тема: «СОВРЕМЕННАЯ ТЕОРИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ» доктор биологических наук, профессор Лидия Николаевна Самыкина 1
Современные люди, при всей генетической близости друг к другу, весьма отличаются по своим физическим и умственным характеристикам. Человеческий рост колеблется от 120 см у пигмеев до 215 см у народа масаи; цвет кожи, благодаря различному содержанию меланина, — от черного до белого. Очень разнятся черты лица. Объем мозга варьирует от 800 до 2000 кубических сантиметров. С кем же сравнивать этот разноликий образ человека? 2
Кто же должен быть первым в длинном ряду наших предков, с кого-то когда-то ведь начался род человеческий? Один ответ на этот вопрос дает Библия: род человеческий начался с Адама и Евы. 3
Другой ответ был дан свыше сотни лет назад Чарльзом Робертом Дарвином (1809— 1882) в его эволюционной теории. Согласно теории Дарвина человечество произошло от неких обезьяноподобных организмов. 4
5
Чарльз Роберт Дарвин Чарлз Ро берт Да рвин (Charles Robert Darwin; 12 февраля 1809 — 19 апреля 1882) — английский натуралист и путешественник, одним из первых осознал и наглядно продемонстрировал, что все виды живых организмов эволюционируют во времени от общих предков. 6
После Дарвина на основе ископаемых свидетельств большинство палеонтологов долгое время утверждали, что эволюционное разделение человека и крупных человекообразных обезьян произошло свыше 25 млн. лет назад, а люди современного типа сформировались из своих архаичных сородичей (гоминид) за последний миллион лет. 7
Карл Линней • Карл Линне й (швед Carl Linnaeus, Carl Linné, лат Carolus Linnaeus, после получения дворянства в 1761 году — Карл фон Линне, Carl von Linné; • 23 мая 1707, (Росхульт) 10 января 1778, • (Уппсала) 8
В 1739 шведский естествоиспытатель Карл Линней в своей «Системе природы» (System Naturale) впервые классифицировал человека — Homo sapiens - человек разумный — как одного из приматов. Лишь через 120 лет после этого появилась книга Чарльза Дарвина «Происхождение человека и половой отбор» , в которой он обосновал вывод о том, что нашими прямыми предками являются высокоразвитые человекообразные обезьяны. 9
«Система природы» 10
«Система природы» ( «Systema Naturae» ) Взглянув на хаотический набор названий, придуманных менее гениальными смертными, Линней провозгласил себя Регистратором Господа Бога и предложил давать всем формам жизни официальное общепринятое название, состоящее из двух слов на латыни, которая в то время была всеобщим языком науки в Европе. 11
Несмотря на свою заносчивость, Линней был трудоголиком. Он назвал и классифицировал около 12000 видов. Схема Линнея стала преобладающей, так как она была довольно рациональна, и никому даже не пришло бы в голову переименовывать такое количество видов растений и животных. 12
Эволюция человека Хотя окаменевшие остатки не дают полной картины эволюции человека, мы знаем, что люди эволюционировали от обезьяноподобных существ. Самый ранний предок австралопитек Australopithecus afarensis (A), жил в севере восточной Африке приблизительно 5 млн лет назад. За следующие 3 4 млн. лет эволюционировал в А. Africanus (В). Человек умелый Homo Habilis (С), который использовал примитивные каменные инструменты, появился около 500 тыс. лет спустя. Человек прямоходящий Н. erectus (D), как полагают, распространился из Африки по всему миру 750 тыс. лет назад. Исследования показывают, что от Н. Erectus произошли две разновидности: неандерталец (Е), который вымер 40 тыс. лет назад, или который мог быть вытеснен другой разновидностью самым ранним современным человеком разумным Н. Sapiens (F). 13
Эволюция человека 14
Прима ты (Primates) Наиболее прогрессивный отряд плацентарных Млекопитающих, включающий обезьян и человека. Гоминиды (Hominidae) — семейство прогрессивных приматов, включающее людей и больших человекообразных обезьян. Вместе с гиббоновыми образует надсемейство Hominoidea. 15
