В антропологии выдвинут ряд гипотез, которые пытаются разрешить эту Проблему, предполагая, что человек стал человеком благодаря: жизни в воде; мутации в клетках мозга гоминид, вызванной жесткими излучениями вспышки сверхновой звезды, либо инверсиями геомагнитного поля; мутант в сообществе гоминид появился в результате теплового стресса. Рассмотрим эти гипотезы в изложенном порядке.

Весьма оригинальной является гипотеза шведского исследователя Я. Линдблада. Согласно ей, южноамериканские индейцы, живущие в тропическом лесу, являются самыми древними людьми на Земле, причем предшественником человека была «безволосая обезьяна», или «икспитек», ведущая водный образ жизни. Именно редуцированная волосатость, прямохождение, длинные волосы на голове, присущие только человеку эмоциональность и сексуальность обусловлены особенностями образа жизни водяного гоминида (меньшую часть суток он проводил на берегу). «Как всегда, когда новый образ жизни повышает процент выживания, - пишет Я. Линдблад, - мутационные изменения наследственных структур влекут за собой приспособление к водной среде. Здесь это выражается в уменьшении волосатости тела и развитии слоя подкожного жира. Однако на голове волосы длинные - важный фактор для выживания детенышей. У детенышей первые годы жизни особенно мощный слой подкожного жира. Ноги икспитека длиннее рук, большие пальцы ног не противопоставляются и направлены вперед. Осанка при ходьбе более прямая - возможно, такая же, как у нас. Другими словами, у икспитека вполне человеческий вид, во всяком случае, на расстоянии». Дальнейшее развитие черепа и мозга привело к появлению человека современного типа. В рамках сформировавшегося в последнее время такого направления научных исследований, как «космический катастрофизм», выдвинута гипотеза о возникновении современного человека в связи со вспышкой близкой сверхновой звезды. Зафиксировано то весьма удивительное обстоятельство, что вспышка близкой сверхновой в нашей Галактике звезды по времени (происходящая один раз в 100 млн лет) приблизительно соответствует возрасту древнейших останков человека разумного (35-60 тыс. лет назад). К тому же некоторые из антропологов считают, что появление современного человека обусловлено мутацией. А импульсы гамма- и рентгеновского излучения от вспышки сверхновой звезды, как известно, сопровождаются кратковременным увеличением числа мутаций. В этом случае на поверхности Земли резко увеличивается интенсивность ультрафиолетового излучения, являющегося мутагенным агентом, который, в свою очередь, инициирует появление других мутагенов. В конечном счете, можно сказать, что жесткое излучение, порожденное взрывом сверхновой, могло вызвать необратимые изменения в клетках мозга, что привело к формированию разумных мутантов вида?человека разумного». Во всяком случае, со вспышками сверхновых современная наука связывает: образование Солнечной системы, происхождение жизни и, возможно, происхождение современного типа человека с его цивилизацией.

Другая гипотеза исходит из того, что современный человек-мутант, возникший вследствие инверсии земного магнитного поля. Установлено, что земное магнитное поле, которое в основном задерживает космические излучения, по неизвестным до сих пор причинам иногда ослабевает; тогда и происходит перемена магнитных полюсов, т. е. геомагнитная инверсия. Во время таких инверсий степень космических излучений на нашей планете резко возрастет. Исследуя историю Земли, палеомагнетологи пришли к выводу, что в течение последних 3 млн лет магнитные полюса Земли четырежды менялись местами. Некоторые обнаруженные останки первобытных людей относятся к эпохе четвертой геомагнитной инверсии. Такое необычное стечение обстоятельств приводит к мысли о возможном влиянии космических излучений на появление человека. Эту гипотезу усиливает следующий факт: человек появился в то время и в тех местах, в которых сила радиоактивного излучения оказалось наиболее благоприятной для изменения человекообразных обезьян. Именно такие условия возникли около 3 млн лет назад в Южной и Восточной Африке - в период отделения человека от мира животных. По мнению геологов, в этом регионе в силу сильных землетрясений обнажились залежи радиоактивных руд. Это, в свою очередь, вызвало мутацию у какого-то вида обезьян, который был наиболее предрасположен к изменению генетических черт. Вполне возможно, что около 3 млн лет назад длительное воздействие радиоактивного излучения настолько глубоко изменило австралопитека, что он стал способен совершать действия, необходимые для его безопасности и обеспечения пищей. В соответствии с этой гипотезой питекантроп появился около 700 тыс. лет назад, когда же наступило второе изменение геомагнитных полюсов Земли (250 тыс. лет назад), появляется неандерталец, возникновение же современного человека приходится на четвертую геомагнитную инверсию. Такой подход вполне правомерен, ибо известна роль геомагнитного поля в жизнедеятельности организмов, в том числе и человека.

