Проблемы происхождения жизни

Эксперимент, который начали профессор Дорон Ланцет Кроны и его студенты, Дэниела Сегр и Dafna Бен в Центре Генома Человека в Институте Науки Германии, основан на поиске альтернативы белкам и рибонуклеиновым кислотам, так как появление белков или само-копирующихся молекул рибонуклеиновой кислоты осталось загадочным. Они развили модель, основанную на молекулах липида, и предложили новый взгляд на происхождение жизни.

Липиды - масляные вещества, известные как главные компоненты мембран клеток. Липиды имеют две  различных формы: гидрофильную (привлекающую воду), и гидрофобную (отражающую воду). Липиды с готовностью синтезируются  при моделируемых «предбиологических» условиях, и из-за их двусторонней природы имеют тенденцию спонтанно формировать надмолекулярные структуры, состоящие из тысяч молекулярных единиц. Это иллюстрируется на минимальных сообществах липида – на мицеллах, которые даже доказали, что они способнык росту и размножению в воде, что напоминает о жизнедеятельности клетки.

Все же критический вопрос был оставлен без ответа: как минимальные сообщества липида могли нести и размножать информацию? Модель, предложенная Ланцетом и коллегами предлагает решение. Они предполагают, что вначале липид-подобные составы существовали в очень большом разнообразии форм и размеров. Они показывают математически, что при существовавших условиях минимальные сообщества липида могли содержать почти так же много информации, как и рибонуклеиновые кислоты или белковая цепь. Информация была бы запасена в самом составе минимального сообщества, то есть в точном количестве каждого из его компонентов, что обеспечивало более точную передачу и сохранение информации, чем в последовательности молекулярных "гранул" на нити белка. Была представлена аналогия с духами: информация - аромат различается рецепторами, и запах в большей мере зависит от пропорции каждого компонента в смеси, чем в порядке, в котором ароматы добавлены. Таким образом, авторы доказывают, что о гетерогенных минимальных сообществах липида можно думать как о примитивных геномах. Они далее демонстрируют, как капелька - минимальное сообщество липида, при росте и делении, могло проявлять форму наследования. Их машинные моделирования показывают, как геном был бы передан минимальным сообществам потомства. Критический аспект модели - то, как такое молекулярное наследование стало возможным. В современных клетках, передача информации, содержащейся в ДНК, облегчена белковыми катализаторами фермента. В ранней предбиологической эре катализ мог быть выполнен теми же самыми липид-подобными веществами, которые несли информацию. Молекулы, уже представленные в виде капельки, функционировали как молекулярный «комитет выбора», увеличивая вероятность передачи одних признаков, и уменьшая вероятность передачи других.

Группа Ланцета, разработала  компьютеризированное моделирование, которое показывает, как, основанные исключительно на физико-химических принципах, капельки липида с определенным составом срастаются, вырастают, делятся, само-копируются, накапливают мутации, и вовлекаются в сложную эволюционную игру. Важно, что это - полные минимальные сообщества, с их сложными связями относительно маленьких молекул, которые копируются в дочерние капли.

 Это отличается от  предыдуших моделей, в которых копируется единственный длинный полимер рибонуклеиновой кислоты. Модель ученых делает очень немного химических предположений, но получает богатое молекулярное объяснение, проводящее параллель с современными процессами жизни. И поэтому имеет возможность стать тем давно разыскиваемым мостом, ведущим от неодушевленного мира до современного мира живых организмов.

Заключение

Вопрос зарождения жизни - один из самых животрепещущих вопросов в современной науке. Органическая жизнь прекрасно умеет воспроизводить себя, но ведь когда-то она должна была появиться из неживой, косной материи. Как это произошло - неясно до сих  пор.

Все приведенные здесь  теории и гипотезы являются лишь малой  частью того огромного количества предполагаемых ответов на величайшую загадку человечества – загадку происхождения жизни на Земле, которые существуют на сегодняшний день в мире. Нам остается лишь надеяться на скорейшее разрешение этой проблемы. Возможно, найдя ответ на вопрос, мы откроем для себя другой мир, раскроем недостающие звенья в цепи появления и развития человечества, узнаем, наконец, свое прошлое. К сожалению, пока каждый человек может лишь выбирать, какой идее ему лучше придерживаться, что ему ближе.

На сегодняшний день наиболее реалистичной кажется теория Опарина-Холдейна, но никто не знает, насколько она правдоподобна. Ведь эволюционная теория Ч. Дарвина тоже была неопровержимой долгий промежуток времени, но сейчас существует огромное количество фактов и доказательств ее неправильности.

