Как происходит эволюция? Механизмы эволюции. Полиплоидия

Эволюцией называют такой естественный процесс развития живой природы, в котором генетический состав популяций постепенно меняется, в результате чего происходит преобразование биосферы. Такие механизмы объясняются несколькими теориями, самой известной является учение Дарвина о естественном отборе.

Сегодня считается, что эволюция, как естественный процесс, является твердо установленным научным фактом. Тем не менее это довольно широкое понятие, которое допускает довольно много толкований и неверных представлений вокруг себя. Именно поэтому есть мифы, которые нуждаются в пояснении.

Теория эволюции посвящена происхождению жизни. На самом деле это научное учение рассказывает о том, как развивалась жизнь уже после ее зарождения. Не стоит отрицать, что эволюцию интересует и четкое понимание того, как появилась жизнь на планете. Однако это не самое главное, для этого учения.

В процессе эволюции организмы всегда получают лучшие качества. Известно, что в результате естественного отбора выживали самые сильные. Но природа наградила нас многими примерами, когда это были далеко не самые совершенные организмы. В качестве примера можно упомянуть мхи, раков, акул и грибки. Эти организмы довольно долгое время оставались неизменными. Они смогли так приспособиться к изменяющейся окружающей среде, чтобы и дальше жить без улучшений. Другие организмы претерпевали серьезные изменения, но не всегда это был скачок вперед. С изменением окружающей среды даже эволюционировавшие организмы не всегда могли приспособиться к новым условиям.

В ходе эволюции жизнь менялась случайным образом. Нельзя считать естественный обзор каким-то случайным процессом. Чтобы выжить и воспроизводить свое потомство, многие существа, живущие в водной среде, должны были более быстро передвигаться. В итоге выживали те, кто лучше справлялся с такой задачей. Потомство же этих существ уже получало эти полезные характеристики, продолжая цикл. Так что не стоит считать, что эволюция является случайным процессом, такое мнение не имеет под собой оснований.

Естественный отбор представляет собой попытку организмов адаптироваться к новым условиям жизни. На самом деле в ходе естественного отбора организмы вовсе не пытались приспособиться. Такой процесс позволял разным существам размножаться и выживать. Генетической же адаптацией к новым условиям сам развивающийся организм заняться не в состоянии.

Естественный отбор дает организмам то, что им и требуется. Этот природный процесс не обладает каким-то интеллектом, естественный отбор не может четко указать, какому виду что требуется. Просто если в популяции присутствуют генетические вариации, помогающие выжить в природной среде, то такие особенности будут переданы по наследству следующим поколениям. Сама же популяция будет увеличиваться. А если генетической вариации не существует, то она либо появится со временем, либо сама популяция продолжит жить без существенных изменений.

Эволюция – всего лишь теория. Научным языком теорией является хорошо доказанная фактами идея, которая может с помощью логики определить какие-то свойства природы. А вот другие определения понятия «теория», в частности, подразумевающие «догадку» или «предположение» привносят в ненаучный мир только еще большую путаницу. Те, кто имеет дело с наукой, но не понимает ее основ, путает два разных понятия.

Эволюция является теорией кризиса. В науке нет сомнений о том, происходила ли на самом деле эволюция или нет. Есть некие сомнения по поводу того, как это было на самом деле. Внимание уделяется каждой мелочи этого сложного процесса. Некоторые нюансы заставляют анти-эволюционистов предполагать, что теория эволюции является теорией кризиса. На самом деле это учение является рупором науки, к которому прислушиваются ученые во всем мире.

Есть некоторые пробелы в истории окаменелостей, которые опровергают эволюцию. Среди окаменелостей есть много свидетельств переходных форм. Некоторые из них свидетельствуют о превращении динозавров в современных птиц, другие – об эволюции китом и их предков в наземных млекопитающих. К сожалению, множество переходных форм было утрачено. Однако они не сохранились только потому, что существовали в таких условиях, которые не дали возможности сохраниться окаменелости. Наука действительно говорит о том, что среди эволюционных изменений существует довольно много пробелов. Однако саму теорию эволюции это никак не опровергает.

Эволюционная теория на самом деле неполная. Эта наука еще только находится в состоянии разработке. Новые изыскания постоянно дополняют теорию поправками, новыми фактами, что может даже слегка изменить представление об эволюции. В данном случае эта теория похожа на все другие в подобном отношении. И только эволюция является тем самым единственно возможным правдоподобным объяснением всего существующего разнообразия жизни на планете.

