Современные взгляды на эволюцию живых систем

Основные факторы процесса эволюции, признаваемые наукой,–это положения, выдвинутые Дарвиным: изменчивость, наследственность и естественный отбор. Однако эти факторы сегодня понимаются по-новому. Современная наука к ведущим факторам относит мутационные процессы, популяционные волны численности и изоляцию.

Познание механизма эволюционных процессов необходимо, чтобы научиться предвидеть их направление и управлять ими. Такие возможности открываются в связи с развитием генетики.Генетика–наука о законах наследственности и изменчивости организмов. В качестве элементарного проявления процесса эволюции рассматривается изменение генотипа популяции. Популяция–это совокупность особей данного вида, занимающая территорию внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций [8, с. 309]. За сто лет своего существования генетика добралась до человека и теперь уже его не оставит. Она обязательно нарисует его индивидуальный генетический портрет. Человек будет знать, настигнет ли его болезнь Альцгеймера, а если настигнет, то в каком возрасте она будет разрушать его память. Грозит ли человеку риск заболеть раком, диабетом или другой болезнью или его здоровью ничего не грозит.

Путь становления генетики не был прямым. Отцом законов наследственности принято считать австрийского монаха августинца Г. Менделя (1822-1884). Революционная новизна его подхода к изучению гибридизации растений состояла в том, что он исследовал изменения, происходившие в целом ряде поколений растений.

Гибрид, полученный при скрещивании растений, отличающихся друг от друга одной парой альтернативных признаков, будет нести признаки одного из родителей (первый закон Менделя).

Скрещивание двух потомков первого поколения между собой дает второе поколение, в котором наблюдается расщепление в числовом отношении 3:1 по фенотипу (второй закон Менделя).

При скрещивании двух особей, отличающихся друг от друга по двум или большему числу пар альтернативных признаков, признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях (третий закон Менделя) (рис. 32).

Только спустя примерно сорок лет после опубликования работы Менделя (1865 г.) биологи вновь «открыли» его законы. В 1906 г. английский биолог У. Бетсон ввел в научный обиход для обозначения наследственности понятие «генетика» (греч. genos-происхождение, род). В 1909 г. датский ученый В. Йогансен дал имя «ген» менделевским «элементам» наследственности. Ко времени, когда понятие «ген» вошло в словарь науки, американскому биологу Т.Х Моргану (1866-1945) посчастливилось сделать важную находку. Морган был специалистом по эмбриологии. Он намеревался доказать, что никаких наследственных элементов в живом организме не существует. Трудно было представить, что какие-то крохотные частицы в клетках порождают все разнообразие форм жизни. Опыты, в которых Морган планировал получить такое опровержение, его поразили.

а)

Фиолетовые цветы

б)

705 растений фиолетового цвета

224 растения белого цвета

в)

Рис.32. Цветы гороха: а) чистые (родительские) сорта, различающиеся только окраской; б) гибриды первого поколения; в) гибриды второго поколения (элементы наследственности разделены и в результате скрещивания не исчезают)

В качестве объекта своих исследований он выбрал неприметную мушку-дрозофилу. Чернобрюхие любительницы сладкого оказались идеальным объектом для экспериментов. Невероятно кропотливая и однообразная работа по скрещиванию мух с определенными признаками и подсчет наследуемых признаков в последующих поколениях привели Моргана к созданию хромосомной теории наследственности. То, что первоначально планировалось опровергнуть, оказалось доказанным. Морган предположил, что гены находятся в хромосомах на определенном месте и расположены в строгой последовательности.

Оказалось, что на гены можно воздействовать. Это было доказано американским генетиком Г. Д. Меллером (1890-1967). При облучении дрозофил рентгеновскими лучами изменяются гены, число мутантов среди них резко увеличивается (мутация–внезапно возникающее естественное или искусственное изменение наследственных структур, ответственных за хранение и передачу генетической информации). Так природа генов стала полем исследования для представителей различных наук.

В 1935 г. в Берлине молодой физик М. Дельбрюк пригласил к себе в гости немецкого математика К. Циммера и русского генетика Н. Тимофеева-Ресовского. «Междисциплинарное трио» пришло к выводу, что ген следует представлять себе как крупное соединение атомов. Подлинно историческое значение этой гипотезы, опубликованной в совместной работе ученых, раскрылось лишь десятилетие спустя, когда начался расцвет молекулярной биологии. Было установлено, что гены-это действительно крупные соединения атомов, а точнее–это участки в молекуле ДНК, включающие от 1000 до 1500 нуклеотидов, определяющих структуру синтезируемого организмом белка или одной нуклеотидной цепи.

ДНК-гигантская молекула, располагающаяся главным образом в ядре клетки. Окончательно разобраться в строении ДНК удалось, как мы уже говорили ранее, двум молодым ученым, которые в пятидесятых годах работали в Кембридже. Это были 23-летний американский биолог Д. Уотсон, которого его профессор послал в Европу, чтобы он «хоть немного подучился химии», и английский физик Ф. Крик, который уже несколько лет писал свою диссертацию. Уотсон и Крик воспользовались результатами австрийского биохимика Э. Чарграффа, впоследствии работавшего в США, и американского физика и химика Л. Полинга. Первый из них доказал, что составляющими ДНК являются молекулярные фрагменты цитозин, гуанин, аденин и тимин, с помощью которых посредством водородных связей две полинуклеотидные цепи молекулы ДНК закрепляются между собой. Второй, незадолго перед открытием Уотсона и Крика, описал строение белков. Значительную помощь в понимании структуры ДНК оказал английский физик М. Уилкинс, делавший лучшие в Лондоне рентгеновские снимки структуры ДНК. Уотсон и Крик выстроили структурную модель ДНК, которую описали как винтовую лестницу, закрученную вправо.

Ядро содержит 23 пары хромосом, в которых заключен «строительный план» организма

Клетка