За счет чего происходит эволюция. Виды эволюции: история развития и определение. Споры о теории эволюции

Поздняя тяжелая бомбардировка

Согласно выводам недавно опубликованного исследования, жизнь на могла возникнуть в условиях низких температур, и в последствии распространиться в более теплые районы. Об этом говорит анализ последовательностей генов, принадлежащих самой ранней жизни.

Вся современная жизнь на Земле происходит из двух событий в биологической истории нашей планеты. Это появление первых форм жизни миллиарды лет назад и последующая ее эволюция до последнего универсального общего предка (LUCA) всех существующих организмов.

Эти два вымерших вида — первая жизнь и LUCA — существовали, вероятнее всего, в радикально разных условиях. И это предполагает, что ранняя жизнь должна была пройти ряд эволюционных изменений, следы которых все еще можно обнаружить в живых организмах.

«На ранней стадии эволюции столкновение с резким изменением окружающей среды могло потребовать наращивание уровня сложности биологии, необходимого для существования LUCA. Это было необходимо для того, чтобы эволюционный потенциал продолжал наращиваться и позволил бы колонизировать почти каждую среду обитания на Земле в течение следующих четырех миллиардов лет», — заявил Грег Фурнье, эволюционный биолог Массачусетского технологического института в своем интервью для журнала «Astrobiology».

Фурнье и его коллега Марджори Кантин подробно рассказали о своих выводах в журнале «Истоки жизни и эволюция биосфер» .

Хотя в наши дни ДНК признана основой жизни, существует теория, разделяемая многими эволюционными биологами, которая заключается в том, что первые живые существа на Земле, возможно, использовали более простую молекулу РНК. Она способна кодировать генетическую информацию, так же как и ДНК, и способна запускать жизненно важные химические реакции.

Результаты исследований

Исследователи проанализировали записи генных последовательностей, обнаруженных во всех живых организмах, живущих на Земле, включая те, которые, вероятно, похожи на самые древние организмы Земли. Это позволило им выяснить, какие из этих последовательностей имела ранняя жизнь. Затем они обратились к предыдущему исследованию, показавшему насколько хорошо эти последовательности РНК работают при изменении разных условий — температуры, кислотности и уровня излучения. Это помогло определить, как могла бы выглядеть окружающая среда самой ранней жизни на Земле.

Ультрафиолетовый свет может повредить РНК, но, возможно, он мог также стимулировать химические реакции, которые помогли создать ключевые строительные блоки жизни. Во время возникновения жизни, приблизительно 4,4 миллиарда лет назад, испускало гораздо больше ультрафиолетового излучения, чем сейчас. Ученые предположили, что жизнь впервые возникла у поверхности Земли под неким радиационным щитом. Это могли быть вода, лед, осадки или другие барьеры. При этом жизнь имела доступ к незащищенным средам, в которых могли бы генерироваться ключевые биомолекулы.

Температура на Земле, возможно, в то время была относительно низкой. Молодое Солнце было достаточно прохладным, и этого было достаточно для образования значительного количества морского льда. Легкие аминокислоты (строительные блоки белков) и длинные молекулы РНК собирались именно при таких прохладных температурах. Кроме того, ледяные поверхности и слякоть могли помочь собрать сконцентрированные биомолекулы вместе, чтобы способствовать возникновению жизни.

Общий предок LUCA

Однако последний универсальный общий предок — микробный вид, от которого происходит вся жизнь на нашей планете возможно, жил при умеренных температурах. Ученые могут предположить, кем был LUCA, изучая существующие на сегодняшний день гены земных организмов. Анализируя то, как эти гены изменялись в ходе эволюции, и делая выводы о том, какими были древние версии этих генов. Ученые выяснили, что последовательности ДНК, составляющие примерно 600 генов LUCA и аминокислот, составляющих его белки, обычно наиболее стабильны при умеренных температурах.

«Основываясь на работах, проделанных до нас, мы предполагаем, что жизнь распространилась и адаптировалась к новым условиям в самом начале своей истории», — говорит соавтор исследования Марджори Кантин, геобиолог из Массачусетского технологического института.

Ученые также предположили, что LUCA жил на поверхности Земли, в отличие от других исследований, которые утверждали, что LUCA жил вокруг глубоководных гидротермальных источников. Если бы LUCA действительно возник на поверхности Земли, то он, вероятно, обладал генами, которые компенсировали повреждения, вызываемые ультрафиолетовым излучением.

Исследователи предположили, что, поскольку жизнь, по-видимому, возникла в совершенно иной среде, чем та, в которой жил LUCA, ранние организмы, вероятно, эволюционировали, чтобы выдержать радикальные изменения в окружающей среде. Катализатором этих событий могла стать поздняя тяжелая бомбардировка, во время которой множество астероидов и комет столкнулись с Землей и другими планетами внутренней . При этом образовалась континентальная кора, и на поверхности Земли появилось много жидкой воды.

