A identidade química de cada organismo vivo é determinada pela sequência de pares de bases no DNA desse organismo. A teoria da evolução afirma que as espécies se desenvolvem ao longo do tempo e seu DNA muda paralelamente a esse desenvolvimento. Vários eventos podem levar a uma mudança no DNA. Por exemplo, o acúmulo lento de mutações, erros maciços na cópia ou a penetração de uma sequência viral ácidos nucleicos. Mas uma coisa pode ser afirmada com segurança - quanto mais tempo passou desde que vivi ancestral comum duas espécies, maior o período durante o qual essas mudanças ocorreram e, portanto, mais diferentes as sequências de DNA das duas espécies.

Há algumas coisas a serem observadas sobre essa afirmação. Primeiro, contando as diferenças entre as sequências de DNA, podemos construir uma árvore genealógica de todos os organismos vivos. Por exemplo, humanos e chimpanzés compartilham 98% de seu DNA. Isso significa que nosso ancestral comum viveu muito recentemente. Ao mesmo tempo, em humanos e sapos, a parte correspondente do DNA é muito menor, portanto nosso ramo se separou do ramo ocupado pelos anfíbios muito antes. A teoria da evolução prevê que uma árvore genealógica construída dessa forma deve ser semelhante a uma árvore construída no século passado com base no estudo de fósseis. Na minha opinião, a coincidência dos dois árvores genealógicasé um dos melhores evidência difícil evolução. Também mostra que a teoria da evolução pode ser testada (como já mencionado na Introdução, esta é uma das requisitos essenciais algum Teoria científica), porque o poderia Acontece que os humanos são geneticamente mais próximos dos sapos do que dos chimpanzés.

O método do relógio molecular usa dados de DNA de uma forma mais fundamental. Se ocorrerem alterações no DNA com alguns velocidade média- se o relógio molecular funcionar uniformemente - então, contando o número de diferentes pares de bases nas sequências das duas espécies, podemos ter uma ideia do tempo de vida de seu último ancestral comum. Se a frequência das mudanças no DNA for constante, a análise do DNA moderno pode nos dizer sobre escalas de tempo em estágios diferentes desenvolvimento da árvore genealógica.

Na década de 1980, quando o conceito de relógio molecular foi proposto pela primeira vez, esperava-se que os pesquisadores ouvissem que as mudanças em todo o DNA ocorriam no mesmo ritmo - que todos os relógios marcavam no mesmo intervalo. No entanto, descobriu-se que existem muitos relógios moleculares diferentes e todos funcionam em velocidades diferentes. Por exemplo, os pares de bases na sequência de um gene importante não podem mudar muito sem prejudicar o organismo como um todo, de modo que o relógio que informa a hora dos pares de bases em tais genes é relativamente lento. Por outro lado, a maioria dos segmentos de DNA não afeta processos químicos no corpo, então o relógio pode correr mais rápido para esses segmentos.

Talvez a coisa mais atraente sobre o método do relógio molecular seja a perspectiva de sua aplicação à evolução humana recente. Para entender melhor tudo isso, você precisa saber que dentro de cada célula de organismos altamente desenvolvidos existem pequenas organelas - mitocôndria. O combustível da célula queima neles - ou seja, é realizado função essencial metabolismo. Acredita-se que as mitocôndrias tenham entrado em células mais complexas milhões de anos atrás em um processo de simbiose. Duas células que evoluíram independentemente uma da outra descobriram que se beneficiam de parcerias onde uma célula vive dentro da outra. O fato de a mitocôndria conter seu próprio DNA semelhante a um pequeno loop (existem 26 genes no DNA mitocondrial humano) sugere que esse evento aconteceu há muito tempo.

O esperma não possui mitocôndrias, então todo o DNA mitocondrial em seu corpo vem do óvulo de sua mãe. Em outras palavras, o DNA mitocondrial é transmitido pela linha materna. Foi estabelecido que o relógio molecular do DNA mitocondrial marca quase 10 vezes mais rápido do que o relógio do DNA contido no núcleo da célula. Portanto, o DNA mitocondrial foi escolhido para análise - afinal, para certo intervalo vez, sofrerá significativamente mais mudanças do que o DNA nuclear.

O DNA mitocondrial chamou a atenção do público pela primeira vez em 1987, depois que um grupo pesquisadores americanos recebido DNA mitocondrial de 147 representantes raças diferentes de diferentes partes do mundo e definir o número de mutações que os distinguem. Com base nos resultados da primeira análise, parecia que todos pessoas modernas são descendentes da mesma mulher que viveu na África há cerca de 200.000 anos. Essa mulher foi imediatamente chamada de Eva (ou, para uma aparência mais científica, Eva mitocondrial) e até mesmo colocada na capa de uma importante revista sócio-política.