Теория эволюции содержит много неточностей. Наука является довольно конкурентным полем деятельности. В случае эволюционной теории все выявленные недостатки быстро исправлялись, а учение корректировалось с их учетом. Креационисты выдвинули немало доводов против эволюции. Ученые исследовали их, критики такие тезисы просто не выдерживали. На самом деле все эти «неточности» появились из-за непонимания самой теории или же искажения ее понятий.

Эволюция наукой не является, так как ее нельзя наблюдать. Такое мнение ошибочное, так как эволюцию можно и проверять, и наблюдать. Заблуждение кроется в том, что для многих наука – это эксперименты в лаборатории, проводимые учеными в белых халатах. А ведь большое количество научной информации может быть собрано и из реального мира. Например, астрономы не могут физически контактировать с объектами своих исследований – звездами и галактиками. Зато информацию они получают путем наблюдений и опытов. Аналогичная ситуация сложилась и в случае эволюции.

Практически все биологи отвергают дарвинизм. Ученые не опровергают учение Дарвина, просто эта теория постоянно изменяется в связи с получением новых данных и знаний. Великий ученый считал, что эволюция происходит медленно и размеренно. Но сегодня есть свидетельства того, что при некоторых обстоятельствах этот процесс может и ускориться. А вот каких-то серьезных научных вызовов принципам теории Дарвина так и не было брошено. Зато ученые смогли углубить его учение о естественном отборе и даже улучшить. Таким образом биологи не отвергают дарвинизм, а просто модифицируют.

Эволюция влечет за собой аморальное поведение. Все животные обладают каким-то вариантом поведения, который разделяется с другими представителями этого же вида. Собаки ведут себя, как собаки, у червей своя жизнь, у людей – своя. Как может ребенок вести себя, как иное существо? Именно поэтому нет никакого смысла связывать эволюцию с каким-то неестественным или аморальным поведением.

Эволюция поддерживает понятие правильного правосудия. Около ста лет назад в философии общества появилось такое направление, как социальный дарвинизм. Учение стало настолько популярным, что даже осуществлялись попытки применить теорию биологической эволюции на общественных нормах. Считалось, что общество должно помочь умереть слабым. При этом это будет не просто идеальным подтверждением теории отбора, но еще и верным с точки зрения морали. Такая идея была даже неким образом научно подтверждена, ссылались на биологическую эволюцию, что делало такой подход весьма рациональным. Но то было время попыток использовать науку в посторонних делах. Хорошо, что человечество вовремя отвергло социальный дарвинизм.

Ученые должны уделять внимание не только теории эволюции, но и другим вариантам создания жизни. Есть довольно много теорий создания нашего мира, в основном они носят религиозный характер. Всех их представить попросту невозможно. Но ни одна из них в своей основе не несет научных исследований. Поэтому нет нужды обучать школьников таким антинаучным теориям. Ведь школьники и студенты изучают именно науку, а попытки заменить ее религиозными верованиями могут направить молодых людей в другую сторону.

Есть два взгляда на то, как возник материальный мир. Религии приписывают Богу руководящую роль в мироустройстве. В частности, Библия говорит о нескольких днях, за которые Бог создал сначала свет, потом воду, потом твердь, следом живые существа - вплоть до человека. Сейчас Церкви утверждают, что «шесть дней» - термин метафорический, где день не равен суткам, а длится намного дольше. Другой, кардинально противоположный взгляд на происхождение видимого, материального мира - научный. Эволюция Вселенной, согласно исследованиям ученых, началась с Большого Взрыва (его еще обозначают термином Big Bang), который произошел 10-15 миллиардов лет тому назад.

Что было до того, как возникло всё существующее? Современная астрономия полагает, что это была сжавшаяся до минимальных размеров сфера, внутри которой под действием высочайших температур и давления двигались свободные Все материальное, которое сейчас заполняет собой безбрежный космос, было сжато в пределах стремящейся к нулю по величине точке, с которой и началось происхождение и эволюция Вселенной. До сих пор неясно, что послужило причиной Большого Взрыва. Однако сам этот взрыв привел к расширению Вселенной, и этот процесс продолжается и сейчас. Что это значит? Что одно и то же количество материальных частиц со временем занимает все больший объем.

Будет ли расширяться материальный мир вечно, или когда-нибудь его разрастание в объеме замедлится, прекратится вовсе, наподобие того, как мы наблюдаем при взрыве гранаты? Возможно, вслед за этим эволюция Вселенной прекратится, и заменится этапом «сворачивания», сужения к первоначальной точке. Мы пока не готовы ответить на этот вопрос с определенностью. Но картина мира, созданная учеными, уже может описать последовательные фазы в разрастании и преображении материи. Первая эра - адронная - длилась всего одну миллионную часть секунды, но за это время произошел процесс аннигиляции антибарионов и барионов, образовались протоны и нейроны.

