Методы эволюционных исследований

Методы эволюционных исследований. Современная биологическая наука обладает арсеналом методов изучения эволюции.  
Геологические и палеонтологические методы исследования связаны с изучением истории Земли, сменами флор и фаун в разные геологические эпохи. Как никакие другие, они позволяют произвести реконструкцию исторического развития живого на Земле.  
Акятолшческиеиэ-ибриологическиеметодыдосамогонедавнеговремени оставались главными средствами, благодаря которым удавалось установить механизмы и факторы эволюции организмов, определить эволюционные связи между ними.  
Молекулярно-генетические методы являются ключевыми в современных эволюционных исследованиях. Считается, что развитие эволюционной теории определяется насыщением её генетическими идеями и методами. Кроме того, эти методы дают возможность чётко и однозначно определить родственные связи между организмами, изучить эволюционные процессы на молекулярном уровне.  
Биогеографические методы основаны на изучении закономерностей географического распределения животных и растений на Земле, которые определяются историческими факторами. Например, зоологам давно известно, что в южной части Австралии и в Южной Америке обитают самые древние виды млекопитающих из ныне живущих (подумайте, о каких видах зверей идёт речь), эволюционно молодые населяет Северную Евразию и Северную Америку, а в тропических экваториальных зонах Земли представлена средняя по возрасту фауна млекопитающих.  
Поскольку любые процессы протекают не только во времени, но и в пространстве, то исследования биогеографов (возникновение биогеографических областей, распределение видов по поверхности Земли, формирование островных фаун) дают очень ценную информацию и эволюционнистам.  
Трудно переоценить значение экологических методов исследований в понимании эволюционных процессов. Ведь согласно дарвинизму, эволюция — процесс возникновения различных приспособлений, которые вырабатываются в процессе взаимодействия организмов с окружающей средой   и закрепляются генетически. Кроме того, биологическая эволюция —не только историческое развитие организмов: образование новых видов, родов, семейств и таксонов ещё более высокого уровня, но и эволюция экосистем и биосферы. Изучать эти процессы можно только методами экологии.

Эволюция — историческое развитие живого на Земле — не гипотеза, а  неопровержимый научный факт. Его  подтверждают непосредственные наблюдения и методы разных наук.

История жизни на Земле

Материал из Википедии — свободной  энциклопедии

Хронология  эволюции.

Эволюция жизни на Земле началась с момента появления первого живого существа — около 3,7 миллиарда лет назад — и продолжается по сей день. Сходство между всеми организмами указывает на наличие общего предка, от которого произошли все другие живые существа^[1].

Цианобактериальные маты и археи были доминирующей формой жизни в начале архейского эона и явились огромным эволюционным шагом того времени^[2]. Кислородный фотосинтез, появившийся около 2500 миллионов лет назад, в конечном итоге привёл к оксигенации атмосферы, которая началась примерно 2400 млн лет назад^[3]. Самые ранние свидетельства эукариот датируются 1850 млн лет назад, хотя, возможно, они появились ранее — диверсификация эукариот ускорилась, когда они начали использовать кислород в метаболизме. Позже, около 1700 млн лет назад, стали появляться многоклеточные организмы с дифференцированными клетками для выполнения специализированных функций^[4].

Примерно 1200 млн лет назад появляются первые водоросли, а уже примерно 450 млн лет назад — первые высшие растения^[5]. Беспозвоночныеживотные появились в эдиакарском периоде^[6], а позвоночные возникли около 525 миллионов лет назад во время кембрийского взрыва^[7].

Во время пермского периода из крупных позвоночных преобладали синапсиды — возможные предки млекопитающих^[8], но события пермского вымирания (251 млн лет назад) уничтожили 96 % всех морских видов и 70 % наземных видов позвоночных, в том числе и синапсидов^[9][10]. В периоде восстановления после этой катастрофы архозавры стали наиболее распространенными наземными позвоночными и вытеснили терапсид в середине триаса^[11]. В конце триаса архозавры дали начало динозаврам, которые доминировали в течение юрского и мелового периодов^[12]. Предки млекопитающих в то время представляли собой небольших насекомоядных животных^[13]. После мел-палеогенового вымирания 65 миллионов лет назад все динозавры вымерли^[14], оставив после себя произошедшую от них эволюционную ветвь — птиц. После этого млекопитающие стали быстро увеличиваться в размерах и разнообразии, так как теперь им почти никто не составлял конкуренцию^[15]. Такие массовые вымирания, вероятно, ускоряли эволюцию путем появления у новых групп организмов возможностей для диверсификации^[16].

