Биологическая эволюция. Направления эволюции

Биологическая эволюция - это историческое развитие органического мира. Слово «эволюция» латинское и в переводе означает - «развертывание», а в широком смысле - всякое изменение, развитие, преобразование. В биологии слово «эволюция» было впервые использовано в 1762 г. швейцарским естествоиспытателем и философом Ш. Бонне.

Жизнь возникла на Земле около 3,5 млрд. лет назад. Предшественниками первых организмов были сложные органические белковые соединения, образовывавшие студенистые комочки, так называемые коацерватные капельки. Эти капельки, плававшие в первичном океане, были способны расти, усваивая из окружающей среды различные питательные вещества. Они распадались на дочерние капельки, из которых дольше существовали более совершенные. Строение коацерватов постепенно усложнялось, у них образовалось ядро и другие элементы живой клетки. Так появились простейшие одноклеточные организмы.

Проходили тысячелетия, и строение живых существ в результате естественного отбора все более совершенствовалось. У некоторых из этих простейших организмов появилась способность поглощать энергию солнечного луча и строить в своем теле из углекислого газа и воды органические вещества. Так возникли первые одноклеточные растения- синезеленые водоросли.

Другие живые существа сохранили прежний способ питания, но пищей им стали служить первичные растения. Это были первые животные.

В дальнейшем в результате эволюции из одноклеточных простейших возникли первые многоклеточные организмы-губки, археоциаты (вымершие беспозвоночные животные), кишечнополостные. Постепенно мир растений и животных становился сложнее и разнообразнее, они заселили и сушу.

По их ископаемым остаткам - отпечаткам, окаменелым скелетам-ученые установили, что чем древнее организмы, тем они проще устроены. Чем ближе к нашему времени, тем организмы становятся сложнее и все более похожими на современных.

В результате развития органического мира на Земле появились высшие растения и высокоорганизованные животные. От млекопитающих - ископаемых человекообразных обезьян - произошел человек.

Такова краткая схема эволюции жизни на нашей планете.

Эволюция-одна из форм движения в природе. Оно непрерывно и постепенно приводит к качественным и количественным изменениям живых организмов, которые подвержены воздействию как неживой природы, так и других организмов.

Изучением причин и закономерностей эволюции в биологии занимается эволюционное учение-комплекс знаний об историческом развитии живой природы. Основой этого учения является эволюционная теория.

Еще философы античного мира-Эмпедокл, Демокрит, Лукреций Кар и другие - высказывали гениальные догадки о развитии жизни. Но прошло еще много веков, прежде чем в науке накопилось достаточно фактов, позволивших ученым открыть изменяемость видов, а затем создать теорию, объясняющую происходящий в природе эволюционный процесс.

Во второй половине XVIII-первой половине XIX в. Ж. Бюффон и Э. Ж. Сент-Илер во Франции, Э. Дарвин в Англии, И. В. Гёте в Германии, М. В. Ломоносов, А. И. Радищев, А. А. Каверзнев, К. Ф. Рулье в России и другие создали учение об изменяемости видов животных и растений, противоречившее учению церкви об их сотворении богом и неизменности. Однако они не рассматривали причин, которые приводят к этим изменениям.

Первая попытка создать эволюционную теорию была сделана французским естествоиспытателем Ж. Б. Ламарком (1744-1829). В своем труде «Философия зоологии» (1809) он изложил целостную теорию происхождения видов, но и он не смог правильно объяснить, каковы движущие силы развития органического мира.

Подлинно научную эволюционную теорию создал английский естествоиспытатель Чарлз Дарвин. Она была изложена в книге «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь», 1859). Дарвину удалось определить движущие силы - факторы эволюционного процесса. Это неопределенная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор.

В результате борьбы за существование выживают наиболее приспособленные к условиям жизни организмы, а менее приспособленные, слабые устраняются от размножения или гибнут. Благодаря естественному отбору у растений и животных накапливаются и суммируются полезные наследственные изменения, а также возникают новые приспособления (адаптации).

Борьба за существование и естественный отбор - важнейшие движущие факторы эволюции, они взаимосвязаны между собой. Именно они определяют дальнейшее существование организма. В процессе биологической эволюции возрастает и число видов живых организмов. Образование новых видов в природе - важнейший этап в процессе эволюции.

В результате эволюционного процесса изменяется генетический состав популяций, преобразуются биоценозы и биосфера в целом.

Эволюционное учение и его ядро - биологическая эволюционная теория - основа современной прогрессивной биологии.

Эволюционное учение

Эволюционное учение (теория эволюции) - наука, изучающая историческое развитие жизни: причины, закономерности и механизмы. Различают микро- и макроэволюцию.

Микроэволюция - эволюционные процессы на уровне популяций, приводящие к образованию новых видов.

Макроэволюция - эволюция надвидовых таксонов, в результате которой формируются более крупные систематические группы. В их основе лежат одинаковые принципы и механизмы.