Второй и третий этапы эволюции Вселенной - лептонный и фотонный - также длились всего несколько секунд. В конце второй эры образовалось нейтринное море, а эпоха фотонов завершилась отделением вещества от антивещества (что произошло вследствие аннигиляции позитронов и электронов). Вселенная все расширялась, что привело к понижению плотности энергии частиц и фотонов. Фотонная стадия сменилась звездной, которая продолжается и сейчас. Однако формирование звезд, галактик и групп галактик происходило (да и происходит) неравномерно.

Прошли миллионы лет после Большого Взрыва, пока простейшие частицы превратились в атомы - преимущественно водорода и гелия (эти атомы являются основной составляющей Вселенной), атомы соединились в молекулы, которые вошли в соединения и образовали кристаллы, вещества, минеральные породы. На протяжении звездной эры, которой на данном этапе заканчивается эволюция Вселенной, были сформированы галактики, планеты, зародилась жизнь на нашей Земле. Можно ли сказать, что «эпический фейерверк» закончился, и мы стоим на остывающих углях среди рассеивающегося дыма?

Ученые пришли к выводу, что эволюция Вселенной продолжается. Завихрения гигантского скопления водорода сплющивают вещество, преображают эти скопления в водовороты. Так рождаются сферические, эллиптические и сплющенные галактики (в зависимости от скорости вращения колоссального - в сто тысяч световых лет - круговорота). К последнему типу галактик принадлежит и наша - Млечный Путь. Внутри галактик под давлением сгустков водорода формируются звезды. Они также проходят длительные стадии эволюции: от раскаленных добела сверхновых до «красных гигантов», «белых карликов» и Те же процессы происходят и с нашим Солнцем, в то время, как Космос продолжает расширяться.

Биологическая эволюция определяется как любое генетическое изменение в популяции, которое происходило в течение нескольких поколений. Эти изменения могут быть небольшими или большими, сильно заметными или не значительными.

Для того чтобы событие считалось примером эволюции, изменения должны происходить на генетическом уровне вида и передаваться от одного поколения к другому. Это означает, что , или, более конкретно, аллели в популяции изменяются и передаются. Эти изменения отмечаются в (выраженных физических чертах, которые могут быть замечены) популяции.

Изменение генетического уровня популяции определяется как мелкомасштабное изменение и называется микроэволюцией. Биологическая эволюция также включает идею о том, что все живые организмы связаны и могут происходить от одного общего предка. Это называется макроэволюцией.

Что не относится к биологической эволюции?

Биологическая эволюция не определяет простое изменение организмов во времени. Многие живые существа испытывают изменения со временем, такие как потеря или увеличение размеров. Эти изменения не рассматриваются в качестве примеров эволюции, поскольку они не являются генетическими, и не могут быть переданы следующему поколению.

Теория эволюции

Как генетическое разнообразие происходит в популяции?

Половое размножение может создавать благоприятные комбинации генов в популяции или удалять неблагоприятные.

Популяция с более благоприятными генетическими комбинациями выживет в своей среде и воспроизведет больше потомства, чем особи с менее благоприятными генетическими комбинациями.

Биологическая эволюция и креационизм

Теория эволюции вызвала споры со времени ее возникновения, которые длятся по сегодняшний день. Биологическая эволюция противоречит религии в отношении потребности в божественном творце. Эволюционисты утверждают, что эволюция не затрагивает вопрос о том, существует ли Бог, но пытается объяснить, как происходят естественные процессы.

При этом, однако, не избежать того факта, что эволюция противоречит некоторым аспектам определенных религиозных убеждений. Например, эволюционный учет существования жизни и библейский рассказ о творениях совершенно разные.

Эволюция предполагает, что вся жизнь связана и может быть прослежена до одного общего предка. Буквальное толкование библейского творения предполагает, что жизнь была создана всемогущим сверхъестественным существом (Богом).

Тем не менее, другие пытались объединить эти два понятия, утверждая, что эволюция не исключает возможности существования Бога, а просто объясняет процесс, посредством которого Бог создал жизнь. Однако этот взгляд все еще противоречит буквальной интерпретации творчества, представленной в Библии.

По большей части эволюционисты и креационисты согласны с тем, что микроэволюция действительно существует и она заметна в природе.

Тем не менее макроэволюция относится к процессу эволюции, который находится на уровне видов, и где один вид эволюционирует от другого вида. Это резко контрастирует с библейским мнением о том, что Бог лично участвовал в формировании и создании живых организмов.

Пока что дискуссия по эволюции/креационизму продолжается, и кажется, что различия между этими двумя взглядами вряд ли будут урегулированы в ближайшее время.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Эволюция - процесс изменения живых организмов на протяжении нескольких поколений, в результате которого появляются виды, отличающиеся от дальних предков.

