Elusolendite järglased on väga sarnased oma vanematega. Kui aga elusorganismide keskkond muutub, võivad ka nemad oluliselt muutuda. Näiteks kui kliima muutub järk-järgult külmemaks, siis võivad mõned liigid omandada põlvest põlve järjest tihedamaid karvu. Seda protsessi nimetatakse evolutsioon. Miljonite evolutsiooniaastate jooksul võivad väikesed muutused, kuhjuvad, viia uute taime- ja loomaliikide tekkeni, mis erinevad järsult oma esivanematest.
Kuidas evolutsioon toimub?
Evolutsioon põhineb looduslikul valikul. See juhtub niimoodi. Kõik samasse liiki kuuluvad loomad või taimed on siiski üksteisest veidi erinevad. Mõned neist erinevustest võimaldavad nende omanikel elutingimustega paremini kohaneda kui nende sugulastel. Näiteks on mõnel hirvel eriti kiired jalad ja iga kord õnnestub tal kiskja eest põgeneda. Sellisel hirvel on suuremad võimalused ellu jääda ja järglasi saada ning võime kiiresti joosta võib edasi kanduda poegadele või, nagu öeldakse, pärandusena nende poolt.
Evolutsioon on loonud lugematul hulgal viise, kuidas kohaneda Maa elu raskuste ja ohtudega. Näiteks hobukastani seemned omandasid aja jooksul teravate ogadega kaetud kesta. Okkad kaitsevad seemet, kui see puult maapinnale langeb.
Mis on evolutsiooni kiirus?
Varem olid neil liblikatel heledad tiivad. Nad peitsid end vaenlaste eest sama heleda koorega puutüvedele. Umbes 1% neist liblikatest olid aga tumedate tiibadega. Loomulikult märkasid linnud neid kohe ja reeglina sõid nad enne teisi ära
Tavaliselt evolutsioon kulgeb väga aeglaselt. Kuid on juhtumeid, kui loomaliik läbib kiireid muutusi ja kulutab sellele mitte tuhandeid ja miljoneid aastaid, vaid palju vähem. Näiteks on mõned liblikad viimase kahesaja aasta jooksul oma värvi muutnud, et kohaneda uute elutingimustega Euroopa piirkondades, kus on tekkinud palju tööstusettevõtteid.
Umbes kakssada aastat tagasi aastal Lääne-Euroopa hakati ehitama söeküttel töötavaid tehaseid. Tehase korstnate suits sisaldas tahma, mis settis puutüvedele ja need muutusid mustaks. Nüüd on heledamad liblikad paremini märgatavad. Kuid tumedate tiibadega liblikaid jäid ellu vähesed, sest linnud neid enam ei märganud. Nende seast tulid teised samasuguste tumedate tiibadega liblikad. Ja nüüd on enamikul selle liigi tööstuspiirkondades elavatel liblikatel tumedad tiivad.
Miks mõned loomaliigid välja surevad?
Mõned elusolendid ei saa areneda, kui nende keskkond dramaatiliselt muutub, ja surevad selle tulemusena välja. Näiteks elevantidega sarnased hiigelsuured karvased loomad – mammutid surid suure tõenäosusega välja seetõttu, et toonane kliima Maal muutus kontrastsemaks: suvel oli liiga palav ja talvel liiga külm. Lisaks vähenes nende arvukus ürginimese intensiivse küttimise tõttu. Ja pärast mammuteid surid välja ka mõõkhambulised tiigrid – olid ju nende tohutud kihvad kohastunud küttima ainult suuri loomi nagu mammutid. Väiksemad loomad olid mõõkhambuliste tiigrite jaoks kättesaamatud ja saagita jäetud kadusid meie planeedilt.
Kuidas me teame, et ka inimene arenes?
Enamik teadlasi usub, et inimesed arenesid tänapäeva ahvidega sarnastest puudel elavatest loomadest. Selle teooria tõestuseks on meie keha teatud struktuurilised omadused, mis võimaldavad meil eelkõige eeldada, et meie esivanemad olid kunagi taimetoitlased ja sõid ainult taimede puuvilju, juuri ja varsi.
Teie selgroo põhjas on luu moodustumine, mida nimetatakse sabaluuks. See on kõik, mis sabast järele jääb. Suurem osa teie keha katvatest karvadest on lihtsalt pehme udukollane, kuid meie esivanematel olid palju paksemad juuksed. Iga karv on varustatud spetsiaalse lihasega ja tõuseb püsti, kui teil on külm. Sama on kõigi karvase nahaga imetajatega: see hoiab õhku, mis ei lase soojusel välja pääseda.
Paljudel täiskasvanutel on laiad välimised hambad – neid nimetatakse tarkusehammasteks. Nüüd pole neid hambaid enam vaja, kuid omal ajal kasutasid meie esivanemad neid kangete taimsete toiduainete närimiseks. Pimesool on väike toru, mis on ühendatud sooltega. Meie kauged esivanemad kasutasid seda taimse toidu seedimiseks, mis oli organismile halvasti seeditav. Nüüd pole seda enam vaja ja jääb tasapisi aina vähemaks. Paljudel taimtoidulistel - näiteks küülikutel - on pimesool väga hästi arenenud.
Kas inimene suudab evolutsiooni kontrollida?
Inimesed juhivad evolutsiooni mõned loomad on eksisteerinud üle 10 000 aasta. Näiteks paljud tänapäevased koeratõud põlvnesid suure tõenäosusega huntidest, kelle karjad tiirlesid iidsete inimeste laagrites. Järk-järgult arenesid neist, kes hakkasid inimestega koos elama uut tüüpi loomad ehk neist said koerad. Siis hakkasid inimesed spetsiaalselt konkreetsetel eesmärkidel koeri kasvatama. Seda nimetatakse valikuks. Selle tulemusena on tänapäeval maailmas üle 150 erineva koeratõu.
- Koerad, keda saaks koolitada erinevad meeskonnad, nagu see inglise lambakoer, aretati kariloomade pidamiseks.
- Uluki jälitamiseks kasutati koeri, kes suutsid kiiresti joosta. Sellel hurtakoeral on võimsad jalad ja ta jookseb suurte hüpetega.
- Hea haistmismeelega koerad aretati spetsiaalselt ulukite jälgimiseks. See siledakarvaline taks võib jäneseaugud lahti rebida.
Looduslik valik kulgeb tavaliselt väga aeglaselt. Valikuline valik võimaldab teil seda oluliselt kiirendada.
Mis on geenitehnoloogia?
70ndatel XX sajand teadlased on leiutanud viisi, kuidas muuta elusorganismide omadusi nendesse sekkudes geneetiline kood. Seda tehnoloogiat nimetatakse geenitehnoloogiaks. Geenid kannavad omamoodi bioloogilist koodi, mis sisaldub igas elusrakus. See määrab iga elusolendi suuruse ja välimuse. Kasutades geenitehnoloogia saab aretada taimi ja loomi, kes näiteks kasvavad kiiremini või on mõnele haigusele vähem vastuvõtlikud
Artiklis käsitleme üksikasjalikult evolutsiooni tüüpe ja räägime sellest protsessist üldiselt, püüdes teemat igakülgselt mõista. Saame teada, kuidas evolutsiooniõpetus tekkis, milliste ideedega see on esindatud ja millist rolli selles liik mängib.
Sissejuhatus teemasse
Evolutsioon orgaaniline maailm on üsna keeruline ja pikaajaline protsess, mis toimub samaaegselt elusaine organiseerituse erinevatel tasanditel. Samas puudutab see alati paljusid valdkondi. Juhtus nii, et eluslooduse areng toimub madalamatelt vormidelt kõrgemale. Kõik lihtne muutub aja jooksul keerulisemaks ja võtab huvitavama vormi. Teatud organismirühmades arenevad kohanemisoskused, mis võimaldavad elusolenditel oma spetsiifilistes tingimustes paremini eksisteerida. Näiteks tekkisid mõnedel veeloomadel varvaste vahele membraanid.
Kolm suunda
Enne kui räägime evolutsiooni tüüpidest, vaatleme kolme põhisuunda, mille on esile tõstnud mõjukad Venemaa teadlased I. Shmalhausen ja A. Severtsov. Nende arvates on olemas aromorfoos, idioadaptatsioon ja degeneratsioon.
