Адаптация эволюционная

Биохимические процессы и биологические молекулы являются результатом эволюционного развития. Биологической эволюции предшествовала химическая (гл. 17), далее они были связаны неразрывно. Виды и организмы характеризуются биохимической, молекулярной адаптацией к условиям среды. Изучая химию жизни, необходимо постоянно иметь в виду биологическое развитие. [c.24]

Такая уникальная способность кашалотов безусловно возникла в результате сложных эволюционных процессов анатомической и биохимической адаптации данных животных к условиям обитания. Важно [c.318]

Эти слова можно было бы понять так, что мы хотели написать нечто вроде монографии по сравнительной и экологической физиологии. Но мы имеем в виду совсем другое. Мы стремились избегать энциклопедичности и попытались обрисовать, как нам представляется, главные стратегические пути адаптации на биохимическом уровне. Мы попытались также наметить общие ориентиры, позволяющие судить о том, в каких случаях и какими организмами могут использоваться эти различные типы стратегии. Таким образом, глубинной темой, проходящей через всю книгу, является природа эволюционных изменений на молекулярном уровне. Мы надеемся, что в той мере, в какой нам удалось осветить эти многообразные аспекты взаимодействия организма со средой, написанное нами представит интерес не [c.9]

В перспективе несомненно эволюционная теория достижения того или иного химического равновесия и адаптации веществ к нему перестает быть чисто умозрительной, а станет существенной и для практики. Захватывающий интерес представляет собой эволюционная теория рождения и превращений химических элементов на звездах, смыкающаяся с учением о космогонической эволюции. [c.373]

По аналогичной схеме возможно содействовать сохранению многих образцов реликтовой флоры, подвергая очень небольшую их часть мутагенной обработке. Это совсем не должно уменьшать число растений соответствующих видов реликтовой флоры, но если известной части обработанного материала будет сообщен более высокий уровень адаптации к современным условиям, в ре- зультате возникновения выгодных мутаций, то наряду с исходным реликтом будет не только сохраняться, но быстро размножаться его мутант. Разумеется, такие мутации реликтовых форм в небольшой мере отклоняются от исходного генотипа, но создают гарантийный фонд, повышающий вероятность сохранения погибающих видов, и в определенных случаях растет перспектива их эксплуатации в настоящее время. Масштаб мутантных перемен реликта при этом не выходит за пределы сугубо микро-эволюционных отличий. [c.28]

Во многих случаях структурные и функциональные особенности организма как будто специально рассчитаны на то, чтобы повышать его шансы на успех в соответствующем местообитании. Такие особенности организма называют адаптацией или приспособлением к среде. Со времени появления эволюционной теории изучение приспособлений к среде лежит в центре важной и увлекательной области биологических исследований. Адаптация к среде отмечена па всех уровнях биологической организации. На поведенческом уровне организмы действуют обычно таким путем, который, ио всей видимости, увеличивает их шансы на выживание в данной среде и их способность к использованию этой среды. На анатомическом уровне структуры организма часто обнаруживают очевидное соответствие его образу жизни. На физиологическом уровне способы осуществления жизненных функций нередко отражают те внешние условия, с которыми сталкивается данный вид. [c.11]

Эволюционная адаптация. Наиболее длительный процесс приспособления к среде — тот, который зависит от приобретения новой генетической информации, детерминирующей новые адаптивные фенотипические признаки. Это процесс эволюционной адаптации, который, разумеется, требует многих поколений. [c.27]

Биологическая расплата за эти очевидные преимущества состоит в полной зависимости летательных мышц насекомого от аэробиоза. Это, возможно, позволяет нам значительно глубже понять характер эволюционных сил, формирующих клеточный метаболизм. По-видимому, наша оценка данной адаптации как стратегии избегания несколько упрощает действительность. Насекомые, может быть, и в самом деле избегают проблемы недостатка Ог или сводят ее к минимуму, но вместе с тем ясно, что эволюция энергетического обмена их клеток характеризовалась более активной стратегией — она шла по пути использования почти безграничных резервов атмосферного кислорода. Выработав систему каналов , связывающих клетки с наружным воздухом, насекомые извлекли максимальную пользу из высокого содержания в нем О,. Именно эта практически неограниченная доступность кислорода привела к развитию аэробной системы энергетического обмена, не имеющей себе равной по эффективности в живой природе. [c.92]