Развитие эволюционных идей

Гераклит, Эмпидокл, Демокрит, Лукреций, Гиппократ, Аристотель и другие античные философы сформулировали первые представления о развитии живой природы.
Карл Линней верил в сотворение природы богом и постоянство видов, но допускал возможность возникновения новых видов путём скрещивания или под влиянием условий среды. В книге «Система природы» К. Линней обосновал вид как универсальную единицу и основную форму существования живого; каждому виду животных и растений присвоил двойное обозначение, где существительное - название рода, прилагательное - наименование вида (например, Человек разумный); описал огромное количество растений и животных; разработал основные принципы систематики растений и животных и создал их первую классификацию.
Жан Батист Ламарк создал первое целостное эволюционное учение. В работе «Философия зоологии» (1809) он выделил основное направление эволюционного процесса - постепенное усложнение организации от низших форм к высшим. Также он развивал гипотезу о естественном происхождении человека от обезьяноподобных предков, перешедших к наземному образу жизни. Ламарк считал движущей силой эволюции стремление организмов к совершенству и утверждал наследование благоприобретённых признаков. То есть органы, необходимые в новых условиях, в результате упражнения развиваются (шея у жирафа), а ненужные органы вследствие неупражнения атрофируются (глаза у крота). Однако Ламарк не смог вскрыть механизмы эволюционного процесса. Его гипотеза о наследовании приобретённых признаков оказалась несостоятельной, а утверждение о внутреннем стремлении организмов к усовершенствованию - ненаучным.
Чарлз Дарвин создал эволюционную теорию, основанную на понятиях борьбы за существование и естественного отбора. Предпосылка- ми возникновения учения Ч. Дарвина были следующие: накопление к тому времени богатого материала по палеонтологии, географии, геологии, биологии; развитие селекции; успехи систематики; появление клеточной теории; собственные наблюдения учёного во время кругосветного плавания на корабле «Бигль». Свои эволюционные идеи Ч. Дарвин изложил в ряде работ: «Происхождение видов путём естественного отбора», «Изменение домашних животных и культурных растений под влиянием одомашнивания», «Происхождение человека и половой подбор» и др.

Учение Дарвина сводится к следующему:

• каждая особь того или иного вида обладает индивидуальностью (изменчивость);
• черты индивидуальности (хотя и не все) могут передаваться по наследству (наследственность);
• особи производят б‚ольшее количество потомков, чем доживает до половой зрелости и начала размножения, то есть в природе существует борьба за существование;
• преимущество в борьбе за существование остаётся за наиболее приспособленными особями, которые имеют больше шансов оставить после себя потомство (естественный отбор);
• в результате естественного отбора происходит постепенное усложнение уровней организации жизни и возникновение видов.

Факторы эволюции по Ч. Дарвину - это

• наследственность,
• изменчивость,
• борьба за существование,
• естественный отбор.

Наследственность - способность организмов передавать из поколения в поколение свои признаки (особенности строения, развития, функции).
Изменчивость - способность организмов приобретать новые признаки.
Борьба за существование - весь комплекс взаимоотношений организмов с условиями окружающей среды: с неживой природой (абиотическими факторами) и с другими организмами (биотическими факторами). Борьба за существование не является «борьбой» в прямом смысле слова, фактически это стратегия выживания и способ существования организма. Различают внутривидовую борьбу, межвидовую борьбу и борьбу с неблагоприятными факторами окружающей среды. Внутривидовая борьба - борьба между особями одной популяции. Всегда идёт очень напряжённо, так как особи одного вида нуждаются в одних и тех же ресурсах. Межвидовая борьба - борьба между особями популяций разных видов. Идёт, когда виды конкурируют за одни и те же ресурсы либо когда они связаны отношениями типа «хищник – жертва». Борьба с неблагоприятными абиотическими факторами среды особенно проявляется при ухудшении условий среды; усиливает внутривидовую борьбу. В борьбе за существование выявляются наиболее приспособленные к данным условиям обитания особи. Борьба за существование ведёт к естественному отбору.
Естественный отбор - процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными в данных условиях наследственными изменениями.

На основе дарвинизма перестроились все биологические и многие другие естественные науки.
В настоящее время наиболее общепризнанной является синтетическая теория эволюции (СТЭ) . Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и СТЭ дана в таблице.

Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и синтетической теории эволюции (СТЭ)

Возникновение приспособлений. Каждое приспособление вырабатывается на основе наследственной изменчивости в процессе борьбы за существование и отбора в ряду поколений. Естественный отбор поддерживает только целесообразные приспособления, которые помогают организму выживать и оставлять потомство.
Приспособленность организмов к среде не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания могут изменяться. Доказательством этого служат многие факты. Например, рыбы прекрасно приспособлены к водной среде обитания, но все эти адаптации совершенно непригодны для других сред обитания. Ночные бабочки собирают нектар со светлых цветков, хорошо заметных ночью, но часто летят на огонь и гибнут.

Элементарные факторы эволюции - факторы, изменяющие частоту аллелей и генотипов в популяции (генетическую структуру популяции).

Выделяют несколько основных элементарных факторов эволюции:
мутационный процесс;
популяционные волны и дрейф генов;
изоляция;
естественный отбор.

Мутационная и комбинативная изменчивость.

Мутационный процесс приводит к возникновению новых аллелей (или генов) и их сочетаний в результате мутаций. В результате мутации возможен переход гена из одного аллельного состояния в другое (А→а) или изменение гена вообще (А→С). Мутационный процесс, в силу случайности мутаций, не обладает направленностью и без участия других факторов эволюции не может направлять изменение природной популяции. Он лишь поставляет элементарный эволюционный материал для естественного отбора. Рецессивные мутации в гетерозиготном состоянии составляют скрытый резерв изменчивости, который может быть использован естественным отбором при изменении условий существования.
Комбинативная изменчивость возникает в результате образования у потомков новых комбинаций уже существующих генов, унаследованных от родителей. Источниками комбинативной изменчивости являются перекрёст хромосом (рекомбинация), случайное расхождение гомологичных хромосом в мейозе, случайное сочетание гамет при оплодотворении.

