Cum sunt legate ereditatea? Fig.1. Un exemplu de diferențe neereditare. Diferențele genetice între grupuri strâns înrudite
Introducere
Darwinismul este o teorie materialistă a evoluției lumea organică Pământ, pe baza opiniilor lui Charles Darwin. Fundamentul pentru crearea teoriei evoluției pentru Charles Darwin a fost observațiile din timpul unei călătorii în jurul lumii pe nava Beagle, cercetarea și generalizarea realizărilor biologiei contemporane și practicii de reproducere.
Această eterogenitate alelică este adesea specifică populației și poate reprezenta istoria demografică și mutațională unică a unei populații. În unele cazuri, bolile genetice sunt, de asemenea, asociate cu eterogenitatea locusului, ceea ce înseamnă că o mutație dăunătoare în oricare dintre mai multe gene poate duce la un risc crescut de boală. Aceasta este o constatare comună multor boli umane, inclusiv boala Alzheimer și boala polichistică a rinichilor. Atât eterogenitatea alelică, cât și heterogenitatea locusului sunt surse de variație în aceste fenotipuri de boală, deoarece pot avea efecte diferite asupra inițierii, progresiei și severității clinice a bolii.
În 1859 A fost publicată cartea lui C. Darwin „Originea speciilor prin selecție naturală sau conservarea raselor favorizate în lupta pentru viață”. În această carte, Charles Darwin a arătat că transformarea raselor de animale domestice și a plantelor cultivate are loc pe baza unor modificări minore ale caracteristicilor organismelor individuale. Modificările ereditare care apar la animale și plante cad sub influența selecției naturale, astfel încât în lupta pentru existență supraviețuiesc formele cele mai adaptate la condițiile de mediu date. Astfel, Darwin a explicat materialist oportunitatea organizării ființelor vii. Astfel, pentru prima dată în istoria biologiei, el a construit o teorie a evoluției, ghidată, în special, de datele obținute de practica economică.
Factorii de mediu diferă, de asemenea, între indivizi, iar efectul combinat al eterogenității de mediu și genetice este eterogenitatea etiologică. Eterogenitatea etiologică se referă la fenomenul care apare într-o populație generală atunci când mai multe grupuri de boli, cum ar fi grupurile de cancer de sân, prezintă caracteristici clinice similare, dar sunt de fapt rezultatul unor evenimente sau expuneri diferite. Înțelegerea etiologiei bolilor specifice, precum și identificarea posibililor agenți patogeni, este facilitată de identificarea și studiul cazurilor de boală care demonstrează eterogenitatea etiologică.
Darwin a pornit de la existența a două tipuri principale de variabilitate: definită (care reprezintă reacțiile adaptative ale organismelor la influența factorilor de mediu) și nedefinită (care apar și sub influența factorilor externi, dar neavând caracter adaptativ). Numai variabilitatea nedeterminată (ereditară), bazată pe mutații și combinațiile lor rezultate din încrucișare, poate servi drept material al evoluției. Principalul motor al evoluției este selecția naturală.
Rezultatele acestor studii pot dezvălui, de asemenea, posibile interacțiuni genă-genă și interacțiuni genă-mediu importante pentru procesul bolii. Spre deosebire de abordarea mendeliană, a doua abordare pentru studierea modului în care variația genelor contribuie la variația riscului de boală se concentrează pe înțelegerea susceptibilității genetice la boală ca o consecință a efectelor combinate ale multor gene, fiecare dintre acestea având efecte mici până la moderate și interacționează adesea. unul cu altul si mediu inconjurator pentru a determina răspândirea riscului de îmbolnăvire observat la populație.
Meritul lui Darwin este că a dezvăluit forțele motrice evolutie organica. Dezvoltarea ulterioară a biologiei a adâncit și completat ideile sale, care au servit drept bază pentru darwinismul modern. Dezvoltarea darwinismului a stimulat progresul multor domenii ale biologiei. În toate disciplinele biologice, locul de frunte este acum ocupat de metoda istorică de cercetare. Ca urmare a interpretării evolutive, faptele obţinute de ştiinţă, la rândul lor, au contribuit la dezvoltarea în continuare a problemelor darwinismului.
Această abordare a fost folosită în primul rând pentru a înțelege genetica malformațiilor congenitale și a bolilor comune și factorii lor de risc. După cum este descris mai jos, există mai mulți pași implicați în dezvoltarea unei astfel de înțelegeri. Ca prim pas, participanților la studiu li se cere să furnizeze o istorie familială detaliată pentru a evalua prezența agregării familiale. Dacă persoanele cu boală au mai multe rude afectate de boală decât persoanele fără boală, se identifică agregarea familială.
Eritabilitatea este definită ca proporția variației populației în riscul de îmbolnăvire care este atribuită variației genetice nemăsurate derivate din modelele de boală familială. Aceasta este o măsură largă, bazată pe populație, a influenței genetice, care este utilizată pentru a determina dacă cercetările genetice suplimentare sunt justificate, deoarece le permite cercetătorilor să testeze ipoteza nulă generală conform căreia nicio genă nu este implicată în determinarea riscului de îmbolnăvire. În studiul ereditabilității, sunt adesea folosite studii duble și studii de familie.
Darwinismul modern servește drept cea mai importantă bază teoretică pentru biologie, agricultură și practica medicală: doar abordarea darwiniană face posibilă transformarea eficientă a raselor de animale domestice și a soiurilor de plante cultivate, reproducând noi tulpini de microorganisme mai productive; Darwinismul creează baza pentru ideea biosferei ca sistem complex de dezvoltare și, pe termen lung, face posibilă controlul procesului evolutiv.
Studiile triple care compară incidența și variabilitatea factorului de risc a gemenilor monozigoți și dizigoți au fost un design de studiu comun utilizat pentru a evalua cu ușurință moștenirea genetică și culturală. Studiile asupra gemenilor monozigoți reuniți și a celor crescuți separat au fost, de asemenea, importante în evaluarea contribuțiilor atât genetice, cât și ale mediului la modelele de moștenire. Modelarea surselor de variație fenotipică folosind studii de familie a devenit destul de complexă, permițând includerea parametrilor modelului pentru a reprezenta componenta genetică aditivă, componenta genetică non-aditivă, mediul familial general și mediile individuale.
Condiții preliminare pentru evoluție:
variabilitate și ereditate
Variabilitatea și ereditatea ca proprietate a celor vii sunt premisele pentru evoluția vieții. Scopul principal al cunoașterii lor ar trebui să fie: 1) elucidarea rolului acestor fenomene în evoluția organică și 2) dovada imposibilității reducerii evoluției la aceste premise. Rezolvarea problemelor menționate este posibilă numai cu o cunoaștere mai apropiată a variabilității și eredității.
Se arată că contribuția acestor factori depinde de vârsta și mărimea populației. Odată ce sunt stabilite dovezi importante ale implicării genetice, următorul pas este identificarea genelor responsabile și a mutațiilor asociate cu risc crescut sau redus, folosind fie analiza legăturii genetice, fie studii de asociere genetică. De exemplu, în studiul malformațiilor congenitale, aceasta implică adesea căutarea delețiilor, inserțiilor, duplicărilor sau translocațiilor cromozomiale.
