Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина. С точки зрения эволюционного учения, бактерии являются. Клетка археи, поглотившая бактерию и ставшая затем эукариотной клеткой, получила много преимуществ с точки зрения эффективности метаболизма, устойчивости, выживаемости. 3)Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции (примитивные, высокоорганизованными)?
11. Бактерии. Эволюция или адаптация?
Организмы можно сгруппировать исходя из соотношения оснований ДНК, входящей в состав их хромосом. Неудивительно, что содержание Г-Ц у близкородственных организмов также будет близким. Однако само по себе сходное процентное содержание оснований не означает, что организмы являются родственными. Например, Bacillus subtilis и человек характеризуются примерно одинаковым содержанием Г-Ц, хотя очевидно, что эволюционное сходство между ними отсутствует.
Однако во многих случаях исследование содержания Г-Ц представляет собой относительно простой способ предварительной оценки эволюционного родства между организмами. Это универсальное филогенетическое дерево иллюстрирует взаимосвязи, существующие между организмами различных типов. Оно построено по данным анализа последовательности РНК малых субъединиц рибосом.
Бесспорно, наиболее точный и результативный метод молекулярной филогении заключается в сравнении последовательностей генов, сохранившихся в ходе эволюции. Гены SSU рРНК представляют собой идеальный объект для такого анализа, поскольку они присутствуют во всех организмах и сохранились в ходе эволюции. Последний метод используют для характеристики организмов, которые обнаружены в незначительных количествах или же с трудом поддаются культивированию.
После проведения секвенирования результаты можно проанализировать с использованием компьютерных программ, позволяющих сравнивать последовательности рРНК и построить филогенетическое дерево, подобное изображенному на рисунке ниже. Сравнение между собой данных секвенирования вскрыло ряд удивительных особенностей, касающихся филогенетического родства организмов. На основании традиционных фенотипических характеристик включая данные, полученные методом числовой таксономии биологи сгруппировали всех живых существ в пять царств, только одно из которых было представлено прокариотами.
Роль горизонтальных переносов росла вместе с нововведениями, а с прекращением образования de novo семейств оставалась более или менее постоянной. Всё складывается в логичную схему: после появления жизни на планете организмы начали быстро приспосабливаться к различным экологическим нишам, изобретая для этого необходимые ферменты и реакции. После накопления достаточного массива ферментативного инструментария всё лишнее быстро вышло из употребления. Зато в дальнейшем удобнее было при необходимости перетасовывать уже имеющийся массив, чем изобретать что-то новое. Отсюда и устойчиво высокая роль горизонтальных переносов. Зато если возникала нужда в освоении новой экологической ниши, надежнее было продублировать уже имеющийся ген и изменить его в угоду новым условиям, чем изобретать новый ген, еще не приспособленный ни к внутренней генной среде, ни к внешней абиотической. Учитывая эту картину, мы можем пересмотреть вопрос, поставленный Г. Заварзиным: Составляет ли эволюция смысл биологии? Заварзин, на основе изучения эволюции микроорганизмов, подводил нас к мысли, что в мире бактерий эволюция в целом не обязательна.
Обязательно приспособление к геохимическим обстановкам, встраивание в геохимические круговороты. Именно это и заставляет микромир меняться. Смысл биологии микромира — это участие в геохимических планетарных циклах, а сама эволюция если она есть вторична. Высказанная Г. Заварзиным мысль исключительна по своей глубине и значимости. Однако она скорее описывает ситуацию после окончания грандиозной Архейской Экспансии. А до и во время нее гены переживали период своей самой бурной эволюции. Что вызвало Архейскую экспансию, какие события привели к столь радикальным переменам генов микробного мира? Конечно, точного ответа на этот вопрос нет.
Но авторы предложили свою версию. Они посмотрели, какие функциональные группы генов в этот период появлялись активнее всего, провели специальные вычисления, сравнивая темпы появления различных функциональных групп семейств генов до экспансии и во время экспансии. В результате этого анатомирования Архейской экспансии четко выявились лидеры экспансии рис. Семейства генов здесь сгруппированы по своим функциям, точнее по тем субстратам, с которыми они работают. Группы показаны цветом. Высота каждого столбика гистограмм показывает отношение семейств генов определенной функциональной группы, появившихся во время архейской экспансии, к числу семейств этой группы, появившихся до экспансии. Шкала логарифмическая log2. То есть это своего рода анатомия Архейской экспансии. График из обсуждаемой статьи в Nature Среди ведущих функциональных семейств оказались гены, связанные с работой электронтранспортной цепи синие столбики.
Она содержит гены устойчивости к двум антибиотикам: ампициллину и тетрациклину, благодаря которым успешное встраивание фрагмента чужеродной ДНК в один из этих генов легко отследить по исчезновению у бактерий устойчивости к одному из этих антибиотиков. В клетках эукариот тоже присутствуют плазмиды, они располагаются в самовоспроизводящихся органеллах клетки — митохондриях и пластидах. Впячивания клеточной мембраны или мезосомы — это внутрицитоплазматические мембранные структуры бактерий, выполняющие функции органоидов, характерных для клеток эукариот. Предполагают, что они участвуют в образовании клеточных перегородок и репликации ДНК нуклеоидов. На поверхности мембран мезосом находятся ферменты, участвующие в процессе дыхания. Над клеточной стенкой у многих бактерий расположена слизистая капсула, предназначенная для дополнительной защиты бактерии от внешних воздействий. Бактерии размножаются простым делением надвое. После редупликации кольцевой ДНК клетка удлиняется и в ней образуется поперечная перегородка.
