Молекулярная эволюция

Следующей ступенью в эволюции жизни могло быть возникновение процесса синтеза белков, направляемого нуклеиновыми кислотами. До тех пор, однако, пока молекулы свободно переходили в окружающую водную среду, существовала лишь небольшая вероятность для развития процессов синтеза молекул различных видов. Только после того, как начали формироваться клетки (содержащие определенное количество воды с растворенными в ней различными веществами, которые удерживала от перехода в окружающую среду клеточная мембрана), процесс молекулярной эволюции вовлек в конце концов десятки тысяч веществ, участвующих в десятках тысяч каталитических реакций. [c.465]

Описанная компьютерная система иллюстрируют традиционные технологии, используемые для исследования закономерностей молекулярной эволюции. Дальнейшее развитие указанной систему состоит в создании интеллектуальных программных средств, характеризующихся существенно большей гибкостью решения задач, их более широким спектром и большим участием конечного пользователя в выборе направления поиска решения. [c.60]

Наше представление о последующей молекулярной эволюции ограничивается пока что более или менее обоснованными догадками. Несмотря на то что самовоспроизведение вначале должно было быть малоэффективным, молекулы, находясь в жестких условиях эволюции, где выживают лишь наиболее приспособленные системы, должны были стремиться к усовершенствованию автокатализа. Можно предположить, что такое усовершенствование начиналось с ферментов , образовавшихся из нуклеиновых кислот — осколков самих автокаталитических молекул. По-видимому, рибосомная и транспортная РНК — остатки таких катализаторов. Позже ферменты образовавшиеся из нуклеиновых кислот были вытеснены более эффективными белковыми ферментами. [c.12]

Кимура М. Молекулярная эволюция теория нейтральности.— М. Мир, 1985. [c.586]

Наконец, субъединичная структура облегчает и ускоряет процесс молекулярной эволюции. Мутации, приводящие лишь к небольшим конформационным изменениям на уровне третичной структуры за счет многократного усиления этих изменений при переходе к четвертичной структуре, могут способствовать появлению у белка новых свойств. [c.122]

Теория нейтральности молекулярной эволюции [c.233]

Сторонники теории нейтральности молекулярной эволюции признают, что большая часть возможных мутаций любого гена вредна для их обладателей, и поэтому эти мутанты элиминируются путем естественного отбора или сохраняются при очень низкой частоте. Эволюцией морфологических, поведенческих и экологических признаков управляет в основном естественный отбор, поскольку он определяет возрастание частоты благоприятных мутаций за счет в )едных. При этом, однако, предполагается, что в каждом локусе может существовать несколько благоприятных мутаций, равноценных с точки зрения их приспособленности. Эти мутации не подвержены действию естественного отбора, так как они не влияют на приспособленность своих обладателей (и не изменяют их морфологических, физиологических и поведенческих признаков). Согласно теории нейтральности, эволюция на молекулярном уровне заключается главным образом в постепенном случайном замещении одних нейтральных аллелей другими, функционально равноценными первым. Эта теория признает, что хотя благоприятные мутации существуют, они возникают чрезвычайно редко и потому не оказывают большого влияния на общую эволюционную скорость аминокислотных и нуклеотидных замен. [c.234]

Это означает, что скорость (или, иными словами, частота) замещения нейтральных аллелей в точности равна частоте, с которой нейтральные аллели возникают в результате мутации независимо от численности популяции и любых других параметров. Это не только замечательно простой, но и принципиально важный результат, если только он действительно приложим к процессу молекулярной эволюции. [c.234]

Если бы оказалось, что теория нейтральности молекулярной эволюции справедлива для многих локусов, то эволюция белков и ДНК могла бы служить своеобразными часами эволюции в целом. Степень генетической дифференциации видов можно было бы использовать как меру их филогенетического родства. В этом случае вполне закономерно реконструировать филогении на основе генетических различий. Более того, таким способом можно грубо оценивать реальное хронологическое время различных филогенетических событий. Предположим, что мы имеем филогенетическое древо, подобное тому, которое изображено на рис. 26.10. Если бы скорость эволюции цитохрома с оставалась все время постоянной, то число нуклеотидных замен в каждой ветви древа было бы прямо пропорционально соответствующему времени эволюции. При условии что реальное геологическое время одного события данной филогении известно из какого-либо иного источника (например, из палеонтологических данных), можно бьшо бы определять время и всех остальных событий. Таким образом, молекулярные часы, выверенные по какому-то одному известному событию, можно использовать для измерения времени другого события этой филогении. [c.235]

Существуют ли вообще молекулярные часы эволюции На этот вопрос будет получен положительный ответ, если удастся установить, что различия в числе молекулярных изменений, происшедших за равные промежутки времени эволюции, превышают изменчивость, обусловленную случайными причинами. Такое исследование послужило бы также проверкой справедливости теории нейтральности молекулярной эволюции. Эту проверку можно осуществить двумя способами. Первый способ состоит в определении числа молекулярных изменений, возникающих между двумя филогенетическими событиями, даты которых хорошо известны из палеонтологических или каких-либо иных источников. При использовании второго способа абсолютная датировка не требуется он заключается в прослеживании параллельных линий эволюции, исходящих от одного общего предка, причем различия в числе молекулярных [c.235]