Популяционные волны и дрейф генов.

Популяционные волны (волны жизни) - периодические и непериодические колебания численности популяции как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Причинами популяционных волн могут быть периодические изменения экологических факторов среды (сезонные колебания температуры, влажности и т. д.), непериодические изменения (природные катастрофы), заселение видом новых территорий (сопровождается резкой вспышкой численности).
В качестве эволюционного фактора популяционные волны выступают в малочисленных популяциях, где возможно проявление дрейфа генов. Дрейф генов - случайное ненаправленное изменение частот аллелей и генотипов в популяциях. В малых популяциях действие случайных процессов приводит к заметным последствиям. Если популяция мала по численности, то в результате случайных событий некоторые особи независимо от своей генетической конституции могут оставить или не оставить потомство, вследствие этого частоты некоторых аллелей могут резко меняться за одно или несколько поколений. Так, при резком сокращении численности популяции (например, вследствие сезонных колебаний, сокращения кормовых ресурсов, пожара и т. д.) среди оставшихся в живых немногочисленных особей могут быть редкие генотипы. Если в дальнейшем численность восстановится за счёт этих особей, то это приведёт к случайному изменению частот аллелей в генофонде популяции. Таким образом, популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала.
Изоляция обусловлена возникновением разнообразных факторов, препятствующих свободному скрещиванию. Между образовавшимися популяциями прекращается обмен генетической информацией, в результате чего начальные различия генофондов этих популяций увеличиваются и закрепляются. Изолированные популяции могут подвергаться различным эволюционным изменениям, постепенно превращаться в разные виды.
Различают пространственную и биологическую изоляцию. Пространственная (географическая) изоляция связана с географическими препятствиями (водные преграды, горы, пустыни и др.), а для малоподвижных популяций и просто с большими расстояниями. Биологическая изоляция обусловлена невозможностью спаривания и оплодотворения (в связи с изменением сроков размножения, строения или других факторов, препятствующих скрещиванию), гибелью зигот (вследствие биохимических различий гамет), стерильностью потомства (в результате нарушения конъюгации хромосом при гаметогенезе).
Эволюционное значение изоляции состоит в том, что она закрепляет и усиливает генетические различия между популяциями.
Естественный отбор. Изменения частот генов и генотипов, вызванные рассмотренными выше факторами эволюции, носят случайный, ненаправленный характер. Направляющим фактором эволюции является естественный отбор.

Естественный отбор - процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными для популяции свойствами.

Отбор действует в популяциях, его объектами являются фенотипы отдельных особей. Однако отбор по фенотипам является отбором генотипов, так как потомкам передаются не признаки, а гены. В результате в популяции происходит увеличение относительного числа особей, обладающих определённым свойством или качеством. Таким образом, естественный отбор - это процесс дифференциального (выборочного) воспроизводства генотипов.
Действию отбора подвергаются не только свойства, повышающие вероятность оставления потомства, но и признаки, которые не имеют прямого отношения к воспроизводству. В ряде случаев отбор может быть направлен на создание взаимоприспособлений видов друг к другу (цветки растений и посещающие их насекомые). Также могут создаваться признаки, вредные для отдельной особи, но обеспечивающие выживание вида в целом (ужалившая пчела гибнет, но, нападая на врага, она сохраняет семью). В целом отбор играет творческую роль в природе, поскольку из ненаправленных наследственных изменений закрепляются те, которые могут привести к образованию новых групп особей, более совершенных в данных условиях существования.
Различают три основные формы естественного отбора: стабилизирующий, движущий и разрывающий (дизруптивный) (табл.).

Формы естественного отбора

Краткая история эволюции органического мира

Возраст Земли около 4,6 млрд лет. Жизнь на Земле возникла в океане более 3,5 млрд лет назад.
Краткая история развития органического мира представлена в таблице. Филогенез основных групп организмов отражен на рисунке.
Историю развития жизни на Земле изучают по ископаемым останкам организмов или следам их жизнедеятельности. Они встречаются в горных породах разного возраста.
Геохронологическая шкала истории Земли разделена на эры и периоды.

Геохронологическая шкала и история развития живых организмов

Биологическая эволюция определяется как любое генетическое изменение в популяции, которое происходило в течение нескольких поколений. Эти изменения могут быть небольшими или большими, сильно заметными или не значительными.

Для того чтобы событие считалось примером эволюции, изменения должны происходить на генетическом уровне вида и передаваться от одного поколения к другому. Это означает, что , или, более конкретно, аллели в популяции изменяются и передаются. Эти изменения отмечаются в (выраженных физических чертах, которые могут быть замечены) популяции.

Изменение генетического уровня популяции определяется как мелкомасштабное изменение и называется микроэволюцией. Биологическая эволюция также включает идею о том, что все живые организмы связаны и могут происходить от одного общего предка. Это называется макроэволюцией.

Что не относится к биологической эволюции?

Биологическая эволюция не определяет простое изменение организмов во времени. Многие живые существа испытывают изменения со временем, такие как потеря или увеличение размеров. Эти изменения не рассматриваются в качестве примеров эволюции, поскольку они не являются генетическими, и не могут быть переданы следующему поколению.

Теория эволюции

Как генетическое разнообразие происходит в популяции?

Половое размножение может создавать благоприятные комбинации генов в популяции или удалять неблагоприятные.

Популяция с более благоприятными генетическими комбинациями выживет в своей среде и воспроизведет больше потомства, чем особи с менее благоприятными генетическими комбинациями.

Биологическая эволюция и креационизм

Теория эволюции вызвала споры со времени ее возникновения, которые длятся по сегодняшний день. Биологическая эволюция противоречит религии в отношении потребности в божественном творце. Эволюционисты утверждают, что эволюция не затрагивает вопрос о том, существует ли Бог, но пытается объяснить, как происходят естественные процессы.

При этом, однако, не избежать того факта, что эволюция противоречит некоторым аспектам определенных религиозных убеждений. Например, эволюционный учет существования жизни и библейский рассказ о творениях совершенно разные.

Эволюция предполагает, что вся жизнь связана и может быть прослежена до одного общего предка. Буквальное толкование библейского творения предполагает, что жизнь была создана всемогущим сверхъестественным существом (Богом).

Тем не менее, другие пытались объединить эти два понятия, утверждая, что эволюция не исключает возможности существования Бога, а просто объясняет процесс, посредством которого Бог создал жизнь. Однако этот взгляд все еще противоречит буквальной интерпретации творчества, представленной в Библии.

По большей части эволюционисты и креационисты согласны с тем, что микроэволюция действительно существует и она заметна в природе.

Тем не менее макроэволюция относится к процессу эволюции, который находится на уровне видов, и где один вид эволюционирует от другого вида. Это резко контрастирует с библейским мнением о том, что Бог лично участвовал в формировании и создании живых организмов.

Пока что дискуссия по эволюции/креационизму продолжается, и кажется, что различия между этими двумя взглядами вряд ли будут урегулированы в ближайшее время.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Естественное явление изменения популяций, видов, высших таксонов, биоценозов, флора и фауна, генов и признаков во времени в ходе истории Земли.

Научные теории эволюции объясняют, как происходит эволюция, которые ее механизмы.

Общая характеристика

Строго говоря, биологическая эволюция — процесс изменения с течением времени в наследственных характеристиках, или поведении популяции живых организмов. Наследственные вехи есть закодированные в генетическом материале организма (обычно ДНК). Эволюция согласно синтетической теории эволюции, прежде всего, является следствием трех процессов: случайных мутаций генетического материала, случайного генетического отклонения (англ. Genetic drift) и не случайного естественного отбора в пределах групп и видов.

Естественный отбор, один из процессов, который управляет эволюцией, является результатом различий в шансах на воспроизведение между особями популяции. Это обязательно следует из следующих фактов:

• Естественная, наследственная вариация существует в пределах групп и среди видов
• Организмы надродючи (количество потомков превышает предел гарантированного выживания)
• Организмы в отличные по способности выжить и возродиться
• В любом поколении, те, что воспроизводятся успешно обязательно передают свои наследственные цихи к следующему поколению, когда же неудачные воспроизводители этого не делают.

Если свойства увеличивают эволюционную пригодность индивидуумов, которые несут их, то те индивидуумы вероятнее выживают и воспроизводятся, чем другие организмы популяции. Так они передают больше копий удачных наследственных черт к следующему поколению. Соответствующее уменьшение пригодности из-за вредных цихи приводит к их зридшення. Со временем, это может приводить к приспособлению: постепенное накопление новых этих (и сохранение существующих, которые в целом приспосабливают популяцию живых организмов к их окружения и экологической ниши.

Хотя естественный отбор не случаен по своей форме действия, другие капризны силы имеют сильное влияние на процесс эволюции. В поло воспроизводимых организмах, случайное генетическое отклонение приводит к наследственным этих, которые становятся достаточно общими просто благодаря стечению обстоятельств и случайном спариванию. Этот бесцельный процесс может быть влиятельными от естественного отбора в определенных ситуациях (особенно в маленьких группах).

В разных окружениях, естественный отбор, случайные генетические отклонения и крошка случайности в мутациях, которые появляются и хранятся, могут заставить различные группы (или части группы) эволюционировать в разных направлениях. При достаточном разногласия, две группы поло воспроизводимых организмов могут стать достаточно отличными, чтобы образовать отдельные вид, особенно, если способность к межвидового скрещивания между двумя группами потеряно.

Опыты показывают, что все живые организмы на Земле имеют общего предка. Этот вывод был сделан, основываясь на общей наличии Л-аминовых кислот в белках, наличия общего генетического кода во всех живых существ, возможности классификации по наследству по категориям, вкладываемые, гомологии последовательностей ДНК и общности найпидставовиших биологических процессов.

Хотя первые упоминания об идее эволюции достигают давности, новейшей, современной формы она приобрела в трудах Альфреда Уоллеса и Чарльза Дарвина в их совместной статье в Линнеевського общества в Лондоне (Linnean Society of London) и позже в книге Дарвина «Происхождение видов» (1859). В 1930-х гг. Синтетическая теория эволюции объединила эволюционную теорию с генетикой Грегора Менделя.

Эволюция организмов происходит из-за изменений в наследственных признаках. Например, цвет глаз у человека есть наследственным признаком, которую индивид получает от своих родителей. Наследственные признаки контролируются генами. Совокупность генов одного организма является его генотипом.