Infelizmente, este resultado impressionante não resistiu ao teste de mais análise completa, e os cientistas não se lembram mais de Eva (ela foi vítima de análise crítica DNA feito programa de computador). De acordo com as últimas tendências científicas, os dados de DNA indicam que todos os humanos modernos descendem de uma população bastante pequena - cerca de 5 a 10 mil pessoas - que viveu na África há 100 a 200 mil anos.

relógio molecular

Juntamente com a datação por radiocarbono e potássio-argônio, existe outro método que permite determinar quando um grupo de animais se separou de outro - o relógio molecular. Em 1962, o lendário biólogo molecular Linus Pauling (vencedor de dois prémios Nobel) e Emil Zuckerkandl foram os primeiros a usar métodos moleculares para construir uma árvore de relações evolutivas entre organismos. Esta foi a primeira evidência de evolução de nossas próprias células e DNA. Pauling e Zuckerkandl notaram que o número de diferenças de aminoácidos nas moléculas de hemoglobina não corresponde apenas à divisão dos ramos evolutivos dos animais estudados; a quantidade de mudança é proporcional a quanto tempo atrás os dois organismos se separaram um do outro. Um ano depois, outro dos fundadores biologia molecular, Emanuel Margoliash, observou:

Parece que a quantidade de diferenças residuais entre o citocromo c de quaisquer dois espécies principalmente devido a quanto tempo atrás as linhas evolutivas às quais pertencem ambas as espécies divergiram. Se esta hipótese estiver correta, o citocromo c de todos os mamíferos deveria ser igualmente diferente do citocromo c de todas as aves. Uma vez que os peixes se separaram do principal árvore evolutiva vertebrados mais cedo do que aves e mamíferos, o citocromo c em aves e mamíferos deve ser igualmente diferente do citocromo c em peixes. Da mesma forma, o citocromo c de todos os vertebrados deveria igualmente diferente da proteína de levedura.

Todas essas evidências sugerem que as mudanças moleculares se acumularam ao longo do tempo à medida que ocorreram divergências evolutivas. grupos diferentes animais, e que a taxa de mudança das moléculas é proporcional à idade de separação das linhas evolutivas.

Nesse ínterim, começaram a surgir fatos que mostravam que a maior parte do DNA dos animais é "lixo" ou, pelo menos, não funcional. Uma grande parte do genoma simplesmente nunca é lida quando os genes são expressos e, portanto, permanece invisível para a seleção natural ou adaptativamente neutra. O trabalho pioneiro do bioquímico japonês Motoo Kimura, em particular, mostrou que a maioria das ligações no DNA não é afetada pelos processos que ocorrem no corpo. Esses links "invisíveis adaptativos" podem sofrer mutações espontâneas e seleção natural não eliminará algumas de suas opções em favor de outras. Com o tempo, essas mutações continuam a se acumular em um ritmo regular - tiquetaqueando como um relógio. Como a seleção natural não percebe essas mudanças, o tique-taque do relógio molecular torna-se uma ferramenta conveniente para estimar o tempo de divergência entre quaisquer duas linhas evolutivas em escalas geológicas. Resta apenas calibrá-los, com base nos conhecidos momentos de grandes divergências evolutivas registradas no registro fóssil.

em breve muitos biólogos moleculares começou a trabalhar de perto com relógio molecular, avaliando a história da divergência de diferentes grupos de animais e conciliando o tempo. O trabalho dos falecidos Vincent Sarich e Allan Wilson, da Universidade de Berkeley, mostrou repetidas vezes que, de acordo com o relógio molecular, as linhas evolutivas dos humanos e dos chimpanzés divergiram apenas 7 a 5 milhões de anos atrás e não antes de 8 milhões de anos atrás. , não 14 milhões de anos atrás, quando Ramapithecus viveu. Mas os paleontólogos mantiveram a linha. Eles estavam céticos sobre método molecular, como não comprovado e não confiável, uma vez que produzia resultados muito estranhos e ridículos de tempos em tempos. (Isso ainda acontece e nem sempre entendemos o porquê.)

Nas décadas de 1970 e 1980, a polêmica ficou mais acirrada, com adversários estabelecidos brigando em conferências e debates acalorados nas páginas da revista. revistas científicas. Sarich e Wilson estavam confiantes na confiabilidade de seus dados: deve haver algo errado com Ramapithecus ou com sua idade. Sarich era um cavalheiro corpulento, alto e imponente com barba espessa, possuído em voz alta e era intransigente nas disputas. Ele não hesitava em ferir e insultar as pessoas se quisesse. Em 1971, ele disse: "Você não tem o direito de chamar um fóssil com mais de oito milhões de anos de hominídeo, não importa sua aparência". Claro, isso foi frustrante para pesquisadores como Simons e Pilbeam, que continuaram a insistir que o Ramapithecus refutava os argumentos dos biólogos moleculares.

O impasse foi resolvido após outra descoberta feita em Sivalik. Em 1982, Pilbeam anunciou a descoberta de novos ossos de Ramapithecus, que incluíam não apenas uma mandíbula inferior completa, mas também um crânio parcialmente preservado. Juntamente com o crânio, esse animal lembrava muito mais um orangotango fóssil, que Guy Pilgrim, que escavou pela primeira vez em Sivalik, chamou de Sivapithecus em 1910. Maxilar inferior O Ramapithecus pertencia apenas a um parente fóssil do orangotango, semelhante ao hominídeo. Os antropólogos logo foram forçados a recuar e admitir seu erro, e com ele a vitória de Sarich, Wilson e da biologia molecular. Agora que os paleontólogos sabiam que os hominídeos fósseis não existiam há 14 milhões de anos, surgiu a pergunta: que O ancestral fóssil do homem é o mais antigo? Realmente não tem mais de 8 milhões de anos, como Sarich e Wilson previram?

Quanto mais o tempo separa duas espécies da época em que seu ancestral comum viveu, mais o DNA dessas espécies difere.

