 |
Синтетическая теория эволюции
|
|
|
|
Размещено 23 Июня, 2011 by admin
Тот факт, что теория Дарвина первостепенное значение в отношении появления новых видов уделяет экологическим факторам, не помешало наибольшему развитию изучения генетических аспектов изменчивости и наследственности.
Развитие данного направления привело к тому, что на свет появилась так называемая синтетическая теория эволюции, в основе которой лежат принципы неодарвинизма. Важной ее особенностью является ориентация по преимуществу на генетические механизмы появления эволюционных изменений.
Наиболее традиционный вид этой теории эволюции фактически игнорирует экологические эволюционные аспекты, и весь эволюционный процесс сводится к отбору мутаций и их последующему распределению в популяциях.
То, что синтетическая теория эволюции признает за естественным отбором главенство среди эволюционных факторов, подлинная причина возникновения и закрепления признаков определяется не отбором, а рекомбинацией генов.
В соответствии с общепринятым мнением, синтетическая теория эволюции явила собой новый шаг по отношению к оригинальной теории Дарвина и заключает в себе объединение взглядов Дарвина с данными современной генетики, палеонтологии, экологии и ряда иных биологических дисциплин.
Но с точки зрения исторического анализа явствует, что синтетическая теория не может считаться вполне самостоятельным эволюционным учением. Это всего лишь одно из возможных направлений развития эволюционного учения Дарвина, которое связано с более пристальным изучением генетических эволюционных факторов.
Реальный синтез новейших эволюционных данных станет возможен лишь тогда, когда будут наиболее полно изучены вкупе с генетическими факторами экологические эволюционные факторы, которые составляют основу эволюционного учения Дарвина.
|
|
|
Существует ряд причин, повлиявших на развитие преимущественно генетических эволюционных факторов после создания теории Дарвина. Например, одна из них вызвана тем, что изучение в полном объеме экологических факторов подразумевает исследование сложных и разнообразных взаимоотношений организмов друг с другом и с окружающей средой.
В то время, когда Дарвин создавал свое эволюционное учение, экология, как наука, находилась в зачаточном состоянии, и представление об экологических механизмах эволюции у Дарвина было в основном умозрительным. Потребовалось немало времени и усилий для получения фактического подтверждения теоретических конструкций Дарвина.
И только сегодня, когда экология смогла достичь такого уровня научных исследований, при котором открывается возможность объективного анализа экологических эволюционных факторов.
Генетика, являясь по сравнению с экологией более узкой научной дисциплиной, имеет возможность оперативно решать множество стоящих перед ней проблем, используя экспериментальные методы исследования.
Другой важной причиной доминирования в эволюционной биологии генетических исследований является то, что после появления эволюционной теории Дарвина, ее критика была направлена, в первую очередь, на аспекты изменчивости и наследственности.
Остротой данной проблемы было привлечено пристальное внимание ученых, что и обусловило быстрое развитие в последующем эволюционно-генетических исследований.
Синтетическая теория эволюции имеет весьма важное системное дополнение – эпигенетическую теорию, рассматривающую в качестве главного объекта эволюции онтогенез организма.
96) Происхождение жизни: гипотезы панспермии и абиогенного происхождения жизни. Главные этапы возникновения и развития жизни.
|
|
|
Биохимическая теория
Первую научную теорию относительно происхождения живых организмов на Земле создал советский биохимик А.И. Опарин (1894–1980). В 1924 г. он опубликовал работы, в которых изложил представления о том, как могла возникнуть жизнь на Земле. Согласно этой теории, жизнь возникла в специфических условиях древней Земли и рассматривается Опариным как закономерный результат химической эволюции соединений углерода во Вселенной.
По Опарину, процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделен на три этапа:
- возникновение органических веществ;
- образование из более простых органических веществ биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и др.);
- возникновение примитивных самовоспроизводящихся организмов.
Теория биохимической эволюции имеет наибольшее количество сторонников среди современных учёных. Земля возникла около пяти миллиардов лет назад; первоначально температура её поверхности была очень высокой (до нескольких тысяч градусов). По мере её остывания образовались твёрдая поверхность (земная кора — литосфера).
Атмосфера, первоначально состоявшая из лёгких газов (водород, гелий), не могла эффективно удерживаться недостаточно плотной Землёй, и эти газы заменялись более тяжёлыми: водяным паром, углекислым газом, аммиаком и метаном. Когда температура Земли опустилась ниже 100ºС, водяной пар начал конденсироваться, образуя мировой океан. В это время, в соответствии с представлениями А.И. Опарина, состоялся абиогенный синтез, то есть в первичных земных океанах, насыщенных разными простыми химическими соединениями, «в первичном бульоне» под влиянием вулканического тепла, разрядов молний, интенсивной ультрафиолетовой радиации и других факторов среды начался синтез более сложных органических соединений, а затем и биополимеров. Образованию органических веществ способствовало отсутствие живых организмов — потребителей органики — и главного окислителя — кислорода. Сложные молекулы аминокислот случайно объединялись в пептиды, которые, в свою очередь, создали первоначальные белки. Из этих белков синтезировались первичные живые существа микроскопических размеров.
|
|
|
Наиболее сложной проблемой в современной теории эволюции является превращение сложных органических веществ в простые живые организмы. Опарин полагал, что решающая роль в превращении неживого в живое принадлежит белкам. По-видимому, белковые молекулы, притягивая молекулы воды, образовывали коллоидные гидрофильные комплексы. Дальнейшее слияние таких комплексов друг с другом приводило к отделению коллоидов от водной среды (коацервация). На границе между коацерватом (от лат. coacervus — сгусток, куча) и средой выстраивались молекулы липидов — примитивная клеточная мембрана. Предполагается, что коллоиды могли обмениваться молекулами с окружающей средой (прообраз гетеротрофного питания) и накапливать определённые вещества. Ещё один тип молекул обеспечивал способность к самовоспроизведению. Система взглядов А.И. Опарина получила название «коацерватная гипотеза».