Genomul uman este format din zeci de mii de gene. În mod tradițional, procesul de descoperire a genelor începe cu analiza legăturii, care evaluează boala în familii. Analizele legăturilor sunt de obicei însoțite de studii de asociere genetică care evaluează boala în familii sau în indivizi neînrudiți.
Forme de variabilitate, concepte de bază și termeni
Din principiul matriceal al structurii și funcționării codului genetic urmează în mod inevitabil fenomenele fundamentale ale faunei sălbatice - ereditatea (transferul structurilor genetice de bază din generație în generație) și variabilitatea (eterogenitate, eterogenitate, diferențe între indivizi). Ereditatea este determinată de însuși principiul transferului codului ereditar printr-un proces asemănător obținerii de impresii, copii din același sigiliu (matrice). Variabilitatea este determinată, în primul rând, nu de stabilitatea absolută a moleculelor care formează un lanț de gene (ca urmare a diferitelor tipuri de motive, apar modificări în aceste molecule din când în când - mutații care duc la modificarea codului eredității) , și, în al doilea rând, prin influența condițiilor externe care determină manifestarea concretă a unuia sau aceluia rudiment genetic în condițiile concrete date. Putem spune deci că natura variabilității observate este întotdeauna duală, contradictorie. Această dualitate a derutat cercetătorii pentru o lungă perioadă de timp, a fost cauza multor discuții în biologie și teoria evoluției, începând cu lucrările lui J. Lamarck și C. Darwin. C. Darwin a distins mai multe forme de variabilitate. În procesul cercetărilor ulterioare, care au confirmat ideile lui Darwin, a fost dezvoltată o nouă terminologie, care ar trebui comparată cu cea a lui Darwin (vezi tabel).
Termenul „legare” se referă la tendința ca genele situate proximal pe același cromozom să fie moștenite împreună. Analiza legăturilor este un pas în căutarea unei gene de susceptibilitate a bolii. Scopul acestei analize este de a aproxima locația unei gene a bolii în raport cu un marker genetic cunoscut, folosind o înțelegere a modelelor de legătură.
Deoarece modul de moștenire nu este adesea clar pentru bolile comune, a fost dezvoltată o abordare alternativă la analiza clasică a legăturii pentru a valorifica principiul genetic de bază conform căruia frații împart, în medie, jumătate din alelele lor. Studiind măsura în care alelele sunt distribuite în genomul lor, perechile de frați afectați pot fi utilizate pentru a identifica regiunile cromozomiale care pot conține gene ale căror variații sunt asociate cu boala studiată.
Unele concepte sunt strâns legate de noua terminologie, ceea ce facilitează foarte mult înțelegerea proceselor de variabilitate și ereditate:
1) Genotip și fenotip. Acești termeni au fost propuși de Johannsen (1903). Fenotipul - acesta este întregul set de semne și proprietăți ale oricărui individ - este rezultatul interacțiunii dintre genotip și mediu. Genotipul este înțeles ca un sistem interconectat de unități de ereditate (gene), un program de dezvoltare ereditară.
Dacă mai multe perechi de frați afectați de o boală de interes arată o partajare mai mare decât cea așteptată a alelelor cunoscute ale unui marker genetic polimorf, atunci markerul genetic este probabil să fie asociat cu gena de susceptibilitate responsabilă pentru boala studiată.
Această abordare a fost utilizată pe scară largă pentru a identifica regiuni ale genomului despre care se crede că contribuie la bolile cronice comune. Cu toate acestea, rezultatele analizei legăturii nu au fost replicate în mod constant. Nereplicarea cu succes a rezultatelor asocierii poate fi rezultatul unei puteri statistice insuficiente sau al rezultatelor care au inclus fals pozitive în studiul original. Fără replicarea consecventă a rezultatelor, este prematur să se tragă concluzii despre contribuția unui locus genic la o anumită boală.
De regulă, genotipurile diferite provoacă dezvoltarea diferitelor fenotipuri. O modificare a genotipului implică o schimbare a fenotipului.
2) Variabilitatea fenotipică. Ca rezultat al observațiilor simple, nu este întotdeauna
putem spune ce caracter este variabilitatea, i.e. dacă este determinat de modificări ale genotipului (variabilitate ereditară sau mutație) sau este neereditară (modificare). Modificările se manifestă prin modificări morfofiziologice specifice, vizibile sau fenotipice: culoare, miros, gust, formă, proporții, mărime, număr de părți etc. Prin urmare, în condițiile unei simple observații, se poate vorbi doar în cea mai generală formă de variabilitate fenotipică. . Și doar un experiment (în special, încrucișarea) poate arăta care este proporția ereditară (genotipică) și neereditară, determinată de influența factorilor specifici în dezvoltarea unei anumite variații individuale (paratipice) în variabilitatea fenotipică generală.Orice trăsătură observabilă este un rezultat vizibil al implementării unui program de dezvoltare ereditară în condiții date. Prin urmare, personajele în sine, strict vorbind, nu sunt ereditare. Semnele depind, pe de o parte, de caracteristicile genetice ale organismului și, pe de altă parte, de condițiile de viață. Acest lucru a fost dovedit destul de ferm pe un număr mare de fapte.
Odată ce relația este confirmată, cercetătorii pot începe să caute în regiune gena de susceptibilitate a candidatului. De asemenea, este important de reținut că, în timp ce maparea legăturilor este un instrument puternic pentru găsirea genelor pentru boala mendeliană, deseori duce la semnale slabe și uneori inconsistente atunci când se studiază boli complexe care pot fi multifactoriale. Studiile de legare funcționează cel mai bine atunci când există o singură alelă de susceptibilitate la orice locus al bolii și sunt de obicei slab efectuate atunci când există o heterogenitate genetică semnificativă.
De exemplu, se știe că caracteristicile rasei animalelor de cultură apar numai în condiții de hrănire adecvată și întreținere generală favorabilă. Cu hrănire și întreținere slabă, semnele externe tipice ale rasei (Fig. 1), exteriorul acesteia, nu vor apărea.
Fig.1. Un exemplu de diferențe neereditare.
Progresele tehnologice în genotiparea de mare capacitate au făcut posibilă studierea directă a diferențelor genetice specifice între un număr semnificativ de oameni. Metodele de asociere genetică sunt adesea cea mai eficientă abordare pentru evaluarea modului în care modificările genetice specifice pot afecta riscul de boală.
Analiza efectelor modificărilor genetice implică de obicei mai întâi detectarea polimorfismelor de un singur nucleotide și apoi analiza acestor variații în probele din populații. Secvențierea întregii gene nu este în prezent în număr mare dintre oameni pot detecta polimorfisme care apar la 1-3% din populație cu aproximativ 95% certitudine.
Doi purcei din același așternut au devenit diferiți
din cauza diferitelor diete.
Întreaga gamă de modificări posibile într-un anumit genotip în diferite condiții de dezvoltare se numește normă de reacție. Astfel, putem spune că nu trăsătura este moștenită, ci norma reacției genotipului.
Modificările fenotipice neereditare (modificare paratipică) sunt reacția unui anumit genotip la diferite condiții de mediu. În condiții de mediu diferite, același genotip va fi exprimat prin fenotipuri diferite.