Aromorfoos
Aromorfoos ehk arogenees on tõsine evolutsiooniline muutus, mis üldiselt viib mõne organismi struktuuri ja funktsioonide komplikatsioonini. See protsess võimaldab teil mõnda eluaspekti, näiteks elupaiku, põhjalikult muuta. Samuti aitab aromorfoos tõsta konkreetsete organismide konkurentsivõimet ellujäämiseks keskkond. Põhipunkt aromorfoosid seisnevad uute kohanemistsoonide vallutamises. Seetõttu toimuvad sellised protsessid üsna harva, kuid kui need juhtuvad, on need põhimõttelise iseloomuga ja mõjutavad kogu edasist arengut.
Sel juhul on vaja mõista sellist mõistet nagu kohanemistase. See on spetsiifiline elupaigavöönd, millel on iseloomulikud kliima- ja keskkonnatingimused teatud grupp organismid. Näiteks lindude jaoks on kohanemisvöönd õhuruum, mis kaitseb neid kiskjate eest ja võimaldab õppida uusi jahipidamisviise. Lisaks võimaldab õhus liikumine ületada suuri takistusi ja läbi viia kaugrände. Seetõttu peetakse lendu õigustatult oluliseks evolutsiooniliseks aromorfoosiks.
Kõige silmatorkavamad aromorfoosid looduses on hulkraksus ja seksuaalne paljunemisviis. Tänu paljurakulisusele algas peaaegu kõigi organismide anatoomia ja morfoloogia keeruliseks muutmise protsess. Tänu seksuaalsele paljunemisele on kohanemisvõimed oluliselt laienenud.
Loomadel aitasid sellised protsessid luua rohkem tõhusaid viise toitumine ja ainevahetuse parandamine. Samas peetakse loomamaailmas kõige olulisemat aromorfoosi soojavereliseks, tänu millele on ellujäämine erinevates tingimustes kõvasti tõusnud.
Taimedes ilmnevad sarnased protsessid üldise ja juhtiva süsteemi tekkimises, mis ühendab kõik nende osad ühtseks tervikuks. See suurendab tolmeldamise efektiivsust.
Bakterite jaoks on aromorfoos autotroofne toitumisviis, tänu millele suutsid nad vallutada uue kohanemistsooni, mis võib küll mahetoiduallikatest ilma jääda, kuid bakterid jäävad seal siiski ellu.
Idiomaatiline kohanemine
Ilma selle protsessita on võimatu ette kujutada bioloogiliste liikide evolutsiooni. See hõlmab konkreetseid kohanemisi konkreetsete keskkonnatingimustega. Et paremini mõista, mis see protsess on, mõelgem veidi. Idioadaptatsioon on väikesed muutused, mis parandavad oluliselt organismide elu, kuid ei too neid kaasa uus tase organisatsioonid. Vaatleme seda teavet lindude näitel. Tiib on aromorfoosi protsessi tagajärg, kuid tiibade kuju ja lennumeetodid on juba idioadaptatsioonid, mis ei muuda lindude anatoomilist ehitust, kuid vastutavad samal ajal nende ellujäämise eest teatud keskkonnas. Sellised protsessid hõlmavad ka loomade värvimist. Kuna need mõjutavad oluliselt ainult organismide rühma, peetakse neid liikide ja alamliikide tunnusteks.
Degeneratsioon ehk katagenees
Makro- ja mikroevolutsioon
Liigume nüüd otse meie artikli teema juurde. Millised selle protsessi tüübid on olemas? See on mikro- ja makroevolutsioon. Räägime neist üksikasjalikumalt. Makroevolutsioon on suurimate moodustumise protsess süstemaatilised üksused: liigid, uued perekonnad jne. Makroevolutsiooni peamised liikumapanevad jõud peituvad mikroevolutsioonis.
Esiteks on tegemist pärilikkuse, loodusliku valiku, varieeruvuse ja reproduktiivse isolatsiooniga. Divergentne iseloom on iseloomulik mikro- ja makroevolutsioonile. Samas on need mõisted, millest me praegu räägime, palju vastu võtnud erinevad tõlgendused, kuid lõplikku arusaamist pole veel saavutatud. Üks populaarsemaid on see, et makroevolutsioon on süsteemse iseloomuga muutus, mis ei nõua suur kogus aega.
Selle protsessi õppimiseks kulub aga palju aega. Pealegi on makroevolutsioon oma olemuselt globaalne, mistõttu on väga raske kogu selle mitmekesisust hallata. Selle valdkonna uurimise oluline meetod on arvuti modelleerimine, mis hakkas eriti aktiivselt arenema 1980. aastatel.
Evolutsiooni tõendite tüübid
Nüüd räägime sellest, millised tõendid on makroevolutsiooni kohta. Esiteks on see võrdlev anatoomiline järelduste süsteem, mis põhineb asjaolul, et kõigil loomadel on ühte tüüpi struktuur. See näitab, et meil kõigil on ühine päritolu. Siin pööratakse suurt tähelepanu homoloogsetele organitele, aga ka atavismidele. Inimese atavismid on saba, mitme nibu ja pidevate juuste välimus. Makroevolutsiooni oluline tõend on kohalolek vestigiaalsed organid, mida inimene enam ei vaja ja järk-järgult kaovad. Algenditeks on pimesool, juuksepiir ja kolmanda silmalau jäänused.
Nüüd kaaluge embrüoloogilisi tõendeid, mille kohaselt on kõigil selgroogsetel embrüod sarnased varajased staadiumid arengut. Muidugi aja jooksul muutub see sarnasus üha vähem märgatavaks, nagu iseloomuomadused teatud tüübi jaoks.
Paleontoloogiline tõend liikide evolutsiooniprotsessi kohta seisneb selles, et mõnede organismide jäänuseid saab uurida üleminekuvormid muud väljasurnud olendid. Tänu fossiilsetele jäänustele saavad teadlased teada, et üleminekuvormid eksisteerisid. Näiteks eksisteeris selline eluvorm roomajate ja lindude vahel. Samuti suutsid teadlased tänu paleontoloogiale koostada fülogeneetilised seeriad, milles saab selgelt jälgida evolutsiooniprotsessis arenevate järjestikuste liikide järjestust.
Biokeemilised tõendid põhinevad asjaolul, et kõigil maakera elusorganismidel on ühtlane keemiline koostis ja geneetiline kood, mida tuleks samuti tähele panna. Pealegi oleme me kõik sarnased nii energia- ja plastilise ainevahetuse kui ka mõne protsessi ensümaatilise olemuse poolest.
Biogeograafilised tõendid põhinevad asjaolul, et evolutsiooniprotsess kajastub suurepäraselt loomade ja taimede leviku olemuses Maa pinnal. Seega jagasid teadlased planeedi massiivi tinglikult kuueks geograafilised tsoonid. Me ei käsitle neid siin üksikasjalikult, kuid märgime, et mandrite ja nendega seotud elusorganismide liikide vahel on väga tihe seos.
Makroevolutsiooni kaudu saame aru, et kõik liigid arenesid välja varem elavatest organismidest. See paljastab arendusprotsessi enda olemuse.
Transformatsioonid liigisisesel tasandil
Mikroevolutsioon viitab väikestele alleelide muutustele populatsioonis põlvkondade jooksul. Võime ka öelda, et need transformatsioonid toimuvad liigisisesel tasandil. Põhjused peituvad mutatsiooniprotsessides, kunstlikus ja looduslikus triivis ning geeniülekandes. Kõik need muutused viivad spetsifikatsioonini.
Oleme uurinud evolutsiooni põhitüüpe, kuid me ei tea veel, et mikroevolutsioon jaguneb mõneks haruks. Esiteks on see populatsioonigeneetika, tänu millele tehakse paljude protsesside uurimiseks vajalikud matemaatilised arvutused. Teiseks on see keskkonnageneetika, mis võimaldab jälgida arenguprotsesse tegelikkuses. Need kaks evolutsiooni tüüpi (mikro- ja makro-) on olemas suur väärtus ja anda teatud panus arenguprotsessidesse tervikuna. Väärib märkimist, et neid vastandatakse sageli üksteisele.