Так как нет окончательного мнения насчет того, считать ли вирусы живыми, то роль вирусов в формировании и эволюции биосферы фактически не учитывается игнорируется. На сегодня описаны более 6 тысяч видов вирусов, хотя предполагают, что их существует более ста миллионов. Вирусы обнаружены почти в каждой экосистеме на Земле, они являются самой многочисленной биологической формой. Вирусы поражают все типы организмов, от растений и животных до бактерий и архей вирусы бактерий обычно называют бактериофагами. Геномы большинства видов позвоночных содержат от сотен до тысяч последовательностей полученных от древних ретровирусов. Если вирусами ретровирусами были заражены первичные бактерии и археи, то роль вирусов в эволюции живого фактически выходит на первый план, так как вирусы становятся таким же естественным фактором генетической изменчивости организмов включая мутации , как физические радиация различного вида и химические геохимические факторы. Следует сразу отметить, что микроорганизмы в силу своих размеров наиболее быстро реагируют на изменения в окружающей среде изменение физических и геохимических параметров. Множество вирусов, в частности РНК-вирусы, имеют маленький период размножения и повышенную частоту мутаций одна точечная мутация или более на геном за один раунд репликации РНК вируса.
Вирусы как эволюционный фактор
От их количества и химического состава зависит характер и интенсивность микробиологических процессов в почве. Аммонифицирующие бактерии, многие актиномицеты, микроскопические грибы и другие микроорганизмы обусловливают минерализацию органического вещества в почве и высвобождение доступного растениям аммонийного азота. Нитрифицирующие бактерии превращают аммонийный азот в нитриты и нитраты. Значительна по составу и количеству микрофлора, использующая минеральный азот и превращающая его в органические формы процесс иммобилизации. Денитрифицирующие бактерии предопределяют невозвратимые потери газообразного азота. Такие виды, как Azotobacter az. Следовательно, трансформация азота самым тесным образом связана с почвенной микрофлорой, от деятельности которой зависит азотный режим почвы, т.
Микроорганизмы осуществляют круговорот веществ в почве, влияя на минерализацию органических остатков и превращая нерастворимые формы в доступные для растений соединения.
После накопления достаточного массива ферментативного инструментария всё лишнее быстро вышло из употребления. Зато в дальнейшем удобнее было при необходимости перетасовывать уже имеющийся массив, чем изобретать что-то новое. Отсюда и устойчиво высокая роль горизонтальных переносов. Зато если возникала нужда в освоении новой экологической ниши, надежнее было продублировать уже имеющийся ген и изменить его в угоду новым условиям, чем изобретать новый ген, еще не приспособленный ни к внутренней генной среде, ни к внешней абиотической. Учитывая эту картину, мы можем пересмотреть вопрос, поставленный Г. Заварзиным: Составляет ли эволюция смысл биологии?
Заварзин, на основе изучения эволюции микроорганизмов, подводил нас к мысли, что в мире бактерий эволюция в целом не обязательна. Обязательно приспособление к геохимическим обстановкам, встраивание в геохимические круговороты. Именно это и заставляет микромир меняться. Смысл биологии микромира — это участие в геохимических планетарных циклах, а сама эволюция если она есть вторична. Высказанная Г. Заварзиным мысль исключительна по своей глубине и значимости. Однако она скорее описывает ситуацию после окончания грандиозной Архейской Экспансии.
А до и во время нее гены переживали период своей самой бурной эволюции. Что вызвало Архейскую экспансию, какие события привели к столь радикальным переменам генов микробного мира? Конечно, точного ответа на этот вопрос нет. Но авторы предложили свою версию. Они посмотрели, какие функциональные группы генов в этот период появлялись активнее всего, провели специальные вычисления, сравнивая темпы появления различных функциональных групп семейств генов до экспансии и во время экспансии. В результате этого анатомирования Архейской экспансии четко выявились лидеры экспансии рис. Семейства генов здесь сгруппированы по своим функциям, точнее по тем субстратам, с которыми они работают.
Группы показаны цветом. Высота каждого столбика гистограмм показывает отношение семейств генов определенной функциональной группы, появившихся во время архейской экспансии, к числу семейств этой группы, появившихся до экспансии. Шкала логарифмическая log2. То есть это своего рода анатомия Архейской экспансии. График из обсуждаемой статьи в Nature Среди ведущих функциональных семейств оказались гены, связанные с работой электронтранспортной цепи синие столбики. Особенно важными оказались инновации, позволяющие связывать серу, железо и кислород. Их эволюция и становление происходили до этого периода.
Фенотипическое сходство на разных таксономических уровнях. На разных уровнях принятой таксономической классификации рис. Штаммы одного вида, как правило, имеют очень похожие фенотипы, однако некоторые виды фенотипически сильно неоднородны. Такой возможный разброс внутри вида перекликается с концепцией пангенома [3] : заметное, но допустимое, генетическое разнообразие внутри вида может повлечь за собой и фенотипическое. Похоже, что фазовый переход от высокого к низкому сходству фенотипов, как правило, происходит на уровне рода. Для таксономических рангов выше семейства наблюдается ещё меньшее фенотипическое сходство. Всё это говорит о том, что полногеномные метаболические реконструкции можно использовать для уточнения бактериальной таксономии. Фенотипические часы? Известно, что разные гены эволюционируют с разной скоростью [4]. А как относительно них меняются фенотипы?