По вопросам о том, верна ли теория нейтральности и насколько точны молекулярные часы эволюции, в настоящее время ведутся споры. Соответствующие данные свидетельствуют о том, что изменчивость скорости молекулярной эволюции больше, чем это предсказывает теория нейтральности. Тем не менее молекулярные изменения происходят достаточно равномерно для того, чтобы служить эволюционными часами, правда не столь точными, как в том случае, если бы скорость эволюции была стохастически постоянной, а ее колебания обусловлены исключительно свойствами пуассоновского распределения. В табл. 26.9 представлены результаты, полученные Чарлзом Лэнгли и Уолтером Фитчем при оценке постоянства скорости молекулярной эволюции. [c.236]

Независимо от того, является ли скорость молекулярной эволюции стохастически постоянной, ясно, что разброс значений скорости эволюции не очень велик. Это значит, что генетические данные можно использовать в качестве эволюционных часов, хотя и не очень точных. Для то- [c.237]

Рис. 26.18. Несоответствие между морфологической и молекулярной эволюцией на примере дивергенции человека и шимпанзе. А. В эволюционной линии, приведшей к возникновению человека, изменения организации (У) были значительно больше, чем в линии шимпанзе (х). Б. Одна-

Эти нелетучие соединения диффундировали в первобытные моря, где подвергались дальнейшим химическим превращениям, приводившим к образованию, наряду с мириадами других веществ, также полипептидов и полинуклеотидов. Таким образом, первобытные моря становились чем-то вроде жидкого органического бульона , в котором происходили многочисленные химические реакции. Согласно гипотезе, сложность этого бульона медленно возрастала, т. е. в нем происходила молекулярная эволюция. [c.44]

Кальвин М. Химическая эволюция. Молекулярная эволюция, ведущая к возннкновению жнвы, систем на Земле и иа других планетах.—М. Мир, 197 1. 240 с. [c.217]

При описании свойств вещества методами классической физики необходимо рассматривать множество состояний системы, отличающихся импульсами и координатами отдельных молекул. Их называют микросостояниями. Одному значению термодинамических параметров системы отвечает множество различных микро-состояний. Для операций с подобными множествами удобно использовать понятие о фазовом или Г-пространстве. Если в системе содержится N молекул, каждая из которых состоит из m атомов, то расположение молекул в пространстве определяется 3Nm координатами ядер. В классической механике движение молекул описывается 3Nm компонентами скоростей или импульсов. Совокупность значений 6Nm динамических переменных в каждый момент времени точно определяет микросостояние системы и называется фазой, а соответствующее этим величинам 6jVm-MepHoe пространство, осями которого служат 3Nm импульсов и 3Nm координат, называют фазовым пространством или Г-прострапством. В этом пространстве каждое микросостояние системы в любой момент времени однозначно определяется положением одной точки, а изменение во времени импульсов и координат всех молекул передается некоторой линией, которую называют фазовой траекторией. В молекулярной динамике фазовая траектория описывает последовательную смену микросостояпий системы, ее молекулярную эволюцию. [c.188]

КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ЭВОЛЮЦИИ НА ОСНОВЕ СРАВНИТЕ/ГЬНОГО АНАЛИЗА ГОМОЛОГИЧНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ. [c.41]

Для решения указанных задач нами разработана компьютернвч система исследования закономерностей молекулярной эволюции, описанная ниже, включающая базу данных гомологичн . нуклеотидных последовательностей и комплекс программ лля исследования закономерностей молекулярной эволюции на основе сравнительного анализа гомологичных последовательностей. [c.42]

Существенной компонентой, необходимой для качественного улучшения существусщего комплекса программ в направлении его интеллектуализации, является база знаний, содержащая сведения об успешшх применениях различных расчетных схем для решения задач исследования закономерностей молекулярной эволюции и хранящая биологически значимые результаты этого анализа. [c.61]

Приведенные факты имеют непосредственное отношение к биологической эволюции на молекулярном уровне, о которой пойдет речь в 17.7. Забегая вперед, укажем, что вырождение соответствия первичной и пространственной структуры, раем как только что указанная статистичность, являются вескими миде-тельствами в пользу нейтралистской теории молекулярной эволюции, развитой Кимурой. [c.112]

В 1968 г. япоиский генетик Кимура, основываясь на данных популяционной генетики и на рассмотрепии эволюционных древес для различных белков, предложил так называемую нейтральную теорию молекулярной эволюции. Мы уже говорили об этой теории в 4.6. [c.558]

Весть о клонировании генов, осуществленном Коэном и Бойером, облетела весь мир. Многие исследователи немедленно оценили все преимущества этой стратегии и создали огромное количество методик, следуя которым, можно было с высокой эффективностью и относительно просто идентифицировать, выделять, охарактеризовы-вать и использовать гены. Эти технологические разработки внесли значительный вклад в развитие практически всех биологических дисциплин, включая науку о поведении животных, биологию развития, молекулярную эволюцию, клеточную биологию и генетику человека, однако наиболее глубокие изменения произошли в области биотехнологии. [c.16]