Kaasaegsete liikide evolutsioon
Esiteks pangem tähele, et see on pidev protsess. Teisisõnu, see ei peatu kunagi. Kõik elusorganismid arenevad välja erinevatel kiirustel. Probleem on aga selles, et mõned loomad elavad väga kaua, mistõttu on muutusi väga raske märgata. Enne kui neid saab jälgida, peab mööduma sadu või isegi tuhandeid aastaid.
IN kaasaegne maailm Aafrika elevandid arenevad aktiivselt. Tõsi, inimabiga. Seega väheneb nende loomade kihva pikkus kiiresti. Fakt on see, et jahimehed on alati jahtinud elevante, kellel olid massiivsed kihvad. Samal ajal tundsid nad palju vähem huvi teiste inimeste vastu. Seega kasvasid nende võimalused ellu jääda ja ka oma geene teistele põlvkondadele edasi anda. Seetõttu täheldati mitme aastakümne jooksul kihvade pikkuse järkjärgulist vähenemist.
On väga oluline mõista, et väliste märkide puudumine ei tähenda evolutsiooniprotsessi lõppu. Näiteks väga sageli eksivad erinevad uurijad sagaruimelise kala koelakanti suhtes. Arvatakse, et see pole miljoneid aastaid arenenud, kuid see pole tõsi. Olgu lisatud, et tänapäeval on koelakant ainus elusolev koelakantide järgu esindaja. Kui võrrelda selle liigi esimesi esindajaid ja tänapäevaseid isendeid, võite leida palju olulisi erinevusi. Ainus sarnasus on välistes märkides. Seetõttu on väga oluline vaadata evolutsiooni terviklikult ja mitte hinnata seda ainult väliste märkide järgi. Huvitav on see, et tänapäevasel koelakantil on heeringaga rohkem sarnasusi kui selle esivanema, koelakantiga.
tegurid
Nagu me teame, tekkisid liigid evolutsiooni käigus, kuid millised tegurid sellele kaasa aitasid? Esiteks pärilik varieeruvus. Fakt on see, et mitmesugused mutatsioonid ja uued geenikombinatsioonid loovad aluse pärilikule mitmekesisusele. Märkus: mida aktiivsem on mutatsiooniprotsess, seda tõhusam on looduslik valik.
Teine tegur on tunnuste juhuslik säilimine. Selle nähtuse olemuse mõistmiseks mõistkem selliseid mõisteid nagu geneetiline triiv ja populatsioonilained. Viimased on periooditi esinevad kõikumised, mis mõjutavad populatsiooni suurust. Näiteks iga nelja aasta tagant on palju jäneseid ja kohe pärast seda langeb nende arvukus järsult. Aga mis on geneetiline triiv? See tähendab mis tahes märkide säilimist või kadumist juhuslikus järjekorras. See tähendab, et kui mõne sündmuse tagajärjel rahvaarv oluliselt väheneb, siis kaootiliselt säilivad mõned tunnused täielikult või osaliselt.
Kolmas tegur, mida me kaalume, on olelusvõitlus. Selle põhjuseks on asjaolu, et organisme sünnib palju, kuid ainult mõned neist suudavad ellu jääda. Pealegi ei jätku kõigile toitu ja territooriumi. Üldiselt võib olelusvõitluse mõistet kirjeldada kui organismi erilist suhet keskkonna ja teiste indiviididega. Võitluse vorme on mitu. See võib olla liigisisene, mis esineb sama liigi isendite vahel. Teine vorm on liikidevaheline, kui esindajad võitlevad ellujäämise eest erinevad tüübid. Kolmas vorm on võitlus keskkonnatingimustega, kui loomad peavad nendega kohanema või surevad. Samal ajal peetakse liigisisest võitlust õigustatult kõige jõhkramaks.
Nüüd teame, et liikide roll evolutsioonis on tohutu. Just ühest esindajast võib alata mutatsioon või degeneratsioon. Kuid evolutsiooniprotsess on reguleeritud iseenesest, kuna toimib loodusliku valiku seadus. Seega, kui uued märgid on ebaefektiivsed, surevad need isikud varem või hiljem.
Mõelgem veel ühele olulisele kontseptsioonile, mis on omane kõikidele evolutsioonisõidu tüüpidele. See on isolatsioon. See termin tähendab teatud erinevuste kuhjumist sama elanikkonna esindajate vahel, mis pikka aega olid üksteisest isoleeritud. Selle tulemusena võib see viia selleni, et isendid lihtsalt ei saa omavahel ristuda, luues nii kaks täiesti erinevat liiki.
Antropogenees
Räägime nüüd inimtüüpidest. Evolutsioon on kõigile elusorganismidele iseloomulik protsess. Bioloogilise evolutsiooni osa, mis viis inimeste tekkeni, nimetatakse antropogeneesiks. Tänu sellele toimus lahkuminek inimliik alates suured ahvid, imetajad ja hominiidid. Mis tüüpi inimesi me teame? Evolutsiooniteooria jagab nad australopiteekiinideks, neandertallasteks jne. Kõigi nende liikide omadused on meile koolist tuttavad.
Nii tutvusime peamiste evolutsioonitüüpidega. Bioloogia võib mõnikord rääkida palju minevikust ja olevikust. Sellepärast tasub teda kuulata. Märkus: mõned teadlased usuvad, et tuleks eristada kolme tüüpi evolutsiooni: makro-, mikro- ja inimese evolutsioon. Sellised arvamused on aga üksikud ja subjektiivsed. Selles materjalis tutvustasime lugejale 2 peamist evolutsioonitüüpi, tänu millele arenevad kõik elusolendid.
Artikli kokkuvõtteks olgu öeldud, et evolutsiooniprotsess on tõeline looduse ime, mis ise reguleerib ja koordineerib elu. Artiklis vaatlesime peamist teoreetilised mõisted, kuid praktikas on kõik palju huvitavam. iga bioloogilised liigid on ainulaadne süsteem, mis on võimeline isereguleeruma, kohanema ja arenema. See on looduse ilu, mis hoolitses mitte ainult loodud liikide eest, vaid ka nende eest, milleks nad võivad muteeruda.
Evolutsiooniõpetus
Evolutsiooniõpetus (evolutsiooniteooria)– teadus, mis uurib elu ajaloolist arengut: põhjuseid, mustreid ja mehhanisme. On olemas mikro- ja makroevolutsioon.
Mikroevolutsioon- evolutsiooniprotsessid populatsiooni tasandil, mis viivad uute liikide tekkeni.
Makroevolutsioon- supraspetsiifiliste taksonite evolutsioon, mille tulemusena moodustuvad suuremad süstemaatilised rühmad. Need põhinevad samadel põhimõtetel ja mehhanismidel.
Evolutsiooniliste ideede arendamine
Herakleitos, Empidocles, Demokritos, Lucretius, Hippokrates, Aristoteles ja teised antiikfilosoofid sõnastasid esimesed ideed eluslooduse arengust.
Carl Linnaeus uskus looduse loomisse Jumala poolt ja liikide püsivusse, kuid võimaldas uute liikide tekkimise võimalust ristumise teel või keskkonnatingimuste mõjul. Raamatus “Loodussüsteem” põhjendas C. Linnaeus liiki kui universaalne üksus ja elusolendite olemasolu põhivorm; määras igale looma- ja taimeliigile topeltnimetuse, kus nimisõna on perekonna nimi, omadussõna liigi nimi (näiteks Homo sapiens); kirjeldas tohutul hulgal taimi ja loomi; töötas välja taimede ja loomade taksonoomia põhiprintsiibid ning lõi nende esimese klassifikatsiooni.