Гипотеза Опарина была лишь первым шагом в развитии биохимических представлений о возникновении жизни. Следующим шагом стали эксперименты Л.С. Миллера, который в 1953 году показал, как из неорганических составляющих первичной земной атмосферы под воздействием электрических разрядов и ультрафиолетового излучения могут образовываться аминокислоты и другие органические молекулы.
Академик РАН В.Н. Пармон и ряд других ученых предлагают различные модели, позволяющие объяснить, как в среде насыщенной органическими молекулами могут протекать автокаталитические процессы, реплицирующие некоторые из этих молекул. Одни молекулы реплицируются успешнее, другие — хуже. Так запускается процесс химической эволюции, которая предшествует эволюции биологической.
На сегодняшний день среди биологов преобладает гипотеза РНК-мира, утверждающей, что между химической эволюцией, в которой размножались и конкурировали отдельные молекулы и полноценной жизнью, основанной на модели ДНК—РНК—белок, был промежуточный этап, на котором размножались и конкурировали между собой отдельные молекулы РНК. Уже есть исследования, показывающие, что некоторые молекулы РНК обладают автокаталитическими свойствами и могут обеспечивать самовоспроизведение без участия сложных белковых молекул.
|
|
|
Современная наука еще далека от исчерпывающего объяснения, как конкретно неорганическое вещество достигло высокого уровня организации, характерного для процессов жизнедеятельности. Тем не менее, ясно, что это был много ступенчатый процесс, в ходе которого уровень организации вещества шаг за шагом повышался. Восстановить конкретные механизмы этого ступенчатого усложнения — задача будущих научных исследований. Эти исследования идут по два основным направлениям:
- сверху вниз: анализ биообъектов и изучение возможных механизмов образования их отдельных элементов,
- снизу вверх: усложнение «химии» — изучение всё более сложных химических соединений.
Пока добиться полноценного соединения этих двух подходов не удалось. Тем не менее, биоинженеры уже сумели «по чертежам», то есть, по известному генетическому коду и структуре белковой оболочки собрать из биологических молекул простейший живой организм — вирус. Тем самым доказано, что для создания живого организма из неживой материи не требуется сверхъестественного воздействия. Так что необходимо лишь ответить на вопрос, как этот процесс мог пройти без участия человека, в естественной среде.
Широкого распространено «статистическое» возражение против абиогенного механизма возникновения жизни. Например, в 1966 г. немецкий биохимик Шрамм подсчитал, что вероятность случайного сочетания 6000 нуклеотидов в РНК-вирусе табачной мозаики: 1 шанс из 102000. Это чрезвычайно низкая вероятность, которая указывает на полную невозможность случайного образования подобной РНК. Однако в действительности это возражение построено некорректно. Оно исходит из предположения, что вирусная молекула РНК должна образоваться «с нуля» из разрозненных аминокислот. В случае ступенчатого усложнения химических и биохимических систем вероятность рассчитывается совершенно иначе. Кроме того, нет никакой необходимости получить именно такой вирус, а не какой-то другой. С учетом этих возражений получается, что оценки вероятность возникновения вирусной РНК занижены до полной неадекватности и не могут рассматриваться как убедительное возражение против абиогенной теории возникновения жизни.
Гипотеза панспермии
Гипотеза о появлении жизни на Земле в результате переноса с других планет неких зародышей жизни получила название панспермии (от греч. pan — весь, всякий и sperma — семя). Эта гипотеза примыкает к гипотезе стационарного состояния. Её приверженцы поддерживают мысль о вечном существовании жизни и выдвигают идею о внеземном ее происхождении. Одним из первых идею о космическом (внеземном) происхождении жизни высказал немецкий ученый Г. Рихтер в 1865 г. Согласно Рихтеру жизнь на Земле не возникла из неорганических веществ, а была занесена с других планет. В связи с этим возникали вопросы, насколько возможно такое перенесение с одной планеты на другую и как это могло быть осуществлено. Ответы искали в первую очередь в физике, и неудивительно, что первыми защитниками этих взглядов выступили представители этой науки, выдающиеся ученые Г. Гельмгольц, С. Аррениус, Дж. Томсон, П.П. Лазарев и др.
|
|
|
Согласно представлениям Томсона и Гельмгольца, споры бактерий и других организмов могли быть занесены на Землю с метеоритами. Лабораторные исследования подтверждают высокую устойчивость живых организмов к неблагоприятным воздействиям, в частности к низким температурам. Например, споры и семена растений не погибали даже при длительном выдерживании в жидком кислороде или азоте.
Современные приверженцы концепции панспермии (в числе которых — лауреат Нобелевской премии английский биофизик Ф. Крик) считают, что жизнь на Землю занесена случайно или преднамеренно космическими пришельцами. К гипотезе панспермии примыкает точка зрения астрономов Ч. Викрамасингха (Шри-Ланка) и Ф. Хойла (Великобритания). Они считают, что в космическом пространстве, в основном в газовых и пылевых облаках, в большом количестве присутствуют микроорганизмы, где они, по мнению ученых, и образуются. Далее эти микроорганизмы захватываются кометами, которые затем, проходя вблизи планет, «сеют зародыши жизни».
|
|
|