Ключевая ранняя адаптация, вероятно, включала развитие клетки, то есть локализацию организма в клеточной мембране. Возникшая клеточная структура была критически важна для организмов в условиях изменения первоначальных условий.

Существует множество теорий, которые предполагают различные пути развития человеческого тела в будущем. Учёные постоянно находятся в поиске подсказок на тему, откуда мы пришли и куда движемся. Одни специалисты утверждают, что дарвиновский естественный отбор продолжается, в то время как другие считают, что люди уже достигли своего пика развития.

Так, например, профессор Стив Джонс из Университетского колледжа Лондона, говорит, что движущие силы эволюции уже не играют важной роли в нашей жизни. Среди людей, живших миллион лет назад, в прямом смысле слова выживал сильнейший, и враждебная окружающая среда имела прямое влияние на человеческий облик. В современном мире с центральным отоплением и обилием еды мутации гораздо менее вероятны.

Однако существует вероятность того, что наши тела будут развиваться и дальше, существует. Человек может продолжить адаптироваться к изменениям, происходящим на нашей планете, которая становится всё более загрязнённой и зависимой от технологий. Согласно теории, животные эволюционируют быстрее в изолированной среде, в то время как люди, живущие в XXI веке, вообще никак не изолированы. Однако этот вопрос тоже спорный. С новыми достижениями в науке и технике люди получили возможность мгновенно обмениваться информацией, но в то же время попали в большую изоляцию, чем когда-либо прежде.

Профессор Йельского университета Стивен Стернс говорит, что глобализация, иммиграция, культурная диффузия и доступность перемещений способствуют постепенной гомогенизации населения, что приведёт к усреднению черт лица. Рецессивные признаки людей, такие как веснушки или голубые глаза, станут большой редкостью.

В 2002 году в ходе исследования, проведённого эпидемиологами Марком Грантом и Дианой Лодердейл, обнаружилось, что только 1 из 6 не испаноязычных белых американцев имели голубые глаза, в то время как 100 лет назад более половины белого населения США были голубоглазыми. По прогнозам, цвет кожи и волос среднего американца потемнеет, а блондинов и людей с очень тёмной или очень светлой кожей останется крайне мало.

В отдельных частях планеты (например, в США) генетическое смешение происходит более активно, в других - менее. В некоторых местах уникальные физические черты, адаптированные к среде обитания, имеют сильное эволюционное преимущество, поэтому люди не смогут так просто с ними распрощаться. Иммиграция в отдельных регионах протекает гораздо медленнее, так что, по словам Стернса, полной гомогенизации человеческого рода может никогда и не произойти.

Однако в целом Земля становится всё более и более похожей на большой плавильный котёл, и учёный заявил, что через несколько веков мы все станем похожими на бразильцев. Вполне возможно, что в будущем люди могут приобрести способность сознательно изменять цвет своей кожи благодаря искусственному внедрению в тело хроматофоров (пигментсодержащих клеток, присутствующих у земноводных, рыб, рептилий). Может быть, найдётся и другой метод, но в любом случае это даст некоторые преимущества. Во-первых, межрасовые предрассудки окончательно сойдут на нет. Во-вторых, будучи в состоянии изменяться, можно будет выделяться в современном обществе.

Рост

Достоверно установлена тенденция к увеличению роста. Первобытные люди, как считается, имели средний рост 160 см, и на протяжении последних веков рост человека постоянно увеличивается. Особенно заметный скачок произошёл в последние десятилетия, когда рост человека увеличился в среднем на 10 см. Эта тенденция может сохраниться и в дальнейшем, так как она во многом зависит от рациона, а еда становится всё более питательной и доступной. Конечно, на данный момент в отдельных регионах планеты из-за плохого питания с низким содержанием минералов, витаминов и белков этот тренд не наблюдается, но в большинстве стран мира люди продолжают расти. Так, например, каждый пятый житель Италии имеет рост выше 180 сантиметров, в то время как после Второй мировой войны таких людей в стране было всего 6 %.

Красота

Исследователи ранее обнаружили, что более привлекательные женщины имеют больше детей, чем менее привлекательные, причём большая часть рождённых ими детей - девочки. Их дочери вырастают в привлекательных половозрелых женщин, и эта картина повторяется. Учёные из Университета Хельсинки сделали вывод, что тенденция к увеличению числа красивых женщин усиливается с каждым новым поколением. При этом тренд не распространяется на мужчин. Тем не менее человек будущего, вполне вероятно, будет красивее, чем сейчас. Строение его тела и черты лица будут отражать то, что большинство ищут в партнёрах сегодня. У него будут более тонкие черты лица, спортивное телосложение и хорошая фигура. Другая идея, предложенная эволюционным теоретиком Оливером Карри из Лондонской школы экономики, кажется, вдохновлена идеями из классической научной фантастики. По его гипотезе, человеческий род с течением времени разделится на два подвида: низший, состоящий из коротышек, похожих на недоразвитых гоблинов, и высший класс - высоких, стройных, привлекательных и умных сверхлюдей, испорченных технологиями. По прогнозам Карри, произойдёт это не скоро - через 100 тыс. лет.