Jean Baptiste Lamarck lõi esimese tervikliku evolutsiooniõpetuse. Oma töös “Zooloogia filosoofia” (1809) tuvastas ta evolutsiooniprotsessi peamise suuna - organisatsiooni järkjärgulise komplitseerimise madalamatest vormidest kõrgematesse. Samuti töötas ta välja hüpoteesi inimese loomuliku päritolu kohta ahvilaadsetelt esivanematelt, kes läksid üle maapealsele eluviisile. Lamarck pidas evolutsiooni liikumapanevaks jõuks organismide iha täiuslikkuse järele ja vaidles omandatud omaduste pärilikkuse poolt. See tähendab, et treeningu tulemusena arenevad uutes tingimustes vajalikud elundid (kaelkirjaku kael) ja ebavajalikud organid atroofeeruvad vähese koormuse tõttu (mutti silmad). Kuid Lamarck ei suutnud paljastada evolutsiooniprotsessi mehhanisme. Tema hüpotees omandatud omaduste pärilikkusest osutus vastuvõetamatuks ja tema väide organismide sisemisest paranemissoovist oli ebateaduslik.
Charles Darwin lõi olelusvõitluse ja loodusliku valiku kontseptsioonidel põhineva evolutsiooniteooria. Charles Darwini õpetuste tekkimise eeldused olid järgmised: selleks ajaks rikkaliku materjali kogumine paleontoloogia, geograafia, geoloogia, bioloogia kohta; valiku arendamine; edusammud taksonoomias; välimus rakuteooria; teadlase enda tähelepanekud ajal ümbermaailmareis Beagle'il. Charles Darwin kirjeldas oma evolutsioonilisi ideid mitmetes töödes: “Liikide teke loodusliku valiku teel”, “Muutused koduloomades ja kultuurtaimedes kodustamise mõjul”, “Inimese päritolu ja seksuaalne valik” jne.
Darwini õpetus taandub järgmisele:
- igal konkreetse liigi isendil on individuaalsus (muutlikkus);
- Isiksuseomadused (kuigi mitte kõik) võivad olla päritud (pärilikkus);
- isendid toodavad rohkem järglasi, kui jäävad ellu puberteedieani ja sigimise alguseni, see tähendab, et looduses käib olelusvõitlus;
- olelusvõitluses jääb eelis kõige kohanenud isenditele, kellel on suurem võimalus järglasi maha jätta (looduslik valik);
- Loodusliku valiku tulemusena muutuvad elukorralduse tasandid järk-järgult keerukamaks ja tekivad liigid.
Charles Darwini evolutsioonitegurid- See
- pärilikkus,
- varieeruvus,
- võitlus olemasolu eest,
- looduslik valik.
Pärilikkus
- organismide võime kanda edasi oma tunnuseid põlvest põlve (ehituse, arengu, funktsiooni tunnused).
Muutlikkus
- organismide võime omandada uusi omadusi.
Võitlus olemasolu eest
- kogu organismide ja keskkonnatingimuste vaheliste suhete kompleks: koos elutu loodus (abiootilised tegurid) ja teiste organismidega (biootilised tegurid). Olelusvõitlus ei ole "võitlus". sõna otseses mõttes sõnadega, tegelikult on see organismi ellujäämisstrateegia ja eksisteerimisviis. Toimuvad liigisisesed võitlused, liikidevahelised võitlused ja võitlused ebasoodsate keskkonnategurite vastu. Liigisisene võitlus- võitlus samasse populatsiooni kuuluvate isikute vahel. See on alati väga stressirohke, kuna sama liigi isendid vajavad samu ressursse. Liikidevaheline võitlus
- võitlus erinevate liikide populatsioonide isendite vahel. See tekib siis, kui liigid konkureerivad samade ressursside pärast või kui neid ühendavad kiskja ja saakloomade suhted. Võitlus ebasoodsate abiootiliste keskkonnateguritega eriti avaldub keskkonnatingimuste halvenemisel; intensiivistab liigisisest võitlust. Olelusvõitluses selgitatakse välja antud elutingimustega kõige enam kohanenud isendid. Olelusvõitlus viib loodusliku valikuni.
Looduslik valik- protsess, mille tulemusena jäävad ellu ja jätavad järglasi valdavalt antud tingimustes kasulike pärilike muutustega isendid.
Kõik bioloogia- ja paljud teised loodusteadused struktureeriti ümber darvinismi alusel.
Praegu on kõige üldisemalt aktsepteeritud sünteetiline evolutsiooniteooria (STE). Võrdlevad omadused põhisätted evolutsiooniline doktriin Ch Darwin ja STE on toodud tabelis.
Charles Darwini evolutsiooniõpetuse põhisätete ja sünteetilise evolutsiooniteooria (STE) võrdlevad omadused
| Märgid | Charles Darwini evolutsiooniteooria | Sünteetiline evolutsiooniteooria (STE) |
| Evolutsiooni peamised tulemused | 1) Organismide kohanemisvõime suurendamine keskkonnatingimustega; 2) elusolendite organiseerituse taseme tõstmine; 3) organismide mitmekesisuse suurenemine | |
| Evolutsiooni ühik | Vaade | Rahvaarv |
| Evolutsiooni tegurid | Pärilikkus, muutlikkus, olelusvõitlus, looduslik valik | Mutatsiooniline ja kombinatiivne varieeruvus, populatsioonilained ja geneetiline triiv, isolatsioon, looduslik valik |
| Juhtiv tegur | Looduslik valik | |
| Mõiste tõlgendamine looduslik valik | Paremini vormis olevate ellujäämine ja kehvemate surm | Genotüüpide selektiivne paljundamine |
| Loodusliku valiku vormid | Propulsiivne (ja selle mitmekesisusena seksuaalne) | Liigutav, stabiliseeriv, häiriv |
Seadmete tekkimine. Iga kohanemine töötatakse välja päriliku varieeruvuse alusel olelusvõitluses ja valikuprotsessis põlvkondade sees. Looduslik valik toetab ainult otstarbekaid kohandusi, mis aitavad organismil ellu jääda ja järglasi saada.
Organismide kohanemisvõime keskkonnaga ei ole absoluutne, vaid suhteline, kuna keskkonnatingimused võivad muutuda. Seda tõestavad paljud faktid. Näiteks kalad on sellega suurepäraselt kohanenud veekeskkond elupaigaks, kuid kõik need kohandused on teistesse elupaikadesse täiesti sobimatud. Koid koguvad nektarit heledatelt õitelt, mis on öösel selgelt nähtavad, kuid lendavad sageli tulle ja hukkuvad.
Evolutsiooni elementaarsed tegurid- tegurid, mis muudavad alleelide ja genotüüpide esinemissagedust populatsioonis ( geneetiline struktuur populatsioonid).
Evolutsioonil on mitu peamist elementaarset tegurit:
mutatsiooniprotsess;
populatsioonilained ja geneetiline triiv;
isolatsioon;
looduslik valik.
Mutatsiooniline ja kombinatiivne muutlikkus.
Mutatsiooniprotsess toob kaasa uute alleelide (või geenide) ja nende kombinatsioonide tekke mutatsioonide tulemusena. Mutatsiooni tulemusena on võimalik geeni üleminek ühest alleelsest seisundist teise (A→a) või geeni muutumine üldiselt (A→C). Mutatsiooniprotsessil ei ole mutatsioonide juhuslikkuse tõttu suunda ja see ei saa suunata muutusi ilma teiste evolutsiooniliste tegurite osaluseta. looduslik populatsioon. See varustab loodusliku valiku elementaarset evolutsioonimaterjali. Retsessiivsed mutatsioonid heterosügootses olekus moodustavad varjatud varieeruvuse reservi, mida looduslik valik saab kasutada, kui eksisteerimistingimused muutuvad.
Kombinatiivne varieeruvus tekib nende vanematelt päritud juba olemasolevate geenide uute kombinatsioonide moodustumisel järglastel. Kombinatiivse varieeruvuse allikad on kromosoomide ristumine (rekombinatsioon), homoloogsete kromosoomide juhuslik lahknemine meioosis ja sugurakkude juhuslik kombineerimine viljastamise ajal.
Populatsioonilained ja geneetiline triiv.
Rahvastiku lained(elulained) – populatsiooni suuruse perioodilised ja mitteperioodilised kõikumised nii üles- kui allapoole. Populatsioonilaineid võivad põhjustada perioodilised muutused keskkonnategurid keskkond (temperatuuri, niiskuse jm hooajalised kõikumised), mitteperioodilised muutused (looduskatastroofid), uute territooriumide koloniseerimine liikide kaupa (kaasneb arvukuse järsk tõus).