Следующая гипотеза сообщает, что все мы принадлежим к одному подвиду «человека разумного» и происходим от одной праматери и одного праотца, вполне конкретные мужчина и женщина (точнее, как теперь считается, группа из примерно 20 мужчин и 20 женщин), потомками которых являемся мы, ныне живущие люди. Более строго, как мы увидим, их следует называть генетическими Адамом и Евой. Их реальное существование признается научным большинством, но некоторые ученые в этом пока сомневаются. Адам и Ева жили приблизительно 150-200 тыс. лет назад в Африке, и их еще нельзя относить к человеку разумному, а скорее, к человеку прямоходящему. Они жили в разных местах и в разное время. Естественно, что они были не одни - вокруг них и одновременно с ними жили еще десятки тысяч других вполне таких же людей. Определенно некоторые из них также являются нашими предками. Разница в том, что эти другие были предками кого-то из нас, может, даже многих из нас, но, что принципиально, не всех. Понятие же о генетических Адаме и Еве предполагает, что эти два «человека» являются прямыми предками ВСЕХ людей, живущих сейчас на Земле.

Такова общая гипотетико-теоретическая ситуация разработки проблемы антропогенеза на сегодняшний день. Не все в ней до конца выяснено и объяснено, не во всем ученые согласны между собой. Но в этом нет ничего удивительного, ибо мы имеем дело с венцом творения природы - человеком. Важно подчеркнуть следующее: в науке можно считать доказанным тот факт, что человек - это продукт естественного развития природы. Своими корнями он уходит в биосферу Земли и является ее законнорожденным ребенком.

Концепции этнологии

Этнология - (от греческого ethnos - нация, народ, логия) народоведение, наука, изучающая бытовые и культурные особенности народов мира, проблемы происхождения (этногенез), расселения (этнография) и культурно-исторических взаимоотношений народов. Оформилась как наука в XIX веке с возникновением эволюционной школы, появлением исследований Л. Г. Моргана и книги Ф. Энгельса «Происхождение семьи, частной собственности и государства» (1884 г.), в которой сформулированы основы учения о первобытно-общинном строе. Большие заслуги в развитии этнологии в России принадлежат Н. Н. Миклухо-Маклаю, М. М. Ковалевскому, Д. Н. Ану-чину. Этнология - это рождающаяся наука. Потребность в ней возникла лишь во второй половине XX века, когда выяснилось, что простое накопление этнографических собраний и наблюдений грозит тем, что наука, не ставящая проблем, превратится в бессмысленное коллекционирование. И вот возникли на наших глазах обществоведение и этнология - две дисциплины, интересующиеся одним, на первый взгляд, предметом - человеком, но в совершенно разных аспектах. И это закономерно. Каждый человек одновременно член социума и член этноса, а это далеко не одно и то же.

Человечество, существующее на Земле совсем немного, каких-нибудь 30-50 тыс. лет, тем не менее, произвело на ее поверхности перевороты, которые В. И. Вернадский приравнивал к геологическим переворотам малого масштаба. Эта проблема актуальна для нашего поколения, а особенно актуальной станет она для наших потомков. Человек как существо биологическое относится к роду Homo. Для этого рода при его появлении на Земле было характерно довольно большое разнообразие видов. Это касается и тех видов Homo, которых мы, строго говоря, не вправе считать людьми, а именно: питекантропов и неандертальцев. Этнос у человека - это то же, что прайды у львов, стаи у волков, стада у копытных животных. Это форма существования вида Homo sapiens и его особей, которая отличается как от социальных образований, так и от чисто биологических характеристик, какими являются расы.

В количестве рас мнения ученых-антропологов расходятся - четыре или шесть. И по внешнему виду, и по психофизическим особенностям представители различных рас весьма отличаются друг от друга. Раса - относительно стабильная биологическая характеристика вида людей, но при этом никак не форма их общежития, способ их совместной жизни. Расы различаются по чисто внешним признакам, которые можно определить анатомически. Так же как не совпадает этнос с расой, не совпадает он и с другой биологической группировкой особей - популяцией. Популяция - сумма особей, живущих в одном ареале и беспорядочно между собою скрещивающихся. В этносе всегда есть брачные ограничения. Два этноса могут сосуществовать на одной территории веками и тысячелетиями. Могут взаимно друг друга уничтожать или один уничтожит другой. Значит, этнос не биологическое явление, так же как и не социальное. «Вот почему предлагаю этнос считать явлением географическим, - писал отечественный этнолог С. Лурье, - всегда связанным с вмещающим ландшафтом, который кормит адаптированный этнос». А поскольку ландшафты Земли разнообразны, разнообразны и этносы.

Зависимость человека от окружающей его природы, точнее, от географической среды, не оспаривалось никогда, хотя степень этой зависимости расценивалась разными учеными различно. Но, в любом случае, хозяйственная жизнь народов, населяющих и населявших Землю, тесно связана с ландшафтами и климатом населенных территорий. Подъем и упадок экономики древних эпох проследить довольно трудно из-за неполноценности информации, получаемой из первоисточников. Но есть индикатор - военная мощь.