De acordo com o dogma central da biologia molecular, personalidade química de cada organismo vivo é determinado pela sequência de pares de bases no DNA desse organismo. A teoria da evolução afirma que as espécies se desenvolvem ao longo do tempo e seu DNA muda paralelamente a esse desenvolvimento. Vários eventos podem levar a uma mudança no DNA. Por exemplo, acúmulo lento de mutações, erros maciços de cópia ou penetração de sequências de ácidos nucleicos virais. Mas uma coisa é certa: quanto mais tempo passou desde que o ancestral comum de duas espécies viveu, mais longo foi o período durante o qual essas mudanças ocorreram e, portanto, mais as sequências de DNA dessas duas espécies diferem.

Há algumas coisas a serem observadas sobre essa afirmação. Primeiro, contando as diferenças entre as sequências de DNA, podemos construir uma árvore genealógica de todos os organismos vivos. Por exemplo, humanos e chimpanzés compartilham 98% de seu DNA. Isso significa que nosso ancestral comum viveu muito recentemente. Ao mesmo tempo, em humanos e sapos, a parte correspondente do DNA é muito menor, portanto nosso ramo se separou do ramo ocupado pelos anfíbios muito antes. A teoria da evolução prevê que uma árvore genealógica construída dessa forma deve ser semelhante a uma árvore construída no século passado com base no estudo de fósseis. Na minha opinião, a coincidência de duas árvores genealógicas é uma das evidências mais fortes da evolução. Também mostra que a teoria da evolução pode ser testada (como já mencionado na Introdução, este é um dos requisitos mais importantes de qualquer teoria científica), pois poderia Acontece que os humanos são geneticamente mais próximos dos sapos do que dos chimpanzés.

O método do relógio molecular usa dados de DNA de uma forma mais fundamental. Se o DNA muda a uma taxa média - se o relógio molecular funciona uniformemente - então, contando o número de pares de bases diferentes nas sequências de duas espécies, podemos ter uma ideia do tempo de vida de seu último ancestral comum. Se a frequência das mudanças no DNA for constante, a análise do DNA moderno pode nos dizer sobre as escalas de tempo em diferentes estágios do desenvolvimento da árvore genealógica.

Na década de 1980, quando o conceito de relógio molecular foi proposto pela primeira vez, esperava-se que os pesquisadores ouvissem que as mudanças em todo o DNA ocorriam no mesmo ritmo - que todos os relógios marcavam no mesmo intervalo. No entanto, descobriu-se que existem muitos relógios moleculares diferentes e todos funcionam em velocidades diferentes. Por exemplo, os pares de bases na sequência de um gene importante não podem mudar muito sem prejudicar o organismo como um todo, de modo que o relógio que informa a hora dos pares de bases em tais genes é relativamente lento. Por outro lado, a maioria dos segmentos de DNA não afeta os processos químicos do corpo, então o relógio pode correr mais rápido para esses segmentos.

Talvez a coisa mais atraente sobre o método do relógio molecular seja a perspectiva de sua aplicação à evolução humana recente. Para entender melhor tudo isso, você precisa saber que dentro de cada célula de organismos altamente desenvolvidos existem pequenas organelas - mitocôndria. Eles queimam o combustível da célula - ou seja, a função metabólica mais importante é realizada. Acredita-se que as mitocôndrias tenham entrado em células mais complexas milhões de anos atrás em um processo de simbiose. Duas células que evoluíram independentemente uma da outra descobriram que se beneficiam de parcerias onde uma célula vive dentro da outra. O fato de a mitocôndria conter seu próprio DNA semelhante a um pequeno loop (existem 26 genes no DNA mitocondrial humano) sugere que esse evento aconteceu há muito tempo.

O esperma não possui mitocôndrias, então todo o DNA mitocondrial em seu corpo vem do óvulo de sua mãe. Em outras palavras, o DNA mitocondrial é transmitido pela linha materna. Foi estabelecido que o relógio molecular do DNA mitocondrial marca quase 10 vezes mais rápido do que o relógio do DNA contido no núcleo da célula. Portanto, o DNA mitocondrial foi escolhido para análise - afinal, em um determinado período de tempo, ele sofrerá significativamente mais alterações do que o DNA nuclear.

O DNA mitocondrial chamou a atenção do público pela primeira vez depois que um grupo de pesquisadores americanos obteve DNA mitocondrial de 147 representantes de várias raças de diferentes partes do mundo em 1987 e estabeleceu o número de mutações que os distinguem. De acordo com os resultados da primeira análise, parece que todas as pessoas modernas traçam sua ancestralidade da mesma mulher que viveu na África há cerca de 200.000 anos. Essa mulher foi imediatamente chamada de Eva (ou, para uma aparência mais científica, Eva mitocondrial) e até mesmo colocada na capa de uma importante revista sócio-política.

Infelizmente, esse resultado impressionante não resistiu ao teste de uma análise mais completa, e os cientistas não se lembram mais de Eve (ela foi vítima de uma análise crítica de DNA feita por um programa de computador). De acordo com as últimas tendências científicas, os dados de DNA indicam que todos os humanos modernos descendem de uma população bastante pequena - cerca de 5 a 10 mil pessoas - que viveu na África há 100 a 200 mil anos.

Como a maioria das mutações genéticas aleatórias não prejudicam nem beneficiam o organismo, elas se acumulam a uma taxa constante (em uma escala de tempo geológico); e a partir deles pode-se julgar o tempo decorrido desde a separação de duas espécies descendentes de um ancestral comum. A taxa de acumulação de tais mudanças é chamada de curso do relógio molecular.

O relógio molecular (relógio molecular) é um método de datação de eventos filogenéticos com base na afirmação axiomática acima mencionada de que os ácidos nucleicos têm uma taxa quase constante de substituições evolutivamente significativas de monômeros moleculares (nucleotídeos). Segue-se que o tempo decorrido desde a divergência de cada par de ramos árvore genealógica("grupos irmãos"), proporcional ao número de substituições moleculares na ausência de pressão seletiva. A diferença entre moléculas ortólogas de duas espécies diferentes é usada para determinar o tempo decorrido desde que as duas espécies tiveram um ancestral comum pela última vez (para calcular o tempo de diferentes eventos evolutivos. Na realidade, a taxa de mutação é desigual e diferente para tipos diferentes, então os cálculos baseados em relógios moleculares são muito aproximados.

A hipótese do relógio molecular foi apresentada comparando a hemoglobina e o citocromo C de diferentes espécies. Zuckerkandl e Pauling (Zuckerkandl e Pauling, 1962) notaram que as taxas de substituição de aminoácidos nessas proteínas são aproximadamente as mesmas quando comparamos diferentes mamíferos. Eles assumiram que, para qualquer proteína em todas as linhagens filogenéticas, a taxa de evolução é constante.

Esta hipótese tem gerado muita controvérsia. Os evolucionistas clássicos objetaram, pois nenhuma constância de velocidades é observada no nível morfológico. As objeções a essa hipótese se intensificaram após a datação por métodos moleculares da época da divergência entre humanos e grandes símios africanos. Segundo dados moleculares, esse número era de 5 milhões de anos e, de acordo com a opinião geralmente aceita dos paleontólogos, 15 milhões de anos.

Estudos (por exemplo, Goodman, 1981) mostraram que nem todas as linhagens têm uma taxa de evolução constante: diferentes táxons têm diferentes taxas de evolução. Muito provavelmente, não existe um relógio molecular global, mas sim locais, dentro de táxons. De fato, dentro dos táxons, muitas vezes não há diferenças significativas nas taxas de substituições.

Diferenças na taxa de evolução são frequentemente explicadas pelo efeito do tempo de geração ou eficiência diferente dos sistemas de reparo, as taxas de substituição aumentam após duplicações de genes e durante períodos de radiação adaptativa.

No entanto, apesar da controvérsia da hipótese do relógio molecular, ela é amplamente utilizada para estimar os tempos de divergência das espécies e construir árvores filogenéticas.

Bilhete número 19 Variedades de mutações. Mutações são o material da evolução.

Mutação (lat. mutação- mudança) - persistente (isto é, aquele que pode ser herdado pelos descendentes de um determinado células ou organismo) mudança genótipo ocorrendo sob a influência do ambiente externo ou interno. Prazo proposto Hugo de Vries. O processo de mutação é chamado mutagênese .

As mutações são divididas em espontâneo e induzido. Mutações espontâneas ocorrem espontaneamente ao longo da vida de um organismo em condições normais. meio Ambiente com uma frequência de cerca nucleotídeo para celular geração.

Mutações induzidas são alterações herdadas. genoma decorrente de certos efeitos mutagênicos em condições artificiais (experimentais) ou sob efeitos adversos meio Ambiente.

As mutações aparecem constantemente no decorrer dos processos que ocorrem em uma célula viva. Os principais processos que levam à ocorrência de mutações são replicação do DNA, violações reparo do DNA e recombinação genética.

Existem várias classificações de mutações de acordo com vários critérios. Möller propôs dividir as mutações de acordo com a natureza da mudança no funcionamento do gene em hipomórfico(modificado alelos agem na mesma direção que os alelos do tipo selvagem; apenas menos produto proteico é sintetizado) amorfo(uma mutação parece uma perda completa da função do gene, por exemplo, uma mutação branco no Drosophila), antimórfico(o traço mutante muda, por exemplo, a cor de um grão de milho muda de roxo para marrom) e neomórfico.

Na literatura educacional moderna, uma classificação mais formal também é usada, com base na natureza das mudanças na estrutura de genes individuais, cromossomos e no genoma como um todo. Dentro desta classificação, distinguem-se os seguintes tipos de mutações:

genômico;

cromossômico;

genético.

Genômica: - poliploidização(a formação de organismos ou células cujo genoma é representado por mais de dois (3n, 4n, 6n, etc.) conjuntos de cromossomos) e aneuploidia(heteroploidia) - uma alteração no número de cromossomos que não é um múltiplo do conjunto haploide (ver Inge-Vechtomov, 1989). Dependendo da origem dos conjuntos cromossômicos, entre os poliploides, distinguem-se os alopoliploides, que possuem conjuntos de cromossomos obtidos por hibridização de diferentes espécies, e os autopoliploides, nos quais há um aumento no número de conjuntos de cromossomos do próprio genoma, um múltiplo de n.