Populatsioonilained toimivad evolutsioonilise tegurina väikestes populatsioonides, kus võib esineda geneetiline triiv. Geneetiline triiv- juhuslikud mittesuunalised muutused alleeli ja genotüübi sagedustes populatsioonides. Väikestes populatsioonides mõju juhuslikud protsessid viib märgatavate tagajärgedeni. Kui elanikkond on väikesearvuline, siis selle tulemusena juhuslikud sündmused mõned isendid, olenemata nende geneetilisest ülesehitusest, võivad järglasi jätta või mitte, mille tulemusena võivad mõne alleeli sagedused ühe või mitme põlvkonna jooksul dramaatiliselt muutuda. Seega võib populatsiooni suuruse järsu vähenemise korral (näiteks hooajaliste kõikumiste, toiduvarude vähenemise, tulekahju jms tõttu) väheste ellujäänud isendite hulgas esineda haruldasi genotüüpe. Kui tulevikus nende isendite tõttu arvukus taastub, toob see kaasa juhusliku muutuse populatsiooni genofondis alleelisagedustes. Seega on populatsioonilained evolutsioonilise materjali tarnijad.
Isolatsioon on põhjustatud erinevate tegurite esilekerkimisest, mis takistavad vaba ületamist. Geneetilise informatsiooni vahetus tekkivate populatsioonide vahel lakkab, mille tulemusena suurenevad ja kinnistuvad esialgsed erinevused nende populatsioonide genofondides. Isoleeritud populatsioonid võivad läbida mitmesuguseid evolutsioonilisi muutusi ja muutuda järk-järgult erinevateks liikideks.
Seal on ruumiline ja bioloogiline isolatsioon. Ruumiline (geograafiline) eraldatus seotud geograafiliste takistustega (veetõkked, mäed, kõrbed jne) ning väheliikuvate elanike ja lihtsalt pikki vahemaid. Bioloogiline isolatsioon on põhjustatud paaritumise ja viljastumise võimatusest (sigimise ajastuse, struktuuri või muude ristamist takistavate tegurite muutumise tõttu), sügootide surm (sugurakkude biokeemiliste erinevuste tõttu), järglaste steriilsus (kahjustuse tagajärjel). kromosoomide konjugatsioon gametogeneesi ajal).
Isolatsiooni evolutsiooniline tähtsus seisneb selles, et see säilitab ja suurendab populatsioonide vahelisi geneetilisi erinevusi.
Looduslik valik. Eespool käsitletud evolutsiooniliste tegurite poolt põhjustatud muutused geenide ja genotüüpide sagedustes on juhuslikud ja mittesuunatud. Evolutsiooni juhtiv tegur on looduslik valik.
Looduslik valik– protsess, mille tulemusena jäävad ellu ja jätavad järglasi valdavalt populatsioonile kasulike omadustega isendid.
Valik toimib populatsioonides; selle objektid on üksikute indiviidide fenotüübid. Fenotüüpidel põhinev valik on aga genotüüpide valik, kuna järglastele ei anta edasi mitte tunnuseid, vaid geene. Selle tulemusena kasvab populatsioonis valdavate isendite suhteline arv teatud vara või kvaliteet. Seega on looduslik valik genotüüpide diferentsiaalse (selektiivse) paljunemise protsess.
Valimisele ei kuulu mitte ainult omadused, mis suurendavad järglaste lahkumise tõenäosust, vaid ka omadused, mis ei ole otseselt paljunemisega seotud. Mõnel juhul võib selektsiooni eesmärk olla liikide vastastikune kohanemine (taimede lilled ja neid külastavad putukad). Võib luua ka tegelasi, mis on küll isendile kahjulikud, kuid tagavad liigi kui terviku püsimajäämise (nõelanud mesilane sureb, vaenlast rünnates aga päästab pere). Üldiselt mängib valik loominguline roll looduses, kuna suunamatutest pärilikest muutustest kinnistuvad need, mis võivad viia uute, antud eksistentsitingimustes täiuslikumate indiviidrühmade moodustumiseni.
Looduslikul valikul on kolm peamist vormi: stabiliseeriv, edasiviiv ja häiriv (häiriv) (tabel).
Loodusliku valiku vormid
| Vorm | Iseloomulik | Näited |
| Stabiliseeriv | Eesmärk on säilitada mutatsioonid, mis põhjustavad tunnuse keskmise väärtuse väiksemat varieeruvust. See toimib suhteliselt püsivates keskkonnatingimustes, st seni, kuni säilivad tingimused, mis viisid konkreetse tunnuse või omaduse kujunemiseni. | Õie suuruse ja kuju säilitamine putukatolmlevate taimede puhul, kuna lilled peavad vastama tolmeldava putuka keha suurusele. Reliktsete liikide kaitse. |
| Liikumine | Eesmärk on säilitada mutatsioonid, mis muudavad tunnuse keskmist väärtust. Tekib siis, kui keskkonnatingimused muutuvad. Populatsiooni üksikisikutel on mõningaid erinevusi genotüübis ja fenotüübis ning pikaajaliste muutustega väliskeskkond eelise elutegevuses ja paljunemises võivad mõned liigi isendid saada mõningate kõrvalekalletega keskmine norm. Variatsioonikõver nihkub uute eksistentsitingimustega kohanemise suunas. | Resistentsuse tekkimine putukate ja näriliste pestitsiidide ning mikroorganismide antibiootikumide suhtes. Kasekoi (liblika) värvuse tumenemine on välja kujunenud tööstuspiirkonnad Inglismaa (tööstuslik melanism). Nendel aladel muutub puukoor tumedaks õhusaastetundlike samblike kadumise tõttu ja tumedaid ööliblikaid on puutüvedel vähem näha. |
| Rebimine (häiriv) | Eesmärk on säilitada mutatsioonid, mis põhjustavad suurimat kõrvalekallet tunnuse keskmisest väärtusest. Katkendlik valik tekib siis, kui keskkonnatingimused muutuvad selliselt, et keskmisest normist äärmuslike kõrvalekalletega isendid saavad eelise. Katkendliku selektsiooni tulemusena moodustub populatsiooni polümorfism, see tähendab mitme rühma olemasolu, mis erinevad mõne tunnuse poolest. | Koos sagedaste tugevad tuuled Ookeanisaartel säilivad kas hästiarenenud tiibadega või algeliste tiibadega putukad. |
Orgaanilise maailma evolutsiooni lühiajalugu
Maa vanus on umbes 4,6 miljardit aastat. Elu Maal tekkis ookeanis enam kui 3,5 miljardit aastat tagasi.
Novell orgaanilise maailma areng on toodud tabelis. Peamiste organismirühmade fülogenees on näidatud joonisel.
Elu arengu ajalugu Maal uuritakse organismide fossiilsetest jäänustest või nende elutegevuse jälgedest. Neid leidub erineva vanusega kivimites.
Maa ajaloo geokronoloogiline skaala jaguneb ajastuteks ja perioodideks.