Другое важное обобщение, основанное на изучении биохимической адаптации, касается связи между фактором времени и адаптивной стратегией, которую использует или может использовать организм. Сырой материал для адаптаций разного временного масштаба различен. В основе эволюционной адаптации могут лежать механизмы изменения последовательности оснований в ДНК. При более быстрой адаптации, происходящей в течение жизни отдельной особи, организм располагает меньшими возможностями. В его геном уже не может быть введена информация для новых видов макромолекул или для перестроек в системе управления транскрипцией. Однако избирательная активация генов позволяет синтезировать новые макромолекулы из числа уже закодированных в геноме, по крайней мере в тех случаях, когда организм располагает для адаптивной реакции временем, измеряемым часами. [c.377]

Важно отметить, что рассмотренные нами типы фенотипической адаптации как будто бы повторяют путь эволюционных типов адаптации, т. е. то, что в этих двух различных по своим временным масштабам процессах могут использоваться почти идентичные биохимические механизмы. [c.377]

Некоторые из важнейших эволюционных тенденций приводятся в обобщенном виде на рис. 2.33. У семенных растений имеются и другие признаки, присущие растениям не только этой группы, но также выполняющие роль адаптаций к жизни на суше. [c.73]

Относительно высокая степень адаптивной радиации, наблюдаемая у насекомых, отражает высокую способность к адаптации основных структур у этой группы. Именно такая высокая эволюционная пластичность позволила им занять столь широкий диапазон экологических ниш. [c.298]

Человек принадлежит к отряду млекопитающих, известному под названием приматов, к которому относятся также долгопяты, лори, лемуры, обезьяны Старого и Нового Света (табл. 26.10). Многие признаки, типичные для представителей этого отряда, являются адаптациями к жизни в лесах, и именно такие признаки, необходимые для древесного образа жизни, сыграли важную роль в последующем эволюционном развитии нащих предков. Благодаря этим признакам предки человека получили возможность использовать новые экологические нищи, возникшие после того, как пышные леса миоценовой эпохи уступили место более сухим травяным саваннам плиоцена. [c.306]

Когда рассматривается вид в целом, то в каждом поколении, даже в отдельно взятых локусах, возникает довольно много мутаций. Если средняя частота появления мутаций на ген на поколение равна 10 , то в среднем на каждый локус человека, рассматриваемого как биологический вид, приходится около 80 ООО новых, неизученных мутаций за одно поколение в каждом локусе (4 10 людей х 2 гена в локусе х 10 мутаций на ген). У среднего по численности вида насекомых число мутаций, возникающих в каждом локусе за поколение, может составлять около 2400. Вот почему не удивительно, что разные виды и различные популяции одного вида приспособлены к конкретным условиям. Например, в районах активного применения инсектицида ДДТ у многих видов насекомых эволюционно возникла устойчивость к нему. В гл. 22 мы увидим, что природные популяции обладают большим запасом генетической изменчивости, накопленной за счет мутаций, возникших в предшествовавших поколениях. Но даже если у вида в данный момент не оказывается аллеля, необходимого для адаптации к новым условиям, такой аллель вполне может скоро появиться в результате мутации. Потенциальные возможности мутационного процесса в создании новой изменчивости огромны. [c.23]

Адаптация. Структурные и функциональные особенности организма, которые обеспечивают ему оптимальную приспособленность к окружающей среде эволюционный процесс, при котором организм становится приспособленным к окружающей среде. [c.303]

Но если это так, то в результате каких же процессов возникают адаптации и как создаются эволюционные направления, если и то, и другое — черты, ярко выраженные как в палеонтологической летописи, так и у ныне существующих видов Для сторонников прерывистой эволюции ответом будет отбор видов (термин, созданный Стенли [18]). Согласно этой точке зрения, эволюционные направления могут возникнуть 1) потому что некоторые случайно образовавшиеся изоляты более устойчивы, чем другие, либо (а) потому, что они лучше приспособлены в обычном смысле, либо (б) вследствие экологических условий той местности, в которой они оказались изолированными (например, случайное отсутствие какого-либо прожорливого хищника) и (или) 2) потому что у некоторых видов в результате их организации или экологии видообразование происходит чаще, чем у других. Эти возможности проиллюстрированы на рис. 5.4. Как в случае 1, так и в случае 2 создаются эволюционные направления, но возникающие при этом адаптации, особенно в случаях 16 и 2, вряд ли окажутся такими совершенными, как те, которые могут возникнуть в результате более обычного постепенного видообразования. [c.115]