16
Австралопитеки — род ископаемых высших приматов, кости которых впервые были обнаружены в пустыне Калахари в 1924 году, а затем в Восточной и Центральной Африке. Являются предками рода Люди. Австралопитек африканский — вымерший вид австралопитека, семейство гоминид, живший около 3, 5— 2, 4 миллиона лет назад. В отличие от сафарского австралопитека имел более обезьяноподобный скелет, но более объёмный череп. 17
18
Питека нтроп или обезьянолюди, или «яванский человек» — ископаемый подвид людей, некогда рассматриваемый как промежуточное звено эволюции между австралопитеками и неандертальцами. Обитал около 700 — 27 тысяч лет назад. В настоящее время питекантропа рассматривают как локальный вариант Homo erectus (наряду с гейдельбергским человеком в Европе и синантропом в Китае), характерный исключительно для Юго Восточной Азии и не породивший непосредственных предков современного человека. Не исключено, что прямым потомком яванского человека является Человек флоресский. 19
20
Сина нтроп (лат. Sinanthropus pekinensis — «пекинский человек» , в современной классификации — Homo erectus pekinensis) — форма (вид или подвид) рода люди, близкая к питекантропу, однако более поздняя и развитая. Был обнаружен в Китае, отсюда и название. Жил около 600— 400 тыс. лет назад, в период оледенения. 21
22
Долгое время считалось, что останки самого близкого родственника человека были обнаружены в 1856 г. в местечке Неандерталь (Германия), отсюда обнаруженный предок получил название неандерталец. Неандертальцы населяли Европу и Западную Азию в период от 300 тыс. до 28 тыс. лет назад. На основе морфологического сравнения неандертальцев с человеком современного типа было предложено три гипотезы: v неандертальцы — прямые предки человека; v они внесли некоторый генетический вклад в генофонд Нотo sapiens, v они представляли независимую ветвь, которую полностью вытеснил человек современного типа. 23
24
Для решения вопроса о месте неандертальцев на эволюционном древе и его родстве с человеком было проведено изучение мит ДНК, выделенных из обнаруженных останков. Конечно же, ядерная ДНК у них за несколько десятков тысяч лет сильно испортилась, развалилась на миллионы коротких фрагментов. По этой причине проще было работать именно с мит ДНК. 25
Различия оказались столь существенными, что это дало основание сделать вывод — неандертальцы составляли совершенно самостоятельный, хотя и родственный человеку вид. Если это отдельные виды, то скрещивание их было невозможно и, следовательно, в геноме человека скорее всего нет генов, полученных напрямую от неандертальцев. 26
По различиям в нуклеотидных последовательностях мит. ДНК было приблизительно оценено время расхождения ветвей неандертальца и современного человека. Оно составляет от 690 500 тысяч лет. 27
Тем не менее по ним все таки удалось «реставрировать» исходную последовательность нуклеотидов в мит. ДНК неандертальца. На основании изучения мит. ДНК, сейчас считается твердо установленным, что неандертальцы — это не наши прародители, а просто тупиковая ветвь эволюции. 28
К сожалению, пока по найденным к настоящему времени останкам так и не удалось найти нашего далекого прямого предка. Согласно современным представлениям, мы начинаемся скорее всего с кроманьонцев, но остается загадкой, так ли это и кто был до них. Ответ на этот вопрос пока скрыт в глубине веков. Кроманьонцы — название, описывающее ранних представителей современного человека в Европе и отчасти за её пределами, жили позже неандертальцев и были уже очень похожи на современного человека (40— 12 тысяч лет назад). 29
30
31
Количество достижений, изменений в социальной организации жизни кроманьонца было настолько велико, что в несколько раз превосходило количество достижений австралопитека, питекантропа и неандертальца, вместе взятых. 32