Puterea acestei tehnologii este cantitatea mare de variații genetice ușor de măsurat pe care o pune în mâinile cercetătorilor într-un mod rentabil. Cu toate acestea, aceste studii și metode de analiză bazate pe genom și căi sunt încă în stadiile lor incipiente de dezvoltare și vor necesita eforturile de colaborare a mai multor discipline, de la biologi moleculari la clinicieni la sociologi la bioinformaticieni, pentru a profita la maximum de utilizarea eficientă a aceste cantități mari de date.
Studiul interacțiunilor genă-mediu și genă-genă este o clasă largă de studii de asociere genetică concentrată pe înțelegerea modului în care variația genetică umană este legată de răspunsurile diferențiate la stimulii de mediu și de efectele diferențiale ale variației altor gene. Pentru a ilustra conceptul de interacțiuni genă-mediu, studiile recente care identifică mutații genetice care par a fi asociate cu răspunsul diferențial la fumul de țigară și asocierea acestuia cu cancerul pulmonar sunt revizuite mai jos.
Modificări ereditare - mutații
Mutațiile sunt modificări ereditare ale genotipului. Această modificare a normei de răspuns este de obicei exprimată prin apariția de noi semne și proprietăți într-o modificare a normei de răspuns la condițiile de mediu. Prin natura lor, mutațiile pot fi foarte diferite, deși în toate cazurile sunt modificări discrete ale codului general. informații ereditare. Distinge:
Când trei mutații de la aceste două gene au fost testate împreună într-o combinație de genotipuri extreme, riscul de apariție a bolii a fost de două ori mai mare decât cel al cancerului pulmonar la nefumători și o reducere cu 70% a riscului la fumătorii înrăiți în comparație cu persoanele fără mutații. Efectul protector al acestor variații genetice la fumătorii înrăiți se poate datora unei creșteri diferențiate a activității acestor gene protectoare stimulate de fumatul intens. Aceste studii ilustrează importanța identificării variațiilor genetice care sunt asociate cu riscul diferențial de boală comportamentală a unui individ.
Mutații genetice - unitățile de schimbare sunt gene sau loci din cromozomi;
Mutații cromozomiale - unitățile de schimbare sunt rearanjamente structurale ale cromozomilor individuali (inversări, duplicări, deleții, translocații);
Mutații genomice - unitățile de schimbare sunt numărul de cromozomi;
Mutații extranucleare - se referă la modificări ale unor structuri extranucleare constante și mai mult sau mai puțin autonome ale celulei (mitocondrii, plastide etc.).
Rețineți că acest tip de cercetare ridică, de asemenea, multe probleme etice și sociale diferite, deoarece identifică subgrupuri susceptibile și subgrupuri protejate de subiecți atât din rasele genetice, cât și din rasele umane. Reglarea genelor este esențială, deoarece pornind sau dezactivând genele după cum este necesar, celulele pot răspunde la schimbările din mediu și pot preveni irosirea resurselor.
Factorii genetici care influențează controlul posttranscripțional sunt mult mai dificil de studiat deoarece implică adesea complexe multiproteice care sunt ușor extrase sau analizate din celule. Aceste mecanisme sunt probabil influențate de variațiile genetice ale genelor țintă, precum și de variațiile proteinelor reglatoare celulare transformate. Reglarea genelor are loc de-a lungul vieții la toate nivelurile de dezvoltare și îmbătrânire ale corpului.
Caracterizarea evolutivă a mutațiilor
Din punct de vedere evolutiv, cele mai importante caracteristici ale mutațiilor sunt frecvența de apariție și apariția lor în populațiile naturale, precum și efectul mutațiilor asupra anumitor semne ale organismului.
Frecvența de apariție a mutațiilor spontane individuale este exprimată ca numărul de gameți dintr-o generație care conțin o anumită mutație în raport cu numărul total gameti. Aceste frecvențe, determinate cu precizie pentru un număr destul de semnificativ de plante, animale și microorganisme, se dovedesc a fi foarte apropiate ca mărime și se ridică la 10 -5 -10 -7 (adică, 1 din 100.000-10000000 poartă o mutație nou apărută la un loc specific). Frecvența mutațiilor nu este aceeași pentru diferite gene; în unele gene ale plantelor labile, ajunge la 10 -2. Frecvența globală de mutație, care este alcătuită din frecvențele de mutație ale genelor individuale, se dovedește, de asemenea, a fi apropiată în diferite organisme: de la câteva procente (alge unicelulare, ciuperci inferioare, bacterii) la 25% (Drosophila) din toți gameții din o generație poartă una sau alta mutație.
Când este expus la radiații, sigur chimicale, frecvența mutațiilor crește brusc odată cu temperatura și poate atinge valori foarte semnificative. Frecvența mutațiilor este influențată de starea fiziologică a organismului.
Spectrul de trăsături mutante sau trăsături afectate de mutații este foarte larg. Nu există trăsături și proprietăți care să nu fie afectate într-o oarecare măsură de mutații. Toate caracteristicile și proprietățile morfologice, fiziologice, biochimice, etologice sunt supuse variabilității ereditare. Aceste variații sunt exprimate atât în diferențe calitative, cât și cantitativ, adică. în funcție de valorile medii ale diferitelor trăsături. Mutațiile pot apărea atât în direcția creșterii, cât și în direcția scăderii severității unei anumite trăsături sau proprietăți. Mutațiile sunt fie foarte pronunțate (până la letalitate), fie prezentate ca abateri minore de la forma originală (așa-numitele mutații „mici”). Ca exemplu de mutație „mare”, Fig. 2 prezintă o Drosophila cu o mutație tetraptera; această mutație a dus la apariția unei trăsături caracteristice unui alt ordin (patru aripi în loc de cele două prispa obișnuite pentru muște). Multe studii au arătat că mutațiile afectează astfel de esențiale semne biologice cum ar fi viabilitatea generală, încrucișarea, fecunditatea și rata de creștere etc. Faptul că mutațiile pot afecta toate trăsăturile și proprietățile organismelor fără excepție este cea mai importantă proprietate evolutivă a acestora: aceste schimbări ereditare sunt materialul pentru evoluție.
Orez .2. Mutaţie tetraptera la Drosophila melanogaster.
O a doua pereche de aripi dezvoltată este vizibilă.
O altă proprietate evolutivă importantă a mutațiilor este apariția lor în populațiile naturale. Studiul unui număr mare de populații naturale tipuri diferite, care a fost dezvoltat mai ales activ în anii 30-40 ai secolului nostru, a confirmat concluzia lui S. S. Chetverikov despre saturația tuturor populațiilor cu diferite mutații. În diferite populații, frecvențele diferitelor gene mutante s-au dovedit a fi foarte diferite. Practic, nu există două populații care să aibă exact aceleași frecvențe de apariție și spectre de trăsături mutante. În același timp, strâns situate, populațiile învecinate ar putea diferi unele de altele la fel de semnificativ ca și populațiile îndepărtate.
Trăsăturile caracteristice ale mutațiilor, frecvența ridicată și constantă de apariție, impactul mutațiilor asupra oricăror trăsături, inclusiv importante din punct de vedere biologic, saturația populațiilor naturale cu mutații indică faptul că mutațiile ca unități elementare variabilitatea ereditară poate fi considerată ca material evolutiv elementar. Cea mai bună dovadă a acestei concluzii este descoperirea în natură a diferențelor genetice în mutațiile individuale între rase, subspecii și specii strâns înrudite.