Geokronoloogiline mastaap ja elusorganismide arengulugu
| Ajastu, vanus (miljonit aastat) | Periood, kestus (miljonit aastat) | Loomade maailm | Taimede maailm | Tähtsamad aromorfoosid |
| Cenosoic, 62–70 | Antropogeen, 1.5 | Kaasaegne loomamaailm. Evolutsioon ja inimeste domineerimine | Kaasaegne köögiviljamaailm | Ajukoore intensiivne areng; kahejalgsus |
| Neogeen, 23,0 paleogeen, 41±2 | Domineerivad imetajad, linnud ja putukad. Ilmuvad esimesed primaadid (leemurid, tarsierid), hiljem Parapithecus ja Dryopithecus. Paljud roomajate ja peajalgsete rühmad on kadumas | Õistaimed, eriti rohttaimed, on laialt levinud; seemnetaimede taimestik väheneb | ||
| Mesosoikum, 240 | Mel, 70 | Domineerivad kondised kalad, protolinnud ja pisiimetajad; Ilmuvad ja levivad platsentaimetajad ja tänapäevased linnud; hiiglaslikud roomajad surevad välja | Angiospermid ilmuvad ja hakkavad domineerima; Sõnajalgade ja seemnetaimede arv väheneb | Lillede ja puuviljade tekkimine. Emaka välimus |
| Yura, 60 | Domineerivad hiiglaslikud roomajad, luukalad, putukad ja peajalgsed; Ilmub arheopteryx; iidsed kõhrekalad on välja suremas | Kaasaegsed võimlemisseemned domineerivad; iidsed võimlemisseemned surevad välja | ||
| Triias, 35±5 | Domineerivad kahepaiksed, peajalgsed, taimtoidulised ja röövroomajad; ilmuvad teleostkalad, munaloomad ja kukkurloomad | Domineerivad iidsed võimlemisseemned; ilmuvad kaasaegsed võimlemisseemned; seemnesõnajalad surevad välja | Neljakambrilise südame välimus; arteriaalse ja venoosse verevoolu täielik eraldamine; soojaverelisuse ilmnemine; piimanäärmete välimus | |
| Paleosoikum, 570 | ||||
| Perm, 50±10 | Mere selgrootud, haid, domineerivad; roomajad ja putukad arenevad kiiresti; ilmuvad loomahambulised ja taimtoidulised roomajad; Stegotsefaalid ja trilobiidid surevad välja | Seemne- ja rohtsete sõnajalgade rikkalik taimestik; ilmuvad iidsed võimlemisseemned; puutaolised korte, samblad ja sõnajalad surevad välja | Õietolmutoru ja seemnete moodustumine | |
| Süsinik, 65±10 | Domineerivad kahepaiksed, molluskid, haid ja kopsukalad; ilmuvad ja arenevad kiiresti putukate, ämblike ja skorpionide tiivulised vormid; ilmuvad esimesed roomajad; trilobiidid ja stegotsefaalid vähenevad märgatavalt | Puusöemetsa moodustavate sõnajalgade rohkus; tärkavad seemnesõnajalad; psilofüüdid kaovad | Sisemise väetamise ilmumine; tihedate munakoorte välimus; naha keratiniseerumine | |
| Devon, 55 | Domineerivad soomuskarbid, molluskid, trilobiidid ja korallid; Ilmuvad laba-, kopsu- ja raiuim-kalad, stegotsefaalid | Rikkalik psilofüütide taimestik; ilmuvad samblad, sõnajalad, seened | Taimekeha tükeldamine organiteks; uimede muutmine maapealseteks jäsemeteks; õhu hingamiselundite välimus | |
| Silur, 35 | Rikkalik trilobiitide, molluskite, vähilaadsete, korallide fauna; ilmuvad soomuskalad ja esimesed maismaaselgrootud (sajajalgsed, skorpionid, tiibadeta putukad) | Vetikate rohkus; taimed tulevad maale – tekivad psilofüüdid | Taimekeha diferentseerumine kudedeks; loomakeha jagamine osadeks; lõualuude ja jäsemete vööde moodustumine selgroogsetel | |
| Ordoviitsium, 55±10 kambrium, 80±20 | Domineerivad käsnad, koelenteraadid, ussid, okasnahksed ja trilobiidid; ilmuvad lõualuuta selgroogsed (scutellates), molluskid | Kõigi vetikate osakondade õitseng | ||
| Proterosoikum, 2600 | Algloomad on laialt levinud; ilmuvad igat tüüpi selgrootud ja okasnahksed; ilmuvad esmased akordid - alatüüp Kraniaalne | Laialt levinud sinakasroheline ja rohevetikad, bakterid; ilmuvad punavetikad | Kahepoolse sümmeetria tekkimine | |
| Archeyskaya, 3500 | Elu päritolu: prokarüootid (bakterid, sinivetikad), eukarüootid (algloomad), primitiivsed mitmerakulised organismid | Fotosünteesi tekkimine; aeroobse hingamise ilmumine; eukarüootsete rakkude tekkimine; seksuaalse protsessi välimus; mitmerakulisuse tekkimine | ||
Evolutsioon on arendusprotsess, mis koosneb järkjärgulisi muutusi, ilma äkiliste hüpeteta (erinevalt revolutsioonist). Enamasti peavad nad evolutsioonist rääkides silmas bioloogilist evolutsiooni.
Bioloogiline evolutsioon on eluslooduse pöördumatu ja suunatud ajalooline areng, millega kaasnevad muutused populatsioonide geneetilises koostises, kohanemiste teke, liikide teke ja väljasuremine, ökosüsteemide ja biosfääri kui terviku transformatsioon. Bioloogiline evolutsioon on evolutsioonibioloogia uurimine.
On mitmeid evolutsiooniteooriaid, millel on ühine väide, et elusad eluvormid on teiste varem eksisteerinud eluvormide järeltulijad. Evolutsiooniteooriad erinevad evolutsioonimehhanismide selgitustes. IN Sel hetkel levinuim on nn. sünteetiline evolutsiooniteooria, mis on Darwini teooria edasiarendus.
Ekspressiooni tulemusena järglastele edasi kanduvad geenid moodustavad organismi omaduste (fenotüübi) summa. Organismide paljunemisel tekivad nende järglastel uued või muutunud omadused, mis tekivad mutatsioonide või geenide ülekande kaudu populatsioonide või isegi liikide vahel. Sugulisel teel paljunevatel liikidel tekivad geneetilise rekombinatsiooni teel uued geenikombinatsioonid. Evolutsioon toimub siis, kui pärilikud erinevused muutuvad populatsioonis tavalisemaks või haruldasemaks.
Evolutsioonibioloogia uurib evolutsiooniprotsesse ja esitab teooriaid nende põhjuste selgitamiseks. Fossiilide ja liikide mitmekesisuse uurimine oli 19. sajandi keskpaigaks enamikku teadlasi veennud, et liigid ajas muutuvad. Nende muutuste mehhanism jäi aga ebaselgeks, kuni 1859. aastal ilmus inglise teadlase Charles Darwini raamat On the Origin of Species, mis käsitles looduslikku valikut kui evolutsiooni liikumapanevat jõudu. Darwini ja Wallace'i teooria võeti lõpuks vastu teadusringkond. 1930. aastatel ühendati Darwini loodusliku valiku idee Mendeli seadustega, mis pani aluse sünteetilisele evolutsiooniteooriale (STE). STE võimaldas selgitada seost evolutsiooni substraadi (geenid) ja evolutsiooni mehhanismi (loodusliku valiku) vahel.
Pärilikkus
Pärilikkus, kõikide organismide omane omadus korrata samu märke ja arengujooni mitme põlvkonna jooksul; on põhjustatud raku materiaalsete struktuuride ülekandmisest sigimise käigus ühelt põlvkonnalt teisele, sisaldades programme nendest uute isendite arendamiseks. Seega tagab pärilikkus elusolendite morfoloogilise, füsioloogilise ja biokeemilise korralduse, nende iseloomu järjepidevuse. individuaalne areng või ontogeneesia. Üldise bioloogilise nähtusena on pärilikkus diferentseeritud eluvormide olemasolu kõige olulisem tingimus, ilma selleta võimatu. suhteline püsivus organismide omadused, kuigi seda häirib varieeruvus – organismidevaheliste erinevuste tekkimine. Mõjutades väga erinevaid tunnuseid organismide ontogeneesi kõikidel etappidel, avaldub pärilikkus tunnuste pärimise mustrites, st nende ülekandumises vanematelt järglastele.
Mõnikord viitab mõiste “pärilikkus” nakkavate põhimõtete (nn nakkav pärilikkus) või õpioskuste, hariduse, traditsioonide (nn sotsiaalne ehk signaliseeriv pärilikkus) edasikandumisele ühelt põlvkonnalt teisele. Pärilikkuse mõiste selline laiendamine kaugemale selle bioloogilisest ja evolutsioonilisest olemusest on vastuoluline. Ainult juhtudel, kui nakkusetekitajad suudavad peremeesrakkudega suhelda kuni nende geneetilisse aparatuuri kaasamise hetkeni, on nakkuslikku pärandit normaalsest raske eraldada. Tingimuslikud refleksid ei ole päritud, vaid kujunevad iga põlvkonna poolt uuesti välja, kuid pärilikkuse roll konsolideerumise kiiruses konditsioneeritud refleksid ja käitumisomadused on vaieldamatud. Seetõttu sisaldab signaali pärilikkus bioloogilise pärilikkuse komponenti.
Muutlikkus
Variatiivsus on iseloomude ja omaduste mitmekesisus mis tahes sugulusastmega indiviididel ja indiviidide rühmadel. Omane kõigile elusorganismidele. Variatsioonil eristatakse pärilikku ja mittepärilikku, individuaalset ja grupilist, kvalitatiivset ja kvantitatiivset, suunatud ja mittesuunatut. Pärilikku varieeruvust põhjustab mutatsioonide esinemine, mittepärilikku varieeruvust aga keskkonnategurite mõju. Evolutsiooni aluseks on pärilikkuse ja muutlikkuse nähtused.
Mutatsioon
Mutatsioon on genotüübi juhuslik, püsiv muutus, mis mõjutab terveid kromosoome, nende osi või üksikuid geene. Mutatsioonid võivad olla suured ja selgelt nähtavad, näiteks pigmendipuudus (albinism), kanade sulestiku puudumine, lühikesed varbad jne. Enamasti on mutatsioonimuutused aga väikesed, vaevumärgatavad kõrvalekalded normist.
Mutatsioonid on üsna haruldane sündmus. Üksikute spontaansete mutatsioonide esinemissagedust väljendatakse ühe põlvkonna teatud mutatsiooni kandvate sugurakkude arvuga võrreldes koguarv sugurakud.
Mutatsioonid tekivad peamiselt kahel põhjusel: spontaansed vead nukleotiidjärjestuse replikatsioonis ja erinevate mutageensed tegurid mis põhjustab replikatsioonivigu.
Mutageenide toimest põhjustatud mutatsioonid (kiiritus, keemilised ained, temperatuur jne) nimetatakse indutseeritud, erinevalt spontaansetest mutatsioonidest, mis tekivad juhuslike vigade tagajärjel replikatsiooni tagavate ensüümide tegevuses ja/või nukleotiidides olevate aatomite termilise vibratsiooni tulemusena.
Mutatsioonide tüübid. Lähtuvalt geneetilise aparaadi muutuste olemusest jaotatakse mutatsioonid genoomseteks, kromosomaalseteks ja geeni- ehk punktmutatsioonideks. Genoomsed mutatsioonid hõlmavad kromosoomide arvu muutumist keharakkudes. Nende hulka kuuluvad: polüploidsus - kromosoomikomplektide arvu suurenemine, kui diploidsete organismide tavapärase 2 kromosoomikomplekti asemel võib olla 3, 4 jne; haploidsus - 2 kromosoomikomplekti asemel on ainult üks; aneuploidsus - üks või mitu homoloogsete kromosoomide paari puuduvad (nullisoomia) või neid esindab mitte paar, vaid ainult üks kromosoom (monosoomia) või vastupidi, 3 või enama homoloogse partneriga (trisoomia, tetrasoomia jne). Kromosoomimutatsioonid ehk kromosoomide ümberkorraldused hõlmavad järgmist: inversioonid – kromosoomi osa pööratakse 180°, nii et selles sisalduvad geenid asetsevad normaalsega võrreldes vastupidises järjekorras; translokatsioonid - kahe või enama mittehomoloogse kromosoomi sektsioonide vahetus; deletsioonid - kromosoomi olulise osa kaotus; puudused (väikesed deletsioonid) - kromosoomi väikese lõigu kaotus; dubleerimine - kromosoomiosa kahekordistamine; killustatus - kromosoomi purustamine 2 või enamaks osaks. Geenimutatsioonid on püsivad muutused keemiline struktuurüksikud geenid ja reeglina ei kajastu mikroskoobi all vaadeldavate kromosoomide morfoloogias. Samuti on teada geenide mutatsioonid, mis paiknevad mitte ainult kromosoomides, vaid ka mõnedes tsütoplasma isepaljunevates organellides (näiteks mitokondrid, plastiidid).
Mutatsioonide põhjused ja nende kunstlik esilekutsumine. Polüploidsus tekib kõige sagedamini siis, kui kromosoomid eralduvad rakkude jagunemise – mitoosi – alguses, kuid rakkude jagunemist mingil põhjusel ei toimu. Polüploidsust saab kunstlikult esile kutsuda, mõjutades mitoosi sattunud rakku ainetega, mis rikuvad tsütotoomiat. Harvemini tekib polüploidsus 2 somaatilise raku ühinemise või 2 sperma osalemise tagajärjel munaraku viljastamises. Haploidsus - enamjaolt embrüo arengu tagajärg ilma viljastamiseta. See on põhjustatud kunstlikult taimede tolmeldamisest surnud õietolmuga või mõne teise liigi (kauge) õietolmuga. Aneuploidsuse peamiseks põhjuseks on homoloogsete kromosoomide paari juhuslik mittelahkumine meioosi ajal, mille tulemusena satuvad mõlemad selle paari kromosoomid ühte. sugurakk või ükski neist ei taba. Harvemini tekivad aneuploidid vähestest elujõulistest sugurakkudest, mille moodustavad tasakaalustamata polüploidid.
Kromosoomide ümberkorralduste põhjused ja kõige rohkem oluline kategooria mutatsioonid – geenimutatsioonid – jäid kauaks teadmata. Sellest sündisid ekslikud autogeneetilised kontseptsioonid, mille kohaselt tekivad looduses spontaansed geenimutatsioonid, väidetavalt ilma keskkonnamõjude osaluseta. Alles pärast geenimutatsioonide kvantitatiivse registreerimise meetodite väljatöötamist sai selgeks, et need võivad olla põhjustatud erinevatest füüsilistest ja keemilised tegurid- mutageenid.