No mutações cromossômicas ocorrem grandes rearranjos da estrutura de cromossomos individuais. Neste caso, há uma perda ( eliminação) ou dobrando a parte ( duplicação) o material genético de um ou mais cromossomos, uma mudança na orientação dos segmentos cromossômicos em cromossomos individuais ( inversão), bem como a transferência de parte do material genético de um cromossomo para outro ( translocação) (um caso extremo é a união de cromossomos inteiros, os chamados. translocação robertsoniana, que é uma variante de transição de uma mutação cromossômica para uma genômica).

No genoma nível de mudanças na estrutura primária dos genes de DNA sob a influência de mutações são menos significativos do que com mutações cromossômicas no entanto, as mutações genéticas são mais comuns. Como resultado mutações genéticas há substituições, deleções e inserções de um ou mais nucleotídeos, translocações, duplicações e inversões de várias partes do gene. No caso em que apenas um nucleotídeo muda sob a influência de uma mutação, eles falam de mutações pontuais. Como o DNA é feito de bases nitrogenadas apenas dois tipos - purinas e pirimidinas, todas as mutações pontuais com substituição de base são divididas em duas classes: transições (substituição de purina por purina ou pirimidina por pirimidina) e transversões (substituição de purina por pirimidina ou vice-versa). Existem quatro possíveis consequências genéticas das mutações pontuais: 1) preservação do significado códon devido à degeneração do código genético (substituição de nucleotídeos sinônimos), 2) uma mudança no significado do códon, levando à substituição de um aminoácido no local correspondente da cadeia polipeptídica (mutação missense), 3) a formação de um códon sem sentido com terminação prematura (mutação sem sentido). Existem três códons sem sentido no código genético: âmbar - UAG, ocre - UAA e opala - UGA (de acordo com isso, são nomeadas mutações que levam à formação de trigêmeos sem sentido - por exemplo, uma mutação âmbar), 4) substituição reversa (códon de parada para códon de sentido).

Por influência na expressão gênica as mutações se enquadram em duas categorias: mutações de pares de bases e tipo de frameshift. Estes últimos são deleções ou inserções de nucleotídeos, cujo número não é múltiplo de três, o que está associado à natureza triplete do código genético.

A mutação primária é às vezes chamada mutação direta, e uma mutação que restaura a estrutura original do gene, - mutação reversa, ou reversão. Voltar ao original fenótipo em um organismo mutante, como resultado da restauração da função de um gene mutante, muitas vezes ocorre não por reversão verdadeira, mas por mutação em outra parte do mesmo gene ou mesmo em outro gene não alélico. Nesse caso, a mutação reversa é chamada de mutação supressora. Os mecanismos genéticos pelos quais o fenótipo mutante é suprimido são muito diversos.

mutações renais- mudanças genéticas repentinas persistentes em brotos de plantas individuais. No Reprodução vegetativa são salvos. Muitos variedades plantas cultivadas são mutações de brotos.

Bilhete número 20 Relógio molecular da evolução. genoma humano

De acordo com dogma central da biologia molecular, a identidade química de cada organismo vivo é determinada pela sequência de pares de bases em DNA este organismo. teoria da evolução afirma que as espécies evoluem ao longo do tempo, e seu DNA muda paralelamente a esse desenvolvimento. Vários eventos podem levar a uma mudança no DNA. Por exemplo, acúmulo lento de mutações, erros maciços de cópia ou penetração de sequências de ácidos nucleicos virais. Mas uma coisa é certa: quanto mais tempo passou desde que o ancestral comum de duas espécies viveu, mais longo foi o período durante o qual essas mudanças ocorreram e, portanto, mais as sequências de DNA dessas duas espécies diferem.

Há algumas coisas a serem observadas sobre essa afirmação. Primeiro, contando as diferenças entre as sequências de DNA, podemos construir uma árvore genealógica de todos os organismos vivos. Por exemplo, humanos e chimpanzés compartilham 98% de seu DNA. Isso significa que nosso ancestral comum viveu muito recentemente. Ao mesmo tempo, em humanos e sapos, a parte correspondente do DNA é muito menor, portanto nosso ramo se separou do ramo ocupado pelos anfíbios muito antes. A teoria da evolução prevê que uma árvore genealógica construída dessa forma deve ser semelhante a uma árvore construída no século passado com base no estudo de fósseis. Na minha opinião, a coincidência de duas árvores genealógicas é uma das evidências mais fortes da evolução. Também mostra que a teoria da evolução pode ser testada (como discutido em Administrado, este é um dos requisitos mais importantes de qualquer teoria científica), pois poderia Acontece que os humanos são geneticamente mais próximos dos sapos do que dos chimpanzés.método do relógio molecular usa dados de DNA de uma forma mais fundamental. Se o DNA muda a uma taxa média - se o relógio molecular funciona uniformemente - então, contando o número de pares de bases diferentes nas sequências de duas espécies, podemos ter uma ideia do tempo de vida de seu último ancestral comum. Se a frequência das mudanças no DNA for constante, a análise do DNA moderno pode nos dizer sobre as escalas de tempo em diferentes estágios do desenvolvimento de uma árvore genealógica.Na década de 1980, quando o conceito de relógio molecular foi proposto pela primeira vez, esperava-se que os pesquisadores ouvir que as mudanças em todo o DNA ocorrem no mesmo ritmo - que todos os relógios marcam no mesmo intervalo. No entanto, descobriu-se que existem muitos relógios moleculares diferentes e todos funcionam em velocidades diferentes. Por exemplo, os pares de bases na sequência de um gene importante não podem mudar muito sem prejudicar o organismo como um todo, de modo que o relógio que informa a hora dos pares de bases em tais genes é relativamente lento. Por outro lado, a maioria dos segmentos de DNA não afeta os processos químicos do corpo, portanto, para esses segmentos, o relógio pode correr mais rápido.Talvez o que há de mais atraente no método do relógio molecular seja a perspectiva de sua aplicação à evolução humana recente. Para entender melhor tudo isso, você precisa saber que dentro de cada célula de organismos altamente desenvolvidos existem pequenas organelas - mitocôndria. Eles queimam o combustível da célula - ou seja, a função metabólica mais importante é realizada. Acredita-se que as mitocôndrias entraram pela primeira vez em células mais complexas milhões de anos atrás no processo simbiose. Duas células que evoluíram independentemente uma da outra descobriram que se beneficiam de parcerias onde uma célula vive dentro da outra. O fato de a mitocôndria conter seu próprio DNA semelhante a um pequeno loop (existem 26 genes no DNA mitocondrial humano) sugere que esse evento aconteceu há muito tempo.

O esperma não possui mitocôndrias, então todo o DNA mitocondrial em seu corpo vem do óvulo de sua mãe. Em outras palavras, o DNA mitocondrial é transmitido pela linha materna. Foi estabelecido que o relógio molecular do DNA mitocondrial marca quase 10 vezes mais rápido do que o relógio do DNA contido no núcleo da célula. Portanto, o DNA mitocondrial foi escolhido para análise - afinal, durante um certo período de tempo, ele sofrerá significativamente mais mudanças do que o DNA nuclear. O DNA mitocondrial atraiu a atenção geral pela primeira vez depois que, em 1987, um grupo de pesquisadores americanos recebeu DNA mitocondrial de 147 representantes diferentes raças de diferentes partes do mundo e definir o número de mutações que os distinguem. De acordo com os resultados da primeira análise, parece que todas as pessoas modernas traçam sua ancestralidade da mesma mulher que viveu na África há cerca de 200.000 anos. Essa mulher foi imediatamente apelidada de Eva (ou Eva mitocondrial, para torná-la mais científica) e até apareceu na capa de uma importante revista sócio-política (análise crítica de DNA feita por um programa de computador). De acordo com as últimas tendências científicas, os dados de DNA indicam que todos os humanos modernos descendem de uma população bastante pequena - cerca de 5 a 10 mil pessoas - que viveu na África há 100 a 200 mil anos.

Bilhete número 21 Procariotas e eucariotas. Autótrofos e heterótrofos

Procariotas e eucariotas

Estruturalmente, cada Célula viva consiste em pelo menos três partes: o núcleo, o citoplasma (o ambiente interno da célula) e sua membrana (ou membrana).Se o núcleo da célula não for pronunciado, o DNA preenche quase uniformemente todo o volume interno da célula (o primeiro palco vida celular), e as próprias células praticamente não são diferentes umas das outras, os organismos são chamados procariotos.

Com uma maior gravidade dos núcleos celulares e a presença neles de várias cromossomos (DNA com RNA e proteínas circundantes), os organismos são chamados eucariontes.

Sob a influência de condições externas algum sinais Individual DNA em um ou de várias cromossomos podem um pouco mudança. No final, essas diferenças levam à formação de organismos da mesma espécie biológica, mas diferindo em semi(cm. Evolução).

Os eucariotos têm grande flexibilidade de membranas celulares e, portanto, sua mobilidade (portanto, a maioria deles ainda são animais). Essa flexibilidade e maleabilidade chega a tal ponto que alguns deles são capazes não só de absorver substâncias simples e moléculas orgânicas, mas também absorvem todo outras células tamanho menor. (Eles se tornaram os primeiros predadores). Das duas últimas subseções segue-se que todos os predadores são heterótrofos e eucariotos. Existem eucariotos tanto entre os reinos vegetal quanto animal, embora entre os organismos unicelulares possa ser muito difícil traçar uma linha clara entre eles .

Típica limite(localizado entre plantas e animais) um organismo unicelular é euglena verde(veja quadro à esquerda). Ela, como uma planta, contém clorofila e é capaz de fotossíntese à luz do dia, o que a determina autotrófico tipo de alimento nestas condições. No entanto, no escuro, a euglena alimenta-se apenas por osmose (sugando material útil do ambiente através da membrana celular). Refere-se a organismos com heterotrófico tipo de alimento (geralmente tais organismos são animais).

Autótrofos e heterótrofos

Bilhete número 22 O problema da teoria da evolução. Sistemas de Aristóteles, Linnaeus, Lamarck

A teoria da evolução leva lugar especial no estudo da história de vida. Ela sim. base para todas as ciências naturais. Em relação aos organismos vivos, a evolução pode ser definida como o desenvolvimento gradual de organismos complexos a partir de organismos mais simples pré-existentes ao longo do tempo. A ideia de evolução tem origem em Aristóteles (384-322 aC), foi ele quem primeiro formulou a teoria do desenvolvimento contínuo dos seres vivos a partir da matéria inanimada, criando a ideia da “escada da natureza” em relação à o mundo animal. Em todos os org. Nos corpos, ele distinguiu dois lados: a matéria, que tem várias possibilidades, e uma forma - a alma. Aristóteles distinguiu três tipos de alma: vegetativa, inerente às plantas; senciente, peculiar aos animais e racional, do qual somente o homem é dotado. Grande contribuição para a criação do sistema. pontos de vista sobre a teoria da evolução Carl Linnaeus(1707-1778). Ele propôs um sistema: classe àordem pessoas àvid. Por este último, ele entendia um grupo de organismos descendentes de ancestrais comuns e que produziam descendentes férteis quando cruzados. Linnaeus dividiu todos os animais em 6 classes (mamíferos, aves, anfíbios, peixes, insetos e vermes), colocando o Homem ao lado dos macacos, estipulando que proximidade no sistema não indica parentesco consanguíneo. A questão da origem das espécies para Linnaeus não existia. Ele acreditava que todas as espécies são criadas por um "criador todo-poderoso". O mérito destacado na criação da primeira doutrina evolutiva pertence aos franceses. naturalista Lamarck(1744-1829) Ele delineou a história do desenvolvimento do orgânico. mundo, rejeitando a ideia da constância das espécies e opondo-a à sua variabilidade. Lamarck não tinha dúvidas de que o vivo vem do não-vivo. Ele acreditava que a natureza cria as criaturas animais mais simples, e organismos complexos surgem por meio de sua complicação lenta e gradual. Este processo Lamarck chamou de gradação. Em sua opinião, todos os seres vivos, por assim dizer, sobem os degraus de uma escada.No entanto, Lamarck cometeu erros graves, principalmente na compreensão dos fatores do processo evolutivo, derivando-os da busca pela perfeição supostamente inerente a todos os seres vivos. Ele também interpretou mal as causas do condicionamento físico, ligando-as diretamente à influência do meio ambiente. Isso deu origem a ideias muito comuns, mas cientificamente infundadas, sobre a herança de características adquiridas por organismos sob a influência direta do meio ambiente. Mas com todas as principais deficiências, as ideias de Lamarck formaram a base da primeira teoria evolutiva.

Bilhete número 23 A teoria de Darwin. teoria sintética da evolução

movimento inteiro Desenvolvimento XIX século levou irresistivelmente à formação de uma nova visão da natureza e da evolução. Ciências Naturais a essa altura, eles haviam acumulado uma enorme quantidade de fatos que não podiam ser combinados com idéias metafísicas sobre a imutabilidade da natureza. A consequência de tudo isso foi o surgimento de nossa teoria, cujo desenvolvedor foi Charles Darwin. Ele reduziu os princípios básicos de seu ensinamento evolutivo às seguintes disposições: 1. Cada espécie é capaz de reprodução ilimitada 2. Os recursos vitais limitados impedem a realização do potencial de reprodução. ( O máximo de os indivíduos perecem na luta pela existência e não deixam descendência). 3. A morte ou o sucesso na luta pela existência é seletivo. Organismos da mesma espécie diferem uns dos outros por um conjunto de características. Na natureza, os indivíduos mais bem adaptados sobrevivem predominantemente e deixam descendentes. Ch. Darwin chamou essa sobrevivência seletiva e reprodução dos organismos mais aptos de seleção natural. 4. Sob a influência da seleção natural ocorrendo em condições diferentes, grupos de indivíduos da mesma espécie acumulam vários traços adaptativos de geração em geração. Eles adquirem diferenças tão significativas que se transformam em novas espécies. Os principais cientistas de diferentes países contribuíram para a disseminação da teoria evolutiva de Darwin, defenderam-na de ataques e eles próprios contribuíram para seu desenvolvimento posterior. O darwinismo teve forte influência não só na biologia, mas também na cultura humana, contribuindo para o desenvolvimento das visões das ciências naturais sobre o surgimento e desenvolvimento da vida selvagem e do próprio homem. A genética moderna levou a novas ideias sobre a evolução, que são chamadas de teoria sintética da evolução(neodarwinismo). Pode ser definida como a teoria da evolução orgânica pela seleção natural de características determinadas geneticamente. Tal visão não apenas confirmou a teoria de Darwin, mas também a explicou em um nível qualitativamente novo. O mecanismo da evolução passou a ser considerado como constituído de duas partes: mutações aleatórias em nível genético e herança das mutações mais bem-sucedidas em termos de adaptação ao meio ambiente, tk. seus portadores sobrevivem e deixam descendentes.

Bilhete número 24 teoria dos sistemas evolução, o conceito de evolução em sinergética

A teoria sistêmica da evolução liga o desenvolvimento de qualquer sistema biológico com a evolução dos sistemas mais ordem superior, no qual está incluído como um elemento. “Uma visão de cima para baixo, da biosfera para ecossistemas individuais, comunidades, populações, organismos, genes, revela relações causais entre eventos que a visão tradicional de baixo para cima percebe como aleatória. Em princípio, uma abordagem sistemática pode dar uma explicação bastante completa do processo evolutivo e levantar a questão de seus objetivos” (Krasilov, 1992, p. 27).