Большинство ученых полагают, что первые простейшие организмы зародились на Земле более 3 млрд лет назад и все современные животные и растения произошли от них в результате постепенных видоизменений. Этот непрерывный процесс видоизменения из поколения в поколение и называется эволюцией.

Теория Дарвина

Идею эволюции высказывали еще древние греки, однако первую научную теорию эволюции выдвинул только в XX в. английский естествоиспытатель Чарьлз Дарвин. Обратив внимание, что животные и растения приносят многочисленное потомство, из которого выживают лишь единицы, Дарвин заключил, что в природе происходит естественный отбор: в живых остаются лишь особи, одержавшие победу в «борьбе за существование».

Выживает сильнейший

Слабые особи, плохо приспособленные к окружающей среде, гибнут. Поэтому потомство бывает только у более сильных и стойких особей, которые передают эти свои качества следующему поколению. Проще говоря, «выживает сильнейший». Этим и объясняется огромное разнообразие животных и растений в различных уголках мира: от места к месту условия жизни меняются, и всем живым организмам приходится приспосабливаться к среде обитания.

Мало-помалу

С каждым новым поколением естественный отбор продолжается, и в результате животные и растения мало-помалу изменяются, все лучше приспосабливаясь к условиям жизни. Эти перемены могут быть почти неуловимыми, но за миллионы лет отличия становятся очень существенными.

Эволюция человека

Предки человека - рамапитеки (15 млн лет назад). Австралопитек (3,75 млн лет назад) ходил прямо на двух ногах. Homo habls - человек умелый (2 млн лет назад) - изготовлял примитивные орудия труда, a Homo erectus - человек прямоходящий (1,75 млн лет назад) - пользовался огнем. Homo sapens -человек разумный (40 тыс. лет назад) - представителем которого считают неандертальца, развился в современного человека, Homo sapens sapens.

Эволюция лошади

Вероятно, все формы жизни развились из одноклеточных морских организмов. Дальнейшая эволюция живых существ шла по многим направлениям, каждое из которых тоже, в свою очередь, разветвлялось. Например, из одного вида рыб развились земноводные, а определенный вид земноводных стал родоначальником пресмыкающихся. А далекие предки современной лошади, жившие миллионы лет назад, были величиной с лисицу.

Естественный отбор

Виды животных и растений, приспособившиеся к жизни в одном месте, в другом существовать уже не могут. Широко расселившийся вид может со временем дать начало нескольким новым видам. Отсев неприспособленных и размножение сильнейших - это требования самой жизни, поэтому Дарвин назвал его естественным отбором.

Твердокаменные аргументы

Наиболее убедительным подтверждением эволюционной теории стали окаменевшие останки животных и растений, которые были обнаружены в скальных породах, образовавшихся из слоев песка и ила на дне древних морей. В каждом последующем слое организмы выглядят иначе, чем в более глубоких слоях, наглядно демонстрируя процесс постепенного видоизменения.

Общие предки

Строение скелетов современных животных также свидетельствует об эволюции. Человеческая рука, крыло птицы и плавник кита вроде бы не имеют ничего общего ни по внешнему виду, ни по своему назначению, однако их костное строение весьма сходно. Значит, все эти существа произошли от общих предков, в ходе эволюции приспособивших передние конечности для разных функций.

Естественное явление изменения популяций, видов, высших таксонов, биоценозов, флора и фауна, генов и признаков во времени в ходе истории Земли.

Научные теории эволюции объясняют, как происходит эволюция, которые ее механизмы.

Общая характеристика

Строго говоря, биологическая эволюция — процесс изменения с течением времени в наследственных характеристиках, или поведении популяции живых организмов. Наследственные вехи есть закодированные в генетическом материале организма (обычно ДНК). Эволюция согласно синтетической теории эволюции, прежде всего, является следствием трех процессов: случайных мутаций генетического материала, случайного генетического отклонения (англ. Genetic drift) и не случайного естественного отбора в пределах групп и видов.

Естественный отбор, один из процессов, который управляет эволюцией, является результатом различий в шансах на воспроизведение между особями популяции. Это обязательно следует из следующих фактов:

• Естественная, наследственная вариация существует в пределах групп и среди видов
• Организмы надродючи (количество потомков превышает предел гарантированного выживания)
• Организмы в отличные по способности выжить и возродиться
• В любом поколении, те, что воспроизводятся успешно обязательно передают свои наследственные цихи к следующему поколению, когда же неудачные воспроизводители этого не делают.