Совокупность всех признаков, формирующих структуру и поведение организма называется фенотипом. Эти признаки возникают в результате взаимодействия генотипа этого организма с условиями внешней среды. То есть не каждый фенотипической признак организма наследуется. Например, загар обусловлена ​​взаимодействием генотипа человека с солнечным светом, таким образом загар не успадкуеться. В общем, люди загорают по-разному, что следует из их генотипа. Например, у некоторых людей присутствует такая наследственный признак как альбинзим. Альбиносы не загорают и очень чувствительны к солнечному излучению — они легко получают солнечные ожоги.

Причины эволюции

Матричное копирование с ошибками

В основе жизни на Земле лежит процесс копирования молекул нуклеиновых кислот — ДНК и РНК. Процесс копирования осуществляется матричным принципом комплементарности: одна молекулы нуклеиновой кислоты может образовать парную для себя, а с этой парной молекулы считывается молекула, идентична исходной. Таким образом, молекулы ДНК и РНК способны к неограниченному размножению.

При копировании непременно возникают ошибки из-за несовершенства системы репликации. Через эти ошибки копии ДНК и РНК содержат небольшие различия, которые, однако, нарастают с течением времени. Такой процесс самовитворення с изменениями называют конвариантною редупикациею.

К неограниченного воспроизведения с ошибками способны некоторые неодушевленные системы, например, кристаллы или некоторые химические циклы. Но живое отличается тем, что может передавать эти ошибки в неизменном виде следующим поколениям. Эти ошибки, или мутации, практически не меняют физико-химические свойства молекул нуклеиновых кислот, но влияют на информацию, считывается из них живыми организмами. Таким образом, живые организмы проявляют наследственность и изменчивость своих признаков, к которым приводят соответственно копирования и мутации в молекулах нуклеиновых кислот.

Гомеостаз и стабильность онтогенеза

Постоянное воспроизводство ДНК с ошибками приводит к тому, что имеется в каждой молекуле генетическая информация со временем сильно меняется. Современные живые организмы имеют системы защиты от избыточного изменения последовательности нуклеотидов молекулы ДНК. К ним относятся ферменты репарации, подавители мобильных элементов генома, противовирусные защитные механизмы и т.

Тем не менее, гены все равно передаются в следующее поколение с некоторыми изменениями, в результате чего популяция живых организмов одного вида обычно не содержит особей, в которых вся последовательность ДНК одинакова. При этом фенотипическая изменчивость зачастую меньше генетическую, поскольку взаимодействия между различными генами в онтогенезе подавляют влияние изменений в отдельных генах. Таким образом, многоклеточные организмы достигают стабильности индивидуального развития, приводит к сохранению видового нормы.

Выборочное выживания и размножения

Молекулы РНК и ДНК, а также живые организмы размножаются с разной эффективностью в зависимости от собственных свойств и условий окружающей среды. Организмы могут погибнуть, не дожив до времени размножения, а те, что выжили, оставляют разное количество потомков. Те организмы, выживших и эффективно размножились, смогли это сделать через две группы причин: соответствие их вариантов генов условиям среды или стечения обстоятельств, не связанные с «качеством» аллелей. Согласно влияние первой группы на распространение аллелей в популяции описывается понятием естественный отбор, а второй группы — понятием генетический дрейф.

Естественный отбор

Естественный отбор — это выборочное переживания (длительное выживание) и размножения наиболее приспособленных к условиям окружающей среды особей в популяции. Чем больше приспособлена растение или животное, тем больше вероятность ее дожития до репродуктивного периода, а также тем больше потомков она оставит. Приспособленность зависит от наличия в генотипе особи аллелей генов, способствующих переживанию и размножению. Поскольку все организмы в популяции имеют различные генотипы, то при стабильных условиях количество носителей более выгодных в этих условиях аллелей генов будет расти в поколениях.

Кроме того, условия среды создают конкуренцию за выживание и размножение между организмами. В связи с этим, организмы, обладающие аллелями, которые предоставляют им преимущество перед их конкурентами, передают эти аллели потомкам. Аллели, которые не предоставляют такого преимущества, не передаются следующим поколениям.

Генетический дрейф

Дрейф генов — это процесс изменений частоты аллелей, который вызывается причинами, которые не связаны с влиянием аллелей на приспособленность особей. Поэтому генетический дрейф относят к нейтральным механизмов эволюции генов и популяций. Соотношение между влиянием естественного отбора и дрейфа генов в популяции меняется в зависимости в силу отбора и эффективного размера популяции (число особей, способных к размножению). Естественный отбор обычно играет большую роль в больших популяциях, а дрейф генов преобладает в малых. Преобладание дрейфа генов в малых популяциях может даже приводить к фиксации вредных мутаций. Как результат, изменение численности популяции может значительно изменять ход эволюции. Эффект бутылочного горлышка, когда численность популяции резко снижается и в результате теряется генетическое разнообразие, приводит к большей однородности популяций.

Общий ход эволюции

Первые следы жизни на Земле датированы 3,5-3,8 млрд лет назад. Это остатки прокариотических жизни — строматолиты. Около 3 млрд лет назад появляются первые фотосинтетики, которыми были цианобактерии. Первые эукариот появились около 1,6-1,8 млрд лет назад. Это приводит к «кислородной катастрофы» — резкое повышение концентрации кислорода в атмосфере Земли. Многоклеточные эукариот возникали многократно в разных группах, однако первые надежные окаменелости имеют возраст около 750 млн лет назад (криогеновий период), а появление разнообразной океанической биоты связана с Вендский периодом (едиакарська биота, около 600 млн лет назад). Появление скелетных животных и их богатых остатков произошла в кембрийском периоде около 550-520 млн лет назад. Тогда появилось большинство современных типов животных.