Кроманьонцы унаследовали от своих предков большой деятельный мозг и достаточно практическую технологию, благодаря чему в относительно короткий промежуток времени сделали невиданный шаг вперёд. Это проявилось в эстетике, развитии общения и систем символов, технологии изготовления орудий и активном приспособлении к внешним условиям, а также в новых формах организации общества и более сложном подходе к себе подобным. 33
Австралопитек примерно 3, 5 млн. лет назад Синантроп около 600– 400 тыс. лет назад Питекантроп около 700 27 тыс. лет назад Неандертальец 300 28 тыс. лет назад Кроманьонец 40 12 тыс. лет назад Homo sapiens
Модель Ноев Ковчег – теория, в которой предполагается, что современные люди произошли только от одной линии предков, обитавших в прошлом на относительно небольших территориях. То есть, большинство ветвей эволюции человека оказались тупиковыми, а их представители вымерли и относительно недавно были замещены потомками одной локальной группы. 35
36
В настоящее время для исследования происхождения человека используют сравнение последовательностей мит. ДНК человека и обезьян. Пока, к сожалению, геномы обезьян расшифрованы не полностью. ________________ Гено м — совокупность генов в гаплоидном наборе хромосом. 37
Современные исследования подтверждают обоснованность заключения Дарвина о нашем происхождении от древних человекоподобных обезьян (типа современных шимпанзе, но не самих шимпанзе) и позволяют довольно точно оценить время, когда это произошло. 38
Сходство геномов • У человека и шимпанзе: 95 99% • У человека и гиббона: 76% • У человека и макаки резуса: 66% • У шимпанзе и гориллы: 97% 39
У человека и шимпанзе сходство в геноме больше, чем у гориллы и шимпанзе человек горилла
Используя метод «молекулярных часов» (мит. ДНК), ученым удалось доказать, что от гоминид, т. е. представителей родословной линии человека, человек и шимпанзе разошлись чуть более, чем 5 млн. лет назад, в то время как горилла отошла от общей ветви более 7 млн. лет назад. Общий предок 7 млн лет 5 млн. лет горилла шимпанзе ЧЕЛОВЕК 41
Большое количество различий обусловлено специфическими мутациями ДНК в районах, богатых ГЦ парами нуклеотидов. По базовому замещению различия между ДНК человека и шимпанзе составляет около 1, 4%, однако по инсерциям и делециям разница достигает 4%. Интересно, что в целом полиморфизм генома в популяции шимпанзе существенно выше, чем в человеческой популяции.
В частности, у человека в два раза меньше генов семейства рецепторов обоняния. Это связано, скорее всего, с тем, что обоняние весьма важно для других позвоночных, а существование человека в меньшей мере зависит от этого чувства. Для человека намного важнее зрение, а не нюх.
Несмотря на небольшое среднее различие в геномах человека и шимпанзе, становится очевидным, что оно может быть весьма неодинаковым для разных типов генов, в частности, для тех, которые работают в печени, и тех, которые выражают свою активность в мозгу. 44
Существенные различия обнаружены также в том, что в геноме человека много вставленных в него чужеродных элементов — ретровирусов, а вот у обезьян их как раз очень мало. Выше уже говорилось о том, что ретровирусы обладают способностью изменять «святая святых» живой материи — генетический аппарат клетки хозяина.
Существует несколько гипотез, пытающихся объяснить феномен происхождения человека от обезьяноподобных предков. Одни исследователи считают, что расхождение в эволюции (дивергенция) двух ветвей — человека и шимпанзе — произошла за счет специфического изменения в регуляции генов.
Другие склонны думать, что это есть результат мутаций, приводящих к потере функции некоторых генов, и в этом свете называют современного человека «дегенеративной обезьяной» . 47
На самом деле никто никогда и не утверждал, что мы произошли от обезьян, которых видим сегодня в зоопарке. Речь идет о неких обезьяноподобных (а можно сказать и о человекоподобных) организмах, положивших начало современным обезьянам и человеку.