Большие головы

Если человек продолжит своё развитие, превращаясь в более сложное и разумное существо, его мозг будет становиться всё крупнее.

С технологическим прогрессом мы всё больше будем зависеть от интеллекта и мозга и всё меньше от наших других органов. Однако палеонтолог Питер Уорд из Университета Вашингтона в Сиэттле не согласен с этой теорией. «Если вы когда-либо переживали роды или были их свидетелем, то вы знаете, что со своим анатомическим строением мы стоим на самом краю - наши большие мозги уже вызывают экстремальные проблемы при родах, и если бы они становились всё больше и больше, то это бы вызвало большую смертность матерей во время родов, а эволюция не пойдёт по этому пути».

Ожирение

Результаты недавнего исследования учёных Колумбийского и Оксфордского университетов прогнозируют, что к 2030 году половина населения США будет страдать от ожирения. То есть в стране на 65 миллионов больше станет взрослых людей с проблемным весом. Если вы думаете, что европейцы будут стройными и элегантными, то вы ошибаетесь. Согласно докладу, опубликованному парижской Организацией экономического сотрудничества и развития, за последние два десятилетия показатели ожирения выросли более чем вдвое в большинстве государств-членов Европейского союза. В итоге в среднем ожирением страдают более 15 % взрослых европейцев и каждый седьмой ребёнок, и тенденции неутешительны.

Станут ли люди будущего тучными и ленивыми существами, наподобие персонажей из мультфильма «Валли»? Всё в наших руках. Есть и другие точки зрения на этот счёт. Дело в том, что современные диеты имеют высокое содержание жиров и дешёвых «пустых калорий». В настоящее время существует достаточно негативное отношение к проблеме ожирения, что сделает людей в будущем лучше приспособленными и разборчивыми в еде. При популяризации концепции о правильном питании, а также при новых технологиях «еды будущего», всё станет на свои места. Когда человечество наконец разберётся со здоровой едой, вполне вероятно, что болезни сердца и сахарный диабет, которые являются на данный момент одними из ведущих причин смертности в развитых странах, исчезнут.

Волосяной покров

Человека Разумного часто в шутку называют голой обезьяной. Но, как и у всех млекопитающих, у людей растут волосы, конечно, гораздо в меньшем количестве, чем у наших двоюродных братьев и предков гоминидов. Ещё Дарвин в «Происхождении человека» заявлял, что волосы на наших телах являются рудиментом . Из-за повсеместного распространения отопления и доступной одежды прежнее назначение волос на теле устарело. Но эволюционную судьбу волос точно спрогнозировать нелегко, поскольку они могут выступать в качестве одного из показателей при половом отборе. Если наличие волос на теле будет оставаться привлекательным аспектом для противоположного пола, то ген, ответственный за это, останется в популяции. Но, вполне вероятно, что люди в будущем будут иметь гораздо меньше волос, чем сегодня.

Влияние технологий

Компьютерные технологии, которые стали частью нашей повседневной жизни, несомненно отразятся на развитии человеческого организма. Постоянное использование клавиатур и сенсорных экранов может привести к тому, что наши руки и пальцы станут более тонкими, длинными и ловкими, а количество нервных окончаний в них резко возрастёт. С увеличением потребности чаще использовать технические интерфейсы приоритеты изменятся. С дальнейшим техническим прогрессом интерфейсы (естественно, не без хирургического вмешательства) могут перекочевать в человеческое тело. Почему бы человеку будущего не заиметь клавиатуру в ладони и не научиться жать условную кнопку OК кивком головы, а на входящий звонок отвечать, соединив указательный и большой пальцы? Вероятно, в этом новом мире человеческое тело будет нафаршировано сотнями крошечных датчиков, передающих данные на внешние устройства. В сетчатку человеческого глаза может быть встроен дисплей с дополненной реальностью, а управлять интерфейсом пользователь будет при помощи движений языка по передним резцам.

Зубы мудрости и другие рудименты

Рудиментарные органы, такие как зубы мудрости, которые удаляются хирургическим путём, также могут со временем исчезнуть, так как они более не несут своих функций. У наших предков были более крупные челюсти с большим количеством зубов. По мере того, как их мозг начал увеличиваться, а рацион начал меняться и пища становилась менее жёсткой и легко усваиваемой, челюсти стали уменьшаться. Недавно было подсчитано, что уже около 25 % людей сегодня рождаются без зачатков зубов мудрости, что может быть следствием естественного отбора. В будущем этот процент будет только расти. Вполне возможно, что челюсти и зубы продолжат мельчать и даже пропадать.

Плохая память и низкий интеллект

Теория о том, что люди будущего будут иметь более высокие интеллектуальные способности, также вызывает сомнения. Исследование специалистов Колумбийского университета демонстрирует, что наша зависимость от интернет-поисковика сильно вредит нашей памяти. Интернет заменяет способность нашего мозга запоминать информацию, которую мы в любое время можем легко найти в Сети. Мозг начал использовать интернет в качестве резервной памяти. «Люди всё реже прилагают усилия, чтобы запомнить что-то, когда они знают, что всегда смогут найти эту информацию потом», - говорят авторы исследования.

Нейрофизиолог и лауреат Нобелевской премии Эрик Кандель в своей статье также указывает на то, что интернет делает людей глупее. Главная проблема в том, что чересчур активное использование интернета не позволяет сосредоточиться на чём-то одном. Чтобы овладеть сложными концепциями, нужно уделять серьёзное внимание новой информации и усердно пытаться ассоциировать её со знаниями, которые уже есть в памяти. Сёрфинг в Сети не даёт этой возможности: пользователь постоянно отвлекается и прерывается, из-за чего его мозг не в состоянии наладить прочные нейронные связи.

Как уже отмечалось выше, эволюция идёт по пути ликвидации признаков, которые становятся не нужны. И одним из них может стать физическая сила. Комфортабельный транспорт будущего, экзоскелеты и прочие машины и инструменты нашей изобретательности избавят человечество от нужды в ходьбе и каких-либо физических нагрузках. Исследования показывают, что мы уже стали гораздо слабее по сравнению с нашими далёкими предками. Со временем развитие технологий может привести к изменению конечностей. Мышцы начнут сокращаться. Ноги станут короче, а ступни меньше.

Согласно недавнему исследованию, население Соединённых Штатов попало в порочный круг постоянного стресса и депрессии. Трое из десяти американцев говорят, что они находятся в депрессии. Эти симптомы наиболее распространены среди людей в возрасте от 45 до 65 лет. 43 % сообщают о регулярных вспышках раздражительности и гнева, 39 % - о нервозности и чувстве тревоги. Даже стоматологи столкнулись с большим количеством пациентов с болями в челюстях и изношенными зубами, чем тридцать лет тому назад. Из-за чего?

Из-за того, что от напряжения люди крепко сжимают челюсти и буквально скрипят зубами во сне. Стресс, как показывают опыты на лабораторных крысах, является явным признаком того, что животное становится всё более непригодно для мира, в котором оно живёт. А как Чарлз Дарвин и Альфред Рассел Уоллес проницательно заметили более 150 лет назад, когда среда обитания более не является для живого существа комфортной, то вид вымирает.

Слабый иммунитет

Люди будущего, возможно, будут иметь ослабленную иммунную систему и станут более восприимчивыми к патогенам. Новые медицинские технологии и антибиотики значительно улучшили общее состояние здоровья и продолжительность жизни, но также сделали нашу иммунную систему более «ленивой». Мы всё больше и больше зависим от лекарств, и со временем наши тела могут перестать «думать» за себя, а вместо этого будут полностью полагаться на медикаменты для выполнения основных функций организма. Таким образом, люди из будущего могут фактически стать рабами медицинских технологий.

Избирательный слух

У человечества уже есть способность направлять своё внимание на конкретные вещи, которые они слышат. Эта особенность известна как «эффект коктейля». На шумной вечеринке среди множества разговоров вы вполне можете сфокусироваться на одном конкретном говорящем, привлёкшем ваше внимание по какой-то причине. Человеческое ухо не имеет физического механизма для этого; всё происходит в головном мозге.

Но с течением времени эта способность может стать более важной и полезной. С развитием медиа и интернета наш мир становится переполненным различными источниками информации. Человеку будущего придётся научиться более эффективно определять, что для него полезно, а что является лишь шумом. В итоге люди будут меньше подвержены стрессу, что, несомненно, пойдёт на пользу здоровью, а, соответственно, укоренится в генах.

Художник Николай Ламм и доктор Алан Кван представили свой спекулятивный взгляд на то, как будет видеть человек будущего. Исследователи основывают свои прогнозы на том, как на тело человека повлияет среда - то есть климат и технологические достижения. Одно из самых больших изменений, по их мнению, коснётся лба, который становится всё шире с XIV века. Также исследователи заявили, что наша способность контролировать собственный геном скажется на эволюции. Генная инженерия станет нормой, и вид лица будет в большей степени определяться человеческими предпочтениями. Глаза тем временем станут больше. Попытки колонизировать другие планеты приведёт к тому, что кожа станет более тёмной, ради снижения воздействия вредного ультрафиолетового излучения вне земного озонового слоя. Кван также ожидает, что люди будут иметь более толстые веки и ярко выраженные надбровные дуги из-за условий низкой гравитации.

Постгендерное общество

С развитием репродуктивных технологий воспроизведение традиционным путём может уйти в небытие. Клонирование, партеногенез и создание искусственных маток может существенно расширить потенциал для воспроизводства человека, а это в свою очередь окончательно сотрёт границы между мужчиной и женщиной. Люди будущего не будут иметь привязанности к определённому полу, наслаждаясь лучшими аспектами жизни как того, так и другого. Вероятно, что человечество полностью смешается, образуя единую андрогинную массу. Причём в новом постгендерном обществе не только не будет физических полов или их предполагаемых признаков, ликвидируется сама гендерная идентичность и сотрётся грань между ролевыми моделями поведения мужчины и женщины.

Многие существа, например, рыбы и акулы, имеют множество хрящей в скелете. Человеческие существа могли бы пойти по тому же пути развития, чтобы заиметь более гибкие кости. Пусть и не благодаря эволюции, но с помощью генной инженерии эта особенность дала бы массу преимуществ и обезопасила человека от травм. Более гибкий скелет, очевидно, был бы крайне полезен в процессе деторождения, уже не говоря о его потенциале для танцоров балета будущего.

Крылья

Как пишет обозреватель Guardian Дин Бернетт, однажды он говорил с коллегой, который не верит в эволюцию. На его вопрос, почему, главным аргументом было то, что люди не имеют крыльев. По мнению оппонента, «эволюция - это выживание наиболее приспособленных», а что может быть более удобным для приспособления к любой среде, чем крылья. Даже если теория Бернетта на этот счёт основана на незрелых наблюдениях и ограниченном понимании того, как работает эволюция, она также имеет своё право на существование.

Всемирного банка, в 2016 году средняя ожидаемая продолжительность жизни при рождении составила 72 года — почти на 5 лет дольше, чем в 2000-м(67,6) и на 20 лет — чем в 1960-м. Современная медицина помогает жить, размножаться и передавать гены миллионам людей, которые еще в ХХ веке считались безнадежн о больными . Возникает вопрос: не остановит ли это естественный отбор — ключевую движущую силу эволюции?

« Посмотрев на скорость эволюции нашей ДНК, мы увидим, что эволюция человека не остановилась. Более того, она происходит быстрее», — утверждает в колонке для австралийского журнала The Conversation Лоуренс Херст , профессор эволюционной генетики Университета Бата(Великобритания).

Как эволюционируют наши гены

Эволюция — это постепенное изменение ДНК вида на протяжении многих поколений. Она может происходить путем естественного отбора — когда определенные черты, созданные генетическими мутациями, помогают организму выживать и размножаться. Такие мутации, как правило, передаются следующему поколению и становятся все более распространенными в популяции.

У многих жителей Центральной Африки встречается серьезное заболевание крови — серповидно-клеточная анемия. Ученые исследовавшие эту« эпидемию», с удивлением обнаружили, что изменение формы красных кровяных телец, характерное для такой анемии, защищает людей от другой опасной болезни — малярии.

Хотя в развитых государствах здравоохранение оградило людей от многих причин смерти, то у народов/ населения стран, не имеющих доступа к новым технологиям и дорогим лекарствам, естественный отбор продолжается.

Люди, которые выжили после вспышек инфекционных заболеваний, прошли естественный отбор и могут передать свою генетическую устойчивость потомству. Анализ ДНК жителей Центральной и Западной Африки показывает выработавшуюся резистентность к лихорадке Ласса и малярии, а в регионах, где малярия остается распространенной, отбор все еще продолжается.

Люди также адаптируются к окружающей среде. Мутации, позволяющие жить на большой высоте, стали чаще встречаться среди населения Тибета, Эфиопии и Анд.

Распространение генетических мутаций в Тибете, возможно, является самым быстрым эволюционным изменением у людей за последние 3000 лет.

Произошел« всплеск» частоты мутации гена, который увеличивает содержание кислорода в крови и дает местным жителям преимущества в жизни на большой высоте. Их дети выживают и передают этот ген потомкам.

Еще один источник эволюционной адаптации — питание.Например, мутация, помогающая взрослым усваивать лактозу, т. е. не испытывать дискомфорт после употребления молока, есть более чем у 80% европейцев. Но в некоторых частях Восточной Азии, где молоко пьют реже, неспособность переваривать лактозу является нормой.

Люди могут адаптироваться и к нездоровой пище. Автор колонки пишет, что исследование генетических изменений в США в течение ХХ века выявило отбор, который способствует снижению артериального давления и уровня холестерина — показателей, которые« американская диета» может поднять до смертельных уровней.

Естественный отбор — не единственный двигатель перемен

Профессор Херст пишет, что на естественном отборе эволюция человека не заканчивается: он затрагивает всего около 8% нашего генома. Согласно нейтральной теории эволюции , частота мутаций в остальной части генома может меняться в популяциях случайно.

Если естественный отбор ослаблен, мутации, которые он обычно« подчищал», могут не удаляться так эффективно. Это может увеличить их частоту, и тем самым ускорить эволюцию.

Но нейтральная эволюция не может объяснить, почему некоторые гены развиваются гораздо быстрее других. Скорость эволюции измеряют, сравнивая ДНК человека с ДНК других видов. Это также позволяет определить, какие гены быстро развиваются только у людей.