В силурийском периоде растения впервые вышли на сушу. В девоне на суше поселились первые земноводные и членистоногие животные. В пермском периоде появились рептилии, которые доминировали на Земле на протяжении мезозойской эры. Несколько групп терапсидних рептилий дальше начало млекопитающим. В меловом периоде появились птицы и начался расцвет цветковых растений. В кайнозойскую эру доминировали млекопитающие, а также достигли расцвета насекомые. В антропогене одна из групп приматов, гоминиды дала начало эволюции человека. В плейстоцене-голоцении человек становится геологической силой, влияющей на эволюцию всей биосферы.

Свойства эволюции

Ход эволюции жизни обнаруживает несколько сквозных закономерностей, которые являются объективными и часто описаны математически. Эволюционная биология изучает дополнительные механизмы эволюции или новые возможности реализации исходных принципов, которые позволят коренным образом понять сущность этих закономерностей. Основные свойства эволюции таковы: появление адаптированных к среде организмов, морфо-функциональный прогресс, появление новых органов и структур (эмерджентность), переход к половому размножению, вымирание видов, рост биоразнообразия.

Адаптация

Современные виды выглядят хорошо приспособленными к условиям среды, в которой они существуют. При этом адаптации ограничены той средой, где они обычно используются: при перемещении организма в новую среду он часто становится полностью неприспособленным или по крайней мере менее приспособленным, чем «коренные» жители других условий. До появления эволюционной картины мира достаточно четкое соответствие свойств организма условиям его «родного» среды настолько поражала исследователей, они считали ее следствием действия сверхъестественных сил. Тем не менее, адаптация является почти обязательным следствием эволюции, поскольку менее адаптированы к условиям среды организмы делают все меньший вклад в генетическое разнообразие популяции благодаря естественному отбору. Вместе с тем, происхождение самых адаптаций необязательно зависит от отбора, а может быть побочным следствием других адаптаций или вообще стечению обстоятельств (следствием генетического дрейфа).

Прогресс и автономизация

В ходе эволюции безъядерные бактериальные клетки дают начало сложным клеткам эукариот. Эукариот в дальнейшем приобретают многоклеточности, образуют ткани и органы. Животные развивают нервную систему, имеют сложное поведение, которая позволяет им выживать во многих средах. Человек как верхушка эволюции животных достигла возможности жить в любых средах, в том числе и внеземных.

Эмерджентность

По ходу эволюции часто происходит перекомбинация частей организмов и генов, изменение функции старых структур. Однако некоторые процессы и части организмов возникали впервые. Фотосинтез у цианобактерий, белки репликации ДНК, аппарата трансляции, чешуя рыб и тому подобное.

Раздельнополость

Первые животные были гермафродитами, а среди высших гермафродитов почти нет.

Пол и рекомбинация

В бесполых организмов гены наследуются вместе (они привитыми) и не смешиваются с генами других индивидов во время размножения. Потомки же половых организмов содержат случайную смесь хромосом их родителей за счет независимого сортировки. В течение родственного процесса гомологичной рекомбинации половые организмы обмениваются ДНК между двумя гомологичными хромосомами. Рекомбинация и независимое сортировки не меняют частот аллелей, но меняют их ассоциативность друг с другом, производя потомков с новыми комбинациями аллелей. Пол обычно увеличивает генетическую изменчивость и может увеличить скорость эволюции. Однако, бесполость может иметь преимущества в определенных условиях, поскольку в некоторых организмов она эволюционировала повторно. Бесполость может позволить двум наборам аллелей генома дивергуваты и, как следствие, привести к возникновению новых функций. Рекомбинация позволяет равноправным аллелям, которые находятся вместе наследоваться независимо. Однако частота рекомбинаций низкая (примерно два случая в одну хромосому за одно поколение). Как результат, гены, размещаются рядом на одной хромосоме не всегда розтасовуються друг от друга в процессе генетической рекомбинации и имеют тенденцию наследоваться вместе. Этот феномен носит название сцепления генов. Сцепление генов оценивается путем измерения частоты появления двух аллелей на одной хромосоме (измерение неравновесного сцепления генов). Набор аллелей, которые обычно успадковуютсья вместе называется гаплотипом. Это имеет важное значение когда один из аллелей определенного гаплотипа предоставляет большое преимущество в борьбе за существование: положительный естественный отбор приведет селективное чистки (англ. Selective sweep), которое приведет к тому, что частота других аллелей этого гаплотипа тоже возрастет. Этот эффект называется генетическим автостопом (генетический хитчхайкинг). Когда аллели не могут быть разделены за счет рекомбинации (например в Y-хромосоме млекопитающих), тогда происходит аккумуляция вредных мутаций (см. Храповик Мюллера). Изменяя комбинации аллелей, половое размножение приводит изъятие вредных и распространение полезных мутаций в популяции. Кроме того рекомбинация и сортировки генов могут обеспечивать организмы новыми выгодными комобинациямы генов. Но этот положительный эффект балансуетсья тем, что пол снижает скорость размножения (см. Эволюция полового размножения) и может вызывать разрушение выгодных комбинаций генов. Причины эволюционирования полового размножения до сих пор остаются не совсем понятными и этот вопрос пока активной областью исследований в области эволюционной биологии. Оно стимулировало новые идеи о механизмах эволюции, например гипотезу Красной Королевы.