О значении географических условий, например, рельефа для военной истории, говорилось давно, можно сказать, всегда. Однако останавливаться на такой ясной проблеме в XX веке нецелесообразно, потому что и история ныне ставит куда более глубокие задачи, чем раньше, и география отошла от простого описания диковинок нашей планеты и обрела возможности, которые нашим предкам были недоступны.

Поэтому вопрос стоит иначе. Не только как влияет географическая среда на людей, но и в какой степени сами люди являются составной частью той оболочки Земли, которая сейчас именуется биосферой. На какие именно закономерности жизни человечества влияет географическая среда и на какие не влияет? Эта постановка вопроса требует анализа. Говоря об истории человечества, обычно имеют в виду общественную форму движения истории, т. е. прогрессивное развитие человечества как целого по спирали. Это движение спонтанное и уже из-за одного этого этому не может быть функцией каких бы то ни было внешних причин. На эту сторону истории ни географические, ни биологические воздействия влиять не могут. Так на что же они влияют? На организмы, в том числе и людские. Этот вывод сделан уже в 1922 г. выдающимся русским физиогеографом Львом Бергом для всех организмов, в том числе и для людей: «Географический ландшафт воздействует на организмы, принудительно заставляя все особи варьировать в определенном направлении, насколько это допускает организация вида. Тундра, лес, степь, пустыня, горы, водная среда, жизнь на островах и т. д. - все это накладывает особый отпечаток на организмы. Те виды, которые не в состоянии приспособиться, должны переместиться в другой географический ландшафт или вымереть». А под «ландшафтом» понимается «участок земной поверхности, качественно отличный от других участков, окаймленный естественными границами и представляющий собой целостную и взаимно обусловленную закономерную совокупность предметов и явлений, которая типически выражена на значительном пространстве и неразрывно связана во всех отношениях с ландшафтной оболочкой». Берг в своих трудах сформулировал эволюционную концепцию номогенеза как процесса, протекающего по определенным внутренним закономерностям, не сводимым к воздействиям внешней среды. В отличие от Дарвина, Берг полагал, что наследственная изменчивость закономерна и упорядочена (например, гомологическими рядами), а естественный отбор не движет эволюцию, но лишь «охраняет норму». Он полагал также, что всему живому присуща изначальная целесообразность (так думал и Аристотель, строя свою лестницу существ) реакций на воздействие внешней среды, развитие же совершается за счет некой независимой от среды силы, направленной в сторону усложнения биологической организации. В наше время идеи номогенеза развивали выдающиеся русские ученые биологи А. А. Любищев и С. В. Мейен.

Изменчивость - свойство организмов приобретать новые признаки и особенности индивидуального развития под влиянием среды. Различают модификационную и генотипическую изменчивость.

Модификационная изменчивость - это способность организма реагировать на условия окружающей среды, изменяться в пределах нормы реакции организма.

Наследственная изменчивость - это способность к изменению самого генетического материала.

При всех формах изменчивости имеется генетический контроль и о происшедших изменениях можно судить лишь по фенотипу (по изменению признаков и свойств организма).

Модификации развиваются в естественных условиях среды и подвергаются действию факторов, много раз встречавшихся в процессе филогенеза, то есть норма реакции складывалась исторически.

Модификации, напоминающие проявления мутаций известных генов, называются фенокопии. Они сходны с мутациями, но механизм их возникновения различен (катаракта может быть следствием как мутации, так и фенокопией).

Модификации имеют приспособительное значение и способствуют адаптации организма к условиям окружающей среды, сохраняют гомеостаз организма.

Изучение модификационной изменчивости проводится с помощью близнецового метода (соотносительная роль наследственности и среды в развитии признака) и метода вариационной статистики (изучение количественных признаков).

Генотипическая изменчивость связана с качественными и количественными изменениями наследственного материала. Она включает комбинативную и мутационную изменчивость.

1. Комбинативная изменчивость. Уникальность каждого генотипа обусловлена комбинативной изменчивостью, которая определяется новыми сочетаниями аллелей генов в генотипе. Достигается это в результате 3-х процессов: два из них связаны с мейозом, третий - с оплодотворением.

2. Мутационная изменчивость. При мутационной изменчивости нарушается структура генотипа, что вызвано мутациями. Мутации - это качественные, внезапные, устойчивые изменения в генотипе.

Существуют различные классификации мутаций.

По уровню изменения наследственного материала (генные, хромосомные, геномные);

По проявлению в фенотипе (морфологические, биохимические, физиологические);

По происхождению (спонтанные, индуцированные);

По их влиянию на жизнь организма (летальные, полулетальные, условно летальные);

По типам клеток (соматические и генеративные);

По локализации в клетке (ядерные, цитоплазматические).

Генные мутации связаны с молекулой ДНК - нарушение нормальной последовательности нуклеотидов, свойственной данному гену. Это может быть вызвано изменением количества нуклеотидов (выпадением или вставкой) или их заменой.

Мутации появляются в генотипе с определённой частотой и часто проявляются фенотипически. Некоторые из них являются причиной возникновения генных (молекулярных) болезней. В организме имеются механизмы, ограничивающие неблагоприятный эффект мутаций: репарация ДНК, диплоидный набор хромосом, вырожденность генетического кода, повтор (амплификация) некоторых генов.

Хромосомные мутации (аберрации) заключаются в изменении структуры хромосом (внутрихромосомные и межхромосомные).

Внутрихромосомные мутации: делеции, дупликации, инверсии. При делециях и дупликациях изменяется количество генетического материала, а при инверсиях - его расположение. При межхромосомных мутациях происходит транслокация наследственного материала, обмен участками между негомологичными хромосомами.

Геномные мутации заключаются в изменении числа отдельных хромосом (гетероплоидия) или нарушении геномного числа хромосом (полиплоидия).

Хромосомные и геномные мутации являются причинами хромосомных болезней. Разработана система обозначений мутаций (Денверская и Парижская классификация).

Мутации имеют значение в онто- и филогенезе, они приводят к появлению новых свойств наследственного материала: генные - появлению новых аллелей, хромосомные аберрации - к образованию новых групп сцепления генов, геномные мутации - новых генотипов. Они обеспечивают фенотипическое разнообразие организмов.

Мутагенез (мутационный процесс)

Мутационный процесс - процесс возникновения, формирования и реализации наследственных нарушений. Основой мутационного процесса являются мутации. Мутации происходят как в естественной среде обитания организмов, так и в условиях направленного воздействия мутагенами. В зависимости от этого различают спонтанный и индуцированный мутагенез.

Спонтанный мутагенез - это самопроизвольный процесс возникновения мутаций под влиянием естественных факторов среды. Существует несколько гипотез относительно генеза спонтанных мутаций: естественная радиация, наличие генов-мутаторов, определенное соотношение мутагенов и антимутагенов и др. По современным данным мутации возникают при нарушении процесса репликации и репарации ДНК.

Спонтанный мутационный процесс характеризуется определенной интенсивностью (частотой генных, хромосомных и геномных мутаций), непрерывностью, ненаправленностью, отсутствием специфичности; он является одной из биологических характеристик вида (стабильность генотипа) и протекает постоянно. Частота спонтанных мутаций подвергается генному контролю (ферменты репарации) и параллельно влиянию естественного отбора (появление новых мутаций уравновешивается их элиминацией). Познание закономерностей спонтанного мутагенеза, причин его возникновения необходимо для создания специальных методов слежения за мутациями, чтобы контролировать их количество у человека.

Индуцированный мутагенез - возникновение мутаций под влиянием направленных специальных факторов внешней среды - мутагенов.

Способностью индуцировать мутации обладают различные мутагены физической, химической и биологической природы, которые вызывают соответственно радиационный, химический и биологический мутагенез.

Физические мутагены: ионизирующее излучение, ультрафиолет, температура и др. Ионизирующая радиация оказывает непосредственное действие на гены (разрыв водородных связей ДНК, изменение нуклеотидов), хромосомы (хромосомные аберрации) и геномы (изменение числа и наборов хромосом). Эффект радиации сводится к ионизации и образованию свободных радикалов. Разные формы живых организмов характеризуются различной чувствительностью к радиации.

Химические мутагены (лекарственные препараты, никотин, алкоголь, гербициды, пестициды, кислоты, соли и др.) вызывают генные, реже хромосомные мутации. Мутагенный эффект больше у тех соединений, которые способны взаимодействовать с ДНК в период репликации.

Биологические мутагены (вирусы, живые вакцины и др.) вызывают генные мутации и хромосомные перестройки. Мутагенный эффект избирателен в отношении отдельных генов.

При оценке индуцированных мутаций учитывают индивидуальный и популяционный прогноз. Все виды мутагенеза опасны при вовлечении больших популяций людей.

Для защиты живых организмов от поражающего действия мутагенов используются антимутагены, организуется комплексная система генетического мониторинга и химического скрининга.

Репарация генетического материала

ДНК отличается высокой стабильностью, которая поддерживается особой ферментативной системой, находящейся под генетическим контролем, она же принимает участие и в репарации. Многие повреждения ДНК, которые могли бы реализоваться в виде мутаций при действии сильных мутагенов, исправляются репаративными системами.

Генетические различия в активности репарирующих ферментов определяют разную продолжительность жизни и устойчивость организмов к действию мутагенов и канцерогенов. У человека некоторые болезни (прогерия) связаны с нарушением процесса репликации и репарации ДНК. Моделью для изучения генетических механизмов репарации является заболевание – пигментная ксеродерма. Известно, что 90% мутагенов являются и канцерогенами. Существует несколько теоретических концепций (теорий) канцерогенеза: мутационная, вирусно-генетическая, концепция онкогена и др.

Генетический мониторинг

Человек контактирует с разнообразными химическими веществами, проверить каждое на возможность мутагенного (канцерогенного) эффекта или генотоксичности не представляется возможным, поэтому проводится отбор определенных химических веществ для исследования на мутагенность.

Выбор того или иного вещества определяется:

Его распространением в среде обитания человека и контактом с ними большей части населения (лекарства, косметические средства,

продукты питания, пестиды и др.)