Один из таких ускоренных эволюцией генов — HAR1, необходимый для внутриутробного развития мозга с 7й по 18ю неделю беременности.

Случайный участок ДНК человека в среднем более чем на 98% идентичен аналогичному участку у шимпанзе. Но HAR1 мутирует так быстро, что сегодня подобен шимпанзе всего на 85%.

« Хотя ученые могут видеть эти изменения и измерять их скорость, мы до сих пор не понимаем, почему некоторые гены развиваются быстрее, чем другие, — признается Херст. — Первоначально считалось, что это результат естественного отбора, но теперь мы знаем, что это не всегда так».

Скрытые опасности быстрой эволюции

В последнее время много внимания привлек процесс передачи человеческой ДНК через сперматозоид и яйцеклетку. Создание этих половых клеток включает в себя разрушение молекул ДНК, их рекомбинацию и восстановление. Тем не менее, молекулярный ремонт, как правило, происходит не в случайном, а в избирательном порядке.

Молекулы ДНК состоят из четырех химических оснований: аденина(A), гуанина(G), тимина(T) и цитозина. В процессе восстановления повреждений и разрывов ДНК исправления чаще происходят с использованием оснований C и G, а не A или T. Пока неясно, почему так происходит, но из-за этой избирательности G и C может стать больше.

Увеличение G и C на регулярных участках восстановленного ДНК вызывает сверхбыстрое развитие частей нашего генома. Этот процесс можно ошибочно принять за естественный отбор, поскольку оба они быстро меняют отдельные участки ДНК. Этот процессы происходят в пяти наиболее быстро развивающихся генов, включая HAR1.

Если изменения GC вредны, естественный отбор должен им продиводействовать. Но с его ослаблением этот процесс может стать неконтролируемым и даже ускорить эволюцию нашей ДНК.

Может измениться и сама скорость мутации. Основным источником мутаций в человеческой ДНК является процесс деления клеток, образующих сперматозоиды. Чем старше становится мужчина, тем больше мутаций встречается в его сперматозоидах. Поэтому, если в будущем люди будут заводить детей в более позднем возрасте(что уже характерно для развитых стран), человечество будет мутировать быстрее.

Эволюция происходит не только путем естественного отбора, потому этот процесс едва ли прекратиться. Но ослабление естественного отбора может стимулировать другие эволюционные процессы. Это очень усложняет представление о том, как изменятся люди будущего. Вместе с тем, вполне возможно, что из-за развитой современной медицины у будущих поколений будет больше генетических проблем.

Старт: мир РНК-организмов

Рекомбинация

ДНК

Сообщества

1 этаж:

2 этаж:

3 этаж:

Жизнь на Земле развивалась очень неравномерно. Первые примитивные бактерии появились на ней 3,5 миллиарда лет назад. Спустя 1,5 миллиарда лет к ним присоединились эукариоты (микроорганизмы с ядром), а еще через миллиард лет - первые многоклеточные организмы.

После этого «темпы жизни» заметно ускорились. Уже 600 миллионов лет назад планету начали стремительно обживать черви и моллюски, затем членистоногие и рыбы, а потом и всякие динозавры. На создание же человека у природы ушло каких-то «жалких» 6 миллионов лет.

Причина такой неравномерности заключается в том, что менялись не только организмы, но и сама эволюция. Эпоха за эпохой она совершенствовала механизмы естественного отбора, находила и внедряла новые приемы, помогающие организмам быстрее приспосабливаться к окружающей среде.

В этой статье мы коротко рассмотрим основные этапы, которые прошла эволюция за эти миллиарды лет и те полезные изобретения, которые она сделала. Сегодня у нас первая часть: самое начало жизни.

Старт: мир РНК-организмов

Еще в XIX веке ученые предположили, что жизнь на Земле вполне могла возникнуть из неживой материи. Со временем эта идея получила множество косвенных подтверждений. Например, было доказано, что все необходимые для жизни органические вещества запросто могут образоваться из неорганических, и что условия на молодой Земле были самым подходящими для таких реакций.

Насчет того, как именно происходила эта «химическая эволюция», выдвигались разные версии. Например, моему поколению в свое время излагали теорию Опарина о происхождении жизни из коацерватных капель - сгустков вещества, которые образуются в растворах белков и нуклеиновых кислот.

Однако сегодня самой популярной и проработанной стала теория РНК-мира. Она гласит, что первыми живыми существами на Земле были РНК-организмы - довольно простые молекулярные комплексы на основе РНК. Они образовались примерно 4 миллиарда лет назад и по сути представляли собой самоподдерживающие химические реакции (автокаталитические циклы).

Несмотря на примитивность, у РНК-организмов было все для дальнейшего развития:

Они умели создавать собственные копии;

Копии часто получались не точными, а с различными вариациями;

Неудачные варианты, приводившие к нарушению устойчивой структуры, разрушались и «погибали».

То есть, у них присутствовали все слагаемые эволюции: наследственность, изменчивость и естественный отбор. Благодаря этому, РНК-организмы могли меняться и усложняться, а значит служили отличным исходным материалом для развития жизни.

