простейших форм жизни ко все более сложным и совершенным и формирование у организмов приспособлений в зависимости от изменений внешней среды (развитие "по вертикали" и "по горизонтали").

Историческое развитие организмов имеет не случайный, а закономерный характер и происходит в направлении постепенного и неуклонного совершенствования. Движущей силой развития живого Ламарк считал стремление природы к прогрессу и совершенствованию, заложенное Творцом.

Ч. Дарвин: "Происхождение видов путем естественного отбора" (1859) – основные факторы эволюции органического мира. "Происхождение человека и половой отбор" (1871) – гипотеза происхождения человека от обезьяноподобного предка.

В основе теории эволюции Дарвина – понятие наследственности, свойство организмов повторять в ряду поколений сходные типы обмена веществ и индивидуального развития в целом. Наследственность вместе с изменчивостью обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежит в основе эволюции живой природы.

Главные причины эволюции по Дарвину – борьба за существование и естественный отбор. 3 вида борьбы за существование: 1. Внутривидовая 2. Межвидовая З. Борьба с неблагоприятными условиями неживой природы

Цель эволюции по Дарвину – видообразование. Недостаток теории Дарвина – нет чёткого понятия о механизме наследственности (т. е. , каким образом передаются и закрепляются полезные признаки в процессе естественного отбора)

Синтетическая теория эволюции (СТЭ) – современная теория, является синтезом генетики и дарвинизма. Принципиальные отличия СТЭ от дарвинизма: 1. Элементарная структура, с которой начинается эволюция – популяция. 2. Механизм эволюции в СТО – в устойчивом изменении генотипа популяции.

3. СТЭ шире и глубже толкует факторы и движущие силы эволюции, выделяя среди них основные и неосновные. К ведущим факторам относятся мутационные процессы, популяционные волны численности и изоляцию. 4. Материалом для эволюции являются мутационная и рекомбинационная изменчивость.

5. Естественный отбор выступает главной причиной развития адаптаций, видообразования и происхождения надвидовых таксонов (семейств, отрядов). 6. Дрейф генов и принцип основателя выступают причинами формирования нейтральных признаков.

От эволюции перейдём к генетике Что такое генетика?

Тема 11. Генетика – раздел биологии, изучающий природу наследственности и изменчивости / Молекулярная - Изучает физические механизмы наследования на молекулярном уровне Статистическая - Изучает закономерности комбинации и передачи генов

Генетическая информация (ГИ) – программа свойств организма, заложенная в виде генетического кода. Она определяет: морфологическое строение, рост, развитие, обмен веществ, предрасположенность к заболеваниям, генетические пороки организма.

Основные положения молекулярной генетики ГИ записана в цепи молекулы ДНК в виде последовательности молекул — нуклеотидных остатков, содержащих одно из 4 оснований: аденин (А), гуанин (G) — пуриновые основания, цитозин (С), тимин (Т) — пиримидиновые основания.

Структуру ДНК установили Дж. Уотсон и Ф. Крик (1953 г. , Нобелевская премия).

Между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым – другой цепи возникают водородные связи. Образуются комплементарные пары Г-Ц, А -Т (лат. complementum – дополнение). Другие комбинации пар невозможны из-за пространственного строения А, Ц, Г, Т.

Фрагмент расшифрованной структуры ДНК

В основе самовоспроизводства всего живого – способность молекулы ДНК к удвоению (репликации).

При репликации: 1. две спиральные цепи расходятся; 2. каждая служит матрицей, на которой с помощью особых ферментов собирается подобная ей новая цепь. 3. В результате вместо одной ДНК образуются две, неотличимые по строению от родительской.

Ген – участок ДНК, служащий матрицей для синтеза одного белка. ГИ реализуется в процессе синтеза белковых молекул с помощью трех РНК: - информационной (и-РНК), - транспортной (т-РНК), - рибосомной (р-РНК).

Синтез белка идёт в рибосомах клетки. К ним из ядра подходит и-РНК. Структура и-РНК считывается с ДНК по принципу комплиментарности, только тимин (Т) заменяется на урацил (У).

и-РНК: 1) одноцепная молекула, комплементарная одной нити ДНК; 2) копия ДНК - не всей молекулы, а лишь ее части, соответствующей одному или нескольких генам. 3) образована под действием фермента – РНК-полимеразы (этот процесс называется транскрипцией).

Точность репликации: для ДНК млекопитающего (3 х109 пар нуклеотидов) допускается не более 3 ошибок. Скорость синтеза: 50… 500 нуклеотидов/сек. В рибосомах идёт: а) расшифровка генетической информации, б) синтез из аминокислот белков.

20 аминокислот кодируются 64 кодонами (комбинациями) по 3 нуклеотида (U, C, A, G). Специальными кодонами кодируются начало (AUG) и обрыв (UAA, UAG, UGA)цепи белка.

Свойства генетического кода: а) Триплетность. Каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательностью 3 -х нуклеотидов. б) Вырожденность. Каждая аминокислота кодируется более, чем одним кодоном. в) Однозначность. Каждый кодон соответствует только одной аминокислоте. г) Универсальность. Язык генетического кода един для всех организмов.

Основоположник статистической генетики (СГ) – Г. Мендель (Чехия). Вспомните, какими опытами он прославился Основные положения СГ: 1. В передаче наследственной информации участвуют оба родителя, внося одинаковый вклад в генетическую конструкцию. 2. Каждая особь имеет по 2 гена, а гамета – только один ген.

3. Существуют гены доминантные (А) и рецессивные (а). 4. Две пары генов, находящихся в разных хромосомах, наследуются независимо друг от друга. 5. Гаметы могут соединяться в случайных комбинациях.

Особи с набором АА или аа – гомозиготные, с набором Аа – гетерозиготные. Например: Пусть у кроликов черный цвет (А) доминирует над белым (а), а длинная шерсть (В) доминирует над короткой (b).

Особи, имеющие АА или Аа – чёрные, аа – белые; ВВ или Вb – длинношерстные, bb – короткошерстные

Правила записи: Р (родительские особи): AABB x aabb G (гаметы): AB, AB ab, ab F 1 (1 -е поколение): Aa. Bb

Попробуйте записать то же самое, если родительские особи имеют генотипы: 1) AABB x Aa. Bb 2) AABb x aa. Bb 3) Aabb x aa. BB 4) Aa. Bb x Aa. Bb

Международная программа «Геном человека» посвящена проблеме составления карты генов человека. Число генов в ДНК человека 50… 60 тысяч, что составляет только 3% общей длины ДНК.

В каждой клетке человека – 46 молекул ДНК в 23 парах хромосом. Суммарная длина всех 46 молекул ДНК в одной клетке – около 2 метров. Полная длина ДНК в теле взрослого человека (5 х1013 клеток) 1011 км – в 1000 раз больше расстояния от Солнца до Земли. Последовательность ДНК человека уже практически полностью расшифрована.

Генная инженерия – создание новых генетических структур и организмов с новыми наследственными свойствами. С помощью биохимических и генетических методик происходит изменение хромосомного материала – основного наследственного вещества клеток.

Возможности генной инженерии: 1) Можно скрещивать неродственные виды; 2) Можно извне управлять процессом рекомбинации в организме; 3) Можно предугадать, какое получится потомство.

Важное открытие – обнаружение в бактериальных клетках, помимо главной ее хромосомы, внехромосомных кольцевых молекул ДНК плазмид. Плазмиды можно извлечь из одной клетки и перенести в другую, разрезать, фрагменты сращивать друг с другом, а затем такие комбинированные плазмиды вводить в клетки.

Схема введения чужеродного гена

Клонирование – создание генетических копий клеток, генов, антител и даже многоклеточных организмов в лабораторных условиях. Клонирование животных возможно с помощью манипуляций с яйцеклетками (ооцитами) и ядрами соматических клеток животных подобно тому, как в природе появляются однояйцевые близнецы.

Получение овечки Долли (1997 г. ) удалось лишь с 236 -й попытки. Схема процесса:

При полном клонировании воссоздаётся весь организм целиком. При частичном – отдельные его ткани. Одно из перспективных применений клонирования тканей — клеточная терапия в медицине. Такие клетки могли бы компенсировать недостаток и дефекты собственных тканей организма и не отторгаться при трансплантации. Это так называемое репродуктивное и терапевтическое клонирование.

Тема 12. Современная антропология Вспомните, кто впервые выдвинул гипотезу происхождения человека от обезьяны.

Эволюция человеческой линии заняла не более 10 млн. лет, а предок человека был «шимпанзеподобен» . Разделение ветвей человек / шимпанзе – ~ 4 млн. лет назад.

Генеалогическое древо человека 1 – плезиадацис, 2 – дриопитек африканский, 3 – рамапитек, 4– австралопитек, 5– австралопитек войсен, 6 -7 – Homo erectus, 8 – неандерталец, 9 – Homo sapiens, 10 – современный человек.

Долгое время считали, что эволюция человека была более-менее линейной: одна форма сменяла другую, и каждая новая была ближе к современному человеку. На самом деле эволюционное древо пралюдей оказалось разветвленным.

Временные интервалы жизни видов сильно перекрываются. Иногда несколько разных видов пралюдей сосуществовали одновременно. Например, ещё 50 тысяч лет назад на Земле существовало как минимум 4 вида: H. sapiens, H. neandertalensis, H. erectus и H. floresiensis.

Реконструкция черепа «Пекинского человека» (синантропа), в современной антропологии – H. Erectus

Мультирегиональная непрерывная модель происхождения H. sapiens

Эту модель предложил палеоантрополог Ф. Вейденрейхом 50 лет назад. Её сторонники полагают, что H. erectus повсюду эволюционирует в H. sapiens по такой схеме: • Ланьтянь – Чжоукоудянь – Дали – монголоидная линия; • Сангиран – Нгандонг – австралоидная линия; • Петралона – Неандерталь – кавказоидная линия и т. д.

Вторая модель - модель замены

Последователи модели замены исходят из того, что развитие шло путем замещения, вытеснения местных, локальных форм мигрантами. Такую модель называют также моделью «исхода из Африки» .

Сейчас возможно говорить о «молекулярных часах» для оценки возраста подвидов и рас. Генетическое расстояние между видами пропорционально времени с момента ответвления от общего предка.

Ядерные гены наследуются как от матери, так и от отца и сочетаются случайным образом. Митохондриальные гены передаются только по материнской линии.

Наследование м-ДНК

Для человека в качестве «молекулярных часов» используется митохондриальная ДНК (м. ДНК). Наибольший размах её изменчивости в пределах вида H. sapiens составляет 5% от величины, на которую м. ДНК человека в целом отличается от м-ДНК шимпанзе.

На рисунке выделена одна материнская линия. Если проанализировать дерево в обратном направлении, то можно получить, что все женщины поколения произошли от одной праматери. Важнейшее допущение при таком анализе – одинаковая скорость эволюции всех м-ДНК.

Эволюция м-ДНК современных людей может быть прослежена в глубину веков к единой «праматери» . Было проанализировано древо для 182 различных типов м-ДНК от 241 индивида. У такого древа оказалось две главные ветви, ведущие в Африку. ДНК всех людей происходит, в конечном итоге, от небольшой группы женщин одной популяции. В этом смысле можно говорить о существовании Евы (но не Адама).

Общий предок по материнской линии для всех членов популяции: одна линия замещает все остальные.

Около 100 тыс. лет назад люди вышли из Африки и начали расселяться. В тот момент первичное человечество не превышало 10 тыс. особей, причём за пределы Африки переселились лишь несколько сотен человек. Около 66 тыс. лет назад люди достигли Индии. В то время люди и неандертальцы сосуществовали на Ближнем Востоке.

Схема расселения современных людей

Тема 14 (заключительная). Антропный принцип и развитие Вселенной

Говоря об эволюции Вселенной, мы приходим к мысли о «запланированности» появления в ней жизни. Вектор развития Вселенной направлен именно на появление мыслящего существа. Эту направленность развития мы сегодня отмечаем, но объяснить это факт пока не можем.

Другой вопрос: случайно ли человек появился в нашей Вселенной?

Из законов физики следует, что существуют фундаментальные константы: Заряд электрона; постоянная Планка; скорость света; гравитационная постоянная, массы электрона и протона, константы четырёх фундаментальных взаимодействий.

А что случится, если эти константы немного изменить? Оказывается, что изменение одной из констант (10 -30%) приводит к невозможности существования наблюдаемой Вселенной.

Т. е. , она будет существовать в очень изменённом виде, без сложных устойчивых систем: ядер, атомов, звёзд и галактик.

Таким образом, там отсутствует жизнь. Оказалось, что есть очень ограниченная область мировых физических постоянных, в которой возможно образование сложных структур, вплоть до живых систем.

Поэтому выдвигается антропный принцип (АП): «Вселенная такова, какой мы её видим, потому что мы существуем в ней» . Это означает эволюцию Вселенной по принципу её усложнения и в конечном счёте появления разума, т. е. наблюдателя.

Трактовки АП могут быть разными. С одной стороны, выдвигается гипотеза о множественном рождении Вселенных, в каждой из которых случайным образом устанавливается набор мировых физических констант.

И только в одном (или нескольких? ) из миров создаются благоприятные условия для появления наблюдателя.