Несмотря на такое разнообразие и огромное количество различных  гипотез и теорий о причине  возникновения жизни на Земле, ни одна из них еще не доказана и  не утверждена окончательно. Из этого  следует, что в истории человечества до сих пор есть пробелы, остается очень много неизученного. Существуют такие тайны и загадки, смысл  которых мы не можем постигнуть.

2.Естественный  отбор. Формы и направления  естественного отбора

Естественный  отбор

               Естественный отбор — процесс, приводящий к выживанию и преимущественному размножению более приспособленных к данным условиям среды особей, обладающих полезными наследственными признаками ;основной движущий фактор эволюции живых организмов.

                К мысли о существовании естественного  отбора пришли независимо друг  от друга и почти одновременно  несколько английских натуралистов: В. Уэллс (1813), П. Мэтью (1831), Э.  Блайт (1835, 1837), А. Уоллес (1858), Ч. Дарвин (1858, 1859); но только Дарвин сумел вскрыть значение этого явления как главного фактора эволюции и создал теорию Естественный отбор В отличие от проводимого человеком искусственного отбора, Естественный отбор обусловливается влиянием на организмы окружающей среды. Согласно Дарвину, Естественный отбор — это «переживание наиболее приспособленных» организмов, вследствие которого на основе неопределённой (неадекватной воздействиям внешней среды) наследственной изменчивости в ряду поколений происходит эволюция.

               Естественный отбор могут подвергаться не только отдельные организмы, но и группы их (разновидности, расы). Советский биолог И. И. Шмальгаузен развил (1946) представление о групповом отборе — выживании популяций, видов, родов, семейств, отрядов и тому подобное. Но так как групповой отбор происходит на основе переживания организмов, из которых складываются эти группы, ведущую роль в эволюции играет и индивидуальный естественный отбор — отбор наиболее приспособленных особей. Непрерывно идущий мутационный процесс , изменяющий генотипы, и свободное скрещивание обеспечивают генетическое разнообразие популяции. Мутации и их комбинации, проявляясь в фенотипе, обусловливают фенотипическое разнообразие организмов (неопределённая изменчивость, по Дарвину). В результате особи данной популяции различно реагируют даже на одни и те же факторы внешней среды. Биологическая разнокачественность особей в популяции и высокие темпы размножения, приводящие к недостатку жизненных средств — пищи, убежищ и тому подобное, служат предпосылками борьбы за существование, в ходе которой часть особей популяции гибнет, элиминируется, а часть выживает, отбирается. Таким образом, Естественный отбор может происходить только при наличии мутационной изменчивости, создающей материал для отбора, и представляет главный (но не единственный) фактор эволюции. Чем острее борьба за существование, тем сильнее элиминация (гибель особей или групп организмов) и тем строже Естественный отбор Но слишком резкие изменения внешней среды вызывают массовую гибель — неизбирательную элиминацию, при которой, как и при отсутствии гибели, отбора быть не может. Естественный отбор идёт только при избирательной элиминации — гибели менее приспособленных особей. Выжившие, прошедшие Естественный отбор особи, размножаясь, передают потомству свои наследственные особенности (свои генотипы), что и обеспечивает возможность приспособительного развития следующего поколения: Естественный отбор идёт по фенотипам, но отбираются генотипы. Значение Естественный отбор не в выживании как таковом, а в том, что выжившие особи оставляют потомство.

Формы естественного отбора

        Интенсивность давления отбора – его количественная характеристика, направление естественного отбора определяет качественное его влияние на эволюцию. В зависимости от направления выделяют разные формы естественного отбора.Генетической основной любой формы естественного отбора является наследственная изменчивость, а причиной – влияние условий среды. Мутанты, бывшие прежде менее приспособленными по сравнению с нормальным генотипом, при благоприятном для них изменении условий среды получают преимущество и постепенно вытесняют прежнюю норму. Результатом длительного действия отбора является преобразование популяционного генофонда, замена одних, количественно преобладающих, генотипов другими.

           На рисунке 6 изображены формы отбора

         Рисунок 6 – Формы отбора

        Движущий отбор. Естественный отбор всегда ведет к увеличению средней приспособленности популяций. Изменение внешних условий может приводить к изменению приспособленности отдельных генотипов. В ответ на эти изменения, естественный отбор, используя огромный запас генетического разнообразия по множеству разных признаков, ведет к значительным сдвигам в генетической структуре популяции. Если внешняя среда меняется постоянно в определенном направлении, то естественный отбор меняет генетическую структуру популяции таким образом, чтобы ее приспособленность в этих меняющихся условиях оставалась максимальной. При этом меняются частоты отдельных аллелей в популяции. Меняется и средние значения приспособительных признаков в популяциях. В ряду поколений прослеживается их постепенное смещение в определенном направлении. Такую форму отбора называют движущим отбором

Классическим  примером движущего отбора является эволюция окраски у березовой  пяденицы. Окраска крыльев этой бабочки  имитирует окраску покрытой лишайниками  коры деревьев, на которых она проводит светлое время суток. Очевидно, такая  покровительственная окраска сформировалась за многие поколения предшествующей эволюции. Однако с началом индустриальной революции в Англии это приспособление стало терять свое значение. Загрязнение  атмосферы привело к массовой гибели лишайников и потемнению стволов  деревьев. Светлые бабочки на темном фоне стали легко заметны для  птиц. Начиная с середины XIX века, в популяциях березовой пяденицы стали появляться мутантные темные (меланистические) формы бабочек. Частота их быстро возрастала. К концу XIX века некоторые городские популяции березовой пяденицы почти целиком состояли из темных форм, в то время как в сельских популяциях по-прежнему преобладали светлые формы. Это явление было названо индустриальным меланизмом. Ученые обнаружили, что в загрязненных районах птицы чаще поедают светлые формы, а в чистых – темные. Введение ограничений на загрязнение атмосферы в 1950-х годах привело к тому, что естественный отбор вновь изменил направление, и частота темных форм в городских популяциях начала снижаться. В наше время они почти так же редки, как и до начала индустриальной революции.

На  рисунке 7 изображено индустриальный меланизм бабочки

Рисунок 7 - Индустриальный меланизм. Темные формы бабочек незаметны на темных стволах ,                             а светлые – на светлых.

Движущий  отбор приводит генетический состав популяций в соответствие изменениям во внешней среде так, чтобы средняя  приспособленность популяций была максимальной. На острове Тринидад рыбки гуппи обитают в разных водоемах. Множество тех, что живут в низовьях речек и в прудах гибнет в зубах хищных рыб. В верховьях жизнь для гуппи гораздо спокойней – там мало хищников. Эти различия во внешних условиях привели к тому, что «верховые» и «низовые» гуппи эволюционировали в разных направлениях. «Низовые», находящиеся под постоянной угрозой истребления, начинают размножаться в более раннем возрасте и производят множество очень мелких мальков. Шанс на выживание каждого из них очень невелик, но их очень много и некоторые из них успевают размножиться. «Верховые» достигают половой зрелости позднее, их плодовитость ниже, но потомки крупнее. Когда исследователи переносили «низовых» гуппи в незаселенные водоемы в верховьях речек, они наблюдали постепенное изменение типа развития рыбок. Через 11 лет после перемещения они стали значительно крупнее, вступали в размножение позже и производили меньшее количество, но более крупных потомков.

На  рисунке 8 изображена зависимость частоты темных форм березовой пяденицы от загрязнённости атмосферы

      Рисунок 8 - Зависимость частоты темных форм березовой пяденицы от загрязнённости атмосферы                                                   

Скорость изменения частот аллелей  в популяции и средних значений признаков при действии отбора зависит не только от интенсивности отбора, но и от генетической структуры признаков, по которым идет обор. Отбор против рецессивных мутаций оказывается значительно менее эффективным, чем против доминантных. В гетерозиготе рецессивный аллель не проявляется в фенотипе и поэтому ускользает от отбора. Используя уравнение Харди-Вейнберга можно оценить скорость изменения частоты рецессивного аллеля в популяции в зависимости от интенсивности отбора и начального соотношения частот. Чем ниже частота аллеля, тем медленнее происходит его элиминация. Для того чтобы снизить частоту рецессивной летали от 0,1 до 0,05 нужно всего 10 поколений; 100 поколений - чтобы уменьшить ее от 0,01 до 0,005 и 1000 поколений - от 0,001 до 0,0005.

Движущая  форма естественного отбора играет решающую роль в приспособлении живых  организмов к меняющимся во времени  внешним условиям. Она же обеспечивает широкое распространение жизни, ее проникновение во все возможные  экологические ниши. Ошибочно думать, однако, что в стабильных условиях существования естественный отбор  прекращается. В таких условиях он продолжает действовать в форме  стабилизирующего отбора.