Diferențele genetice între grupuri strâns înrudite
Existența diferențelor genetice (bazate pe câteva mutații) în trăsăturile individuale între populațiile apropiate din natură este o dovadă convingătoare că mutațiile sunt materialul elementar.
Pentru a studia compoziția genetică a populațiilor naturale, s-a lucrat destul de mult pe diferite grupuri de plante (muc-dragon, violete, pikulnik etc.), nevertebrate (drosophila, molia țigănească, gărgărițe etc.) și vertebrate (șoarece). -cum ar fi hamsterii, șoarecii de casă, șobolanii, volei etc.). În toate cazurile, fără excepție, când a fost posibilă efectuarea unei analize genetice suficient de precise a trăsăturilor în care diferă populațiile comparate, subspeciile sau speciile strâns înrudite, s-a constatat divizarea trăsăturilor ereditare studiate.
În toate cazurile, taxonii diferă unul de celălalt doar prin combinații de gene, cromozomi sau mutații genomice. Acest lucru dă motive să credem că mutațiile, ca modificări ereditare elementare, sunt într-adevăr materialul evolutiv elementar.
Modificări nemoștenite - modificări
Termenul de modificare a fost propus de geneticianul danez W. Johannsen. În sensul larg al cuvântului, modificările trebuie înțelese ca modificări neereditare care au apărut sub influența factorilor mediului abiotic și biotic în limitele implementării unei norme de reacție. Primele sunt temperatura, umiditatea, lumina, Proprietăți chimice apa si solul, factori care actioneaza mecanic (presiunea, vant, etc.); la al doilea - hrana, precum și efectele directe și indirecte ale altor organisme. Toți acești factori provoacă modificări fenotipice neereditare de natură mai mult sau mai puțin profundă.
Într-un cadru natural, organismul este afectat, desigur, nu de factori individuali, ci de combinarea acestora. Cu toate acestea, unii factori de mediu joacă un rol principal. Deci, se poate argumenta că temperatura, umiditatea și lumina au cea mai importantă valoare modificatoare, și pentru organisme acvatice- compoziția de sare a apei. Desigur, nu trebuie să uităm că semnificația corespunzătoare a factorilor de mediu este determinată de proprietățile genotipice ale unui anumit organism, norma de reacții a acestuia.
Temperatura determină schimbări foarte diverse. Deci, sub influența diferitelor temperaturi, florile primrozei chinezești capătă o culoare diferită. La 30-35°C se dezvoltă flori albe, iar la 15-20°C se dezvoltă flori roșii.
Fenomene similare se observă la animale. Deci, la fluturii urticanți, o creștere a temperaturii determină o creștere a tonurilor de roșu și galben în culoarea aripilor. Colorarea pielii mamiferelor și linia părului lor este, de asemenea, în unele cazuri asociată cu expunerea la temperatură. Astfel, îndepărtarea lânii pe anumite zone ale pielii la iepuri dintr-una din grupele (liniile) ereditare atunci când aceste animale erau ținute la frig a determinat dezvoltarea (pe zonele de piele ras) a pigmentului negru, urmată de creșterea negru. păr. Se știe că linia părului mamiferelor sub influența temperaturii scăzute atinge o dezvoltare mai magnifică. Temperatura influențează și dezvoltarea formelor corpului animalelor. Astfel, creșterea șoarecilor nou-născuți la căldură duce la o dezvoltare mai slabă a lânii, la alungirea urechilor și a cozii.
Influențată de factorul de umiditate transformări uimitoare observate la plante. Frunzele subacvatice ale vârfului de săgeată au o formă de panglică alungită, frunzele de suprafață de pe același exemplar sunt tipice în formă de săgeată. La animale, factorul de umiditate provoacă și schimbări clare. În primul rând, umiditatea afectează culoarea. Uscăciunea provoacă luminarea la broaște, o creștere a umidității stimulează întunecarea pielii. Sub influența umidității, după fiecare năpârlire, multe păsări au o întunecare a modelului penei.
Lumina evocă și ea schimbări profunde, în special la plante, modificând forma și dimensiunea tulpinii și a frunzelor, precum și provocând modificări anatomice la nivelul organelor. Cu iluminare insuficientă, forma tulpinii se schimbă în salata sălbatică, al cărei diametru devine mai mic; apare cazarea; sunt puține frunze, atârnă, forma lor este schimbată; lamele frunzelor sunt subțiri, unele țesuturi sunt reduse și modificate în ele etc.
Influența chimiei mediului are și o valoare modificatoare. Pentru plante, nutriția minerală este de importanță primordială, o modificare a cărei compoziție le determină să își transforme forma. Pentru dezvoltarea, de exemplu, a plantelor superioare, este necesară prezența următoarelor elemente de cenușă: K, Ca, Mg, S, P și Fe. Absența unuia dintre elementele enumerate modifică forma de dezvoltare.
Efectul de modelare al chimiei nutriționale asupra organismului animal este, de asemenea, mare. Cu hrănirea necorespunzătoare, animalele nu ating dezvoltarea completă și, prin urmare, semnele tipice ale unei specii sau rase rămân neexprimate.
Organismele se schimbă și sub influența indirectă și directă a altor organisme. Un pin crescut în libertate capătă o coroană largă asemănătoare cu o coroană de stejar, în timp ce un stejar crescut într-o pădure deasă capătă un trunchi de catarg.
Când a studiat modificările, Ch. Darwin a dezvăluit deja un foarte caracteristică. Modificările sunt întotdeauna strict regulate și specifice. Același factor provoacă diferite modificări în diferite organisme în conformitate cu diferențele dintre genotipurile lor (normele lor de reacție).
Astfel, o creștere a temperaturii determină o strălucire a pielii la șopârla rapidă (Lacerta agilis), și o întunecare la șopârla de perete (Lacerta muralis). Gnuul (Africa) dezvoltă o haină de iarnă în condițiile iernii ucrainene; cerbul taur (Africa) își păstrează ținuta de vară în aceleași condiții. Răspunsul la același factor se dovedește a fi diferit în funcție de diferența dintre caracteristicile genotipice ale acestor forme. Mai mult, în condiții normale pentru o specie dată, toate aceste modificări se dovedesc a fi clar adaptative (adaptative).
O altă caracteristică a variabilității modificării este faptul că modificările de modificare ale aceluiași organism se dovedesc a fi diferite în diferite stadii de dezvoltare și în condiții fiziologice diferite.
A treia caracteristică a modificărilor este neereditatea lor. Generarea aceleiași forme în condiții diferite produce modificări diferite.
C. Darwin a subliniat că condițiile sunt diferite în diferite puncte ale păstăii de semințe și că fiecare sămânță individuală se dezvoltă în condiții individuale. În fiecare sămânță vor apărea modificări individuale.
Neereditatea modificărilor individuale a fost dovedită de W. Johannsen în observațiile sale asupra liniilor de fasole pură. O linie pură este o serie de generații derivate dintr-o anumită plantă cu auto-polenizare. O astfel de linie pură rămâne genotipic relativ omogenă de ceva timp.
V. Johannsen a arătat că, în ciuda omogenității ereditare a materialului unei linii pure, semințele urmașilor ei sunt diferite ca mărime, greutate și alte caracteristici și că aceste diferențe sunt rezultatul diferențierii individuale în condiții oarecum diferite pentru dezvoltarea fiecărei semințe.