Rekombinatsioon
Rekombinatsioon on vanemate geneetilise materjali ümberjaotumine järglastes, mis viib elusorganismide päriliku kombinatiivse varieeruvuseni. Ühendamata geenide puhul (lamades erinevatel kromosoomidel) saab seda ümberjaotamist teostada kromosoomide vabalt kombineerides meioosis ja seotud geenide puhul tavaliselt kromosoomide ristamise teel - üle ristades. Rekombinatsioon on universaalne bioloogiline mehhanism, mis on iseloomulik kõigile elussüsteemidele – viirustest kõrgemate taimede, loomade ja inimesteni. Samal ajal on rekombinatsiooniprotsessil (geneetilisel) olenevalt elussüsteemi organiseerituse tasemest mitmeid tunnuseid. Rekombinatsioon toimub kõige lihtsamalt viirustes: kui rakk nakatatakse ühiselt seotud viirustega, mis erinevad ühe või mitme tunnuse poolest, ei tuvastata pärast rakkude lüüsi mitte ainult viiruse algosakesi, vaid ka rekombinantseid osakesi uute geenikombinatsioonidega, mis ilmnevad teatud keskmisel tasemel. sagedus. Bakterites on mitu protsessi, mis lõppevad rekombinatsiooniga: konjugatsioon, st kahe bakteriraku ühinemine protoplasmaatilise silla abil ja kromosoomi ülekandmine doonorrakust retsipientrakku, mille järel eraldatakse retsipientkromosoomi üksikud lõigud. asendatud vastavate doonorfragmentidega; transformatsioon – tunnuste ülekandmine keskkonnast läbi tungivate DNA molekulide poolt rakumembraan; transduktsioon on geneetilise aine ülekandmine doonorbakterilt retsipientbakterile, mida teostab bakteriofaag. Kõrgemates organismides toimub rekombinatsioon meioosis sugurakkude moodustumisel: homoloogsed kromosoomid koonduvad kokku ja asetsevad suure täpsusega kõrvuti (nn sünapsis), seejärel kromosoomid purunevad rangelt homoloogsetes punktides ja ühendavad fragmendid uuesti risti (ristuvad). ). Rekombinatsiooni tulemus tuvastatakse järglaste uute omaduste kombinatsioonide abil. Kahe kromosoomipunkti vahelise ülemineku tõenäosus on ligikaudu võrdeline füüsiline kaugus nende punktide vahel. See võimaldab rekombinatsiooni eksperimentaalsete andmete põhjal koostada kromosoomide geneetilisi kaarte, st geene graafiliselt paigutada. lineaarne järjekord vastavalt nende asukohale kromosoomides ja pealegi teatud skaalal. Molekulaarne mehhanism rekombinatsiooni pole täpsemalt uuritud, kuid on kindlaks tehtud, et rekombinatsiooni tagavad ensümaatilised süsteemid osalevad ka nii olulises protsessis nagu geneetilises materjalis tekkivate kahjustuste korrigeerimine. Pärast sünapsist hakkab toimima endonukleaas, ensüüm, mis teostab DNA ahelates esmaseid katkestusi. Ilmselt tekivad need katkestused paljudes organismides struktuurselt määratud piirkondades – rekombinaatorites. Järgmisena vahetatakse DNA kahe- või üheahelalised ahelad ja lõpuks täidavad spetsiaalsed sünteetilised ensüümid - DNA polümeraasid - ahelates olevad tühimikud ning ligaasi ensüüm sulgeb viimased kovalentsed sidemed. Neid ensüüme on eraldatud ja uuritud ainult mõnes bakteris, mis on võimaldanud meil in vitro (in vitro) rekombinatsioonimudeli loomisele lähemale jõuda. Üheks olulisemaks rekombinatsiooni tagajärjeks on vastastikuste järglaste teke (st geenide AB ja aw kahe alleelse vormi juuresolekul tuleks saada kaks rekombinatsiooniprodukti - aB ja aB in võrdsetes kogustes). Vastastikkuse põhimõtet järgitakse siis, kui kromosoomi piisavalt kaugete punktide vahel toimub rekombinatsioon. Intrageense rekombinatsiooni ajal rikutakse seda reeglit sageli. Viimast, peamiselt madalamatel seentel uuritud nähtust nimetatakse geenimuunduseks. Rekombinatsiooni evolutsiooniline tähtsus seisneb selles, et organismile ei ole sageli kasulikud mitte üksikud mutatsioonid, vaid nende kombinatsioonid. Kahe mutatsiooni soodsa kombinatsiooni samaaegne esinemine ühes rakus on siiski ebatõenäoline. Rekombinatsiooni tulemusena kombineeritakse kahele sõltumatule organismile kuuluvad mutatsioonid, kiirendades seeläbi evolutsiooniprotsessi.
Evolutsiooni mehhanismid
Looduslik valik
On kaks peamist evolutsioonimehhanismi. Esimene on looduslik valik, st protsess, mille käigus ellujäämiseks ja paljunemiseks soodsad pärilikud tunnused levivad kogu populatsioonis, ebasoodsad aga muutuvad harvemaks. See juhtub seetõttu, et soodsate tunnustega isendid paljunevad tõenäolisemalt, nii et järgmise põlvkonna isenditel on samad tunnused. Kohanemised keskkonnaga tekivad järjestikuste, väikeste, juhuslike muutuste kuhjumise ja keskkonnaga enim kohanenud variandi loomuliku valiku tulemusena.
Geneetiline triiv
Teine peamine mehhanism on geneetiline triiv, tunnuste sageduse juhusliku muutumise sõltumatu protsess. Geneetiline triiv tekib tõenäosuslike protsesside tulemusena, mis põhjustavad juhuslikke muutusi populatsiooni tunnuste sageduses. Kuigi ühe põlvkonna piires triivimisest ja valikust tingitud muutused on üsna väikesed, kuhjuvad sageduste erinevused igas järjestikuses põlvkonnas ja põhjustavad aja jooksul olulisi muutusi elusorganismides. See protsess võib kulmineeruda uue liigi moodustumisega. Pealegi näitab elu biokeemiline ühtsus kõige päritolu tuntud liigidühisest esivanemast (või genofondist) järkjärgulise lahknemise protsessi kaudu.
Evolutsioonil on kolm peamist suunda – aromorfoos, idioadaptatsioon ja üldine degeneratsioon. Kõik need toovad kaasa bioloogilise progressi, st liikide ja suuremate taksonite õitsengu, kui rühm suurendab oma arvukust ja liigilist mitmekesisust ning laiendab leviala.
Bioloogiline progress vastandub bioloogilisele regressioonile, kui liigi(de) arv, levila, samuti taksoni liikide arv väheneb, kuna rühm ei suuda kohaneda muutuvate keskkonnatingimustega. Teisisõnu, bioloogiline regressioon toimub siis, kui taksoni ajalooline areng ei järgi ühtki evolutsiooni suunda.
Aromorfoos
Aromorfoos viitab suurtele evolutsioonilistele muutustele, mis tavaliselt viivad suurte taksonite, näiteks loomade klasside tekkeni. Aromorfoosid suurenevad üldine tase organisatsioonid, muutes selle keerulisemaks, on evolutsiooni peamine tee. Need esinevad harva, muudavad oluliselt organismide morfofüsioloogiat ja võimaldavad neil asustada uusi elupaiku.
Aromorfoos on keeruline ja mõjutab erinevaid organsüsteeme. Nii et kopsude välimus "tõmbas" välja kolmekambrilise südame. Oma osa mängis neljakambrilise südame tekkimine ja vereringe täielik eraldumine oluline roll soojaverelisuse ilmnemisel.
Näited aromorfoosidest: fotosünteesi ilmnemine, hulkraksus, suguline paljunemine, sisemine luustik, kopsude areng, soojaverelisuse ilmnemine loomadel, juurte ja juhtivate kudede teke taimedes, lillede ja viljade ilmumine.
Kopsude ilmumine võimaldas organismidel jõuda maale, st asustada elupaika uute keskkonnatingimustega. Lindudel ja imetajatel tekkinud soojavereline loodus andis neile võimaluse olla vähem temperatuurist sõltuv ning asustada kahepaiksetele ja roomajatele ligipääsmatuid elupaiku.
Tänu juurte ilmumisele, mis kinnitavad taime pinnasesse ja imavad vett, ning ka juhtivale süsteemile, mis toimetab vett kõikidesse rakkudesse, said taimed maismaal kasvada. Nende biomass on siin saavutanud tohutu taseme.
Idiomaatiline kohanemine
Idioadaptatsioon on väike evolutsiooniline muutus, mis võimaldab liikidel kohaneda spetsiifilised omadused elupaik ja kitsas ökoloogiline nišš. Need on privaatsed kohandused, mis ei muuda organisatsiooni üldist taset.
Idioadaptatsioon tagab erinevate adaptiivsete vormide tekkimise ühe organisatsiooni tasandi piires.
Seega on kõigil imetajatel sarnasusi sisemine struktuur. Erinevate elupaikade ja toitumisviisidega kohanenud liikide mitmekesisus saavutati aga läbi sellise evolutsioonisuuna nagu idioadaptatsioon.
Angiospermidel on palju erinevaid liike, hulk eluvorme (kõrrelised, põõsad, puud). Nad on oma poolest väga erinevad välimus, kuid nende morfoloogia ja füsioloogia on samal organiseerituse tasemel.
Idioadaptatsioonide tulemusena muutuvad suure taksoni jaoks ebaolulised märgid. Näiteks kõigil lindudel on nokk selle välimuse tagatud aromorfoosiga. Kuid igal liigil on oma noka kuju ja suurus, mis on kohandatud konkreetsete söötmismeetoditega. Seda andsid idioadaptatsioonid.
Üldine degeneratsioon
Taimemaailmas on taandarengu näiteks kühm, millel puudub oma klorofüll ja mis toitub teistest katteseemnetaimedest.
Ilmselt tuleks üldist degeneratsiooni tähtsuselt asetada samale tasemele aromorfoosiga, mitte idioadaptatsiooniga, kuna see mõjutab tavaliselt olulisi muutusi kehas. Näiteks kaotus kogu süsteem või isegi organsüsteemid on suur muutus.
Väikesed privaatsed degeneratsioonid, mis põhjustavad elundi struktuuri lihtsustamist, näiteks kaotus hea nägemine maa-aluse eluviisiga loomade puhul tuleks seda pidada idioadaptatsiooniks.