Итак, несмотря на значительные успехи в расшифровке генома человека и в генетическом анализе ископаемых останков, к сожалению, поиск наших предков по останкам пока не дал окончательного ответа. Возможно, эти останки еще предстоит найти. Существенно более интересные результаты были получены палеогеномикой при анализе ДНК мумий. Это направление исследований часто называют «генетикой мумий» . 49
Первый успех пришел к ученым еще в 1985 году, когда было осуществлено клонирование и определение нуклеотидной последовательности мит. ДНК, выделенной из древней египетской мумии. Чуть позднее была показана возможность анализа мит. ДНК из очень древних образцов при исследовании мозга человека давностью 7 000 лет. 50
Мит ДНК выделяли с огромными предосторожностями в условиях высочайшей стерильности — ученые высочайшей стерильности работали в специальной одежде, напоминающей скафандры, для того чтобы предотвратить даже малейшее случайное загрязнение исследуемых образцов какой нибудь посторонней ДНК из современных организмов. 51
С помощью полимеразной цепной реакции «размножили» те кусочки ДНК, которые сохранились. Они оказались очень короткими (не более 20 нуклеотидов). 52
Генетическое дерево «геном» афарский 53
По ДНК мы отличаемся от существующих шимпанзе не более, чем на 5%, а по анатомии, по склонности к разным заболеваниям и по образу жизни отличия огромны. 54
Хромосомы человека и шимпанзе. 55
Наибольшее отличие между геномами человека и шимпанзе заключается в разном числе хромосом в диплоидном наборе (23 пары у человека и 24 пары у шимпанзе). Большинство пар хромосом кажутся сходными у этих двух организмов. Но вот хромосома 2 человека произошла скорее всего в результате слияния двух разных хромосом обезьяны. 56
Кроме того, человеческая хромосома 9 больше гомологичной хромосомы шимпанзе, а хромосома 12 у человека короче, чем у обезьян. Установлено также, что различие, существующее между геномами человека и шимпанзе, не одинаково для всех хромосом этих двух организмов: наибольшее между У хромосомами, а наименьшее между Х хромосомами. 57
58
Существует целый спектр «субклеточных форм жизни» или их еще называют генными существами. Генные существа не являются живыми клетками, хотя и обладают собственной наследственной информацией. Для размножения генные существа должны внедряться в клетки другого организма и использовать его в своих нуждах. 59
Ряд генов предоставляется клеткам генными существами. Наиболее показательный пример Р – плазмиды (кольцевая молекула двунитевой спиральной ДНК), придающие бактериям устойчивость к антибиотикам и затрудняющие лечение бактериальных инфекций. Вирус герпеса имеет сферическую форму, находящаяся внутри нуклеиновая кислота со своей белковой оболочкой называется нуклеокапсид. Это семейство включает нуклеокапсид простудный и генетальный герпес, ветрянку. 60
Являясь мелкими субклеточными структурами, генные существа оказали громадное влияние на эволюцию высших организмов. Заболевания, вызываемые вирусами, бактериями, привели к гибели большого количества особей высших организмов. Выжившие индивиды, устойчивые к заболеваниям, оставили потомство. У животных это привело к становлению сложной иммунной системы и целого спектра защитных реакций, направленных на противодействие инфекции. 61
Большая часть генома высших организмов представлена молчащей ДНК, у млекопитающих ее доля составляет 95 99 %. В основном эта некодирующая ДНК представлена повторяющимися последовательностями, произошедшими вероятно, от транспозонов и итегрированных вирусных геномов, в частности от ретровирусов и ретротранспозонов. 62
Нельзя отменить законы генетики. Как бы мы не хотели, но мутации будут время от времени возникать в нашем геноме (особенно в связи с ростом популяции и нарушением экологии). Естественный отбор в обществе происходил и будет продолжаться независимо от нашего желания, одобрения или гневного возражения. Другое дело, что это не тот искусственный отбор, который осуществляли, например, спартанцы. В современном мире значение мускульной силы приобрело второстепенное значение. Но отбор на интеллект как фактор самостоятельного выживания, отбор на здоровое тело и дух будет продолжаться.
По мнению многих антропологов, человек как вид практически не эволюционирует уже на протяжении 30 тысяч лет. Вместе с тем окружающая среда, экология, питание и образ жизни человека все время меняются. И это неизбежно на нем отражается. Например, отмечаются некоторые микроэволюционные изменения человека, такие, как грациализация скелета и редукция зубов. Общеизвестно, что всего за последние 200 лет средний рост европейцев увеличился на 30 см.
Люди, которые, даже не будучи религиозными, считают себя венцом творения, просто потому, что человек объективно представляет собой самое высокоразвитое существо на планете. Вообще то средний человек никогда даже не задумывается над такой проблемой, в его подсознании просто преобладает чувство довольства собой. В романе «Подросток» Ф. Достоевский устами своего героя Версилова выразил важную мысль: «А, и ты иногда страдаешь, что мысль не пошла в слова! Это благородное страдание, мой друг, и дается лишь избранным; дурак всегда доволен тем, что сказал» .
• ДНК, синтезированная на вирусной РНК, внедряется в геном клетки, поставляя туда как бы «лжепрограмму» (провирус), которая затем передается по наследству. В результате этого происходит гораздо более сильное изменение генома, чем это возможно при «нормальной» эволюционной изменчивости.
Другой пример. Учеными были проанализированы образцы ДНК из сотни мумий, найденных на севере Чили, возраст которых около 1000— 1500 лет. Неожиданно в них был обнаружен специфический вариант вируса, вызывающего такое заболевание, как лейкоз. В результате проведенных исследований была показана однотипность вируса, содержащегося в чилийских мумиях и у современных япон цев. Эти данные позволили авторам сделать вывод о том, что пере селенцы из Азии, монголоиды, одновременно попали в Японию и в Южную Америку около 10 000 лет назад. 68
Кроманьонцы унаследовали от своих предков большой деятельный мозг и достаточно практическую технологию, благодаря чему в относительно короткий промежуток времени сделали невиданный шаг вперёд. Это проявилось в эстетике, развитии общения и систем символов, технологии изготовления орудий и активном приспособлении к внешним условиям, а также в новых формах организации общества и более сложном подходе к себе подобным. 69
• Рибосомальная РНК – медленно идущие часы • Основная сложность при построении дерева эволюции – включение в него всех групп организмов. Здесь важно получить целостную картину. Нам необходима схема, которая бы показывала родственные отношения между организмами всех основных классификационных групп. Для этого необходимо выбрать молекулу, которая, во-первых, имеется у всех живых организмов, а во-вторых, эволюционирует достаточно медленно, и ее аналоги могут быть 70 распознаны у всех организмов.
• Мы уже говорили о гистонах. Эти белки эволюционирует медленно, но встречаются они только в эукариотических клетках. Бактерии не содержат гистонов. Подходящим объектом для сравнения является рибосомальная РНК, или, скорее, последовательность ДНК, кодирующая р. РНК. Все живые организмы синтезируют белки, поэтому у всех есть рибосомы. (Вирусы не содержат рибосом, гл ведь и принадлежность их к живому миру оспаривается многими учеными). Кроме того, поскольку синтез белка – это жизненно важная функция клетки, компоненты рибосом очень консервативны и эволюционируют очень медленно. 71
А как на этот вопрос отвечает современная генетическая наука, базирующаяся теперь на обширных знаниях о структуре генома человека? Попытаемся в этом разобраться. 72
Эволюция — от лат. «развертывание» — историческое развитие природы. Она является демиургом (от греч. – создатель) всей ныне существующей живой природы, включая и человека. В результате эволюции постепенно повышается общий уровень организации живых существ: они усложняются и совершенствуются. 73
Гено м — совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма. Геном содержит биологическую информацию, необходимую для построения и поддержания организма. Большинство геномов, в том числе геном человека и геномы всех остальных клеточных форм жизни, построены из ДНК, однако некоторые вирусы имеют геномы из РНК. Для исследования происхождения человека первоначально ис пользовали сравнение последовательностей ДНК человека и обезьян. Пока, к сожалению, геномы обезьян еще расшифрованы далеко не полностью. 74
Приведем несколько примеров. Так, анализ ДНК останков людей из древних поселений в различных частях Америки свидетельствует о том, что заселение Америки происходило не тремя волнами миграций, как считалось ранее, а в результате одной большой миграции, которая и привела к появлению современного человека на этом континенте. 75
• Результатами такого рода исследований ДНК текстов древних популяций могут стать принципиально новые данные о структуре, внутри и межпопуляционных связях, этногенезе, миграциях популяций человека и об эволюции человека как вида. • Однако пока «генетика мумий» , как всякая новая наука, несмотря на свою высокую информативность, ставит больше вопросов, чем дает ответов. 76
Используя метод «молекулярных ча сов» , ученым удалось доказать что от гоминид, т. е. представителей родословной линии человека, человек и шимпанзе разошлись чуть более чем 5 млн. лет назад, в то время как горилла отошла от общей ветви более 7 млн. лет назад Общий предок. 7 млн. лет шимпанзе 5 млн. лет горилла Неандертал ец Промежуточные виды Человек
Скачать презентацию тема СОВРЕМЕННАЯ ТЕОРИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ доктор биологических наук
СОВРЕМЕННАЯ ТЕОРИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ ЛЕЧЕБНИКИ.pptx