Рекомбинация

Рекомбинация - это обмен фрагментами кода между молекулами РНК или ДНК. Во время этой процедуры молекулы разъединяются и соединяются снова, но уже другим способом.

По всей видимости, рекомбинация появилась еще у РНК-организмов. Однако у них она проходила пассивно и бесконтрольно, примерно как у современных вирусов (у которых генетическая информация тоже закодирована в РНК).

Но по-настоящему рекомбинация «обрела популярность» с появлением ДНК-организмов. А у эукариотов она стала регулярной и обязательной процедурой, которая непременно сопутствовала любому размножению. У них она чаще всего происходит в виде кроссинговера, то есть обмена участками между двумя хромосомами.

Рекомбинация, наравне с мутациями, стала основным источником наследственной изменчивости. Она помогает перемешивать нормальные и мутировавшие гены, тем самым увеличивая разнообразие генотипов в популяции. Также она легла в основу некоторых других эволюционных механизмов, которые мы рассмотрим чуть дальше.

ДНК

Шло время, и РНК-организмы становились все сложнее. Чтобы защититься от агрессивной окружающей среды, они обзавелись клеточной мембраной. А часть своих жизненных функций они передали белкам, которые справлялись с работой лучше, чем сами РНК-молекулы. Однако настоящим прорывом стала замена кода РНК на ДНК.

ДНК, в отличие от РНК, - это пассивная молекула. Вполне возможно, что в самом начале организмы использовали ее как промежуточный способ кодирования. Например, она хорошо подходила для тех фаз жизнедеятельности, которые не требуют активности (анабиоз и тому подобное). И лишь потом эволюция «оценила» все достоинства ДНК и сделала ее главным носителем информации.

Главное преимущество ДНК - это ее стабильность. Она меньше подвержена изменениям и искажениям, чем РНК, а значит гораздо лучше сохраняет наследственную информацию.

Чтобы было понятно, давайте воспользуемся компьютерной аналогией.

Представим, что РНК - это оперативная память. Программы в оперативной памяти выполняются быстро, но для долговременного хранения кода она не подходит. Для этой цели в компьютерах используется жесткий диск, на котором информацию можно хранить годами. Когда мы запускаем программу, она копируется с жесткого диска в оперативную память и там выполняется.

Аналогичный процесс происходит и в живой клетке. Вся наследственная информация хранится в ДНК, которая выполняет функцию жесткого диска. Когда возникает необходимость, код записывается на РНК («оперативку») и лишь после этого используется для производства белковых молекул.

ДНК позволило увеличить количество наследственной информации, что привело к усложнению организмов. Благодаря ей, на Земле появился мир бактерий, который дал начало всем остальным жизненным формам и благополучно сохранился до наших дней.

Сообщества

Организмов становилось все больше. Теперь им приходилось взаимодействовать не только с внешней средой, но еще и с другими организмами. А потому неудивительно, что со временем эволюция вышла на новый уровень, а именно - на уровень сообществ.

На Земле возникли первые формы симбиоза и кооперации. Их появление было не случайной прихотью природы, а острой необходимостью.

Дело в том, что ни один вид не может долго жить в одиночку: рано или поздно он израсходует все нужные ему ресурсы и погибнет. Для устойчивой жизни ему необходим хотя бы относительно замкнутый биологический цикл.

В самом простом случае для такого цикла требуются два вида организмов. Первый вид будет употреблять из окружающей среды какой-нибудь ресурс. Второй - перерабатывать отходы жизнедеятельности первого вида и возвращать исходный ресурс обратно в окружающую среду. Такое взаимодействие помогает обоим видам выживать, не истощая среду.

Первыми такими сообществами на Земле стали бактериальные маты - простейшие биоценозы из нескольких слоев бактерий.

У бактериальных матов может быть множество вариантов, и в самом простом случае для их существования достаточно всего двух слоев. Однако биологи шутят, что «настоящий мат бывает только трехэтажным». Например:

1 этаж: бактерии-фототрофы синтезируют органику из углекислого газа, перерабатывают сероводород и выделяют сульфаты.

2 этаж: бактерии-бродильщики употребляют органику и выделяют водород.

3 этаж: бактерии-сульфатредукторы  употребляют и водород, и сульфаты, а заодно производят сероводород для первого этажа.

Под матами постепенно накапливались осадочные породы и со временем превращались строматолиты - причудливые каменные образования. Самые древние из них были обнаружены в Западной Австралии: их возраст оценивается в 3,5 миллиарда лет.

Что же давали сообщества с точки зрения эволюции?

Во-первых, благодаря им, адаптация к среде вышла за пределы одного организма. Теперь каждое живое существо могло выживать, используя не только свои ресурсы, но и ресурсы других. Во-вторых, дальнейшее развитие симбиоза и кооперации привело к появлению многоклеточных организмов и тех сложных биоценозов, которые мы наблюдаем сегодня.