Химические доказательства теории Опарина. Случайная ассоциация нескольких макромолекулярных структур, возникших из неорганических веществ, могла бы привести к благоприятной ситуации, обеспечивающей повышенную выживаемость. Как только в реакцию вступает единственная асимметричная молекула, важное значение приобретают стери-ческие факторы. Таким образом, возник асимметрический синтез, а молекулярная эволюция привела к созданию все более сложных структур. Первыми примитивными катализаторами могли быть короткие полипептиды. Появление длинных полипептидных цепей благоприятствовало образованию трехмерной глобулярной конформации, стабилизируемой как гидрофобными, так и электростатическими взаимодействиями между компонентами молекулы позднее эти цепи эволюционировали в ферменты. Такому макромолекулярному образованию требовалась молекулярная информация для самовоспроизведения. Вот те минимальные требования, которые должны были выполняться, чтобы появилась жизнь и возник примитивный метаболизм. Очевидно, что неполярные взаимодействия липидов и жирных кислот привели к образованию мицеллоподобных агрегатов, которые со временем превратились в мембраны соответствующих клеток. В своей теории А. И. Опарин постулировал, что ассоциация основных химических структур привела к образованию полимерных микросфер (коацерватов), и такие обособленные капельки сыграли важную роль в возникновении жизни. [c.537]

Предложил метод развертывания полипептидной цепи с помо-щью восстановления 8—8-связей тиогликолевой к-той, а также метод хроматографического разделения ферментов на фиксированных аналогах субстрата. Изучал зависимость биол. активности фермента от пространственной структуры его молекул и пришел к выводу, что за эту активность ответственна вся структура. Основоположник нового направления в биохимии — учения о молекулярной эволюции. Предложил новую трактовку процесса биол. эволюции некоторые аминокислотные последовательности в молекуле фермента строго необходимы для достижения определенной каталитической активности и жестко сохраняются в эволюции, другие же являются лишь химическим рудиментом . [c.18]

Рис. 26.11. Скорости молекулярной эволюции различных белков. (По R.E. Di kerson,

В многочисленных научных учреждениях всего мира имеются сейчас исследовательские группы, запятые экспериментальными исследованиями в новой области, название которой формулируют по-разиому химическая эволюция, протобиохимия, первичный биогенез, абиогенная молекулярная эволюция, экспериментальная органическая космохимня или просто проблема происхождения жизни. Между тем еще 20 лет назад существовала всего одна лаборатория, в которой разрабатывалась эта проблема, а 80 лет назад к проблеме происхождения жизни вообще не существовало экспериментального подхода. В настоящее время сотни исследователей, занимающихся совсем другими проблемами, тем не менее часть своего времени посвящают изучению проблемы возникновения жизни. Эти ученые имеют весьма разнообразную квалификацию и их интересы простираются крайне широко — от астрофизики до зоологии. Такое богатство научных сил, привлекаемых этой областью исследований, свидетельствует о многоплановом характере проблемы происхождения жизни, которая и служит темой нашей книги. [c.9]

Хотя по очевидным теперь для читателя причинам возможности экспериментального изучения процесса происхождения жизни весьма ограниченны, тем не менее гипотеза Холдейна — Опарина позволяет представить себе по крайней мере один тип экспериментов. Поскольку, согласно этой гипотезе, жизнь на примитивной Земле возникла через многочисленные промежуточ-1Н51С стадии, кажется разумным несколько принизить цели наших экспериментов. Вместо того чтобы пытаться эксперимент тальпо продемонстрировать процесс самопроизвольного зарождения полностью сформированного микроорганизма из стерильного органического вещества, можно сосредоточить свое внимание на какой-либо одной конкретной стадии гипотетического процесса молекулярной эволюции. Можно, например, изучать превращения простых восстановленных газов, составлявших, по всей видимости, вторичную примитивную атмосферу, под воздействием какого-либо определенного источника свободной энергии, имевшегося, вероятно, на первобытной Зе.мле. Такого рода эксперимент и был поставлен в 1953 г. в Чикагском университете Миллером [38] . [c.45]

Формулировка проблемы происхождения жизни как проблемы исторической требует, чтобы в любом эксперименте была сделана попытка так или иначе воспроизвести конкретную совокупность условий, которая наиболее полно соответствовала бы данной гипотетической фазе молекулярной эволюции на первобытной Земле. Однако в данном случае имеино степень соответствия часто служит предметом спора между исследователями, работающими в этой области. В гл. III будут обсуждаться факты, составляющие основу различных теорий о характере условий, существовавших когда-либо на поверхности первобытной Земли. [c.51]

До сих пор мы упоминали только о тех экспериментах, в которых исследовалась лишь какая-то крайне ограниченная часть молекулярной эволюции в этих опытах испытывались довольно простые сочетания условий. Недавно был предложен другой экспериментальный подход. При этом в одном приборе воспроизводится гораздо более слолащя комбинация условий, как предполагается, полностью моделирующая условия, существовавшие йа побережье первичного океана [49]. [c.54]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология