Случайность в эволюции организмов

Каким образом увеличивался размер генома клеток при эволюции организмов от низших форм к высшим Изменения формы и поведения организмов обусловлены мутациями, меняющими последовательность аминокислот в белках. Однако такие мутации не могли увеличить количества генетического материала в процессе эволюции. Вполне возможно, что в ряде случаев в клеточное ядро случайно включалась копия одного илн нескольких генов [32а]. Тогда при наличии дополнительной копии гена клетка могла выжить, даже если в результате мутации в одном из парных генов нарушались структура и функция кодируемого им белка если парный ген оставался неповрежденным, организм был способен расти и размножаться. Дополнительный, несущий мутацию ген мог оставаться в нефункционирующем состоянии много поколений. До тех пор, пока этот ген продуцировал безвредные, нефункционирующие белки, он не элиминировался под давлением естественного отбора и со временем мог опять мутировать. Вполне возможно, что в конце концов белок, кодируемый этим многократно мутировавшим геном, оказывался в каком-то отношении полезным для клетки. [c.38]

На примере семейства глобиновых генов можно проследить, как случайные дупликации ДНК способствуют эволюции организмов [56] [c.238]

И. И. Шмальгаузен разработал теорию формирования адаптивных модификаций и эволюции форм с пластичными признаками фенотипа. При этом он рассматривал три основных случая направленной эволюции организмов, способных ж адаптивным модификациям лабильный организм в однородно меняющейся среде, лабильный организм в разнородно меняющейся среде и стабилизацию новой адаптивной нормы. Эволюция пластичных признаков фенотипа в однородно меняющейся среде при движущей форме отбора (первый случай) отличается от эволюции стабильных признаков тем, что элиминируются не только неблагоприятные наследственные уклонения, но и те адаптивные модификации, которые возникли в ответ на случайные изменения внешней среды [c.17]

Случайность в эволюции организмов [c.224]

Внешняя среда, конечно, посылает системам не кодовые, а вполне беспорядочные сигналы , то, что называют шумом . Этот шум рецепторы организма воспринимают, когда интенсивность его слагающих достигает определенного уровня (единственное требование дискретности раздражения) и преобразуют в кодированную афферентную информацию. Низшие организации — неживые системы — могут дать аналогичные ответы лишь при наличии случайно образовавшихся обратных связей. Следовательно, эволюция кодовых систем привела к синтезу таких организаций, которые существуют в условиях постоянного шума или фона и справляются с ним, сохраняя активность своих кодовых систем. Развитие химических систем с самого начала зависело от организующей функции кодовых процессов, но в ранние периоды эволюции кодирование проявлялось только на атомном или низкомолекулярном уровне. По мере завершения больщинства сильно экзоэнергетических реакций создались условия для образования высокомолекулярных соединений. [c.340]

Мы полагаем, что влияние нейротропных змеиных ядов (яд кобры и др.) на разные звенья центральной нервной системы не является случайным, а представляет собой результат длительного эволюционного развития. В процессе естественных взаимоотношений в природе ядовитые животные используют свои яды для защиты и нападения. Нетрудно представить, что, для того, чтобы быстро обездвижить или убить свою жертву или своего врага, необходимо прежде всего вывести из строя основную интегрирующую систему организма, какой является центральная нервная система. Поэтому в процессе эволюции яды совершенствовались в направлении наиболее эффективного поражения нервной системы и приобрели способность наносить удар по нервным центрам (дыхательный центр и др.), что приводи- [c.223]

Рассматривая эволюцию представлений врача о путях поступления вредных химических веществ в организм, он справедливо отмечал, что прежде отравления почти всегда связывались с попаданием яда в организм через пищеварительный тракт. Это пищевые интоксикации, отравления с целью убийства или о,амо-убийства, случайные отравления. Затем удельный вес пищеварительного тракта как пути проникания ядов в организм постепенно утрачивал свое значенне. Причиной этому послужило расширение производства и применение высокотоксических химических веществ. Регистрировались профессиональные отравления, которые в большинстве случаев (80—90%) были результатом вдыхания ядовитых газов, паров, туманов, дымов и пыли. Эволюции представлений о путях поступления ядов в организм способствовало и появление средств защиты органов дыхания от боевых отравляющих веществ. С развитием и усовершенствованием противогаза,— пишет Н. В. Лазарев,— главным направлением для атаки организма сделалась кожа [c.177]