Если свойства увеличивают эволюционную пригодность индивидуумов, которые несут их, то те индивидуумы вероятнее выживают и воспроизводятся, чем другие организмы популяции. Так они передают больше копий удачных наследственных черт к следующему поколению. Соответствующее уменьшение пригодности из-за вредных цихи приводит к их зридшення. Со временем, это может приводить к приспособлению: постепенное накопление новых этих (и сохранение существующих, которые в целом приспосабливают популяцию живых организмов к их окружения и экологической ниши.

Хотя естественный отбор не случаен по своей форме действия, другие капризны силы имеют сильное влияние на процесс эволюции. В поло воспроизводимых организмах, случайное генетическое отклонение приводит к наследственным этих, которые становятся достаточно общими просто благодаря стечению обстоятельств и случайном спариванию. Этот бесцельный процесс может быть влиятельными от естественного отбора в определенных ситуациях (особенно в маленьких группах).

В разных окружениях, естественный отбор, случайные генетические отклонения и крошка случайности в мутациях, которые появляются и хранятся, могут заставить различные группы (или части группы) эволюционировать в разных направлениях. При достаточном разногласия, две группы поло воспроизводимых организмов могут стать достаточно отличными, чтобы образовать отдельные вид, особенно, если способность к межвидового скрещивания между двумя группами потеряно.

Опыты показывают, что все живые организмы на Земле имеют общего предка. Этот вывод был сделан, основываясь на общей наличии Л-аминовых кислот в белках, наличия общего генетического кода во всех живых существ, возможности классификации по наследству по категориям, вкладываемые, гомологии последовательностей ДНК и общности найпидставовиших биологических процессов.

Хотя первые упоминания об идее эволюции достигают давности, новейшей, современной формы она приобрела в трудах Альфреда Уоллеса и Чарльза Дарвина в их совместной статье в Линнеевського общества в Лондоне (Linnean Society of London) и позже в книге Дарвина «Происхождение видов» (1859). В 1930-х гг. Синтетическая теория эволюции объединила эволюционную теорию с генетикой Грегора Менделя.

Эволюция организмов происходит из-за изменений в наследственных признаках. Например, цвет глаз у человека есть наследственным признаком, которую индивид получает от своих родителей. Наследственные признаки контролируются генами. Совокупность генов одного организма является его генотипом.

Совокупность всех признаков, формирующих структуру и поведение организма называется фенотипом. Эти признаки возникают в результате взаимодействия генотипа этого организма с условиями внешней среды. То есть не каждый фенотипической признак организма наследуется. Например, загар обусловлена ​​взаимодействием генотипа человека с солнечным светом, таким образом загар не успадкуеться. В общем, люди загорают по-разному, что следует из их генотипа. Например, у некоторых людей присутствует такая наследственный признак как альбинзим. Альбиносы не загорают и очень чувствительны к солнечному излучению — они легко получают солнечные ожоги.

Причины эволюции

Матричное копирование с ошибками

В основе жизни на Земле лежит процесс копирования молекул нуклеиновых кислот — ДНК и РНК. Процесс копирования осуществляется матричным принципом комплементарности: одна молекулы нуклеиновой кислоты может образовать парную для себя, а с этой парной молекулы считывается молекула, идентична исходной. Таким образом, молекулы ДНК и РНК способны к неограниченному размножению.

При копировании непременно возникают ошибки из-за несовершенства системы репликации. Через эти ошибки копии ДНК и РНК содержат небольшие различия, которые, однако, нарастают с течением времени. Такой процесс самовитворення с изменениями называют конвариантною редупикациею.

К неограниченного воспроизведения с ошибками способны некоторые неодушевленные системы, например, кристаллы или некоторые химические циклы. Но живое отличается тем, что может передавать эти ошибки в неизменном виде следующим поколениям. Эти ошибки, или мутации, практически не меняют физико-химические свойства молекул нуклеиновых кислот, но влияют на информацию, считывается из них живыми организмами. Таким образом, живые организмы проявляют наследственность и изменчивость своих признаков, к которым приводят соответственно копирования и мутации в молекулах нуклеиновых кислот.

Гомеостаз и стабильность онтогенеза

Постоянное воспроизводство ДНК с ошибками приводит к тому, что имеется в каждой молекуле генетическая информация со временем сильно меняется. Современные живые организмы имеют системы защиты от избыточного изменения последовательности нуклеотидов молекулы ДНК. К ним относятся ферменты репарации, подавители мобильных элементов генома, противовирусные защитные механизмы и т.