Во второй части статьи мы рассмотрим другие, более поздние формы изменения организмов. Не пропустите, она выйдет завтра!

Эволюция - это научная теория, которая по сути указывает на изменение видов с течением времени. Существует много разных механизмов изменения видов, но большинство из них основаны на идее естественного отбора. Эволюция посредством естественного отбора была первой научной теорией, которая предоставила доказательства изменения животных и растений со временем, а также механизм того, как это происходит.

История теории эволюции

Идея о том, что черты передаются от родителей к потомству, существует со времен древнегреческих философов. В середине 1700-х годов Кэрол Линней придумал свою систему таксономического наименования, которая группировалась по видам и подразумевала, что существует эволюционная связь между видами внутри одной группы.

В конце 1700-х годов появились первые теории, которые со временем менялись. Ученые, такие как Граф де Буффон и дедушка Чарльза Дарвина, Эразм Дарвин, предложили идею того, что виды менялись со временем, но ни один человек не мог объяснить, как и почему это происходило. Они также держали свои размышления в секрете, так как их теории были спорными относительно общепринятых религиозных взглядов той эпохи.

Жан Батист Ламарк, ученик графа де Буффона, был первым, кто публично заявил об изменении видов с течением времени. Однако, часть его теории была неверна. Ламарк предложил, что приобретенные черты передаются по наследству. Жорж Кювье смог доказать ошибочность этого утверждение. Он также имел доказательства существования видов, которые эволюционировали и вымерли.

Кювье верил в катастрофизм и считал, что эти изменения и исчезновения в природе происходили внезапно и бурно. Джеймс Хаттон и Чарльз Лайел противопоставляли аргументам Жоржа Кювье идею униформитаризма. Эта теория гласит, что изменения в природе происходят медленно и накапливаются с течением времени.

Дарвин и естественный отбор

Иногда называемый «выживание наиболее приспособленных», «естественный отбор» особенно известен по книге Чарльза Дарвина «Происхождении видов» .

В книге Дарвин предложил, что виды с особенностями, наиболее подходящими для своей среды, живут достаточно долго, чтобы воспроизводить и передавать эти "удачные" черты своим потомкам. Со временем сохраняются только «наиболее приспособленные» черты вида. В конце концов, через определенный период, эти небольшие адаптации могут создавать новые виды.

В то время Чарльз Дарвин не был единственным человеком, который придумал эту идею. Альфред Рассел Уоллес также имел доказательства и пришел к похожим выводам, что и Дарвин. Они даже сотрудничали и представили совместные выводы. Вооруженные свидетельствами со всего мира благодаря многочисленным путешествиям, идеи Дарвина и Уоллеса получили положительные отзывы в научном сообществе. Партнерство закончилось, когда Дарвин опубликовал свою книгу.

Одна очень важная часть теории эволюции посредством естественного отбора - это понимание того, что виды не могут развиваться. Они могут только адаптироваться к окружающей среде. Адаптации складываются с течением времени и, в конечном итоге, приводят к эволюции вида. Это также может привести к появлению новых видов, а иногда и вымиранию более старых.

Доказательства эволюции

Существует множество доказательств, подтверждающих теорию эволюции. Дарвин полагался на подобные анатомии видов, чтобы связать их воедино. У него также были некоторые ископаемые доказательства, которые с течением времени демонстрировали небольшие изменения в строении тела вида, часто приводящие к рудиментарным структурам. Конечно, летопись окаменелостей неполна и имеет «недостающие звенья». С сегодняшними технологиями существует множество других доказательств эволюции. Они включает сходство эмбрионов разных видов, те же последовательности ДНК, что и у всех видов, и понимание того, как мутации ДНК работают в микроэволюции. Еще больше ископаемых доказательств было найдено со времен Дарвина, хотя в летописи окаменелостей все еще много пробелов.

Споры о теории эволюции

Сегодня теория эволюции часто изображается в СМИ как спорный вопрос. Развитие приматов и идея о том, что люди эволюционировали от обезьян, были основной дискуссий между научными и религиозными общинами. Политики и суды решали, нужно ли школам преподавать эволюцию, или же они должны обучать альтернативным точкам зрения, таким как интеллектуальный дизайн и креационизм.

Дело Штата Теннесси против Джона Скоупса, также известное как Обезьяний процесс стало знаменитой судебной битвой за преподавание эволюции в школах. В 1925 году учитель по имени Джон Скоупс был арестован за незаконное обучение эволюции в научном классе Теннесси. Это была первое крупное судебное дело за эволюцию, и оно привлекло внимание к ранее запретной теме.

Теория эволюции в биологии

Теория эволюции часто рассматривается как главная всеобъемлющая тема, которая объединяет все темы . Сюда входят генетика, биология популяций, анатомия и физиология, а также эмбриология. В то время как эта теория сама эволюционировала и расширялась с течением времени, принципы, изложенные Дарвином в 1800-х годах, все еще сохраняются в наши дни.