Variabilitatea neereditară nu poate fi redusă doar la modificări individuale. Indivizii oricărei specii sunt înrudiți de o comunitate de specii. Prin urmare, fiecare individ, fiecare genotip individual, fiecare viteză de reacție trebuie să fie o unitate a individului și a generalului.
De exemplu, pielea unei broaște obișnuite se întunecă sub influența temperaturilor scăzute. Blana de vulpe dupa o vara racoroasa iarna devine mai pufoasa si mai plina etc. În toate aceste cazuri, există modificări de modificare care sunt de același tip, general, caracter de grup. Pe fondul acestei modificări generale se joacă procesul de modificare a individualizării, care are aceeași direcție; de exemplu, la temperaturi scăzute, toate broaștele de iarbă se întunecă, dar fiecare într-un grad diferit.
Astfel, este necesar să se facă distincția între modificări individuale, de masă sau de grup. Prezența lor arată că o anumită formă de variabilitate a modificării este condiționată istoric și este o proprietate specifică a speciei.
Corelații
Corelațiile sunt modificări secundare care apar în cursul dezvoltării ontogenetice sub influența unei schimbări primare. Fenotipic, corelațiile sunt exprimate într-o modificare corelativă a funcțiilor și structurii unui organ sau a unei părți a acestuia, în funcție de modificările funcției și structurii altui organ sau a unei părți a acestuia. Corelațiile sunt, prin urmare, modificări funcționale corelative în organe sau părți ale acestora.
Doctrina corelaţiilor a fost introdusă de C. Darwin. Evoluția speciilor trece prin procesul de adaptare a acestora la condițiile de mediu în schimbare și că divergența (divergența) speciilor merge pe canalul diferențierii lor adaptative.
S-ar părea că în practica cercetării, speciile ar trebui să difere în mod clar în caracteristicile adaptive. Cu toate acestea, în realitate, acest lucru nu este întotdeauna cazul. Dimpotrivă, într-un număr foarte mare de cazuri specia diferă mult mai clar prin caractere a căror semnificație adaptativă nu este clară. În acest caz, devine de neînțeles cum apar aceste trăsături care nu sunt clar adaptative ale diferențelor dintre specii. La urma urmei, ele, s-ar părea, nu ar putea fi acumulate prin selecție, deoarece selecția acumulează caracteristici utile, adaptative.
Ch. Darwin a folosit conceptul de corelații pentru a explica această aparentă contradicție. El a subliniat că pentru taxonomie valoarea trăsăturilor care nu sunt esențiale în sensul valorii lor adaptative depinde în principal de corelațiile lor cu alte trăsături, greu de sesizat, practic insuficiente pentru definire, dar adaptive. Trăsăturile adaptative nesemnificative apar, așadar, nu sub influența directă a selecției, ci indirect, adică din cauza unei dependențe corelative de alte trăsături fenotipic fuzzy, dar adaptative. De aici rezultă că este necesar să se facă distincția între schimbările adaptative conducătoare și schimbările corelative, dependente. Dacă a apărut o schimbare adaptativă, atunci aceasta implică apariția unui număr de trăsături corelative dependente.
Problema variabilitatii corelative este importanta, deoarece dacă vreun organ se schimbă într-o direcție adaptativă, atunci altele se schimbă odată cu ele, „fără niciun beneficiu vizibil de pe urma schimbării”.
Prin urmare, fenomenele de corelație explică apariția și menținerea unor trăsături implicit adaptative la descendenți. Un alt aspect important pentru Charles Darwin a fost problema integrității organismului. O schimbare într-o parte este asociată cu modificări în toate sau multe alte părți ale corpului.
Clasificarea corelației
Materialul adunat de Ch. Darwin a arătat o varietate de relații corelative și un interes teoretic și practic semnificativ față de fenomen. În epoca post-darwiniană, problema corelațiilor a fost dezvoltată de mulți autori din a doua jumătate a secolelor XIX și XX. Cu toate acestea, studiile academicianului I. I. Shmalgauzen sunt deosebit de importante.
Există următoarele tipuri de corelații:
1) Corelațiile morfogenetice se limitează în principal la faza embrionară a ontogeniei. Pe exemplele acestor corelații se dezvăluie în mod clar natura dependențelor corelative. Încă din primele etape de dezvoltare (zdrobire) a oului și organogeneza ulterioară, corelațiile morfogenetice sau formative joacă un rol principal în embriogeneză.
Modificările corelative morfogenetice apar datorită apariției modificărilor primare, care implică modificări secundare dependente corespunzătoare.
2) Corelaţiile ergonomice sunt legate predominant de perioada postembrionară a ontogeniei, dar sunt caracteristice mai ales perioadei juvenile. Sensul lor: modelarea finală a părților inductibile. Corelațiile ergonomice (de lucru) apar ca urmare a contactului dintre părțile corespunzătoare ale corpului. Corelațiile ergonomice sunt evidentiate în mod deosebit în relația dintre mușchiul care lucrează și suportul osos de bază. Cu cât mușchiul este mai dezvoltat, cu atât crestele se dezvoltă mai ascuțit în zonele osului de care este atașat mușchiul. Prin urmare, prin dezvoltarea crestelor osoase, se poate judeca gradul de dezvoltare a mușchiului care servește ca inductor ergonic.
Modificările, mutațiile și corelațiile creează astfel o varietate enormă de indivizi, iar posibilitățile potențiale ale acestei varietăți sunt departe de a fi epuizate. Diversitatea crește și sub influența variabilității combinative.
Cauzele variabilitatii
În apariția modificărilor în organism, cauzele externe joacă un rol principal. În ceea ce privește modificările, această prevedere nu necesită explicații speciale, întrucât modificările sunt reacții ale organismului la influențe externe, determinate de norma reacției.
În ceea ce privește corelațiile, este clar că modificările dependente care apar în orice organ sau parte a acestuia sunt o reacție la influențele externe în raport cu acest organ sau o parte a acestuia; orice modificare primară a unui organ induce modificări în altul. În sistemul aceluiași organism, o schimbare corelativă secundară nu va avea loc dacă nu a existat una primară. În consecință, corelațiile pot fi considerate ca un tip special de variabilitate de modificare determinată de mediul intern al organismului însuși. Numai în cazul unei modificări a genotipului însuși și, în consecință, a normei reacției, cu alte cuvinte, în cazul unei mutații, natura modificărilor și formele corelațiilor se schimbă. Problema cauzelor variabilității se bazează pe problema cauzelor modificărilor ereditare (mutaționale).
Care este motivul apariției variabilității ereditare a mutațiilor de diferite tipuri? Motivele rezidă în caracteristicile fizico-chimice ale structurii moleculelor de ADN, pe de o parte, și influența diferiților factori externi (mutageni), pe de altă parte. Primul motiv provine din simplul fapt că molecula de ADN este formată în cele din urmă din atomi. Atomii sunt formați din electroni și altele particule elementare care sunt în continuă mișcare. Din când în când, complet spontan și fără participarea oricăror forțe externe, pot avea loc tranziții ale electronilor de pe orbită la orbită etc.. Aceste schimbări nesemnificative în microcosmos, în cele din urmă, trebuie să afecteze cumva structura moleculelor care alcătuiesc ADN-ul.
Procesul de mutație spontană determină probabil jumătate din mutații, în principal la nivel de genă. Factorii externi codului informațiilor ereditare determină apariția mutațiilor la toate nivelurile: genomului, cromozomial, genotipic și extranuclear.