Ферментный контроль обеспечивает регуляцию большинства физиологических функций организма. Ингибиторы ферментов, как правило, или сильные яды, или сильные лекарственно активные вещества. Например, ацетилсалициловая кислота, или аспирин, — это эффективный ингибитор ферментов, которые синтезирует простагландины — весьма важные биологические регуляторы. Непосредственно сами ферменты находят в настоящее время применение в терапии некоторых заболеваний 3) принципиально важные работы в настоящее время ведутся в области выяснения молекулярной природы иммунного ответа. В процессе эволюции наш организм приобрел способность бороться с проникающими в него чужеродными клетками, чужеродными белками. Иммунология и иммунохимия в настоящее время переживают бурный расцвет, и мы являемся свидетелями появления новых вакцин, иммуностимуляторов, иммунодепрессантов. Регуляция иммунной реакции —один из наиболее ярких примеров достижений биологической химии в медицине 4) все большее внимание в последние годы начинает привлекать рецепторный уровень регуляции физиологических ответов организма. Если предшествующие этапы внедрения химии в биологию и медицину были связаны в основном со случайным поиском новых веществ, то настоящее время характеризуется все более глубоким проникновением в регуляторные химические механизмы физиологических ответов клетки. В различных клетках нашего организма можно вызвать те или иные ответы путем воздействия на специфические клеточные рецепторы, понимающие и чувствующие химические сигналы, заданные структурой вводимого соединения. Это высокоэффективные регуляторные механизмы, позволяющие в ряде случаев весьма тонко повлиять на метаболические процессы в клетке. Пока мало известно о структуре и природе рецепторов. Это определяется в основном тем, что клетка содержит весьма мало рецепторов. Однако объем химической информации о клеточных рецепторах непрерывно растет, и мы являемся свидетелями появления новых лекарственных соединений, созданных на основе этой информации. [c.199]

В 1974 г., когда стало ясно, что с помощью технологии рекомбинантных ДНК можно создавать организмы, несущие чужеродные гены, ученые, общественность и официальные лица забили тревогу по поводу безопасности этого нового подхода и возможных этических последствий его применения. Такие выражения, как заигрывание с Богом , манипулирование жизнью , самые опасные из проводившихся когда-либо научных исследований , творимая человеком эволюция без конца мелькали в прессе. Больше всего тревожило то, что случайно, а возможно, и намеренно, в военных целях, будут созданы уникальные, ранее не существовавшие в природе микроорганизмы, которые станут причиной эпидемий или экологических катастроф. В ответ на эти панические ожидания группа ведущих молекулярных биологов предложила наложить мораторий на некоторые эксперименты с рекомбинантными ДНК, особенно на те, в которых используются патогенные микроорганизмы. [c.518]

Без сомнения, когда-нибудь молекулы памяти удастся выделить, найдут и способ их передачи. Спрашивается только, что этим будет достигнуто. Конечно, кажется весьма заманчивым покупать опыт в аптеке и просто глотать его так люди смогут приобретать опыт быстро и без всякого (порой ежедневного) риска. Однако будет ли чужой опыт так же стойко сохраняться, как собственный (В следующей главе, посвященной иммунобиологии, мы узнаем об этом несколько больше.) Во всяком случае, пока что в опытах по передаче памяти , для того чтобы эффект сохранился дольше, чем в течение одного дня, приходится постоянно повторять инъекции. И далее, не кроется ли большая опасность в том, что человек разучится приобретать опыт сам, что он будет полностью полагаться на опыт, приобретаемый с помощью пилюль Как бы содержателен ни был этот опыт, его обладатель всегда будет в проигрыше по сравнению с тем, кто учится сам и благодаря этому всегда будет обладать большей приспособляемостью. Несомненно, вовсе не случайно, что как раз индивидуальная память не наследственна. Если бы было выгодно наследовать приобретенный опыт, то организмы в ходе своей эволюции уже давно перешли бы на этот путь. [c.317]

Резюмируя, можно сказать, что в ходе эволюции паразитизм мог возникать многими и разнообразными путями. Среди этих путей надо упомянуть и самый древний, восходящий к эпохе возникновения первичных организмов, и приспособление гетеротрофных сапрофитных организмов к использованию питательных веществ живых растений, и появление паразитических свойств у одного из симбионтов, и переход автотрофных организмов к паразитизму в результате более или менее случайных обстоятельств, как это происходит у цветковых паразитов. Различия путей эволюционного развития, приводящих к паразитизму, находят свое отражение в многообразии форм паразитических отношений. [c.29]

Образование специфических соединений — антибиотиков — не случайное явление в жизнедеятельности организмов. Эта особенность обмена веществ возникла в процессе эволюции под влиянием определенно складывающихся внешних условий, острой борьбы за существование, в том числе определенного характера антагонистических взаимоотношений микроорганизмов. [c.210]

Есть и другие вещества, которые тоже могут связываться с холинорецептором, но делают это лучше, чем ацетилхолин. Например, растительный яд кураре, которым индейцы смазывали свои стрелы, попав в организм, прочно связывается с холинорецепторами мышцы и занимает посадочные площадки , предназначенные для ацетилхолина. В результате ацетилхолин не может открыть ворота каналов и любые движения (в том числе п дыхательные) становятся невозможными. На этом же основано и действие некоторых змеиных ядов так, в частности, действуют яды змей семейства аспидовых. Интересно, что и у растений, и у змей в ходе эволюции вырабатывались яды со сходным механизмом действия. Вещества, сходные с кураре, релаксанты, сейчас используются в медицине во время операций они расслабляют мышцы. (Больной при этом, конечно, находится под наркозом и при искусственном дыхании, но не может совершить случайного движения и помешать хирургу.) [c.168]

Мутации-это редкие, случайные и ненаправленные события и еще в одном смысле, очень важном для эволюции. Они не обязательно адаптивны, т.е. не обязательно увеличивают приспособленность организма к условиям его обитания. [c.24]

Тем не менее разные сериновые протеиназы имеют совершенно различные функции. Некоторые из аминокислотных замен, обусловивших различия ферментов этой группы, по-видимому, были отобраны в процессе эволюции, потому что привели к изменениям субстратной специфичности и регуляторных свойств белков, что в свою очередь породило все многообразие современных функциональных свойств. Другие аминокислотные замены могли быть нейтральными , т. е. сохранились, потому что не повлияли ни на структуру, ни на функции белка. Поскольку мутирование - процесс случайный, должны были происходить и вредные замены, изменяющие пространственную структуру фермента достаточно сильно, чтобы его инактивировать. Эти измененные варианты были потеряны в процессе эволюции, так как производившие их индивидуальные организмы должны были оказаться в невыгодных условиях и исчезнуть в результате естественного отбора. Поэтому совершенно неудивительно, что клетки содержат целый набор структурно родственных полипептидных цепей, имеющих общих предков, но выполняющих разные функции. [c.147]

Если число различий в аминокислотном составе одного и того же белка у двух разных биологических видов представить как функцию времени, прошедшего с момента дивергенции этих видов, то мы получим прямую линию. Иными словами, чем длиннее период, прошедший с момента дивергенции, тем больше число таких различий. Для удобства наклон прямой может быть охарактеризован через единицу эволюционного времени для данного белка (среднее время, необходимое для того, чтобы в последовательности из 100 аминокислот появилась одна аминокислотная замена). Сделав это для разных белков, мы убедимся в том, что каждый из них характеризуется своей особой скоростью эволюции (рис. 5-30). Поскольку все пары оснований в ДПК подвержены случайным изменениям в равной мере, эти разные скорости отражают различия в вероятности для тех или иных организмов со случайной [c.278]

Мы Примем здесь, что свойства биосферы менялись в значительной степени только в результате активности распространяющейся и развивающейся жизни, например что именно живые организмы обусловили появление кислорода атмосферы [1768]. Следовательно, все довольно модные идеи о боль-щом влиянии на эволюцию случайных катастрофических увеличений интенсивности космических или других лучей, падающих на Землю [1577, 1581], или процессов в земной коре [786] мы оставим в стороне. Убедительные аргументы против таких гипотез выдвинул Симпсон ([1709], см. также [1228]). [c.25]

Не все различия обязательно должны быть адаптивными. Некоторые из них могли возникнуть случайно (дрейф, эффект основателя). Другие могли возникнуть не в результате прямого отбора, а как побочные эффекты признаков, обладающих селективным преимуществом, например в случаях плейотропии (один ген имеет несколько фенотипических эффектов, причем не все они должны быть адаптивными) или аллометрии (см. разд. 4.2). Одним из таких признаков может быть старение. Его нельзя назвать явно адаптивным, поскольку оно, по определению, снижает жизнеспособность и повышает уязвимость затронутых им организмов. Старение может быть адаптивным применительно к группе в целом, например, в том смысле, что оно освобождает место для новых мутаций, связанных с молодыми особями, которые замещают старых особей и, следовательно, стимулируют эволюцию и долговременное выживание группы, однако такую точку зрения с позиций группового отбора разделить трудно (см. разд. 3.6). [c.60]

Эволюцию от атомов и молекул к простым, а затем и сложным соединениям и далее к еще более сложным, способным к самовоспроизведению, называют химической эволюцией, чтобы отличать ее от эволюции организмов, называемой органической эволюцией. Различие между этими двумя типами эволюции обусловлено основным свойством живой материи — ее способностью к самовоспроизведению. На последовательных стадиях, приведших к возникновению жизни, происходило образование все более и более сложных веществ во все больших количествах по мере связывания все больших количеств солнечной энергии и увеличения числа химических веществ, способных вступать в реакции друг с другом. Эти вещества обладали также способностью к росту, сходному с ростом кристалла, и могли случайным образом распадаться на части. Однако подобный процесс еще нельзя считать размножением. В тот момент, когда такое вещество —по всей вероятности, нуклеиновая кислота, сходная с ДНК, содержащейся в хромосомах современных растений и животных, или идентичная ей, — обрело способность к самоудвоению, оно смогло начать образовывать все новые и новые количества подобного себе вещества за счет других, возможно, более простых соединений. Иными словами, оно могло расти и репродуцироваться. Если два химических вещества или два штамма одного и того же вещества обладают одинаковыми свойствами, то из них, которое продуцирует большее число выживающих потомков , станет более обильным. В этом состоит сущность процесса, называемого естественным отбором и присущего исключительно органической эволюции. [c.14]

Насколько сейчас известно, наша планета образовалась приблизительно 4,6 миллиарда лет назад, а простейшие ферментирующие одноклеточные формы жизни существуют 3,5 миллиарда лет. Уже 3,1 миллиарда лет они могли бы использовать фотосинтез, но геологические данные об окислительном состоянии осадочных отложений железа указывают, что атмосфера приобрела окислительный характер лишь 1,8-1,4 миллиарда лет назад. Многоклеточные формы жизни, которые, по-видимому, зависели от изобилия энергии, возможного только при дыхании кислородом, появились приблизительно от 1000 до 700 миллионов лет назад, и именно в то время наметился путь дальнейшей эволюции высших организмов. Наиболее революционизирующим шагом, после зарождения самой жизни, было использование внепланетного источника энергии, Солнца. В конечном итоге это превратило жалкие ростки жизни, которые утилизировали случайно встречающиеся природные молекулы с большой свободной энергией, в огромную силу, способную преобразовать поверхность планеты и даже выйти за ее пределы. [c.337]

О.Б. Птицына [141], появление сложных аминокислотных последовательностей случайного состава и гюначалу, т.е. до "редактирования", биологически бесполезных. Белки, как известно, не воспроизводят самих себя. Поэтому для появления "протяженной кооперативной структуры" необходимо предположить существование готового генетического аппарата. Так как он синтезирует случайные и функционально неспецифические аминокислотные последовательности, непонятно, каким образом и почему он возник. Но даже такой, неведомо как и зачем возникший генетический аппарат, имеющий, как и "протяженные кооперативные структуры", случайную последовательность нуклеотидов, не может не только функционировать, но и быть созданным без участия большого числа высокоспецифичных белков. Автор отказывает белкам в эволюции. Очевидно, также следует поступить и по отношению к генетическому аппарату, их производящему. Если следовать такой логике, то это приведет к отрицанию эволюции органического мира вообще, поскольку в основе эволюционного развития любого организма лежит изменение его генов, программы синтезируемых белков. [c.506]

Таким способом Ротщтейн описывает последовательность дарвиновской эволюции от создания сложных целенаправленных клеточных структур до возникновения организмов с разумом и индивидуальностью. Основным положение всей схемы является теорема Онзагера— Пригожина, согласно которой случайное образование конструкции понижает скорость производства энтропии и, таким образом, переводит [c.140]

О биологическом значении строения гликогена. Является ли описанная своеобразная структура гликогена случайностью— результатом свободного действия двух ферментов (такую точку зрения развивали некоторые исследователи школы Мирбека), или она возникла в результате эволюции живых организмов как фактор, каким-то образом способствующий протеканию биохимических процессов, имеющий определенное биологическое значение [c.119]

Нам кажется совершенно невероятным, чтобы такие высокодифференцированные, высокоразвитые животные, как, скажем, лошадь или дельфин, могли возникнуть случайно из неупорядоченной неодушевленной материи. Гораздо более естественно звучит утверждение, что они происходят от гораздо более просто организованных предшественников, что они лишь постепенно усовершенствовались . И в этой книге мы также принимаем за данное, за само собой разумеющееся, что современные организмы происходят от более простых форм, в конечном итоге, быть может, даже от одноклеточных, наиболее примитивные из которых не имели даже настоящего клеточного ядра. Итак, мы принимаем за аксиому утверждение, что эволюция действительно имела место. [c.372]

Наиболее правдоподобно предположение о случайном, флуктуацио нном иакоплении левых молекул в ка-кой-то области /происхождения жизни. И уж если развивающаяся жизнь этой случайностью воспользовалась, то отбор антиподов закрепился ъ дальнейшей эволюции. Дело в том, что асимметричный организм обладает известными преимуществами но сравнению с организмом рацемическим. Его реакции на внешние воздействия более специфичны, так как он знает разницу между правым и левым. Более специфично, более упорядоченно (в силу асимметрии) и строение такого организма. [c.216]

Роль избыточности нуклеотидных последовательностей у эукариотов до сих пор окончательно не установлена. В этой главе мы рассмотрим два частных случая, для которых смысл многократного повторения определенных генов понятен. Однако ни один из этих примеров не объясняет широкой распрсстраненности и высокой степени повторяемости нуклеотидных последовательностей в ДНК эукариотов. Бриттен предположил, что повторяющиеся последовательности отражают процесс эволюции. Согласно этому предположению, в зародышевой линии клеток исходного организма эукариотов происходит случайная многократная репликация определенной нуклеотидной последовательности хромосомы. Многочисленные копии этой последовательности затем передаются потомкам этого организма и в процессе такой передачи в них накапливаются мутации, которые были бы летальными, если бы этот организм содержал только одну копию данной псследовательности. [c.506]

В биологии большинство процессов является, по суш еству, случайными, начи-ная от процессов поглош ения и испускания квантов света оптически активными биомакромолекулами или процессов биохимических реакций и кончая процессами размножения организмов. Поэтому следует в моделях рассматривать распределение вероятности поглош ения или испускания квантов света или распределение вероятностей рождения особей. Однако математический аппарат вероятностных распределений гораздо более громоздок и менее нагляден, чем аппарат детерминистических моделей, который был использован до сих пор. При изучении каждой конкретной системы встает вопрос о ее статистических свойствах и правомерности детерминированного описания системы. При этом важно, какие задачи ставятся в процессе исследования. Для изучения некоторых свойств системы достаточно описывать ее как детерминированную, другие свойства могут быть установлены только при вероятностном описании. В настоянием параграфе будет рассмотрено несколько простых стохастических моделей и на их примере пояснено, к каким новым эффектам приводит вероятностное рассмотрение и когда можно ограничиться детерминированными моделями, описываюш ими эволюцию средних значений переменных. [c.55]

Считается, что все организмы и все составляющие их клетки произошли эволюционным путем от общей предковой клетки. Два основных процесса эволюции - это 1) случайные изменения генетической информации, передаваемой от организма к его потомкам, и 2) отбор генетической информации, способствующей выживанию и размножению своих носителей. Эволюционная теория является центральным принципом биологии, позволяющим нам осмыслить ошеломляющее разнообразие живого мира. [c.12]

Подобные наблюдения нетрудно объяснить. Рассмотрим процесс возникновения в ходе эволюции новой анатомической особенности, скажем удлиненного клюва. Случайная мутация изменяет аминокислотную последовательность белка и. следовательно, его биологическую активность. Измененный белок может повлиять на клетки, ответственные за образование клюва таким образом, что в результате получится более длинный клюв. Но мутация должна быть совместима с развитием остальных частей организма - лишь в этом случае она будет подхвачена естественным отбором. Удлинение клюва вряд ли окажется выгодным, если оно сочетается с утерей языка или отсутствием ушей. Такие катастрофические последствия более вероятны в случае мутаций, затрагивающих ранние стадии индивидуального развития, чем в случае мутаций, влияющих на его поздние этапы Ранние эмбриональные клетки подобны картам в основании карточного домика - от них зависит слишком многое, и даже незначительное изменение их свойств скорее всего приведет к печальным последствиям. Ранние стадии индивидуального развития оказались замороженными - так же точно, как в биохимической организации клеток заморожены генетический код и механизмы биосинтеза белка. В отличие от этого клетки, образующиеся на последних стадиях развития, имеют больше возможностей для изменений. Вероятно, именно по этой причине на ранних стадиях развития эмбрионы разных видов столь часто бывают похожи друг на друга и в процессе индивидуального развития, вршимо. нередко повторяют пройденные ими этапы эволюции. [c.48]

Обладая уникальной способностью к переносу ДНК через видовые барьеры, вирусы, почти несомненно, играли важную роль в эволюции тех организмов, которые они инфипируют. Многие вирусы часто вступают в рекомбинапию как друг с другом, так и с хромосомами клеток-хозяев при этом они захватывают случайные фрагменты хромосом и переносят их в другие клетки или другие организмы. Кроме того, включившиеся в геном хозяина (интегрированные) копии вирусной ДНК (провирусы) становятся постоянными компонентами генома у большей части организмов. Примеры гаких провирусов мы находим в семействе бактериофагов X и среди гак называемых эндогенных ретровирусов, многочисленные копии которых обнаруживаются в геномах позвоночных. Интегрированная вирусная ДНК часто видоизменяется так, что способность образовывать полнопенный вирус у нее утрачивается, но она все еще может кодировать белки, причем некоторые из них оказываются полезными для клетки. Вирусы, следовательно, так же, как и половой процесс, создают возможности для ускорения эволюции, открывая для нее такой путь, как смешение генофондов различных организмов. [c.325]

Наличие нитронов намного увеличивает вероятность гого, что случайная рекомбинация соединит две первоначально разделенные последовательности ДНК, которые кодируют различные домены белка (см, рис. 10-71). Результаты таких событий можно наблюдать во многих современных белках (см. рис. 3-38). Итак, больгпие расстояния между экзонами. кодирующими отдельные домены у высгпих эукариот, ускоряют процесс вознигсновения новых белков и, следовательно, увеличивают эффективность эволюции весьма сложных организмов. [c.240]

Само существование жизни можно считать доказательством того, что во вторичной атмосфере и в имевшейся тогда гидросфере содержались органические вещества. Из этих двух сфер в дальнейшем образовалась биосфера. Процесс образования биомолекул в том случае, когда он происходит без участия организмов (абиотически), мы будем называть абиогенезом. Медленные изменения состава органической материи в абиотической гидросфере, идущие в результате случайностей и отбора, называются химической эволюцией. [c.44]

В своей книге Происхождение видов (впервые изданной Джоном Мерреем в 1859 г.) Дарвин заменил идею о направленной изменчивости (вызываемой внутренним стремлением ) идеей случайной изменчивости, передаваемой по наследству. О происхождении этой изменчивости он высказывался несколько неопределенно, полагая, что она, возможно, обусловлена воздействиями среды на половые железы, и, как мы увидим ниже, столь же неопределенно он высказывался относительно механизма наследования изменчивости. Однако он совершенно ясно сформулировал, что каким бы образом ни возникала изменчивость, это происходило вне всякой зависимости от потребностей организма. Кроме того, Дарвин считал, что та изменчивость, которая лежит в основе эволюции, слагается из очень неболь- [c.15]

Вероятно, уникальным свойством живых систем служит изменчивость в совокупности с воспроизведением. Сущность процесса биологической эволюции состоит в том, что сохраняются те организмы, которые случайно прнсбрелн черты, повышающие их [c.264]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология