Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу! Архитектура Биология География Искусство История Информатика Маркетинг Математика Медицина Менеджмент Охрана труда Политика Правоотношение Разное Социология Строительство Физика Философия Финансы Химия Экология Экономика Электроника От одноклеточных - к многоклеточным ⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 11Следующая ⇒   О возникновении жизни, нуклеиновых кислот, первых генов и первых клеток. Попытки определить понятие «жизнь» чаще всего сводятся к перечислению специфических, присущих только ей, форм поведения живой материи. К ним обычно относят способность к росту, размножению, двигательную активность, чувствительность, раздражимость и др. Элементарной живой системой считается клетка. Однако, необходимо понимать, что возникновению жизни предшествовал длительный этап эволюции «неживых» форм материи. Свойство самоагрегации материи создало предпосылки возникновения жизни на Земле. Так появились первые органические молекулы, в том числе аминокислоты, сахара, нуклеотиды. Следующим этапом можно назвать появление различных макромолекул, в том числе, ДНК, РНК и белков. При этом, некоторые макромолекулы уже обладают отдельными свойствами живого: способностью расти и самовоспроизводиться, т.е. – размножаться. Т.о., граница между «живым» и «неживым» становиться в последнее время крайне расплывчатой. Уникальность свойств нуклеиновых кислот (НК) в сочетании с условиями среды является причиной возникновения жизни. Такие свойства ДНК и РНК как стабильность, способность копировать себя и, в то же время, изменчивость являются предпосылками эволюционного процесса. Первые этапы эволюционного процесса представляют собой подбор неслучайных последовательностей НК в комплексе с другими окружающими молекулами. В этих агрегатах поддерживается оптимальный для данных условий уровень стабильности при высокой скорости копирования. Возникают и эволюционно закрепляются специфические связи между нуклеотидными триплетами и аминокислотами (генетический код). Возникающие агрегаты дольше сохраняются, если обладают набором признаков, который оптимален для условий окружающей среды (специфические последовательности нуклеотидов, специфический состав агрегированных с ними веществ, мембраны и т д.). С появлением мембран подобные агрегаты можно назвать первыми клетками. Последовательности нуклеотидов, которые определяют специфические свойства (признаки) этих первых клеток и можно назвать первыми генами (Рис. 3 и 4). Свойство изменчивости НК предопределяет дальнейшее изменение порядка нуклеотидов в образующихся последовательностях. Соответственно меняется структура белковых молекул в составе клетки. Если такое изменение снижает «приспособленность» клетки, она, или ее потомки, погибают. Изменения, повышающие адаптивность, сохраняются в последующих поколениях. Определения: Признак - характерное свойство (черта, особенность) объекта или группы объектов. Ген – это участок молекулы ДНК (РНК) несущий информацию об одном признаке. В дальнейшем это «рабочее» определение будет развиваться и дополняться новым содержанием. У разных индивидуумов в силу изменчивости НК один и тот же ген может существовать в виде несколько различающихся друг от друга вариантов (форм). Аллель – конкретная форма (вариант) гена. Генотип – совокупность всех аллелей всех генов конкретного организма. Геном – организованная определенным образом совокупность всех генов организма. Фен – признак. Фенотип – совокупность всех признаков организма. Мутация – изменение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Генетический код – соответствие последовательности из трех нуклеотидов (триплета или кодона) конкретной аминокислоте. Т.к. основных аминокислот всего 20, а возможных сочетаний нуклеотидов в триплете 64, каждой аминокислоте соответствует более чем 1 триплет (вырожденность генетического кода). Кроме того, есть несколько триплетов не соответствующих никаким аминокислотам (нонсенс-кодоны).                                 ПЕРВЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ МОЛЕКУЛЫ       АМИНОКИСЛОТЫ, НУКЛЕОТИДЫ, САХАРА       М А К Р О М О Л Е К У Л Ы (РНК, ДНК, БЕЛКИ)               Рис.3. Современные представления о первых этапах эволюционного процесса

Рис.4. Возможные этапы форми- рования первых клеток 1 - липидный слой; - белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты и др. раство-ренные в воде вещества; 2 и 3 – стадии самоагрегации коацерватных капель, которые впоследствии подвергались отбору на устойчивость и способность к упорядоченному делению.

О некоторых направлениях эволюционного процесса. Среди возникающих вариантов живых организмов оставляют больше всего потомства те, кто обладает какими-либо преимуществами, т.е. более адаптирован к окружающей среде. Мутационные изменения в ДНК (РНК) организмов с одной молекулой НК (гаплоидных) чаще всего приводят к исчезновению (или видоизменению) какого-либо признака, что снижает приспособленность вплоть до гибели организма. Возникновение клеток, содержащих по две одинаковых молекулы ДНК (диплоидных), повысило их приспособленность, так как теперь в случае мутации какого-либо гена существовала «запасная» копия, которая обеспечивала нормальное функционирование организма. Появление свободного кислорода в окружающей среде дало преимущество ДНК-содержащим организмам по сравнению с РНК-содержащими. Последние оказались менее устойчивыми в новых условиях. У большинства первых одноклеточных организмов, как и у современных бактерий, не было оформленного ядра (прокариоты). ДНК, содержащая гены, у них представлена в виде «голой» кольцевой двойной спирали и находится в определенной области клетки, которая называется нуклеоид.

В процессе эволюции усиление внутриклеточной дифференцировки приводит к появлению вокруг этой ДНК мембраны. Таким образом, возникает клеточное ядро (эукариоты). Сама ДНК агрегируется с белковыми молекулами. Такой комплекс получил название хромосома. Хромосомная организация генома у эукариот способствует повышению их адаптивных возможностей: с одной стороны комплекс ДНК с другими макромолекулами труднее разрушить, с другой – макромолекулы не только защищают ДНК, но и регулируют ее активность, а также способствуют ее воспроизводству (репликации). Разные виды животных и растений имеют разное число хромосом, и каждая хромосома имеет индивидуальные структурные особенности, по которым ее можно идентифицировать. Геном человека, например, представлен 23-мя парами гомологичных (являющихся копиями друг друга) хромосом. У домовой мыши 20 пар гомологичных хромосом, у кур – 39 пар, а у плодовой мушки дрозофилы – всего 4. Диплоидные эукариотические организмы получили широкое распространение на Земле. К ним относится большинство сложно организованных растений и животных, включая человека.

Еще одним перспективным направлением эволюции оказалась многоклеточность. Возможности многоклеточных организмов приспосабливаться к условиям окружающей среды часто оказываются шире, чем у одноклеточных. Такая адаптация осуществляется путем специализации отдельных групп клеток в составе организма для выполнения ими конкретных функций. Возникают специализированные клетки-рецепторы, функцией которых является все более точная регистрация изменений в окружающей среде. Возникают клетки, ответственные за движение многоклеточного организма. Для связи всех клеток в составе единого организма возникают специфические клетки, проводящие сигналы от клеток-рецепторов ко всем остальным клеткам тела. Начинает развиваться сначала простая, а затем все более сложная нервная система. Этим достигается формирование интегрированного адаптивно значимого ответа организма, как единого целого, на мельчайшие изменения в окружающей среде. Тем самым осуществляется более совершенное взаимодействие живого организма со средой. Идет естественный отбор наиболее приспособленных организмов.

Все дальнейшее изложение материала будет относиться к ДНК-содержащим диплоидным эукариотическим многоклеточным организмам.

Вопросы для самоконтроля:

1. Расскажите о возможных путях возникновения макромолекул, ДНК, РНК и матричных процессов (современные представления).

2. Рассмотрите современные представления о возникновении клетки, перечислите отличительные характеристики поведения живой материи.

3. Дайте определение понятиям «ген», «аллель», «мутация», «генотип» и «геном».

4. Дайте определение понятиям «фен», «фенотип», «генетический код».

5. Что такое «нуклеоид», «хромосома», «гаплоидность» и «диплоидность»?

6. Возникновение нервных клеток как необходимое условие существования многоклеточных организмов.