Тем не менее, гены все равно передаются в следующее поколение с некоторыми изменениями, в результате чего популяция живых организмов одного вида обычно не содержит особей, в которых вся последовательность ДНК одинакова. При этом фенотипическая изменчивость зачастую меньше генетическую, поскольку взаимодействия между различными генами в онтогенезе подавляют влияние изменений в отдельных генах. Таким образом, многоклеточные организмы достигают стабильности индивидуального развития, приводит к сохранению видового нормы.

Выборочное выживания и размножения

Молекулы РНК и ДНК, а также живые организмы размножаются с разной эффективностью в зависимости от собственных свойств и условий окружающей среды. Организмы могут погибнуть, не дожив до времени размножения, а те, что выжили, оставляют разное количество потомков. Те организмы, выживших и эффективно размножились, смогли это сделать через две группы причин: соответствие их вариантов генов условиям среды или стечения обстоятельств, не связанные с «качеством» аллелей. Согласно влияние первой группы на распространение аллелей в популяции описывается понятием естественный отбор, а второй группы — понятием генетический дрейф.

Естественный отбор

Естественный отбор — это выборочное переживания (длительное выживание) и размножения наиболее приспособленных к условиям окружающей среды особей в популяции. Чем больше приспособлена растение или животное, тем больше вероятность ее дожития до репродуктивного периода, а также тем больше потомков она оставит. Приспособленность зависит от наличия в генотипе особи аллелей генов, способствующих переживанию и размножению. Поскольку все организмы в популяции имеют различные генотипы, то при стабильных условиях количество носителей более выгодных в этих условиях аллелей генов будет расти в поколениях.

Кроме того, условия среды создают конкуренцию за выживание и размножение между организмами. В связи с этим, организмы, обладающие аллелями, которые предоставляют им преимущество перед их конкурентами, передают эти аллели потомкам. Аллели, которые не предоставляют такого преимущества, не передаются следующим поколениям.

Генетический дрейф

Дрейф генов — это процесс изменений частоты аллелей, который вызывается причинами, которые не связаны с влиянием аллелей на приспособленность особей. Поэтому генетический дрейф относят к нейтральным механизмов эволюции генов и популяций. Соотношение между влиянием естественного отбора и дрейфа генов в популяции меняется в зависимости в силу отбора и эффективного размера популяции (число особей, способных к размножению). Естественный отбор обычно играет большую роль в больших популяциях, а дрейф генов преобладает в малых. Преобладание дрейфа генов в малых популяциях может даже приводить к фиксации вредных мутаций. Как результат, изменение численности популяции может значительно изменять ход эволюции. Эффект бутылочного горлышка, когда численность популяции резко снижается и в результате теряется генетическое разнообразие, приводит к большей однородности популяций.

Общий ход эволюции

Первые следы жизни на Земле датированы 3,5-3,8 млрд лет назад. Это остатки прокариотических жизни — строматолиты. Около 3 млрд лет назад появляются первые фотосинтетики, которыми были цианобактерии. Первые эукариот появились около 1,6-1,8 млрд лет назад. Это приводит к «кислородной катастрофы» — резкое повышение концентрации кислорода в атмосфере Земли. Многоклеточные эукариот возникали многократно в разных группах, однако первые надежные окаменелости имеют возраст около 750 млн лет назад (криогеновий период), а появление разнообразной океанической биоты связана с Вендский периодом (едиакарська биота, около 600 млн лет назад). Появление скелетных животных и их богатых остатков произошла в кембрийском периоде около 550-520 млн лет назад. Тогда появилось большинство современных типов животных.

В силурийском периоде растения впервые вышли на сушу. В девоне на суше поселились первые земноводные и членистоногие животные. В пермском периоде появились рептилии, которые доминировали на Земле на протяжении мезозойской эры. Несколько групп терапсидних рептилий дальше начало млекопитающим. В меловом периоде появились птицы и начался расцвет цветковых растений. В кайнозойскую эру доминировали млекопитающие, а также достигли расцвета насекомые. В антропогене одна из групп приматов, гоминиды дала начало эволюции человека. В плейстоцене-голоцении человек становится геологической силой, влияющей на эволюцию всей биосферы.

Свойства эволюции

Ход эволюции жизни обнаруживает несколько сквозных закономерностей, которые являются объективными и часто описаны математически. Эволюционная биология изучает дополнительные механизмы эволюции или новые возможности реализации исходных принципов, которые позволят коренным образом понять сущность этих закономерностей. Основные свойства эволюции таковы: появление адаптированных к среде организмов, морфо-функциональный прогресс, появление новых органов и структур (эмерджентность), переход к половому размножению, вымирание видов, рост биоразнообразия.

Адаптация

Современные виды выглядят хорошо приспособленными к условиям среды, в которой они существуют. При этом адаптации ограничены той средой, где они обычно используются: при перемещении организма в новую среду он часто становится полностью неприспособленным или по крайней мере менее приспособленным, чем «коренные» жители других условий. До появления эволюционной картины мира достаточно четкое соответствие свойств организма условиям его «родного» среды настолько поражала исследователей, они считали ее следствием действия сверхъестественных сил. Тем не менее, адаптация является почти обязательным следствием эволюции, поскольку менее адаптированы к условиям среды организмы делают все меньший вклад в генетическое разнообразие популяции благодаря естественному отбору. Вместе с тем, происхождение самых адаптаций необязательно зависит от отбора, а может быть побочным следствием других адаптаций или вообще стечению обстоятельств (следствием генетического дрейфа).

Прогресс и автономизация

В ходе эволюции безъядерные бактериальные клетки дают начало сложным клеткам эукариот. Эукариот в дальнейшем приобретают многоклеточности, образуют ткани и органы. Животные развивают нервную систему, имеют сложное поведение, которая позволяет им выживать во многих средах. Человек как верхушка эволюции животных достигла возможности жить в любых средах, в том числе и внеземных.

Эмерджентность

По ходу эволюции часто происходит перекомбинация частей организмов и генов, изменение функции старых структур. Однако некоторые процессы и части организмов возникали впервые. Фотосинтез у цианобактерий, белки репликации ДНК, аппарата трансляции, чешуя рыб и тому подобное.

Раздельнополость

Первые животные были гермафродитами, а среди высших гермафродитов почти нет.

Пол и рекомбинация

В бесполых организмов гены наследуются вместе (они привитыми) и не смешиваются с генами других индивидов во время размножения. Потомки же половых организмов содержат случайную смесь хромосом их родителей за счет независимого сортировки. В течение родственного процесса гомологичной рекомбинации половые организмы обмениваются ДНК между двумя гомологичными хромосомами. Рекомбинация и независимое сортировки не меняют частот аллелей, но меняют их ассоциативность друг с другом, производя потомков с новыми комбинациями аллелей. Пол обычно увеличивает генетическую изменчивость и может увеличить скорость эволюции. Однако, бесполость может иметь преимущества в определенных условиях, поскольку в некоторых организмов она эволюционировала повторно. Бесполость может позволить двум наборам аллелей генома дивергуваты и, как следствие, привести к возникновению новых функций. Рекомбинация позволяет равноправным аллелям, которые находятся вместе наследоваться независимо. Однако частота рекомбинаций низкая (примерно два случая в одну хромосому за одно поколение). Как результат, гены, размещаются рядом на одной хромосоме не всегда розтасовуються друг от друга в процессе генетической рекомбинации и имеют тенденцию наследоваться вместе. Этот феномен носит название сцепления генов. Сцепление генов оценивается путем измерения частоты появления двух аллелей на одной хромосоме (измерение неравновесного сцепления генов). Набор аллелей, которые обычно успадковуютсья вместе называется гаплотипом. Это имеет важное значение когда один из аллелей определенного гаплотипа предоставляет большое преимущество в борьбе за существование: положительный естественный отбор приведет селективное чистки (англ. Selective sweep), которое приведет к тому, что частота других аллелей этого гаплотипа тоже возрастет. Этот эффект называется генетическим автостопом (генетический хитчхайкинг). Когда аллели не могут быть разделены за счет рекомбинации (например в Y-хромосоме млекопитающих), тогда происходит аккумуляция вредных мутаций (см. Храповик Мюллера). Изменяя комбинации аллелей, половое размножение приводит изъятие вредных и распространение полезных мутаций в популяции. Кроме того рекомбинация и сортировки генов могут обеспечивать организмы новыми выгодными комобинациямы генов. Но этот положительный эффект балансуетсья тем, что пол снижает скорость размножения (см. Эволюция полового размножения) и может вызывать разрушение выгодных комбинаций генов. Причины эволюционирования полового размножения до сих пор остаются не совсем понятными и этот вопрос пока активной областью исследований в области эволюционной биологии. Оно стимулировало новые идеи о механизмах эволюции, например гипотезу Красной Королевы.

Вымирание

В истории Земли неоднократно происходили массовые вымирания живых организмов. Такими были вымирания на границе вендского и кембрийского периода, когда погибла едиакарська биота, пермского и триасового периодов, мелового и эоценового периодов. После массовой гибели старых групп организмов начинался расцвет тех групп, которые пережили вымирание. Вымирание меньших масштабов, такие как пост-ледниковое вымирания крупных млекопитающих после последнего ледникового периода, тоже приводят к изменению групп организмов. Человек привела к вымиранию видов, наиболее уязвимых к ее техногенной деятельности.

Рост биоразнообразия

Палеонтологические находки, несмотря на свою неполноту и ограниченность, демонстрируют наличие роста биоразнообразия как в океане, так и на суше.

Уровни эволюции

На разных уровнях организации живого свойства эволюции и ее механизмы играют разную роль.

• генный
• геномный
• популяционный
• видовой
• таксонний
• экосистемный
• биосферный

Мутации

Генетическая вариация возникает за счет случайных мутаций, возникающих в геномах организмов. Мутации — это изменения в последовательности нуклеотидов ДНК, вызываемых радиоактивным излучением, вирусами, транспозонами, химическими мутагенами, а также ошибками копирования, которые возникают во время мейоза или репликации ДНК. Эти мутагены производят несколько различных типов изменений в последовательности нуклеотидов ДНК: они могут не вызвать никакого эффекта, изменять продукт гена, или вообще прекратить функционирование гена. Исследования на дрозофилах показали, что если мутации вызывают изменения белка, который кодируется определенным геном, то последствия скорее всего будут губительными. Примерно 70% таких мутаций приводят к определенным нарушениям, остальные являются нейтральными или полезными. Поскольку мутации часто вредно влияют на клетки, то в процессе эволюции у организмов возникли механизмы репарации ДНК, которые устраняют мутации. Таким образом, оптимальная частота мутаций это компромисс между платой за высокую частоту вредных мутаций и платой за метаболические затраты (например, синтез ферментов репарации) для уменьшения этой частоты. Некоторые организмы, например ретровирусы, имеют такую ​​высокую частоту мутаций, почти каждый их потомок будет владеть мутированным геном. Такая высокая частота мутаций может быть преимуществом, поскольку эти вирусы эволюционируют очень быстро, таким образом избегая ответов иммунной системы.

Мутации могут включать значительные участки ДНК, например дупликации генов, является сырым материалом для эволюции новых генов. У животных в среднем за каждый миллион лет происходят дупликации от десятков до сотней генов. Большинство генов, которые имеют общий предковый ген, принадлежат к одной генетической семьи. Новые гены образуются несколькими способами, в целом за счет дупликации предковых генов, либо за счет рекомбинации частей различных генов, в результате чего формируются новые комбинации нуклеотидов с новыми функциями. Новые гены формируют новые белки с новыми функциями. Например, для формирования структур глаза человека, которые ответственны за восприятие света используются четыре гена: трех для цветного зрения (колбочки) и один для ночного (палочки) все эти гены произошли от одного предкового гена. Другое преимущество дупликации гена, или даже целого генома состоит в том, что увеличивается избыточность (избыточность) генома; это позволяет одному гену приобретать новых функций, в то время как копия этого гена выполняет начальную функцию. Изменения в хромосомах могут проходить в результате крупных мутаций, когда сегменты ДНК внутри хромосомы отделяются, а затем снова встраиваются в другом месте хромосомы. Нариклад, две хромосомы рода Homo слились с образованием хромосомы 2 человека. Это слияние не состоялось в филогенетических рядах других обезьян, то есть они имеют эти хромосомы разделенными. Важнейшей ролью таких хромосомных перестроек в эволюции является ускорение дивергенции популяций с формированием новых видов за счет того, что происходит меньше межпопуляционных скрещиваний.

Последовательности ДНК, которые могут перемещаться по геному (Мобильные генетические элементы), такие как транспозонов, формируют большую часть генетического материала генетического материала растений и животных и имеют важное значение в эволюции геномов. Например, более миллиона последовательностей Alu представлены в геноме человека и сейчас эти последовательности служат для выполнения регуляции экспрессии генов. Другой эффект этих мобильных ДНК состоит в том, что они могут вызывать мутации существующих генов, или даже удалять их, увеличивая таким образом генетическое разнообразие.

Проблема происхождения жизни

Признание эволюции Католической церковью

Католическая церковь признала в энциклике папы Пия XII лат. Humani Generis, что теория эволюции может объяснять происхождение тела человека (но не его души), призвав, однако, к осторожности в суждениях и назвав теорию эволюции гипотезой. 1996 Папа Иоанн Павел II в послании к Папской академии наук подтвердил признание теистического эволюционизма как допустимой для католицизма позиции, заявив, что теория эволюции — это более чем гипотеза. Поэтому среди католиков буквальный, младоземельный, креационизм жидкий (в качестве одного из немногочисленных примеров можно привести Дж. Кина). Склоняясь к теистического эволюционизма и теории «разумного замысла», католицизм в лице своих высших иерархов, в том числе и выбранного 2005 папы Бенедикта XVI, тем не менее, безусловно отвергает эволюционизм материалистический.