Наиболее пристальное внимание уделили эволюции существенных генов, без которых клетка не может обходиться совсем, и синтетических леталей см. Оказалось, что в среднем долговременная эволюция существенных генов тоже подчиняется закономерностям экспоненциального спада, как и изменение фенотипического сходства рис. Однако средняя скорость эволюции таких генов происходит быстрее и достигает насыщения на более близких генетических расстояниях. Фенотипы по сравнению с ними «запаздывают». На больших эволюционных расстояниях более половины консервативных существенных генов одного вида, как правило, остаются таковыми и в другом. Такая тенденция согласуется с доступными экспериментальными данными. Рисунок 3. Изменение сходства существенных генов a и синтетических леталей b c ростом генетического расстояния. Консервативность синтетических леталей среди метаболических генов довольно низкая.
Слайд 2 Долговременный эксперимент по эволюции E. В процессе эксперимента прослежены генетические изменения, происходившие в 12 популяциях E. Целью эксперимента был поиск ответа на некоторые важные вопросы эволюционной биологии: Каким образом меняется во времени скорость эволюционных изменений; Какова повторяемость эволюционных изменений для различных популяций, существующих в одинаковой среде; Каково соотношение эволюции на генотипическом и фенотипическом уровнях.
Вход и регистрация
Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра (прокариоты). «Эксперимент Ленски является еще одним тычком в глаз антиэволюционистов», утверждает Джери Койн, эволюционный биолог в Чикагском Университете. Однако бактерии размножаются посредством бинарного деления, которое является формой бесполого размножения, что означает, что дочерняя клетка и родительская клетка генетически идентичны. С этой точки зрения, они взяли одну из широко распространенных моделей, так что никаких претензий. С позиций эволюционного учения Ч. Дарвина любое приспособление организмов является результатом.
Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской
Как называется состояние зрения, при котором человек лучше видит предметы на удалении. С точки зрения эволюции они являются , 1. образовательная образовательные ткани, или меристемы, являются эмбриональными тканями. долго сохраняющейся способности. Развернутый ответ на вопрос: Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции? по предмету Биология.
Лекция 14. Бактерии
Термофильный стрептококк — применяется при изготовлении йогурта. Streptococcus pneumoniae вызывает заболевания дыхательных путей. Стафилококки Золотистый стафилококк — возбудитель множества гнойных инфекций. Палочки Bacillus anthracis — возбудитель сибирской язвы. Клостридии Clostridium botulinum — возбудитель ботулизма.
Clostridium tetani столбнячная палочка — возбудитель столбняка. Не окрашиваются по методу Грама Менингококки Neisseria meningitidis — возбудитель менингита. Палочки Escherichia coli кишечная палочка — кишечный симбионт человека, сальмонеллы — возбудители сальмонеллёза, Rhizobium клубеньковые бактерии — симбионты корней бобовых растений, способные усваивать атмосферный азот.
Объектом нареканий становится и то, что проводится фактически классификация молекул, а не организмов. Происхождение, эволюция, место в развитии жизни на Земле[ ] Файл:Stromatolites. Эволюционные взаимоотношения между этими группами ещё до конца не изучены, есть как минимум три основные гипотезы [7] : Н. Пэйс предполагает наличие у них общего предка протобактерии, Заварзин считает архей тупиковой ветвью эволюции эубактерий, освоившей экстремальные местообитания; наконец, по третьей гипотезе археи — первые живые организмы, от которых произошли бактерии.
Эукариоты возникли в результате симбиогенеза из бактериальных клеток намного позже: около 1,9—1,3 млрд лет назад. Для эволюции бактерий характерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они освоили практически все известные сейчас биохимические процессы. Прокариотная биосфера имела уже все существующие сейчас пути трансформации вещества. Эукариоты, внедрившись в неё, изменили лишь количественные аспекты их функционирования, но не качественные, на многих этапах циклов элементов бактерии по-прежнему сохраняют монопольное положение. Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. В породах, образованных 3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности — строматолиты , бесспорные свидетельства существования цианобактерий относятся ко времени 2,2—2,0 млрд лет назад. Благодаря им в атмосфере начал накапливаться кислород, который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания.
К этому времени относятся образования, свойственные облигатно аэробной Metallogenium. Появление кислорода в атмосфере кислородная катастрофа нанесло серьёзный удар по анаэробным бактериям. Они либо вымирают, либо уходят в локально сохранившиеся бескислородные зоны. Общее видовое разнообразие бактерий в это время сокращается. Предполагается, что из-за отсутствия полового процесса, эволюция бактерий идёт по совершенно иному механизму, нежели у эукариот [7]. Постоянный горизонтальный перенос генов приводит к неоднозначностям в картине эволюционных связей, эволюция протекает крайне медленно а, возможно, с появлением эукариот и вовсе прекратилась , зато в изменяющихся условиях происходит быстрое перераспределение генов между клетками при неизменном общем генетическом пуле. Экология[ ] Многие бактерии вызывают болезни человека, животных и растений, другие играют исключительно важную роль в функционировании биосферы , например, лишь бактерии способны ассимилировать азот атмосферы.
Бактерии являются одними из наиболее просто устроенных живых организмов кроме вирусов. Полагают, что они — первые организмы, появившиеся на Земле.
Происхождение, эволюция, место в развитии жизни на Земле[ ] Файл:Stromatolites.