Mutațiile pot apărea sub influența factorilor externi percepuți de organism. Cu toate acestea, natura modificării rezultate este determinată nu de un factor extern, ci de modificări ale genotipului organismului. De aceea, același factor poate provoca o mare varietate de mutații. Factorul extern nu determină direcția variabilității, rămâne unic, obiectiv aleatoriu, nedefinit.
Variație și ereditate
ca premise pentru evoluţie
Luarea în considerare a variabilității și eredității este de mare importanță fundamentală. Este posibil să explicăm procesul evolutiv doar prin variabilitate și ereditate? Care sunt datele pentru a rezolva această problemă?
Mutațiile ca material elementar al evoluției
Mutațiile determină natura modificărilor. Dacă apare o mutație, atunci norma reacției se schimbă și, în consecință, se modifică. Mutațiile pot afecta, de asemenea, corelațiile. Dacă apare o schimbare mutațională bruscă, care modifică semnificativ rata de reacție a celulei, atunci aceasta poate duce și la modificări ale dependențelor corelative. Mutațiile vor răspunde, de asemenea, la variabilitatea combinativă.
Care este semnificația evolutivă a mutațiilor? Răspunsul la această întrebare este determinat de următoarele date. Dacă a apărut vreo mutație care modifică semnificativ viteza de reacție, atunci o astfel de mutație poate perturba sau chiar distruge conexiunile corelative stabilite și, odată cu acestea, organizarea adaptată a animalului sau plantei în curs de dezvoltare. Apoi, în mod natural, viabilitatea va scădea sau chiar se va pierde cu totul într-unul sau altul stadiu al dezvoltării individuale a organismului. De aceea, mutațiile au foarte des o valoare letală (letală), așa cum, de exemplu, este cunoscută pentru multe mutații la Drosophila. Astfel, mutațiile sunt relativ dăunătoare în fiecare acest moment evoluţie. Ele perturbă cursul stabilit al ontogenezei, distrug integritatea organismului, adică. interdependență și interdependență strânsă, corelarea părților.
Mai ales dăunătoare sunt mutațiile mari care provoacă modificări semnificative ale ratei de răspuns și, ca urmare, ale ontogeniei organismelor. Cu toate acestea, mutațiile majore nu sunt la fel de frecvente. Cele mai frecvente sunt mutațiile mici care modifică doar puțin viteza de reacție și, prin urmare, nu afectează negativ ontogenia. De aceea micile mutații se pot acumula liber în populația speciei. Acest lucru este valabil mai ales pentru mutațiile care nu modifică deloc normele de răspuns și, prin urmare, sunt dificile din punct de vedere fenotipic sau nu sunt înregistrate deloc. Astfel de mutații, acumulându-se într-un ritm considerabil, pot produce același efect final ca și efectul mutațiilor mari; prin însumare, ele pot duce la perturbări în ontogenie, adică, dobândesc o valoare relativ dăunătoare.
Deci, mutațiile în sine nu au o valoare pozitivă. Dacă o anumită specie ca formă de viață este bine adaptată mediului, atunci un proces de mutație necontrolat poate avea o singură consecință: distruge sau, în orice caz, perturbă mai mult sau mai puțin fitness-ul speciei, reducându-i viabilitatea. Acesta este unul dintre efectele foarte frecvente ale mutațiilor. Prin urmare, în majoritatea cazurilor, mutanții, de exemplu, în Drosophila, obținuți în laborator, mor rapid în mediul natural. Aceste date clarifică poziția de mult cunoscută că mutațiile apar indiferent dacă sunt benefice sau dăunătoare.
La prima vedere, pare paradoxal ca mutatiile, i.e. modificările ereditare, care, după Darwin, sunt un factor de evoluție, sunt relativ dăunătoare. Într-adevăr, o specie se dezvoltă prin evoluția schimbărilor adaptative. Cum, atunci, mutațiile relativ dăunătoare pot servi drept materiale pentru adaptări? Evident, dacă, pe de o parte, mutațiile furnizează material pentru evoluția adaptivă și, pe de altă parte, sunt relativ dăunătoare, atunci în acest caz trebuie să existe un proces natural care să transforme mutațiile relativ dăunătoare în schimbări benefice, adică fix-uri. . Fără prezența unui astfel de proces, caracterizarea mutațiilor face complet imposibilă explicarea evoluției doar cu ajutorul teoriei variabilității ereditare. Cu alte cuvinte, este evident că evoluția nu se poate reduce la variație ereditară. Aceasta este o concluzie foarte importantă din luarea în considerare a rolului mutațiilor. În ciuda acestui fapt, mutațiile au o mare importanță evolutivă, deși sunt doar materialul elementar al evoluției.
Rolul variabilitatii combinative
Majoritatea organismelor se reproduc prin gameți care sunt eterogene ca sex și personalitate. Deci, de exemplu, deși printre plante există mulți autopolenizatori, dar, după cum se dovedește, doar câteva sunt forme de autopolenizare obligatorii (obligatorii).
La toate celelalte autopolenizatoare, se observă aproape întotdeauna polenizarea încrucișată facultativă (temporară). Prin urmare, se poate argumenta că în florăîn general predomină polenizarea încrucișată. La animale, respectiv, nu domină autofertilizarea, ci reproducerea cu soarta a două sexe. Astfel, de fapt, odată cu dominația încrucișării, formarea combinațiilor genetice este inevitabilă. Deja de aici devine clar rolul enorm al combinațiilor și al variabilității combinative. Chiar și Ch. Darwin a stabilit faptul că efectele benefice ale încrucișării asupra viabilității descendenților. Un motiv pentru acest fenomen este că mutațiile tind să curgă în populația unei specii în combinație cu alelomorfe și alte trăsături ereditare. Prin urmare, se observă adesea că efectul relativ nociv al mutațiilor, atunci când este combinat în acest fel cu alte calități, este redus sau neutralizat. Combinația face ca descendenții să fie mai diversi atât genetic, cât și fenotipic. Și mai departe, combinația stimulează noi manifestări ale variabilității ereditare (combinative). Aceasta include, de asemenea, mutațiile care au apărut pe aceeași bază de combinație. De o importanță primordială este faptul că combinația reduce și chiar neutralizează efectul relativ dăunător al mutațiilor.
Deci, semnificația variabilității combinative este următoarea: 1) stimulează apariția unor noi modificări ereditare; 2) crește diversitatea genetică și fenotipică a descendenților; 3) crește viabilitatea descendenților și 4) neutralizează efectele nocive ale mutațiilor.
Din toate aceste motive, combinațiile cu mutații incluse în ele prin încrucișare devin bisexuale, încrucișarea formează materialul direct al evoluției. Cu toate acestea, combinațiile, precum mutațiile, nu pot oferi prin ele însele un proces evolutiv. La urma urmei, combinațiile apar în natură relativ liber, în cantități mari. În acest caz, apar o varietate de combinații, deloc „reușite”, inclusiv cele care nu sunt neapărat viabile. Dimpotrivă, apar combinații dăunătoare, ducând organismul la moarte. Care este rolul pozitiv al combinațiilor? Semnificația principală a combinațiilor constă în faptul că, sub influența combinării în timpul încrucișării, formele combinative devin diverse, inegale din punct de vedere biologic. Această masă biologic inegală de indivizi dintr-o anumită specie devine acel material practic inepuizabil, datorită căruia se desfășoară procesul evolutiv intraspecific.
Rolul corelațiilor
Corelațiile apar în cursul dezvoltării individuale a organismului. Se stabilesc legături interdependente între părți și organe separate. Datorită prezenței corelațiilor, organismul devine integral. Părțile sale funcționează în mod normal numai în conexiunile lor între ele. Organismul în cursul dezvoltării individuale nu se formează ca un „agregat” mecanic de părți care pot fi demontate și puse împreună, ci ca o integritate. Prin urmare, semnificația corelațiilor în evoluție constă în primul rând în faptul că, în prezența lor, poate evolua doar un organism integral cu toate „avantajele” și „dezavantajele” sale morfofiziologice. Această poziție a fost dezvoltată de I. I. Schmalhausen.
Corelațiile determină „adecvarea” unei mutații date. Așadar, corelațiile, ca și modificările, devin „ghidurile de viață” ale mutațiilor specifice, fiind un instrument care (desigur, prin lupta pentru existență) determină vitalitatea acestora.
Observații și concluzii finale
Când s-a discutat despre rolul diferitelor forme de variabilitate și semnificația eredității, teoria lui Darwin a luptei pentru existență și selecția naturală a fost cu greu atinsă, adică s-a încercat să discute chestiunea semnificației evolutive a mutațiilor, variabilitatea combinativă. , corelații și modificări independent de această teorie. Cu toate acestea, o trecere în revistă a semnificației evolutive a acestor forme de variabilitate în afara conexiunii cu teoria selecției este inevitabil nesatisfăcătoare. Concluzie: mutațiile furnizează material elementar pentru evoluție; combinațiile oferă material imediat pentru evoluție; când discutăm despre rolul evolutiv al modificărilor și luăm în considerare semnificația corelațiilor, este deja în general imposibil să ne renunțăm la cuvinte scurte despre selecția naturală. Acest lucru se datorează faptului că semnificația evolutivă deplină a formelor de variație și ereditate poate fi înțeleasă doar pe baza și în lumina teoriei selecției naturale. Dovezi pentru aceasta:
1) Mutațiile nu asigură un proces evolutiv. Aceasta rezultă din următoarele:
Mutațiile sunt relativ dăunătoare, în timp ce dezvoltare evolutivă specie se realizează prin dezvoltarea adaptărilor, adică modificări utile, care, prin urmare, nu sunt echivalente cu mutații. Din aceasta rezultă clar că natura adaptativă a procesului evolutiv nu poate fi explicată prin teoria mutației.
Procesul de mutație are loc în fiecare generație, în timp ce specia se schimbă și se transformă într-o altă specie pe parcursul mai multor generații. Aceasta înseamnă că este imposibil să reducem procesul evolutiv la un proces mutațional. Mutațiile nu determină viteza procesului evolutiv.
2) Combinațiile nu oferă un proces evolutiv. Combinațiile apar spontan, sunt relativ libere în cadrul populațiilor de specii. Prin urmare, prin combinare pot apărea diferite forme - adaptate și neadaptate. Cu toate acestea, populațiile unei specii constau întotdeauna din forme mai mult sau mai puțin adaptate. Aceasta înseamnă că nu combinația în sine, ci altceva care creează evoluția adaptivă.
3) Modificările și corelațiile nu asigură un proces evolutiv. În primul rând, modificările sunt neereditare. Prin urmare, ei înșiși nu pot asigura consolidarea noilor caracteristici. În al doilea rând, modificările pot fi diferite - dăunătoare, utile sau indiferente. Cu toate acestea, într-o populație a unei specii care locuiește într-o anumită stație (habitat), modificările sunt, de regulă, de natură adaptativă. Aceasta înseamnă că trebuie să existe un factor special care păstrează doar modificări adaptive. Și în acest caz, este evident că modificările nu explică natura adaptativă a evoluției. Același lucru se poate spune despre corelații. Și ei înșiși nu oferă armonie de formă.
4) Ereditatea nu explică persistența formei speciei. Așa cum diversele forme de variabilitate nu explică procesul evolutiv progresiv, tot atât factorul de ereditate nu este suficient pentru a explica stabilitatea formei speciei, caracteristicile stabile ale anumitor organisme. Deci, pe lângă continuitatea genetică, trebuie să existe o altă formă de continuitate. Această succesiune filogenetică se bazează pe faptul că o trăsătură devine foarte stabilă, nu pentru că i se asociază ferm o bază ereditară neschimbată, ci pentru că această trăsătură își păstrează valoarea utilă pentru o lungă perioadă de timp. Este clar că persistența unei trăsături de-a lungul istoriei lungi a unei specii sau a unui grup de specii este determinată de selecția naturală, nu de presupusa constanță a genelor.
Ieșire
Diversele forme de variabilitate nu pot explica procesul evolutiv progresiv, care este întotdeauna adaptativ. Deși ereditatea poate explica asemănarea indivizilor dintr-o serie de generații cu perechea parentală, nu este suficientă pentru a explica persistența formei speciei de-a lungul vieții speciei, măsurată prin timpul geologic. Mai mult, ereditatea singură nu poate explica persistența trăsăturilor individuale care au existat în anumite organisme de multe milioane de ani.Toate acestea arată că este practic imposibil de explicat procesul evolutiv doar prin acțiunea variabilității și eredității. Atât variabilitatea, cât și ereditatea sunt premise necesare și indispensabile pentru procesul de evoluție. Prin urmare, este firesc să folosim un alt factor pentru a explica evoluția. Acest factor este selecția naturală.
Bibliografie
1) Veselov E.A. darwinism. Moscova: Editura Educațională și Pedagogică de Stat a Ministerului Educației din RSFSR, 1960, 504p.
2) Gurev G.A. Darwinismul și semnificația lui. Moscova: Editura Educațională și Pedagogică de Stat a Ministerului Educației din RSFSR, 1959, 340p.
3) Darwin C. Originea speciilor. M.: Selkhozgiz, 1952, 484p.
4) Mednikov B.M. Darwinismul în secolul XX. M.: Rusia Sovietică, 1975, 224p.
5) Paramonov A.A. darwinism. M.: Iluminismul, 1978, 336s.
6) Timiryazev K.A. Scurtă prezentare a teoriei lui Darwin. M.: Selkhozgiz, 1953, anii 160.
7) Shmalgauzen I.I. Probleme ale darwinismului. Leningrad: Nauka, 1969, 496s.
Manualul corespunde nivelului de bază al componentei federale standard de stat educație generală în biologie și este recomandată de Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse.
Manualul se adresează elevilor din clasele 10-11 și completează rândul lui N. I. Sonin. Cu toate acestea, caracteristicile prezentării materialului fac posibilă utilizarea acestuia în etapa finală a studierii biologiei după manualele tuturor liniilor existente.
Carte:
| <<< Назад
|
Înainte >>> |
Tine minte!
Care este originea numelui științei biologiei?
Ce știi despre proprietățile și esența vieții?
Esența vieții. Ce este viața, principalul obiect de studiu al biologiei? Unde este linia care separă cei vii de cei nevii, distribuie muntele și copacul care crește pe el, râul și peștii care trăiesc în el în diferite categorii? Viața ca fenomen natural cel mai mare mister, pe care omenirea a încercat să o rezolve de multe mii de ani.
În secolul al IV-lea. î.Hr e. marele om de știință grec Aristotel a sugerat că lucrurile vii devin vii datorită unei forțe speciale care face să germineze o sămânță, un pește să înoate, o pasăre depune ouă. Peste două milenii mai târziu, începutul XIXîn. Naturalistul german Gottfried Reinhold Treviranus a introdus conceptul de „vis vitalis” – forța vieții. Acest termen și-a dat numele direcției filozofice – vitalism.
Cu dezvoltarea Chimie organica Mulți oameni de știință au încercat să explice diferențele dintre folosirea lucrurilor vii și nevii formule chimice. Din această perioadă îi aparține definiția clasică a lui Friedrich Engels: „Viața este un mod de existență a corpurilor proteice, al cărui moment esențial este schimbul constant de substanțe cu natura exterioară care le înconjoară și odată cu încetarea acestui metabolism. , încetează și viața, ceea ce duce la descompunerea proteinei.”
Pe tot parcursul secolului al XX-lea Au fost făcute multe încercări de a da cea mai completă și corectă definiție a esenței vieții:
- un set de procese fizico-chimice specifice;
- o formă specială a existenței materiei;
- întreținerea și reproducerea activă a unei structuri specifice, mergând cu cheltuirea energiei primite din exterior;
- procesul de metabolism;
- un proces de autoreproducere care se opreşte cu distrugerea unei anumite structuri a organizaţiei.
Existența acestor definiții și a multor alte definiții demonstrează cât de dificil este să dai o definiție clară a vieții.
Academicianul rus Vladimir Alexandrovici Engelgard credea că „în capacitatea celor vii de a crea ordine din mișcarea termică a moleculelor se află cea mai profundă diferență fundamentală dintre cei vii și cei nevii”. În natura neînsuflețită, energia este disipată, ceea ce duce la o scădere a ordinii, adică la o creștere a entropiei.
În sensul cel mai general, viața poate fi definită ca o întreținere activă și auto-reproducere a unei structuri specifice, ale cărei componente esențiale sunt proteinele și acizii nucleici, procedând cu cheltuirea energiei primite din exterior.
proprietățile celor vii. Nefiind ajuns la o singură definiție universală, oamenii de știință au convenit să caracterizeze viața ca un întreg complex de proprietăți și semne, a căror totalitate face posibilă determinarea însăși granița care separă viul de neviu.
Luați în considerare proprietățile de bază ale materiei vii.
Unitatea compoziției chimice elementare. Compoziția vieții include aceleași elemente ca și compoziția naturii neînsuflețite, dar în rapoarte cantitative diferite; în timp ce aproximativ 98% este carbon, hidrogen, oxigen și azot.
Unitatea compoziției biochimice. Toate organismele vii constau în principal din proteine, lipide, carbohidrați și acizi nucleici.
Unitatea organizației structurale. Unitatea de structură, viață, reproducere, dezvoltare individuală este celula; nu există viață în afara celulei.
Discreție și integritate. Orice sistem biologic constă din părți separate care interacționează (molecule, organite, celule, țesuturi, organisme, specii etc.), care împreună formează o unitate structurală și funcțională.
Schimbul de materie și energie (metabolism). Metabolismul constă din două procese interdependente: asimilare (schimb plastic ) - sinteza materie organicăîn organism (datorită surselor externe de energie – lumină, alimente) și disimilare (metabolismul energetic ) - procesul de descompunere a substanțelor organice complexe cu eliberare de energie, care este apoi consumată de organism.
Auto-reglare. Toate organismele vii trăiesc în condiții de mediu în continuă schimbare. Datorită capacității de autoreglare în procesul de metabolism, se menține constanta relativă a compoziției chimice și intensitatea cursului proceselor fiziologice, adică homeostaziei.
deschidere. Toate sistemele vii sunt deschise, deoarece în procesul activității lor de viață între ele și mediu are loc un schimb constant de materie și energie (Fig. 1).
Reproducere. Reproducerea este capacitatea organismelor de a reproduce propriul lor fel. Reproducerea se bazează pe reacții de sinteză a matricei, adică formarea de noi molecule și structuri pe baza informațiilor conținute în secvența de nucleotide ADN. Această proprietate asigură continuitatea vieții și continuitatea generațiilor.
Ereditatea și variabilitatea. Ereditatea este capacitatea organismelor de a-și transmite caracteristicile, proprietățile și trăsăturile de dezvoltare din generație în generație. Baza eredității este constanta relativă a structurii moleculelor de ADN.
Orez. 1. Sisteme închise (A) și deschise (B).
Variația este o proprietate opusă eredității; capacitatea organismelor vii de a exista în diferite forme, adică să dobândească trăsături noi care sunt diferite de calitățile altor indivizi din aceeași specie. Variabilitatea, datorită modificărilor înclinațiilor ereditare - gene, creează o varietate de material pentru selecția naturală, adică selecția indivizilor care sunt cei mai adaptați la condițiile specifice de existență în natură. Aceasta duce la apariția unor noi forme de viață, noi tipuri de organisme.
Crestere si dezvoltare. Dezvoltarea individuală, sau ontogeneză,- dezvoltarea unui organism viu de la naștere până în momentul morții. În procesul ontogenezei, proprietățile individuale ale organismului se manifestă treptat și consecvent. Aceasta se bazează pe implementarea treptată a programelor ereditare. Dezvoltarea individuală este de obicei însoțită de creștere.
dezvoltare istorică, sau filogeneza,- dezvoltarea direcționată ireversibilă a faunei sălbatice, însoțită de formarea de noi specii și de complicarea progresivă a vieții.
Iritabilitate și mișcare. Iritabilitatea este capacitatea organismului de a răspunde selectiv la influențele externe și interne, adică de a percepe iritația și de a răspunde într-un anumit mod. Răspunsul organismului la iritare, realizat cu participarea sistemului nervos, este numit reflex.
Organisme care lipsesc sistem nervos, răspund la impact schimbând natura mișcării sau creșterii, de exemplu, frunzele plantelor se întorc spre lumină.
Ritm. Ritmurile zilnice și sezoniere au ca scop adaptarea organismelor la condițiile de existență în schimbare. Cel mai cunoscut proces ritmic din natură este alternarea perioadelor de somn și de veghe.
Unele dintre proprietățile individuale pe care le-am luat în considerare pot fi găsite și în natura neînsuflețită - stalactitele cresc, apa din râu se mișcă, curge și reflux alternează. Dar, în ansamblu, toate aceste proprietăți sunt caracteristice doar organismelor vii.
Revizuiți întrebările și temele
1. Ce este viața? Încercați să dați propria definiție.
2. Enumeraţi principalele proprietăţi ale materiei vii.
3. Explicați ce credeți că diferențe fundamentale metabolismul în natura neînsuflețită și în organismele vii.
4. Cum sunt legate ereditatea, variabilitatea și reproducerea în asigurarea vieții pe Pământ?
5. Definiți conceptul de „dezvoltare”. Ce forme de dezvoltare cunoașteți?
6. Ce este iritabilitatea? Care este semnificația reacției selective a organismelor pentru adaptarea lor la condițiile de existență?
7. Care este semnificația ritmului proceselor vieții?
| <<< Назад
|
Înainte >>> |