Ископаемые останки показывают, что цветковые растения появились в раннем меловом периоде (130 миллионов лет назад) и, вероятно, помогли эволюционировать опыляющим насекомым. Социальные насекомые появились примерно в то же время, что и цветковые растения. Хотя они занимают лишь небольшую часть «родословной» насекомых, в настоящее время они составляют более половины их общего количества.

Люди являются одними из приматов, начавших ходить вертикально, около 6 млн лет назад. Хотя размер мозга их предков был сравним с размером мозга других гоминид, например, шимпанзе, он начал увеличиваться 3 миллиона лет назад.

Возникновение жизни

Согласно современной концепции мира РНК, рибонуклеиновая кислота (РНК) была первой молекулой, которая приобрела способность самовоспроизводиться. Могли пройти миллионы лет, прежде чем на Земле появилась первая такая молекула. Но после её образования на нашей планете появилась возможность возникновения жизни.

Изолированная полость, созданная молекулами фосфолипидов.

Молекула РНК может работать как фермент, соединяя свободные  нуклеотиды в комплементарную последовательность. Таким образом происходит размножение  РНК^[17]. Но эти химические соединения ещё нельзя назвать живым существом, так как они не имеют границ тела. Любой живой организм имеет такие границы. Только внутри изолированного от внешнего хаотического движения частиц тела могут происходить сложнейшие химические реакции, позволяющие существу питаться, размножаться, двигаться, и так далее.

Появление изолированных полостей в океане — явление довольно частое. Их образуют жирные кислоты (алифатические кислоты), попавшие в воду^[18]. Всё дело в том, что один конец молекулы гидрофильный, а другой — гидрофобный. Попавшие в воду жирные кислоты образуют сферы таким образом, что гидрофобные концы молекул находятся внутри сферы. Возможно, молекулы РНК стали попадать в такие сферы^[19].

Первый обмен  веществ

Умение воспроизводиться и наличие  границ тела — это ещё не все признаки, отличающие живое существо от неживой природы. Для воспроизведения внутри сферы из жирных кислот, молекуле РНК нужно было наладить процесс обмена веществ. Известно, что молекула РНК способна притягивать нужные нуклеотиды и отталкивать ненужные. Поэтому ей ничего не мешало сделать это через мембрану. Скорее всего, процесс происходил так: нужный нуклеотид притягивался к мембране вплотную, как только он приближался на достаточно близкое расстояние, то начинал отталкивать от себя молекулы жирных кислот, из-за чего образовывалось отверстие по размерам нуклеотида, после чего он свободно проходил через него и присоединялся к создаваемой цепочке.

Первое деление  клетки

Как начали делиться первые клетки, состоящие  из молекулы РНК и мембраны из жирных кислот, в настоящее время не известно. Возможно, построенная внутри мембраны новая молекула РНК начинала отталкиваться  от первой. В конце концов, одна из них прорывала мембрану. Вместе с  молекулой РНК уходила и часть  молекул жирных кислот, которые образовывали вокруг неё новую сферу.

Докембрий (Криптозой)

Основная статья: Докембрий

Докембрий длился почти 4 млрд лет. В этот отрезок времени на Земле произошли значительные изменения: Кора остыла, появились океаны и, что самое важное, появилась примитивная жизнь. Однако следы этой жизни в палеонтологической летописи редки, поскольку первые организмы были мелкими и не имели твердых оболочек.

 
На докембрий приходится большая  часть геологической истории  Земли — около 3,8 млрд лет. При этом его хронология разработана гораздо хуже, чем последовавшего за нимфанерозоя. Причина этого в том, что органические остатки в докембрийских отложениях встречаются крайне редко, что является одной из отличительных особенностей этих древнейших геологических образований. Поэтому палеонтологический метод изучения не применим для докембрийских толщ.

Архейский эон (4,6 — 2,5 млрд лет назад)

Основная статья: Архей

Исследования метеоритов, горных пород  и других материалов того времени  показывают, что наша планета сформировалась примерно 4,6 млрд лет назад. До этого времени вокруг Солнца был только размытый диск, состоящий из газа и космической пыли. Затем, под действием силы притяжения пыль стала собираться в небольшие тела, которые в итоге превратились в планеты.

На протяжении многих миллионов  лет на Земле никаких форм жизни  не существовало. После архейского эпизода расплавления верхней мантии и её перегрева с возникновением в этой геосфере магматического океана вся первозданная поверхность Земли  вместе с её первичной и изначально плотной литосферой очень быстро погрузилась в расплавы верхней  мантии. Атмосфера в то время не была плотной и состояла из ядовитых газов, таких как: NH₃, CH₄, H₂, CL₂, сера. Температура её достигала 80°С. Естественная радиоактивность была во много раз выше нынешней. Жизнь в таких условиях была невозможна.

4 млрд лет назад Земля предположительно столкнулась с небесным телом размером с Марс (с планетой Тейя). Столкновение было таким сильным, что образовавшиеся при столкновении обломки были выброшены в космос и образовали Луну. Образование Луны способствовало появлению жизни: она вызывала приливы, способствовавшие очищению и аэрации морей, и стабилизировала^{[источник не указан 534 дня]} ось вращения Земли.

Первые химические следы жизни  возрастом примерно 3,5 млрд лет были обнаружены в горных породах Австралии (Пилбара)^[20][21]. Возможно, жизнь зародилась именно в горячих источниках, где было много питательных веществ, в том числе и нуклеотидов.

Жизнь в архее развилась до бактерий и цианобактерий. Они вели придонный  образ жизни: устилали дно моря тонким слоем слизи.

Катархей

Основная статья: Катархей

Катархейский эон (κατάρχάιος — «ниже древнейшего», 4.6-3.8 миллиардов лет назад) известен как протопланетный этап развития Земли. Охватывает первую половину архея. Земля в то время была холодным телом без атмосферы и гидросферы. В таких условиях никакой жизни появиться не могло.

Во время катархея атмосфера  не была плотной. Она состояла из газов  и паров воды, появлявшихся при  столкновении Земли с астероидами.

В связи с тем, что Луна тогда  была слишком приближена (всего на 17 тысяч км) к Земле, сутки длились  недолго — всего 6 часов. Но, по мере отдаления Луны, сутки стали увеличиваться.

Эоархей

Основная статья: Эоархей

Длился 4-3,6 млрд лет назад. Возможно, прокариоты появились уже в конце эоархея. Кроме того, к эоархею относятся древнейшие геологические породы — формация Исуа вГренландии.

Палеоархей

Основная статья: Палеоархей

Палеоархей (от др.-греч. παλαιός — «старый» и ἀρχαῖος — «древний») продолжался с 3,6 по 3,2 млрд лет назад. В Австралии найдена самая древняя форма жизни, относящаяся к этой эре — хорошо сохранившиеся остатки бактерий. (возраст 3,46 млрд лет).

Мезоархей

Основная статья: Мезоархей

Строматолит мезоархейского периода.

Мезоархей (от др.-греч. μέσος — «средний» и ἀρχαῖος — «древний») длился 3,2-2,8 млрд лет назад. В мезоархее уже встречаютсястроматолиты.

Неоархей[править | править исходный текст]

Основная статья: Неоархей

Неоархей длился 2,8-2,5 млрд лет назад. В этом периоде появился кислородный фотосинтез, который стал причиной кислородной катастрофы, случившейся в палеопротерозое. В этом периоде активно развиваются бактерии и водоросли.

Протерозойский  эон (2,5 млрд — 543 млн лет назад)

Основная статья: Протерозой

Протерозой (греч. πρότερος — первый, старший, греч. ζωή — жизнь) — ознаменован возникновением сложно устроенных растений, грибов и животных (например, губки). Жизнь в начале протерозоя по прежнему была сосредоточена в морях, так как условия на суше были не совсем благоприятными: атмосфера состояла преимущественно из сероводорода, CO₂, N₂, CH₄, и совсем малого количества O₂.

Ископаемые  останки Spriggina floundersi

Однако, бактерии, жившие в то время  в морях, стали вырабатывать O₂ в качестве побочного продукта, и 2 млрд лет назад количество кислорода уже достигло устойчивого уровня. Но резкое увеличение кислорода в атмосфере привело к кислородной катастрофе, которая привела к изменению органов дыхания у организмов, населявших в то время океаны (анаэробные сменились аэробными) и изменению состава атмосферы (образования озонового слоя). Вследствие уменьшения парникового эффекта на Земле наступило длительноеГуронское оледенение: температура опускалась до −40°С.