Até recentemente, o conceito de intencionalidade na natureza era relegado ao domínio da metafísica, não da ciência positiva. A situação mudou com o desenvolvimento da teoria dos processos de não-equilíbrio. O fato é que em sistemas fechados (isolados), o desenvolvimento ocorre de acordo com a lei do crescimento da entropia (segunda lei da termodinâmica), e em sistemas abertos (vivos), o estado estacionário corresponde à produção mínima de entropia. Organismos superiores diferem dos inferiores principalmente pela menor produção de entropia - a necrose da matéria viva - em suas populações. teoria da evolução, o conceito de evolução em sinergética

O desenvolvimento de qualquer sistema biológico está associado à evolução de sistemas de nível superior, nos quais ele entra como elemento. Essa teoria é chamada de Teoria Sistêmica da Evolução. Envolve a consideração das interações "de cima para baixo": da biosfera ao ecossistema - comunidades - organismos, etc. Essa abordagem nos permite destacar as conexões primárias que a visão tradicional de baixo para cima percebe como aleatórias e insignificantes. No mundo, como sabemos, há um processo constante de surgimento de um novo, evolução e desenvolvimento de vários tipos de sistemas. De acordo com a teoria evolutiva de Darwin, natureza viva desenvolve no sentido de melhoria e complicação de cada vez novas espécies de plantas e animais. Além disso, a morte ou o sucesso no curso desse processo de luta pela existência é de natureza seletiva, e na natureza os indivíduos mais bem adaptados sobrevivem predominantemente e deixam descendentes. ("Sobrevivência do mais apto" - o princípio da seleção natural). A questão é como, a partir disso, explicar esses fenômenos do ponto de vista da sinergética. E é possível? Acontece que é possível! A emergência do novo parece sempre incrível milagre. Para responder à questão de como isso acontece, a sinergética decidiu junto com a nova termodinâmica do não-equilíbrio, a teoria dos sistemas abertos. Em particular, em sistemas abertos sem equilíbrio, segundo a teoria de Ilya Prigogine, o estado estacionário corresponde à produção mínima de entropia. E o processo de evolução está conectado com o processo de acumulação energia livre e uma diminuição na entropia. Um sistema cibernético é estável com diversidade interna suficiente. Um nível diferente de ordem dá origem a um novo nível mais alto de mundo orgânico e vemos como biodiversidade organismos se manifesta nos níveis molecular-cinético, populacional, de espécie e biocenótico. A evolução é uma auto-organização eterna, a busca das estruturas por seu ótimo em condições mutáveis. Sua essência na sinergética é a eterna luta do caos e da ordem, estrutural e sem estrutura no Universo. Nessa luta, o princípio da bifurcação pode funcionar (um exemplo com um elefante peludo). O surgimento de acidentes pode levar o sistema a um aumento do desequilíbrio - flutuações, ou seja, desvios do valor médio - e, como resultado, podem ocorrer mutações suportadas pelo ambiente. Voltar atrás é praticamente impossível, e as mutações tornam-se o material da evolução, movendo-a para um desenvolvimento constante.

Bilhete número 25 O conceito de co-evolução, Gaia-Terra. (de acordo com Gorelov)

A crítica do darwinismo tem sido conduzida desde o seu início. Alguns não gostaram do fato de que as mudanças, segundo Darwin, podem ocorrer em todas as direções possíveis e aleatoriamente. O conceito de nomogênese defendia que as mudanças não ocorrem de forma aleatória e aleatória, mas de acordo com as leis das formas. O cientista e revolucionário russo P. A. Kropotkin aderiu ao ponto de vista segundo o qual a assistência mútua é um fator mais importante na evolução do que a luta.

Essas objeções não conseguiram abalar a teoria geral da evolução até o surgimento, sob a influência da pesquisa ecológica, do conceito de coevolução, que foi capaz de explicar o surgimento dos sexos e outros fenômenos. Quão evolução quimica- o resultado da interação de elementos químicos, portanto, por analogia, a evolução biológica pode ser considerada como resultado da interação de organismos. Formas mais complexas formadas aleatoriamente aumentam a diversidade e, portanto, a estabilidade dos ecossistemas. A incrível consistência de todos os tipos de vida é uma consequência da coevolução.

O conceito de coevolução também explica os fatos do altruísmo nos animais: cuidar de crianças, eliminar a agressividade demonstrando “posturas pacificadoras”, obediência a líderes, ajuda mútua em situações difíceis, etc.

Hipótese Gaia-Terra .

Essa hipótese surgiu nas últimas duas décadas com base na doutrina da biosfera, na ecologia e no conceito de coevolução. Seus autores são o químico inglês James Lovelock e a microbiologista americana Lynn Margulis. Primeiro, foi descoberto o desequilíbrio químico da atmosfera da Terra, considerado um sinal de vida. De acordo com Lovelock, se a vida é uma entidade global, sua presença pode ser revelada através da mudança composição química a atmosfera do planeta.

Lovelock introduziu o conceito de geofisiologia, denotando uma abordagem sistemática das ciências da terra. De acordo com a hipótese de Gaia, a persistência de um desequilíbrio químico de longo prazo da atmosfera da Terra se deve à totalidade dos processos de vida na Terra. Desde o início da vida, há 3,5 bilhões de anos, existe um mecanismo termostático automático biológico em que o excesso de dióxido de nitrogênio na atmosfera desempenha um papel regulador, impedindo a tendência de aquecimento associada ao aumento do brilho da luz solar. Em outras palavras, existe um mecanismo de feedback.

Lovelock construiu um modelo segundo o qual, à medida que aumenta o brilho dos feixes de luz solar, aumenta a diversidade, levando a um aumento da capacidade de regular a temperatura da superfície do planeta, bem como a um aumento da biomassa.