Для того чтобы показать более конкретно различие между постепенной и прерывистой эволюцией в плане эволюционных направлений и адаптаций, рассмотрим классический пример эволюции современной лошади, далеким предком которой был [c.115]

Фишер называл свою теорему основной, потому что она строго определяла зависимость между двумя краеугольными камнями дарвиновской теории — изменчивостью внутри популяций и скоростями эволюционного изменения. Однако эта зависимость оказалась не столь несомненной, как полагал Фишер. Так, например, если приспособленность сама зависит от генетической дисперсии (что представляется правдоподобным в некоторых ситуациях см. разд. 3.5), то скорость изменения приспособленности не должна быть связана с этой дисперсией простой зависимостью. Кроме того, Фишер вывел свою зависимость для случая одного локуса с двумя аллелями если же рассматривать примеры с участием более чем одного локуса, то зависимость между этими двумя переменными может оказаться значительно сложнее (см. разд. 2.3.3). Есть также и другие потенциальные неясности и проблемы (И]. Таким образом, вытекающее из основной теоремы Фишера следствие, что действие естественного отбора всегда направлено на максимизацию приспособленности, нельзя принимать безоговорочно, и из этого в свою очередь вытекает ряд следствий, которые необходимо учитывать при изучении адаптаций (см. гл. 3). С основной теоремой Фишера связана еще одна концепция — концепция генетического груза (различие между макимальной потенциальной приспособленностью популяции и Ш). Это различие создается любым процессом, порождающим генетическую изменчивость, в том числе мутационным процессом (мутационный груз) и процессом генетической перестройки, обусловленной расщеплением (сегрегационный груз). Как и основная теорема Фишера, а возможно, именно из-за нее, концепция генетического груза небесспорна и вызывает разногласия, а поэтому в дальнейшем мы о ней говорить не будем. [c.48]

Существование в средах с сезонной изменчивостью приводит к развитию у животных способности использовать разнообразные источники пищи, доступность которых изменяется во времени, а в отдельных случаях — и к возникновению более специфической, хотя и менее безопасной, способности включать в пищевой рацион мясо. Чем бы ни были обусловлены подобные изменения пищевого поведения, у гоминид они оказали значительное влияние на весь процесс адаптации. Эволюцион- [c.269]

Уменьшение программы может происходить по двум причинам. Во-первых, может уменьшиться объем функционирующей информации, т. е. может укоротиться действующий, пе блокированный геном. Во-вторых, текст этого функционального сообщения может измениться, став более упорядоченным, т. е. функционирующая информация может стать частично избыточной. В этом случае происходит упрощение текста, он становится менее случайным. В первом случае ценность каждого элемента сообщения, каждой буквы остается высокой и может даже возрасти, во втором случае убывает и сложность, и ценность. Есть основания думать, что при эволюционном упрощении, определяемом специфической адаптацией паразита или самца червя ВопеШа, реализуется первый случай — сложность убывает, а удельная ценность функциональной генетической информации не убывает и может даже возрастать. Высокая ценность означает высокую приспособленность (и приспособляемость), незаменимость и структуры, в функций. [c.572]

Можно привести примеры адаптации нуклеиновых кислот, их комплексов и хроматина к температуре тела гомойотерм-ных животных и температуре среды обитания пойкилотермных живых существ (см., например, [10]). Однако такая адаптация ДНК, вследствие ее сравнительной стабильности, протекает крайне медленно и на временах жизни организмов часто мало заметна. Адаптация структуры РНК протекает несколько быстрее. Тем не менее, получается, что структура ДНК организмов в процессе филогенеза (эволюции) заметно меняется по мере изменения температуры (как и других факторов) окружающей среды. Все это подтверждает общее положение нашей физической теории эволюции эволюционные изменения в биологическом мире определяются генетическими факторами и факторами окружающей среды. Относительная роль этих факторов зависит от выбранной шкалы времени (в которой мы наблюдаем те или иные изменения), а также от стабильности эволюционирующих структур. В этом проявляется единство общих законов природы второго начала термодинамики и закона временн ых иерархий. [c.20]