Эволюционные взаимоотношения между этими группами ещё до конца не изучены, есть как минимум три основные гипотезы [7] : Н. Пэйс предполагает наличие у них общего предка протобактерии, Заварзин считает архей тупиковой ветвью эволюции эубактерий, освоившей экстремальные местообитания; наконец, по третьей гипотезе археи — первые живые организмы, от которых произошли бактерии. Эукариоты возникли в результате симбиогенеза из бактериальных клеток намного позже: около 1,9—1,3 млрд лет назад.
Для эволюции бактерий характерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они освоили практически все известные сейчас биохимические процессы. Прокариотная биосфера имела уже все существующие сейчас пути трансформации вещества. Эукариоты, внедрившись в неё, изменили лишь количественные аспекты их функционирования, но не качественные, на многих этапах циклов элементов бактерии по-прежнему сохраняют монопольное положение.
Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. В породах, образованных 3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности — строматолиты , бесспорные свидетельства существования цианобактерий относятся ко времени 2,2—2,0 млрд лет назад. Благодаря им в атмосфере начал накапливаться кислород, который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания.
К этому времени относятся образования, свойственные облигатно аэробной Metallogenium. Появление кислорода в атмосфере кислородная катастрофа нанесло серьёзный удар по анаэробным бактериям. Они либо вымирают, либо уходят в локально сохранившиеся бескислородные зоны.
Общее видовое разнообразие бактерий в это время сокращается. Предполагается, что из-за отсутствия полового процесса, эволюция бактерий идёт по совершенно иному механизму, нежели у эукариот [7]. Постоянный горизонтальный перенос генов приводит к неоднозначностям в картине эволюционных связей, эволюция протекает крайне медленно а, возможно, с появлением эукариот и вовсе прекратилась , зато в изменяющихся условиях происходит быстрое перераспределение генов между клетками при неизменном общем генетическом пуле.
Экология[ ] Многие бактерии вызывают болезни человека, животных и растений, другие играют исключительно важную роль в функционировании биосферы , например, лишь бактерии способны ассимилировать азот атмосферы. Бактерии являются одними из наиболее просто устроенных живых организмов кроме вирусов. Полагают, что они — первые организмы, появившиеся на Земле.
В то же время бактерии характеризуются коротким жизненным циклом и высокой скоростью обновления биомассы.
Заварзиным: Составляет ли эволюция смысл биологии? Заварзин, на основе изучения эволюции микроорганизмов, подводил нас к мысли, что в мире бактерий эволюция в целом не обязательна. Обязательно приспособление к геохимическим обстановкам, встраивание в геохимические круговороты. Именно это и заставляет микромир меняться. Смысл биологии микромира — это участие в геохимических планетарных циклах, а сама эволюция если она есть вторична. Высказанная Г. Заварзиным мысль исключительна по своей глубине и значимости. Однако она скорее описывает ситуацию после окончания грандиозной Архейской Экспансии.
А до и во время нее гены переживали период своей самой бурной эволюции. Что вызвало Архейскую экспансию, какие события привели к столь радикальным переменам генов микробного мира? Конечно, точного ответа на этот вопрос нет. Но авторы предложили свою версию. Они посмотрели, какие функциональные группы генов в этот период появлялись активнее всего, провели специальные вычисления, сравнивая темпы появления различных функциональных групп семейств генов до экспансии и во время экспансии. В результате этого анатомирования Архейской экспансии четко выявились лидеры экспансии рис. Семейства генов здесь сгруппированы по своим функциям, точнее по тем субстратам, с которыми они работают. Группы показаны цветом. Высота каждого столбика гистограмм показывает отношение семейств генов определенной функциональной группы, появившихся во время архейской экспансии, к числу семейств этой группы, появившихся до экспансии.
Шкала логарифмическая log2. То есть это своего рода анатомия Архейской экспансии. График из обсуждаемой статьи в Nature Среди ведущих функциональных семейств оказались гены, связанные с работой электронтранспортной цепи синие столбики. Особенно важными оказались инновации, позволяющие связывать серу, железо и кислород. Их эволюция и становление происходили до этого периода. Зато вся ферментная машина, связанная с работой нуклеотидных последовательностей зеленые столбики , сформировалась до Архейской экспансии. Это вполне очевидно: какими бы ни были условия на планете, живые организмы должны были уметь копировать себя, поэтому в первую очередь они обязаны были упрочить инструменты для репликации. Также примечательно, что ферменты, участвующие в собственно метаболизме, появлялись с равной скоростью и до и после экспансии. Кстати, именно они и составляют основу начального этапа эволюции генных семейств красная полоса до архейского пика.
Таким образом, во время Архейской экспансии организмы осваивали различные способы и субстраты для получения энергии, совершенствуя варианты дыхательной электронтранспортной цепи.
Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции?
Бактерии являются не только редуцентами, но и продуцентами (создателями) органического вещества, которое может быть использовано другими организмами. Эволюционное учение. Поскольку «эволюция бактерий» часто доказывается именно указанием на их способность приспосабливаться к воздействию антибиотиков, то в ряде исследований биологи проверили древних бактерий именно на устойчивость к этим самым антибиотикам.
Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий
Каждая популяция размножалась в искусственной среде, где скорость размножения ограничивалась стрессовыми условиями. Каждый день 0,1 мл содержимого каждой пробирки переносилось в пробирку с 10 мл свежей питательной среды, где размножение бактерий продолжалось. В эксперименте использовалась линия E.