Структурным сходством с известными мутагенами и канцерогенами (нитрозосоединения, ароматические углеводороды) Для исследования на мутагенность

Используется несколько тест-систем (около 20 из 100 имеющихся методов) т.к. нет универсального теста для выявления всех типов мутаций в половых и соматических клетках.

Применяется ступенчатость тестирования (в начале на микроорганизмах, дрозофиле и др. объектах и только потом в клетках человека.)

Иногда достаточно использование одной тест-системы, для выявления мутагенности вещества и соответственно невозможность его использования.

Генетический мониторинг - это система долговременных популяционных исследований по контролю за мутационным процессом у человека (слежение за мутациями). Он складывается из:

Химического скрининга - экспериментальной проверки мутагенности химических соединений (слежение за мутациями в тест-системах)

Прямого анализа частот генных мутаций

Феногенетического мониторинга.

Система тестирования состоит из просеивающей и полной программы, возможность их использования определяется степенью контакта населения с данным химическим веществом.

Молекулярные механизмы мутаций

Мутации. Мутационная теория. Мутагены

Краткая история изучения мутагенеза

Современные представления о мутациях сложились к началу XX столетия. Например, российский ботаник Сергей Иванович Коржинский в 1899 г. разработал эволюционную теорию гетерогенезиса, основанную на представлениях о ведущей роли дискретных (прерывистых) изменений.

Однако наиболее известной стала мутационная теория голландского ботаника Хьюго (Гуго) Де Фриза (1901 г.):

1 Мутации возникают внезапно, без всяких переходов.

2 Мутантные формы вполне устойчивы.

3 Мутации характеризуются дискретностью (прерывистостью); это качественные изменения, которые не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг среднего типа (моды).

4 Мутации возникают в разных направлениях, они могут быть вредными и полезными.

5 Успех в выявлении мутаций зависит от числа проанализированных особей.

6 Одни и те же мутации могут возникать повторно.

Таким образом, мутации – это качественные изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма .

Организм, во всех клетках которого обнаруживается мутация, называется мутантом . Это происходит в том случае, если данный организм развивается из мутантной клетки (гаметы, зиготы, споры). В ряде случаев мутация обнаруживается не во всех соматических клетках организма; такой организм называют генетической мозаикой . Это происходит, если мутации появляются в ходе онтогенеза – индивидуального развития. И, наконец, мутации могут происходить только в генеративных клетках (в гаметах, спорах и в клетках зародышевого пути – клетках-предшественницах спор и гамет). В последнем случае организм не является мутантом, но часть его потомков будет мутантами.

В дальнейшем мутационная теория Де Фриза была дополнена рядом положений. Установлено, что в одном и том же гене могут возникать разные мутации: тогда возникают серии множественных аллелей . Например, у мушки дрозофилы ген white («уайт» – белый), определяющий окраску глаз представлен последовательно доминирующими аллелями: w + (темно-красные глаза) > w ch (вишневые) > w a (абрикосовые) > w bf (тускло-желтые) > w (белые) и т.д. У кроликов ген, определяющий степень выраженности альбинизма, представлен последовательно доминирующими аллелями: C (нормальная, неальбинистическая окраска) > c ch (шиншилловая) > c h (горностаевая) > с (полный альбинизм).

В то же время, в разных генах могут возникать мутации со сходным фенотипическим эффектом. Такие мутации называются генокопиями . Генокопии необходимо учитывать в селекционном процессе: например, мутациями в разных генах может быть обусловлена устойчивость к фитопатогенным грибам у разных сортов растений.

Многочисленными исследованиями доказано, что мутации не носят адаптивный характер, они случайны, не направлены. Только в ходе эволюции, в ходе отбора оценивается «полезность», «нейтральность» или «вредность» мутаций в определенных условиях.

Установлено, что мутабильность гена (т.е. частота появления определенной мутации) зависит от природы гена: существуют гены, склонные к мутированию, и относительно стабильные гены. Еще в конце 20-х годов А. Стертевант, а затем Н. И. Шапиро предложили на основании исследования дрозофилы рассматривать мутабильность как адаптивный признак вида.

Мутационная теория Де Фриза основана на представлениях о спонтанных мутациях, которые возникают без видимых причин. Де Фриз не пытался (да и не мог) вскрыть механизмы возникновения мутаций.

Изучение молекулярных механизмов возникновения мутаций неразрывно связано с изучением мутагенеза. (Мутагенез – это процесс получения индуцированных мутаций с помощью мутагенов.)

Впервые индуцированные мутации были получены отечественными генетиками Г.А. Надсоном и Г.С. Филипповым в 1925 г. при облучении дрожжей излучением радия. В 1927 г. американский генетик Г. Мёллер выявил мутагенное действие рентгеновских лучей на дрозофиле, а в 1928 г. Л. Стадлер описал мутагенное действие рентгена на ячмень.

В 1930-ых гг. был открыт химический мутагенез. В 1932 г. В.В. Сахаров, а в 1934 г. М.Е. Лобашев и Ф.А. Смирнов показали, что некоторые химические вещества (йод, уксусная кислота, аммиак) способны индуцировать мутации у дрозофилы. В 1939 г. С.М. Гершензон установил, что чистая ДНК является сильным мутагеном. В течение 1940-ых гг. было доказано, что сильными мутагенами могут быть самые разнообразные вещества: этиленимин (И.А. Рапопорт, СССР), азотистый иприт (Ш. Ауэрбах и Дж. Робсон, Великобритания).

Параллельно было установлено, что мутагены при определенных условиях оказывают канцерогенное и тератогенное действие.

(Канцерогены – это факторы, провоцирующие развитие онкологических заболеваний; тератогены – это факторы, провоцирующие развитие различных аномалий, уродств. Наряду с тератами – уродствами – часто встречаются морфозы – изменения, которые не ведут к утрате органом его функций.)

Отличить мутагенное действие от тератогенного сравнительно легко: тераты (уродства) являются модификациями, они предсказуемы (направлены) и не сохраняются в последующих поколениях. Например, серая окраска тела у дрозофилы – это нормальный признак. В то же время известна мутация yellow – желтое тело. Эту мутацию легко получить искусственно, обрабатывая родительских особей различными мутагенами (заметим, что разные мутагены могут давать одинаковый фенотипический эффект). Если личинкам дрозофилы добавлять в корм азотнокислое серебро, то все эти личинки разовьются в мух с желтым телом. Но, если от этих желтых мух получить потомство и выращивать его на обычной питательной среде, то все потомки вновь станут серыми. Таким образом, в данном случае «пожелтение» тела мух – это не мутация, а модификация, или фенокопия (модификация, по фенотипу копирующая мутацию).

100 р бонус за первый заказ

Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line

Узнать цену

Одним из центральных вопросов современного естествознания, на который наука не дает однозначного ответа, является вопрос о появлении человека на Земле. Изучением происхождения и эволюции человека, движущих сил и закономерностей антропогенеза, соотношения биологического и социального в процессе развития человека занимается отрасль естествознанияантропология (от греч. anthropos – человек). В настоящее время существует несколько концепций происхождения человека.

1. Концепция креационизма. В древних мифах и легендах разных народов нашли отражение представления о божественном происхождении человека, согласно которым всемогущий бог (боги) создал окружающий мир и человека. Нередко в мифах говорится, что предками человека были различные животные: у жителей леса – волки, медведи; у жителей приморья – моржи или рыбы. Религиозные учения указывают на божественное происхождение человека. Господствующая в европейских странах религия – христианство – признает творцом мира и человека единого Бога, который создал человека на шестой день творения мира по своему образу и подобию.

2. Концепция эволюции. Попытки определить положение человека в природе, объяснить его сходство с другими животными имели место уже в трудах античных ученых-философов. Карл Линней в 1735 г., создавая свою классификацию органического мира, помещает человека в отряд приматов вместе с лемуром и обезьяной. Идея родства между высшими приматами и человеком нашла поддержку и научное обоснование в работах Ж. Б. Ламарка (1809),

Ж. Бюффона (1749). Крупнейшим вкладом в развитие симиальной (обезьяньей) теории антропогенеза стала книга Ч. Дарвина «Происхождение человека и половой отбор» (1871), в которой выдвигается гипотеза о происхождении человека от обезьяноподобного предка, предсказаны грядущие ископаемые находки, подчеркивается особое сходство человека, шимпанзе и гориллы и предполагается, что родиной первых людей была Африка. В дальнейшем открытия в области сравнительной анатомии, физиологии, биохимии, генетики предоставили ряд доказательств родства человека с высшими приматами. Найденные палеонтологами останки общих предков человека и человекообразных обезьян подтвердили правильность концепции антропогенеза.

3. Трудовая концепция. Фридрих Энгельс в своей работе «Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека» рассматривает особенности эволюции приматов, связанные с трудовой деятельностью. Существенным моментом в процессе антропогенеза является прямохождение, вызвавшее интенсивное развитие нервной системы, прежде всего головного мозга. Благодаря прямохождению произошло разделение функций верхних и нижних конечностей, сформировалась неспециализированная рука – орудие труда, способное производить сотни разнообразных и тонких движений. Совместная трудовая деятельность в тяжелых условиях помогла людям выжить и справиться с многочисленными угрозами окружающего мира, создать свой мир, комфортный и безопасный. Труд явился предпосылкой зарождения и дальнейшего развития общественных отношений, речи, мышления, сознания – всего, что отличает человека от животного. Человек – единственное существо на Земле, способное сознательно, целенаправленно преобразовывать окружающий мир, планировать и предвидеть результаты. Постепенно биологические факторы эволюции человека уступают место социальным факторам.

4. Концепция мутагенеза. В конце 20-х гг. XX в. исследователи пришли к выводу, что видообразование не может быть объяснено только изменениями условий окружающей среды (С. С. Четвериков, Р. А. Фишер, Н. П. Дубанин и др.). Основную роль в эволюции должны играть доминантные мутации – изменения генетического кода особи. Условия среды и образ жизни способствуют только естественному отбору среди множества мутаций особей, отличающихся некоторым преимуществом, лучшей приспособленностью к данным условиям. Причиной возникновения такого рода мутаций, как предполагают ученые, могут быть экстремальные геофизические факторы, например изменение уровня радиации или геомагнитная инверсия. Учеными установлено, что местом возникновения антропоидов является Восточная и Южная Африка, характеризующаяся высоким уровнем радиации и активной вулканической деятельностью. В результате землетрясений смещение геологических пластов вызвало обнажение радиоактивных пород и резкое увеличение радиоактивного излучения, что привело к интенсивному мутагенезу. Совпадение по времени с данными процессами геомагнитной инверсии сделало возможным появление разнообразных генетических мутаций, в том числе и биологически полезных. Гипотеза геомагнитной инверсии (смены магнитных полюсов Земли) была выдвинута антропологом Г. Н. Матюшкиным. Установлено, что северный и южный магнитные полюса Земли периодически меняются, при этом защитная функция магнитосферы ослабевает, что усиливает проникновение на поверхность Земли космической радиации на 60 %. Геомагнитные инверсии сопровождаются увеличением частоты мутаций в два раза, а это приводит к мощным вспышкам биологического формообразования. Найденные в Африке останки древних обезьянолюдей антропологи относят к периоду геомагнитной инверсии, появление питекантропа также по времени совпадает с очередной геомагнитной инверсией (690 тыс. лет назад). Следующая смена полюсов произошла 250–300 тыс. лет назад, в это же время на Земле существовали неандертальцы. Появление современного человека (30–40 тыс. лет назад) также совпадает с периодом очередной геомагнитной инверсии.

5. Космическая концепция, концепция панспермии. Жизнь зародилась в космосе и была занесена на Землю в виде космических зачатков – космозоев (Рихтер Г., 1865). Космическую концепцию поддерживали русские ученые С. П. Костычев, Л. С. Берг, В. И. Вернадский, связывая возникновение жизни с появлением на Земле частичек вещества, пылинок, спор из космического пространства, которые летают во Вселенной за счет светового давления.

В конце 1960-х гг. благодаря успехам космонавтики, изучению неопознанных летающих объектов (НЛО), описанию наскальных рисунков вновь возник интерес к гипотезам панспермии. Так, Б. И. Чувашов (1966) писал, что жизнь во Вселенной существует вечно и может быть перенесена с одной планеты на другую.

Страница 1

Мутагенез –

процесс возникновения наследственных изменений - мутаций, появляющихся естественно (спонтанно) или вызываемых (индуцируемых) различными физическими или химическими факторами - мутагенами.

Мутации

– это качественные изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма. увеличение губ гиалуроновой кислотой москва

Организм, во всех клетках которого обнаруживается мутация, называется мутантом. Это происходит в том случае, если данный организм развивается из мутантной клетки (гаметы, зиготы, споры). В ряде случаев мутация обнаруживается не во всех соматических клетках организма; такой организм называют генетической мозаикой. Это происходит, если мутации появляются в ходе онтогенеза – индивидуального развития. И, наконец, мутации могут происходить только в генеративных клетках (в гаметах, спорах и в клетках зародышевого пути – клетках-предшественницах спор и гамет). В последнем случае организм не является мутантом, но часть его потомков будет мутантами.

В основе мутагенеза лежат изменения в молекулах нуклеиновых кислот, хранящих и передающих наследственную информацию. Эти изменения выражаются в виде генных мутаций или хромосомных перестроек. Кроме того, возможны нарушения митотического аппарата клеточного деления, что ведет к геномным мутациям типа полиплоидии или анеуплоидии. Повреждения нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) заключаются либо в нарушениях углеводно-фосфатного остова молекулы (ее разрыв, вставка или выпадение нуклеотидов), либо в химических изменениях азотистых оснований, непосредственно представляющих генные мутации или приводящих к их появлению в ходе последующей репликации поврежденной молекулы. При этом пуриновое основание заменяется другим пуриновым или пиримидиновое основание - другим пиримидиновым (транзиции), либо пуриновое основание заменяется пиримидиновым или пиримидиновое - пуриновым (трансверсии). В результате в определяющих синтез белка тройках нуклеотидов (кодонах) возникают два типа нарушений: так называемые нонсен-скодоны («бессмысленные»), вообще не определяющие включение аминокислот в синтезируемый белок, и так называемые миссенс-кодоны («искажающие смысл»), определяющие включение в белок неверной аминокислоты, что изменяет его свойства. Вставки или выпадения нуклеотидов ведут к неправильному считыванию генетической информации (сдвигу рамки считывания), в результате чего обычно возникают «бессмысленные» кодоны и лишь в редких случаях «искажающие смысл».

Мутации возникают не мгновенно. Вначале под воздействием мутагенов возникает предмутационное состояние клетки. Различные репарационные системы стремятся устранить это состояние, и тогда мутация не реализуется. Основу репарационных систем составляют различные ферменты, закодированные в генотипе клетки (организма). Таким образом, мутагенез находится под генетическим контролем клетки; это – не физико-химический, а биологический процесс.

Например, ферментные системы репарации вырезают поврежденный участок ДНК, если повреждена только одна нить (эту операцию выполняют ферменты эндонуклеазы), затем вновь достраивается участок ДНК, комплементарный по отношению к сохранившейся нити (эту операцию выполняют ДНК-полимеразы), затем восстановленный участок сшивается с концами нити, оставшимися после вырезания поврежденного участка (эту операцию выполняют лигазы).

Существуют и более тонкие механизмы репарации. Например, при утрате азотистого основания в нуклеотиде происходит его прямое встраивание (это касается аденина и гуанина); метильная группа может просто отщепляться; однонитевые разрывы сшиваются. В некоторых случаях действуют более сложные, малоизученные системы репарации, например, при повреждении обеих нитей ДНК.

Однако при большом числе повреждений ДНК они могут стать необратимыми. Это связано с тем, что: во-первых, репарационные системы могут просто не успевать исправлять повреждения, а во-вторых, могут повреждаться сами ферменты систем репарации, необратимые повреждения ДНК приводят к появлению мутаций – стойких изменений наследственной информации.

Механизм мутагенеза для разных мутагенов неодинаков. Ионизирующие излучения действуют на нуклеиновые кислоты непосредственно, ионизируя и активируя их атомы. Это приводит к разрывам углеводно-фосфатного остова молекулы и водородных связей между комплементарными нитями ДНК, образованию «сшивок» между этими нитями, разрушению азотистых оснований, особенно пиримидиновых. Прямое действие ионизирующей радиации на хромосомы и содержащуюся в них ДНК обусловливает почти линейную зависимость между дозой облучения и частотой вызываемых облучением генных мутаций и нехваток (малых делений); однако для тех типов хромосомных перестроек, которые возникают в результате двух разрывов хромосомы (более крупные делеции, инверсии, транслокации и др.), зависимость между дозой облучения и их частотой имеет более сложный характер. Мутагенное действие ионизирующих излучений может быть и косвенным, так как прохождение их через цитоплазму или питательную среду, в которой культивируются микроорганизмы, вызывает радиолиз воды и возникновение свободных радикалов и перекисей, обладающих мутагенным действием. Ультрафиолетовое излучение возбуждает электронные оболочки атомов, что вызывает различные химические реакции в нуклеиновых кислотах, приводящие к мутациям. Из этих реакций наибольшее значение имеют гидратация цитозина и образование димеров тимина, но известную роль в мутагенезе играют также разрыв водородных связей между нитями ДНК и образование «сшивок» между этими нитями. Ультрафиолетовые лучи плохо проникают во внутренние ткани организма, и их мутагенное действие проявляется только там, где они могут достигнуть генетического аппарата (например, при облучении вирусов, бактерий, спор растений и т.п.). Наиболее мутагенны ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 2500 до 2800 А, поглощаемые нуклеиновыми кислотами. Лучи видимого спектра подавляют мутагенный эффект ультрафиолетовых лучей. Алкилирующие соединения, к числу которых принадлежат наиболее сильные из известных мутагенов (так называемые супермутагены), например нитрозоэтилмочевина, этилметансульфонат и др., алкилируют фосфатные группы нуклеиновых кислот (что приводит к разрывам углеводно-фосфатного остова молекулы), а также азотистые основания (главным образом гуанин), в результате чего нарушается точность репликации нуклеиновых кислот и возникают транзиции и изредка - трансверсии. Аналоги азотистых оснований включаются в нуклеиновые кислоты, что при последующей репликации ведет к появлению транзиций и трансверсий. Эти же типы изменений вызываются азотистой кислотой, дезаминирующей азотистые основания. Акридиновые красители образуют комплекс с ДНК, мешающий ее репликации: в результате выпадают или добавочно вставляются одна или несколько пар нуклеотидов, что приводит к сдвигу рамки считывания. Аналогичные типы реакций с нуклеиновыми кислотами характеризуют и другие химические мутагены, но для многих из них механизм мутагенеза изучен недостаточно.

Интересное на сайте:

Загар
Солнце - друг жизни. Энергия, которую несут солнечные лучи, нужна не только зеленым растениям. В ней нуждаются и птицы, и звери, и люди. Распространяется лучистая энергия в виде особых волн, которые, подобно звуковым, имеют различную длин...

Ноосфера. Учение В.И. Вернадского о ноосфере
Огромное влияние человека на природу и масштабные последствия его деятельности послужили основой для создания учения о ноосфере. Термин "ноосфера" (гр. пооs - разум) переводится буквально как сфера разума. Впервые его ввел в на...

Современные концепции развития геосферных оболочек
Внутреннее строение и история геологического развития земли. Происхождение планет изучает космогония. Гипотезы происхождения: - небулярные (из тумана) - материя планет выброшена из недр Солнца ударом комет (Леклерк, Бюффон); из космиче...