Эволюционное развитие членистоногих привело к появлению у них широкого арсенала средств химической защиты (а нередко и нападения), в котором имеется большое число ядов и множество приспособлений для введения их в организм противника. Хотя ядовитые вещества убивают противника не всегда, их действия достаточно, чтобы отпугнуть и отогнать нежеланного пришельца. Многие позвоночные — и в их числе человек — весьма чувствительны к яду членистоногих. Знакомство с жалом пчелы или скорпиона никогда не приносит удовольствия. Согласно экологической классификации (см. табл. 1), защитные вещества членистоногих, обладающие аллелохимическим (межвидовым) действием, должны быть отнесены к алломонам, т. е. к веществам, способствующим лучшей адаптации производящего их организма к окружающей среде. [c.59]

Книга Хочачки и Сомеро представляет существенный методологический, философский интерес. К этому можно добавить, что Б осмысливании эволюционных биохимических путей адаптации авторы целиком стоят на дарвиновских позициях, что также делает их близкими советскому читателю. [c.7]

Попутно можно добавить, что растения типа С-4 обычно не очень продуктивны при низких температурах. Они происходят из жарких стран и, по-видимому, до сих пор в наибольшей степени процветают в теплых районах. Например, Бьоркман и его сотрудники показали, что у растений типа С-4 в Долине Смерти (Калифорния) фотосинтез достигает максимума при температурах около 50 °С. Важные различия в реакции на температуру у таких ключевых ферментов, как РуДФ- и ФЕП-карбоксилазы, несомненно, возникли в результате эволюционной адаптации растений к таким крайним тепловым режимам. [c.113]

Рассмотренным выще сезонным изменениям сродства гемоглобина к кислороду на эволюционном уровне соответствует генетическая адаптация эктотермных организмов к различным температурным режимам. Гемоглобины эктотермных видов способны присоединять и отдавать кислород именно при тех условиях температуры и содержания Ог в среде, которые типичны для местообитания данного вида. Это обусловлено сильным давлением отбора в пользу таких величин Р о, которые достаточно низки для того, чтобы кислород мог эффективно связываться у дыхательных поверхностей, но еще достаточно высоки, чтобы он мог легко освобождаться в более глубоких тканях. Эту эволюционную адаптацию иллюстрируют графики на рис. 118. Так же как и в случае эволюционной адаптации ферментов к температуре, где отбор благоприятствует ферментам с подходящими величинами Км. или 5о,5, выработка хорощо адаптированных гемоглобинов, по-видимому, требует изменений в первичной структуре их полипептидных цепей. Попутно следует заметить, что гем оказался одним и тем же во всех исследованных гемоглобинах. Таким образом, гем, который мы могли бы назвать почетным коферментом гемоглобина, аналогичен настоящим коферментам вроде, например, НАД или НАДФ, которые тоже обнаруживают одни и те же химические и функциональные свойства независимо от того, какие изменения происходят в связанной с ними белковой цепи (или цепях). [c.374]

В процессе эволюции, по-видимому, наиболее подвержены действию отбора следующие особенности натриевого насоса 1) относительное сродство к Na+, 2) специфичность в отношении противоионов и 3) полярность функции in vivo. Решение некоторых задач солевой адаптации (например, тех, с которыми сталкиваются морские беспозвоночные) связано с эволюционной выработкой таких натриевых насосов, у которых показатели сродства к Na+ приближались бы к обычным концентрациям Na+ [c.164]

В окружающей среде, характерным для работы данных насосов в норме (высокое сродство в пресно воде, низкое — в морской). Другие проблемы адаптации к солсг ости, связанные, например, с переходом рыб из пресной воды в соленую или обратно, требуют выработки различных функциональных вариантов солевых АТФаз в процессе акклимации. Так же как и при эволюционной адаптации, ключевыми изменяемыми параметрами являются 1) сродство к Ма , 2) специфичность в отношении противоионов и 3) полярность все эти признаки специфичны для АТФаз организмов, адаптированных соответственно к пресной или к морской воде. [c.165]