Бактерии распространены повсюду: в воздухе, в воде, в почве, в мёртвых телах и в живых организмах. Примером бактерий может служить сенная палочка. Она несколько крупнее других бактерий, поэтому её можно рассмотреть в школьный микроскоп.
Бактерия сенная палочка имеет форму, соответствующую её названию. Она состоит из одной клетки. Снаружи клетка покрыта тонкой оболочкой, поэтому она сохраняет свою постоянную форму. Внутри находится протоплазма. Ядра нет, как нет и хлорофилла.
Содержимое клетки бесцветно. Многие бактерии имеет форму палочки. Само слово «бактерия» происходит от греческого слова «бактерион», что означает палочка. Однако многие бактерии имеют форму шара, изогнутых палочек, запятых или спиралей. Бактерии растут и размножаются необыкновенно быстро.
Холерная бактерия делится на две клетки через каждые 20 минут. Новые клетки вырастают до размеров взрослой бактерии и снова делятся. Бактерии нуждаются в пище, влаге, в определённой температуре для поддержании своей жизнедеятельности. При наступлении неблагоприятных для их жизни условий, например при недостатке пищи, влаги или при резком понижении или повышении температуры, протоплазма бактерии сжимается в шарик и покрывается новой прочной оболочкой. Такое состояние бактерий называется cпopoй.
В состоянии споры бактерия не питается и не движется - она находится в покое. Споры многих бактерий выдерживают длительное высушивание, кипячение, замораживание, а также действие различных ядов. Попав во влажную питательную среду, споры набухают и затем прорастают. Из споры снова образуется бактерия, которая начинает двигаться, питаться и размножаться. Так, путём образования спор бактерии сохраняют своё существование.
Таким образом, бактерии объединяются в царство мельчайших организмов очень простого строения. Бактерии большей частью питаются органическими веществами; среди них встречаются сапрофиты и паразиты. Бактерии растут и размножаются очень быстро.
Шванн ошибочно считали, что клетки в организме возникают путем новообразования из первичного неклеточного вещества. Это представление было опровергнуто выдающимся немецким ученым Рудольфом Вирховом. Он сформулировал в 1859 г. Там, где возникает клетка, ей должна предшествовать клетка, подобно тому, как животное происходит только от животного, растение — только от растенияФ. Основные положения клеточной теории: 1. Все организмы состоят из одинаковых частей — клеток; они образуются и растут по одним и тем же законам.
Общий принцип развития для элементарных частей организма — образование клеток. Каждая клетка в определенных границах есть индивидуум, некое самостоятельное целое. Но эти индивидуумы действуют совместно, так, что возникает гармоничное целое ткань. Все ткани состоят из клеток. Процессы, происходящие в клетках растений, сводятся к следующим: возникновение новых клеток :увеличение размеров клеток : изменение клеточного содержимого и утолщение клеточной стенки. Благодаря созданию клеточной теории стало понятно, что клетка — это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Из клеток состоят ткани и органы. Развитие всегда начинается с одной клетки, и поэтому можно сказать, что она представляет собой предшественник многоклеточного организма. Биологические науки накопили огромный материал, доказывающий единство происхождения и историческое развитие органического мира.
Сравнительная анатомия — наука о сравнительном строении живых организмов — показывает общность строения и происхождения живых организмов. Так, позвоночные имеют двустороннюю симметрию, общий план строения скелета черепа, передних и задних конечностей, головного мозга и всех основных систем нервной, пищеварительной, кровеносной и др. Единство происхождения подтверждается строением гомологичных органов, наличием рудиментов, атавизмов и переходных форм. Гомологичныеорганы сходны по строению и происхождению независимо от выполняемой функции кости конечностей земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. Рудименты остаток — недоразвитые органы, утратившие в ходе эволюции свое значение и находящиеся в стадии исчезновения колючки кактусов, чешуйки на корневище папоротников — рудиментарные листья; у лошади — грифельные косточки; у горных гусей — перепонки на лапах и др. Атавизм — возврат к признакам предков у человека наличие хвоста, волосатость. Переходныеформы — занимающие промежуточное положение между крупными систематическими группами низшие млекопитающие утконос и ехидна, подобно пресмыкающимся, откладывают яйца и имеют клоаку Доказательством эволюции органического мира служат аналогичныеорганы у представителей не родственных таксонов. Они различаются по строению и происхождению, но выполняют одинаковую функцию. Например, у некоторых комнатных растений функцию опоры выполняют присоски у плюща это видоизмененные воздушные корни и усики циссуса это видоизмененные листья.
К аналогичным органам относятся крыло птиц и бабочек, жабры раков и рыб, роющие конечности кротов и медведок. Аналогичные органы возникают у далеких в систематическом отношении организмов в результате конвергенции — схождения признаков вследствие приспособленности этих организмов к сходному образу жизни. Эмбриология — наука, изучающая зародышевое развитие организмов, — доказывает, что процесс образования половых клеток гаметогенез сходен у всех многоклеточных: все они начинают развитие из одной клетки — зиготы. У всех позвоночных зародыши схожи между собой на ран них стадиях развития. Они имеют жаберные щели и одинаковые отделы тела головной, туловищный, хвостовой. По мере развития у зародышей появляются различия. Вначале они приобретают черты, характеризующие их класс, затем отряд, род и на поздних стадиях — вид. Все это говорит об общности их происхождения и последовательности расхождения у них признаков. Связь между индивидуальным и историческим развитием организмов Ф.
Мюллер 1864 и Э. Геккель 1866 выразили в биогенетическом законе, который гласит: каждая особь в индивидуальном развитии онтогенезе повторяет историческое развитие своего вида филогенез. Позднее Алексей Николаевич Северцов 1866—1936 уточнил и дополнил положения биогенетического закона. Он доказал, что в процессе онтогенеза происходит выпадение отдельных этапов исторического развития, повторение зародышевых стадий предков, а не взрослых форм, возникновение изменений, мутаций, каких не было у предков. Полезные мутации передаются по наследству например, сокращение числа позвонков у бесхвостых земноводных , вредные — ведут к гибели зародыша. Таким образом, онтогенез не только повторяет филогенез, но и является источником новых направлений филогенеза. Палеонтологический материал позволяет констатировать, что смена форм животных и растений осуществляется в порядке изменения предшествующей организации и преобразования ее в новую. Развитие хордовых, например, осуществлялось поэтапно. Вначале возникли низшие хордовые, затем последовательно во времени возникают рыбы, амфибии, рептилии.
Рептилии, в свою очередь, дают начало млекопитающим и птицам. На заре своего эволюционного развития млекопитающие были представлены небольшим числом видов, в то время процветали рептилии. Позднее резко увеличивается число видов млекопитающих и птиц и исчезает большинство видов рептилий. Таким образом, палеонтологические данные указывают на смену форм животных и растений во времени. Химический состав клетки Сходство в строении и химическом составе у разных клеток свидетельствует о единстве их происхождения. По содержанию элементы, входящие в состав клетки, можно разделить на 3 группы: 1. Они составляют основную массу вещества клетки. К макроэлементам относят также элементы, содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента. Это, например, такие элементы, как калий, магний, натрий, кальций, железо, сера, фосфор, хлор.
К ним относятся преимущественно ионы тяжелых металлов, входящие в состав ферментов, гормонов и других жизненно важных веществ. Ультра микроэлементы. К ним относятся уран, радий, золото, ртуть, бериллий, цезий, селен и другие редкие элементы. Роль ряда ультра микроэлементов в организме еще не уточнена или даже неизвестна мышьяк. При недостатке этих элементов могут нарушаться обменные процессы. Молекулярный состав клетки сложен и разнороден. Неорганические соединения — вода и минеральные вещества — встречаются также в неживой природе; другие — органические соединения углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и др. Минеральные соли. Большая часть неорганических веществ в клетке находится в виде солей — либо диссоциированных на ионы, либо в твердом состоянии.
Концентрация различных ионов неодинакова в различных частях клетки и особенно в клетке и окружающей среде. Так, концентрация ионов натрия всегда во много раз выше во внеклеточной среде, чем в клетке, а ионы калия и магния концентрируются в значительно большем количестве внутри клетки. От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства цитоплазмы, то есть способность клетки сохранять определенную концентрацию водородных ионов. Роль воды в живой системе — клетке За очень немногими исключениями кость и эмаль зуба , вода является преобладающим компонентом клетки. Вода необходима для метаболизма обмена клетки, так как физиологические процессы происходят исключительно в водной среде. Молекулы воды участвуют во многих ферментативных реакциях клетки. Например, расщепление белков, углеводов и других веществ происходит в результате катализируемого ферментами взаимодействия их с водой. Такие реакции называются реакциями гидролиза. Вода служит источником ионов водорода при фотосинтезе.
Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной. Из-за асимметричного распределения зарядов молекула воды действует как диполь и потому может быть связана как положительно, так и отрицательно заряженными группами белка. Дипольным свойством молекулы воды объясняется способность ее ориентироваться в электрическом поле, присоединяться к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд. В результате этого образуются гидраты. Благодаря своей высокой теплоемкости вода поглощает тепло и тем самым предотвращает резкие колебания температуры в клетке. Содержание воды в организме зависит от его возраста и метаболической активности. Содержание воды в различных тканях варьируется в зависимости от их метаболической активности. Вода — основное средство перемещения веществ в организме ток крови, лимфы, восходящие и нисходящие токи растворов по сосудам у растений и в клетке. Вода служит УсмазочнымФ материалом, необходимым везде, где есть трущиеся поверхности например, в суставах.
Поэтому лед, обладающий меньшей плотностью, легче воды и плавает на ее поверхности, что защищает водоем от промерзания. Это свойство воды спасает жизнь многим водным организмам. Критерии вида. Видом считают совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенную область — ареал... Конкретные положения — критерии позволяют отличить один вид от другого. В основе морфологического критерия лежит сходство внешнего и внутреннего строения особей одного вида. Но особи в пределах вида иногда настолько изменчивы, что только по морфологическому критерию не всегда удается определить вид. Вместе с тем существуют виды, морфологически сходные, однако особи таких видов не скрещиваются между собой. Это — виды-двойники, которые исследователи открывают во всех систематических группах.
Например, у черных крыс два вида-двойника —с 38 и 42 хромосомами. Открыли 6 видов-двойников малярийного комара, раньше считавшихся одним видом. Таким образом, одни морфологические признаки не обеспечивают выделения вида. Для определения вида важное значение имеет генетический критерий", имеется в виду набор хромосом, свойственный конкретному виду. Виды обычно отличаются по числу хромосом или по особенностям их строения, поэтому генетический критерий достаточно надежен. Однако и он не абсолютен. Встречаются случаи, когда виды имеют практически неразличимые по строению хромосомы. Кроме того, в пределах вида могут быть широко распространены хромосомные мутации, что затрудняет его точное определение. В основе физиологического критерия лежит сходство всех процессов жизнедеятельности особей одного вида, прежде всего сходство размножения.
Представители разных видов, как правило, не скрещиваются, или потомство их бесплодно. Не скрещиваемость видов объясняется различиями в строении полового аппарата, сроках размножения и др. Однако в природе есть виды, которые скрещиваются и дают плодовитое потомство некоторые виды канареек, зябликов, тополей, ив. Следовательно, физиологический критерий недостаточен для определения видовой принадлежности особей. Географический критерий — это определенный ареал, занимаемый видом в природе. Он может быть большим или меньшим, прерывистым или сплошным. Есть виды, распространенные повсеместно и нередко в связи с деятельностью человека многие виды сорных растений, насекомых-вредителей. Географический критерий также не может быть решающим. Основа экологического критерия — совокупность факторов внешней среды, в которой существует вид.
Например, лютик едкий распространен на лугах и полях; в более сырых местах растет лютик ползучий; по берегам рек и прудов, на болотистых местах встречается лютик жгучий прыщинец. В настоящее время ученые разработали и другие критерии вида, которые позволяют точнее определить место вида в системе органического мира по различию белков и нуклеиновых кислот. Для установления видовой принадлежности недостаточно использовать какой-нибудь один критерий; только совокупность их, взаимное подтверждение правильно характеризует вид. Популяция — единица вида и эволюции Каждый вид характеризуется определенным ареалом — территорией обитания. Внутри ареала могут быть самые разнообразные преграды реки, горы, пустыни и т. Совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида, называютпопуляцией. Таким образом, вид состоит из популяций. Каждая популяция занимает определенную территорию часть ареала вида. В течение многих поколений, за продолжительное время популяция успевает накопить те аллели, которые обеспечивают высокую приспособленность особей к условиям данной местности.
Так как из-за разницы условий естественному отбору подвергаются различные комплексы генов аллелей , популяции одного вида генетически неоднородны. Они отличаются друг от друга частотой встречаемости тех или иных аллелей. По этой причине в разных популяциях одного вида один и тот же признак может проявляться по-разному. Например, северные популяции млекопитающих обладают более густым мехом, а южные чаще темно-окрашенные. В зонах ареала, где граничат разные популяции одного вида, встречаются как особи контактирующих популяций, так и гибриды. Таким образом осуществляется обмен генами между популяциями и реализуются связи, обеспечивающие генетическое единство вида. Обмен генами между популяциями способствует большей изменчивости организмов, что обеспечивает более высокую приспособленность вида в целом к условиям обитания. Иногда изолированная популяция в силу различных случайных причин наводнение, пожар, массовое заболевание и недостаточной численности может полностью погибнуть. Таким образом, каждая популяция эволюционирует независимо от других популяций того же вида, обладает собственной эволюционной судьбой.
Популяция — наименьшее подразделение вида, изменяющееся во времени. Вот почему популяция представляет собой элементарную единицу эволюции. Начальный этап эволюционных преобразований популяции — от возникновения наследственных изменений до формирования адаптаций и возникновения новых видов — называют микро эволюцией БИЛЕТ 3 Органические соединения. Белки — обязательная составная часть всех клеток. В жизни всех организмов белки имеют первостепенное значение. В состав белка входят углерод, водород, азот, некоторые белки содержат еще и серу. Роль мономеров в белках играют аминокислоты. Наличие в одной молекуле кислотной и основной групп обусловливает их высокую реактивность. Между соединившимися аминокислотами возникает связь называемая пептидной, а образовавшееся соединение нескольких аминокислот называют пептидом.
Соединение из большого числа аминокислот называют полипептидом. В белках встречаются 20 аминокислот, отличающихся друг от друга своим строением. Разные белки образуются в результате соединения аминокислот в разной последовательности. Огромное разнообразие живых существ в значительной степени определяется различиями в составе имеющихся у них белков. В строении молекул белков различают четыре уровня организации: Первичная структура — полипептидная цепь из аминокислот, связанных в определенной последовательности ковалентными прочными пептидными связями. Вторичная структура — полипептидная цепь, закрученная в виде спирали. В ней между соседними витками возникают мало прочные водородные связи. В комплексе они обеспечивают довольно прочную структуру. Третичная структура представляет собой причудливую, но для каждого белка специфическую конфигурацию — глобулу.
Она удерживается мало прочными гидрофобными связями или силами сцепления между неполярными радикалами, которые встречаются у многих аминокислот. Благодаря их многочисленности они обеспечивают достаточную устойчивость белковой макромолекулы и ее подвижность. Третичная структура белков поддерживается также ковалентными S-S-связями возникающими между удаленными друг от друга радикалами серосодержащей аминокислоты — цистеина. Благодаря соединению нескольких молекул белков между собой образуется четвертичная структура. Если пептидные цепи уложены в виде клубка, то такие белки называются глобулярными. Если полипептидные цепи уложены в пучки нитей, они носят название фибриллярных белков. Нарушение природной структуры белка называют денатурацией. Она может возникать под действием высокой температуры, химических веществ, радиации и т. Денатурация может быть обратимой частичное нарушение четвертичной структуры и необратимой разрушение всех структур.
Они в значительной мере обусловлены сложностью и разнообразием форм и состава самих белков. При недостатке углеводов или жиров окисляются молекулы аминокислот. Освободившаяся при этом энергия используется на поддержание процессов жизнедеятельности организма. Такие системы вносили некоторую упорядоченность, но не отражали родственных связей между организмами. Вершиной искусственной систематики явилась система, разработанная шведским натуралистом Карлом Линнеем 1707-1778 Его основные работы посвящены проблемам систематики растений. В предложенной К. Линнеем системе классификации было принято деление растений и животных на несколько соподчиненных групп: классы, отряды, роды, виды и разновидности. Им была узаконена бинарная, или двойная, номенклатура видовых названий. Согласно бинарной номенклатуре, наименование вида состоит из родового названия и видового эпитета: пшеница мягкая, пшеница твердая и т.
Недостатки системы Линнея состояли в том, что при классификации он учитывал лишь 1-2 признака у растений число тычинок, у животных строение дыхательной и кровеносной систем , не отражающих подлинного родства, поэтому далекие роды оказывались в одном классе, а близкие — в разных. Работы К. Линнея сыграли важную роль в развитии биологии и способствовали формированию исторического взгляда на природу. Действительно, применение бинарной номенклатуры способствует формированию представлений о родстве форм в пределах рода, а соподчиненность таксономических единиц в конце концов приводят к мысли об общности происхождения органических форм. Французский биолог Жан-Батист Ламарк в 1809 году выдвинул гипотезу о механизме эволюции, в основе которой лежали две предпосылки: упражнение и не упражнение частей организма и наследование приобретенных признаков. Изменения среды, по его мнению, могут вести к изменению форм поведения, что вызовет необходимость использовать некоторые органы или структуры по-новому или более интенсивно или, наоборот, перестать ими пользоваться. В случае интенсивного использования эффективность и или величина органа будет возрастать, а при не использовании может наступить дегенерация и атрофия.
Это, конечно же, неправда, в чем легко убедиться, прочитав статью Зои Черновой о том, как и в каких формах можно наблюдать эволюцию в наши дни.
Поделиться Репостнуть Твитнуть Немного терминологии Прежде чем разбираться в том, где, как и почему идет эволюционный процесс, неплохо бы разобраться в том, что именно мы называем эволюцией. То, что не всё предложенное Дарвином укладывается в реальность, стало понятно давно. А потому на смену теории эволюции пришла синтетическая теория эволюции СТЭ , которая объединяет всё, что наука знает об этом процессе. Разработали ее в начале XX века, и за годы своего существования она видоизменилась, впитав еще больше новых фактов и данных. Основные положения СТЭ довольно просты. Во-первых, согласно СТЭ, материалом для эволюции служат наследственные изменения — мутации и их комбинации. Именно мутации служат основным топливом для эволюционной топки, и чем больше их разнообразие, тем быстрее пойдет сам процесс. Во-вторых, основным движущим фактором эволюции считается естественный отбор — процесс, в результате которого особи с более благоприятными с точки зрения окружающей среды мутациями имеют больше шансов на передачу своих генов будущим поколениям.
Чарлз Дарвин в дневнике отмечал : «Всякий раз, когда я вижу перо из хвоста павлина, мне делается дурно! Дело в том, что эволюция, хоть и не делает ничего «специально», способствует закреплению в популяции именно тех признаков, которые позволяют активнее размножаться а вовсе не выживать, как можно подумать. Это концепция репродуктивного успеха , причем иногда для него важны абсурдные, как может показаться на первый взгляд, признаки — например, огромный павлиний хвост. Да, такой хвост хорошо виден хищнику и за него птицу легче схватить. Однако в то же время хвост сигнализирует самке о здоровье самца и, грубо говоря, о его генах, обеспечивающих это здоровье. Хвост для павлина равен репродуктивному успеху, но существенно снижает вероятность выживаемости в течение долгого времени. В-третьих, эволюция происходит непрерывно и необратимо. Не существует никаких переходных форм, каждая отдельная особь вида — это и есть переходная форма.
Вы — переходная форма между вашими родителями и вашими детьми, и эволюция и изменения идут непрерывным потоком через все поколения. Да, если взять разнесенные во времени виды, то разница будет хорошо заметна, но если временной промежуток мал, изменения могут быть и не очевидны. Это почти как с городским ландшафтом: приехав в город детства через двадцать-тридцать лет, вы увидите, как сильно он изменился. А вернувшись через пару недель или месяц, вы никаких существенных отличий не увидите — они есть, но еще не накопились в таком количестве, чтобы стать заметными. При этом существует такое явление, как эволюционный стазис , при котором вид не изменяется, причем очень долго, иногда на протяжении миллионов лет. Именно таким способом «дожили» до наших времен ископаемые виды, живые реликты вроде мечехвостов, гинкго билоба и выхухоли. Они не менялись тысячи лет, потому что достигли идеального баланса с окружающей средой. Одной из предполагаемых причин стазиса считается внутривидовое разнообразие.
Еще некоторые исследователи отмечают существование хромосомного стазиса на уровне генов, например у птиц. Но встречаются и генетический, и обычный стазис, мягко говоря, нечасто — большая часть видов возникает, изменяется и исчезает, давая жизнь видам-потомкам. Необратимость в данном случае не означает, что какое-то событие нельзя «откатить» назад. Китообразные вернулись в море, где жили их предки, — просто сделали это другим путем и благодаря другим мутациям. Проблема эволюционного процесса в том, что он… случайный. Да, по большей части закрепляются нужные для размножения и выживания гены.