Вымирание

В истории Земли неоднократно происходили массовые вымирания живых организмов. Такими были вымирания на границе вендского и кембрийского периода, когда погибла едиакарська биота, пермского и триасового периодов, мелового и эоценового периодов. После массовой гибели старых групп организмов начинался расцвет тех групп, которые пережили вымирание. Вымирание меньших масштабов, такие как пост-ледниковое вымирания крупных млекопитающих после последнего ледникового периода, тоже приводят к изменению групп организмов. Человек привела к вымиранию видов, наиболее уязвимых к ее техногенной деятельности.

Рост биоразнообразия

Палеонтологические находки, несмотря на свою неполноту и ограниченность, демонстрируют наличие роста биоразнообразия как в океане, так и на суше.

Уровни эволюции

На разных уровнях организации живого свойства эволюции и ее механизмы играют разную роль.

• генный
• геномный
• популяционный
• видовой
• таксонний
• экосистемный
• биосферный

Мутации

Генетическая вариация возникает за счет случайных мутаций, возникающих в геномах организмов. Мутации — это изменения в последовательности нуклеотидов ДНК, вызываемых радиоактивным излучением, вирусами, транспозонами, химическими мутагенами, а также ошибками копирования, которые возникают во время мейоза или репликации ДНК. Эти мутагены производят несколько различных типов изменений в последовательности нуклеотидов ДНК: они могут не вызвать никакого эффекта, изменять продукт гена, или вообще прекратить функционирование гена. Исследования на дрозофилах показали, что если мутации вызывают изменения белка, который кодируется определенным геном, то последствия скорее всего будут губительными. Примерно 70% таких мутаций приводят к определенным нарушениям, остальные являются нейтральными или полезными. Поскольку мутации часто вредно влияют на клетки, то в процессе эволюции у организмов возникли механизмы репарации ДНК, которые устраняют мутации. Таким образом, оптимальная частота мутаций это компромисс между платой за высокую частоту вредных мутаций и платой за метаболические затраты (например, синтез ферментов репарации) для уменьшения этой частоты. Некоторые организмы, например ретровирусы, имеют такую ​​высокую частоту мутаций, почти каждый их потомок будет владеть мутированным геном. Такая высокая частота мутаций может быть преимуществом, поскольку эти вирусы эволюционируют очень быстро, таким образом избегая ответов иммунной системы.

Мутации могут включать значительные участки ДНК, например дупликации генов, является сырым материалом для эволюции новых генов. У животных в среднем за каждый миллион лет происходят дупликации от десятков до сотней генов. Большинство генов, которые имеют общий предковый ген, принадлежат к одной генетической семьи. Новые гены образуются несколькими способами, в целом за счет дупликации предковых генов, либо за счет рекомбинации частей различных генов, в результате чего формируются новые комбинации нуклеотидов с новыми функциями. Новые гены формируют новые белки с новыми функциями. Например, для формирования структур глаза человека, которые ответственны за восприятие света используются четыре гена: трех для цветного зрения (колбочки) и один для ночного (палочки) все эти гены произошли от одного предкового гена. Другое преимущество дупликации гена, или даже целого генома состоит в том, что увеличивается избыточность (избыточность) генома; это позволяет одному гену приобретать новых функций, в то время как копия этого гена выполняет начальную функцию. Изменения в хромосомах могут проходить в результате крупных мутаций, когда сегменты ДНК внутри хромосомы отделяются, а затем снова встраиваются в другом месте хромосомы. Нариклад, две хромосомы рода Homo слились с образованием хромосомы 2 человека. Это слияние не состоялось в филогенетических рядах других обезьян, то есть они имеют эти хромосомы разделенными. Важнейшей ролью таких хромосомных перестроек в эволюции является ускорение дивергенции популяций с формированием новых видов за счет того, что происходит меньше межпопуляционных скрещиваний.

Последовательности ДНК, которые могут перемещаться по геному (Мобильные генетические элементы), такие как транспозонов, формируют большую часть генетического материала генетического материала растений и животных и имеют важное значение в эволюции геномов. Например, более миллиона последовательностей Alu представлены в геноме человека и сейчас эти последовательности служат для выполнения регуляции экспрессии генов. Другой эффект этих мобильных ДНК состоит в том, что они могут вызывать мутации существующих генов, или даже удалять их, увеличивая таким образом генетическое разнообразие.

Проблема происхождения жизни

Признание эволюции Католической церковью

Католическая церковь признала в энциклике папы Пия XII лат. Humani Generis, что теория эволюции может объяснять происхождение тела человека (но не его души), призвав, однако, к осторожности в суждениях и назвав теорию эволюции гипотезой. 1996 Папа Иоанн Павел II в послании к Папской академии наук подтвердил признание теистического эволюционизма как допустимой для католицизма позиции, заявив, что теория эволюции — это более чем гипотеза. Поэтому среди католиков буквальный, младоземельный, креационизм жидкий (в качестве одного из немногочисленных примеров можно привести Дж. Кина). Склоняясь к теистического эволюционизма и теории «разумного замысла», католицизм в лице своих высших иерархов, в том числе и выбранного 2005 папы Бенедикта XVI, тем не менее, безусловно отвергает эволюционизм материалистический.

Историческое развитие живой природы происходит по определенным законам и характеризуется совокупностью отдельных признаков. Успехи биологии в первой половине 19 века послужили предпосылкой создания новой науки - эволюционной биологии. Она сразу стала популярной. И доказала, что эволюция в биологии - это детерминированный и необратимый процесс развития как отдельных видов, так и целых их сообществ - популяций. Он происходит в биосфере Земли, затрагивая все его оболочки. Данная статья будет посвящена как изучению концепций биологического вида, так и

История развития эволюционных взглядов

Наука прошла сложный путь формирования мировоззренческих представлений о механизмах, лежащих в основе природы нашей планеты. Он начинался с идей креационизма, высказанных К. Линнеем, Ж. Кювье, Ч. Лайелеем. Первая эволюционная гипотеза была изложена французским ученым Ламарком в работе «Философия зоологии». Английский исследователь Чарльз Дарвин первым в науке высказал мысль о том, что эволюция в биологии - это процесс, базирующийся на наследственной изменчивости и естественном отборе. Его основой является борьба за существование.

Дарвин считал, что появление непрерывных изменений биологических видов является результатом их приспособления к постоянной смене факторов внешней среды. Борьба за существование, по мнению ученого, это совокупность взаимосвязей организма с окружающей природой. А её причина лежит в стремлении живых существ к увеличению своей численности и расширению мест обитания. Все вышеперечисленные факторы и включает в себя эволюция. Биология, 9 класс которую изучает на уроках, рассматривает процессы наследственной изменчивости и естественного отбора в разделе «Эволюционное учение».

Синтетическая гипотеза развития органического мира

Еще при жизни Чарльза Дарвина его идеи были раскритикованы рядом таких известных ученых, как Ф. Дженкин и Г. Спенсер. В 20 веке, в связи с бурными генетическими исследованиями и постулированием законов наследственности Менделя, стало возможным создание синтетической гипотезы эволюции. В своих трудах ее описывали такие как С. Четвериков, Д. Холдейн и С. Райд. Они утверждали, что эволюция в биологии - это явление биологического прогресса, имеющего вид ароморфозов, идиоадаптаций, затрагивающих популяции различных видов.

Согласно этой гипотезе, эволюционными факторами являются волны жизни, и изоляция. Формы исторического развития природы проявляются в таких процессах, как видообразование, микроэволюция и макроэволюция. Вышеизложенные научные взгляды можно представить, как суммацию знаний о мутациях, являющихся источником наследственной изменчивости. А также представлений о популяции, как структурной единицы исторического развития биологического вида.

Что такое эволюционная среда?

Под этим термином понимают биогеоценотический В ней происходят микроэволюционные процессы, затрагивающие популяции одного вида. В результате становится возможным возникновение подвидов и новых биологических видов. Здесь же наблюдаются процессы, приводящие к появлению таксонов - родов, семейств, классов. Они относятся к макроэволюции. Научные исследования В. Вернадского, доказывающие тесную взаимосвязь всех уровней организации живой материи в биосфере, подтверждают тот факт, что биогеоценоз - это среда эволюционных процессов.

В климаксных, то есть стабильных экосистемах, в которых наблюдается большое разнообразие популяции многих классов, изменения происходят вследствие когерентной эволюции. в таких стабильных биогеоценозах называются ценофильными. А в системах с нестабильными условиями, происходит несогласованная эволюция среди экологически пластичных, так называемых ценофобных видов. Миграции особей различных популяций одного и того же вида изменяют их генофонды, нарушая частоту встречаемости различных генов. Так считает современная биология. Эволюция органического мира, которая будет рассмотрена нами ниже, подтверждает этот факт.

Этапы развития природы

Такие ученые, как С. Разумовский и В. Красилов доказали, что темпы эволюции, лежащие в основе развития природы, неравномерны. Они представляют собой медленные и практически незаметные изменения в стабильных биогеоценозах. Они резко ускоряются в периоды экологических кризисов: техногенных катастроф, таяния ледников и т. д. В современной биосфере обитает около 3-х миллионов видов живых существ. Наиболее важных из них для жизнедеятельности человека изучает биология (7 класс). Эволюция Простейших, Кишечнополостных, Членистоногих, Хордовых представляет собой постепенное усложнение кровеносной, дыхательной, нервной систем этих животных.

Первые остатки живых организмов обнаруживаются в архейских осадочных породах. Их возраст около 2,5 миллиарда лет. Первые эукариоты появились в начале Возможные варианты происхождения многоклеточных организмов объясняют научные гипотезы фагоцителлы И. Мечникова и гастреи Э. Гетелля. Эволюция в биологии - это путь развития живой природы от первых архейских форм жизни до многообразия флоры и фауны современной кайнозойской эры.

Современные представления о факторах эволюции

Они представляют собой условия, вызывающие адаптивные изменения организмов. Их генотип наиболее защищен от внешних влияний (консервативность генофонда биологического вида). Наследственная информация все же может изменяться под действием генных Именно таким путем - приобретением новых признаков и свойств - происходила эволюция животных. Биология изучает её в таких разделах, как сравнительная анатомия, биогеография и генетика. Размножение, как фактор эволюции, имеет исключительное значение. Оно обеспечивает смену поколений и непрерывность жизни.

Человек и биосфера

Процессы возникновения оболочек Земли и геохимическую деятельность живых организмов изучает биология. Эволюция биосферы нашей планеты имеет продолжительную геологическую историю. Она была разработана В. Вернадским в его учении. Он же ввел термин «ноосфера», понимая под ним влияние сознательной (умственной) деятельности человека на природу. Живое вещество, входящее во все оболочки планеты, изменяет их и определяет круговорот веществ и энергии.