Продукты превращения аммиака. могут быть весьма различными в разных группах беспозвоночных и позвоночных. У многих наземных беспозвоночных, а также у птиц и рептилий аммиак выводится в виде мочевой кислоты (стр. 191). У многих других форм, прежде всего у хмлекопитающих, из аммиака образуется мочевина. Как мы увидн.м, выбор экскреторного продукта в большой степени зависит от общей экологии данного организма. В частности, главным фактором, определяющим путь удаления конечных продуктов азотистого обмена, является, по-видимому, доступность воды. Изменения в доступности воды могут вести к перестройке всего механизма удаления аммиака не только на протяжении долгой эволюционной истории вида, но и в течение жизни отдельных особей. В настоящей главе мы рассмотрим особенности этого механизма у разных групп позвоночных как проявления адаптации к соответствующим условиям жизни. [c.169]

Способность фермента снижать АС+, вероятно, не является свойством, независимым от других его каталитических параметров. Например, как мы уже говорили в предположительном плане, повышенная каталитическая эффективность в смысле снижения ДС+, возможно, могла бы достигаться только за счет уменьшения эффективности на других этапах реакции — скажем, на этапе связывания субстрата. Поэтому отбор мог бы приводить к некоторому балансу между изменениями величин и изменениями во взаимодействиях ферментов с лигандами. Возможная степень снижения ДС могла бы определяться только после того, как фермент приобрел надлежащее сродство к субстрату. В заключение мы упомянем ряд нерешенных вопросов относительно роли изменений Д0+ в компенсации температурных эффектов. Играют ли такого рода изменения важную роль в эволюционной адаптации различных эктотермных видов Снижают ли ферменты эктотермных животных, акклимированных к холоду, величину ДС+ в большей степени, чем ферменты особей, акклимированных к теплу Может ли непосредственная компенсация температурных сдвигов интенсивности обмена осуществиться в результате мгновенных термически обусловленных изменений в каталитической эффективности фермента Этот последний вопрос, на который (как и на первые два вопроса) имеющиеся данные еще не позволяют ответить, подводит нас к рассмотрению второго свойства, важного с точки зрения эволюции ферментов,— способности их изменять свое сродство к субстратам при изменении температуры. [c.260]

Здесь стоит упомянуть еще об одном факте — о том, что сезонная акклимация и эволюционная адаптация редко приводят к полной, совершенной компенсации влияния температуры на интенсивность обмена. Например, хотя у полярных рыб при низких температурах их естественной среды уровень обмена выше, чем можно было бы предсказать, экстраполируя данные для метаболизма тропических рыб на область температур около 0°С, он все-таки ниже, чем у тропической рыбы при более высокой температуре ее обычного местообитания. Совершенной компенсации мы не находим и при сравнении эктотермных организмов, акклимированных к различным температурам (рис. 78). [c.271]

Одним из важнейших результатов эволюции белков явилась выработка удовлетворительных параметров сродства ферментов к субстратам. В плане адаптации к температуре эволюция этого важного свойства ферментов характеризовалась двумя главными целями . Прежде всего, как видно из кривых зависимости Км от температуры (рис. 83 и 84), наблюдается тенденция избежать отрицательной температурной модуляции. Если охлаждение все же приводит к уменьшению фермент-субстрат-ного сродства, то это происходит только при температурах, близких к нижнему пределу температур местообитания данного вида или еще более низких. На протяжении долгой эволюционной истории отбор либо устранял либо оттеснял в одну сторону отрицательную температурную модуляцию. Эта же адаптивная стратегия отмечается при изучении некоторых ферментных систем радужной форели, изменяющихся при температурной акклимации (рис. 83 и 84). Пируваткиназа и ацетилхолинэстераза существуют у нее в двух вариантах — тепловом и холо-довом , — синтезируемых преимущественно во время акклимации к теплу и к холоду соответственно. Главное различие между тепловым и Холодовым изоферментами — это различие в зависимости Км от температуры (нечто подобное мы наблюдали и при изучении межвидовых различий в ферментах). Тепловые изоферменты проявляют высокое сродство к субстратам при температурах, близких к верхнему диапазону для данного вида (приблизительно 15—20 °С), и быстро утрачивают его при зимних температурах (примерно 10°С и ниже). Напротив, хо-лодовые изофермеиты лучше всего связывают субстрат при температурах менее 10°С, а при более высоких температурах обнаруживают к нему меньшее сродство, чем тепловые варианты [c.275]

Второе важное следствие температурной адаптации ферментов в отношении параметров сродства — это поддержание их сродства к субстратам на уровне, не выходящем за пределы некоторых оптимальных величин. Эта цель характеризует как эволюционную адаптацию, так и сезонную акклимацию. Если из-за высокой степени температурной модуляции сродство будет слишком сильно варьировать, это может серьезно нарушить регуляторные функции фермента, жизненно важные для организма. На рис. 89 показано, почему колебания сродства ферментов к субстратам должны удерживаться в сравнительно узких пределах. [c.276]

Для двух более долговременных компенсаторных процессов мы также можем представить себе способы соответствующего изменения сродства ферментов к субстратам в ходе эволюционной адаптации и акклимации к холоду могли бы вырабатываться новые варианты ферментов с более низкими абсолютными величинами Км или S0.5, чем у ферментов, свойственных организмам, адаптированным к теплу или акклимированным к летним условиям. Если этот механизм действительно имеет важное значение, то следует ожидать, что у организмов, адаптированных (или акклимированных) к теплу, величины Км и So,5 окажутся более высокими, чем те же величины для соответствующих ферментов у форм, адаптированных (акклимированных) к холоду. На самом деле такой корреляции обычно не наблюдается, и причины этого должны быть очевидны. Мы уже объясняли (см. рис. 89), почему невыгодно иметь ферменты с чересчур высоким сродством к субстрату фермент легко мог бы быть насыщен субстратом и, кроме того, воздействие регуляторных метаболитов могло бы оказаться малоэффективным. Поэтому отбор, видимо, не благоприятствовал выработке ферментов с разными абсолютными уровнями сродства к субстратам как [c.287]

ЭВОЛЮЦИОННАЯ АДАПТАЦИЯ ГЕМОГЛОБИНОВ ЭКТОТЕРМНЫХ ЖИВОТНЫХ К ТЕМПЕРАТУРЕ [c.374]

Теперь, когда мы познакомились с отличительными признаками четырех основных групп растений, а именно моховидных, папоротниковидных, голосеменных и покрытосеменных (цвет-ковьк), нам легче представить эволюционный прогресс, сделанный растениями в процессе адаптации к жизни на суше. [c.70]

В предполагаемый эволюционный ряд лошадей от НугаШкегшт до Едш5 входит не менее 12 родов и несколько сотен видов. Главные направления в эволюции лошадей касались передвижения и питания. Они отражали адаптацию к изменявшимся условиям среды и включали следующие тенденции [c.289]

Чарлз Дарвин (1809—1882) не критиковал Ламарка — этого заслуженно знаменитого естествоиспытателя , как он называет его в историческом очерке к четвертому изданию Происхождения видов — за его идею об эволюции жизни или даже за его идею о том, что признаки, приобретенные организмом в течение его жизни, могут передаваться по наследству его потомкам. Вопрос, по которому Дарвин расходится с Ламарком и с собственным дедом, относится к механизму эволюции. Ламарк и Эразм Дарвин допускали вмешательство каких-то таинственных сил, наделяющих организмы способностью самим выбирать для себя именно те признаки, которые обусловили эволюционный прогресс в направлении все более и более совершенных форм адаптации. Но можно ли представить себе, чтобы организмы могли отличать полезные приобретенные признаки (которые обычно редки) от вредных (которые довольно обычны, как, например, раны, переломы конечностей, последствия заболеваний и т. п.) без вмешательства какой-то в высшей степени изощренной и разумной силы, способной устанавливать эти различия И как можно говорить, что организмы стремятся к совершенству, не обращаясь вновь к предначертанному плану и к его создателю Чарлз Дарвин хотел дать объяснение органической эволюции, не прибегая ни в явной, ни в скрытой форме к таким субъективными и антропоморфистским представлениям. [c.15]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология