Генетика и эволюция

Исходя из того, что одни гены влияют на проявление других, в процессе отбора в организме вырабатывается сбалансированная система генов, называемая генным комплексом, который обеспечивает приспособление к любым условиям среды, с которым может столкнуться организм и где еще не шел естественный отбор.

 

6. Генетический дрейф

Кроме естественного отбора, существует еще один фактор, который может  способствовать повышению концентрации мутантного гена в популяции и  даже полностью вытеснить его нормальный аллеломорф. Биолог С. Райт исследовал этот случайный процесс (генетический дрейф) при помощи математических моделей и применил этот принцип к изучению проблем эволюции. При постоянных условиях генетический дрейф имеет решающее значение в очень маленьких популяциях, следовательно, популяция становится гомозиготной по многим генам и генетическая изменчивость уменьшается. Также он полагал, что вследствие дрейфа в популяции могут возникнуть вредные наследственные признаки, в результате чего такая популяция может погибнуть и не внести свой вклад в эволюцию вида. С другой стороны, в очень больших популяциях решающим фактором является отбор, поэтому генетическая изменчивость в популяции снова будет незначительна. Популяция постепенно хорошо приспосабливается к условиям окружающей среды, но дальнейшие эволюционные изменения зависят от появления новых благоприятных мутаций. Такие мутации происходят медленно, поэтому эволюция в больших популяциях идет медленно. В популяциях промежуточной величины генетическая изменчивость повышена, новые выгодные комбинации генов образуются случайно, и эволюция идет быстрее, чем в двух других описанных выше популяциях.

Исходя из этого, Райт предположил, что наиболее быстрые эволюционные изменения будут происходить у видов, подразделенных на многочисленные популяции различной величины, причем между популяциями возможна некоторая миграция.

Райт соглашался с тем, что естественный отбор – один из важнейших факторов эволюции, однако генетический дрейф, по его мнению, также является существенным фактором, определяющим длительные эволюционные изменения внутри вида, и что многие признаки, отличающие один вид от другого, возникли путем дрейфа генов.

 

7. Генетические закономерности в эволюции популяций

Их изучает популяционная  генетика. Популяция в качестве элементарной единицы эволюции должна удовлетворять определённым требованиям:

1) численность её должна  быть велика, чтобы обеспечить  скрещивание особей с разными  генотипами;

2) физически существовать  в природе достаточно долго  (много поколений);

3) должен отсутствовать  отбор по отношению к определённым  генам;

4) не должно возникать  новых мутаций;

5) не должна происходить  миграция особей из соседних  родственных популяций с иными  генотипами.

Тогда из поколения в поколение  при свободном скрещивании относительные  частоты генов не меняются (закон Харда-Вайнберга). В природе таких идеальных условий для популяций нет. Действует непрерывно естественный отбор, и происходят мутации. Равновесие генов в популяции нарушается. Накапливается большое количество внешне не проявляющихся (рецессивных) наследственных изменений.

Впервые генетическое разнообразие природных популяций растений и  животных установил в 1926 году С. С. Четвериков (1880-1959). Хромосомы с рецессивными генами при делении клеток и в процессе размножения постепенно распространяются среди популяций. С достижением высокой концентрации мутаций становится вероятным вариант скрещивания, при котором эти мутации проявляются фенотипически и попадают под прямой контроль естественного отбора. Таким образом, богатый резерв наследственной изменчивости мобилизуется через естественный отбор с изменением условий существования популяций. Каждая популяция как бы таит в своих недрах возможности для быстрого изменения в соответствии с направлением естественного отбора.

Генетика позволила конкретизировать роль эволюционных факторов и виды естественного отбора. Согласно постулатам синтетической теории эволюции эти  факторы должны удовлетворять определённым требованиям:

1) быть поставщиками элементарного  эволюционного материала;

2) создавать различные  внутрипопуляционные барьеры, расчленяющие  исходную популяцию на две  или несколько ветвей;

3) вызывать адаптивные  изменения – обязательное условие  осуществления эволюционного процесса.

Мутационный процесс как  первый фактор не способен оказывать  направляющее действие на эволюцию без  второго эволюционного фактора  – "волн жизни". Эволюционная их роль двояка: они приводят к изменению частот генов в популяции, что приводит к снижению наследственной изменчивости, а также к уменьшению разнообразия генотипов, содержащихся в популяции. Тем самым изменяется направленность и интенсивность действия отбора. Значение третьего эволюционного фактора – изоляции – состоит в том, что она нарушает свободное скрещивание и закрепляет возникающие различия в наборах и численностях генотипов изолированных ветвей популяции. Помимо пространственно-географической изоляции действует и биологическая (или репродукционная), насчитывающая 5 форм: поведенческую, экологическую, сезонную или временную, морфологическую и генетическую. Они могут взаимно комбинироваться, и в итоге возможна трансформация отдельных ветвей первичной популяции в самостоятельные виды.

Четвёртым и главным элементарным эволюционным фактором является естественный отбор. Генетическую сущность его можно  представить как "неслучайное  сохранение в популяции определённых генотипов и избирательное их участие в передаче генов следующему поколению". Причем, естественный отбор действует не на отдельный фенотипический признак (то есть отдельный ген), а на сам фенотип, который сформировался в результате взаимодействия с конкретным генотипом, имеющим определённую норму реакции.

Степень воздействия естественного  отбора на популяцию называется "интенсивностью давления". Он может быть направлен  на отдельные особи (индивидуальный отбор) или их группировки (групповой  отбор). В разных условиях среды действуют  разные формы отбора:

• движущий, или прямой, отбор действует, когда под влиянием среды возникают полезные наследственные изменения. В этом случае "давление отбора" будет направлено в определённую сторону, что приведёт к постепенному изменению фенотипа, смене нормы реакции в полезном направлении. В популяции возникают новые генотипы с селективными свойствами, создающие новую направленность ("вектор") отбора. Под контролем движущего отбора генофонд популяции изменяется как единое целое. Движущая форма отбора играет основную эволюционную роль в развитии полезных приспособлений;
• в случае стабилизирующего отбора как бы охраняется от давления любой фенотипической изменчивости определённый фенотип, ставший устойчивым, оптимальным в данных условиях. Он действует у видов, живущих в относительно постоянных условиях долгое время. При этом сохраняются мутации, ведущие к меньшей изменчивости данного признака, его норма реакции сужается. Под действием стабилизирующего отбора в случае территориального барьера на основе исходной популяции могут возникнуть виды-двойники (аллотропическое видообразование);
• роль дизруптивного отбора сводится к возникновению внутри популяции разных форм. В условиях устойчивого различия условий внешней среды аллотропические популяции за счёт дизруптивного отбора приобретают фенотипические и генотипические различия приспособительного значения. Снижение вероятности скрещивания между ними усиливает их расхождение вплоть до образования новых видов.

Все виды отбора в природе  связаны друг с другом. Движущий отбор преобразует виды в меняющихся условиях окружающей среды. Стабилизирующий – закрепляет полезные формы в достаточно постоянных условиях среды. Дизруптивный – формирует из первоначально однородной популяции разные виды в случае их строгой изоляции.

 

8. Заключение

Синтез генетики и эволюции в  основном состоял во взаимодействии менделевской теории наследственности и великой по своей научной значимости теории Дарвина.

Генетика включает ряд отраслей, в том числе по объектам исследования: генетика микроорганизмов, генетика растений, генетика животных, генетика человека. Показав, что наследственность и  изменчивость основываются на преемственности  и видоизменении сложных внутриклеточных  структур, генетика внесла важный вклад  в познание картины мира и доказательство взаимосвязи физико-химических и  биологических форм организации  материи. Генетика имеет большое  значение для медицины, тесно связана  с эволюционным учением, цитологией, молекулярной биологией, селекцией. С  развитием новых методов и  техники исследований стало возможным  расшифровать генетический код, выделить этапы биосинтеза белков, экспериментально изучать макроэволюцию, создать  генную инженерию. Ученым удалось расшифровать структуру молекулы ДНК, что позволило создавать на базе известных видов новые, с заранее запрограммированными, не свойственными этому виду качествами.

Исследования в области генетики и экологии выявили ряд факторов, контролирующих выработку приспособлений и видообразование. Силы, лежащие  в основе эволюции семейств, порядков и классов, не могут быть так легко  определены. В результате многочисленных  экспериментов в области молекулярной генетики современная биология обогатилась двумя фундаментальными открытиями, которые уже нашли широкое отражение в генетике человека. Без преувеличения можно сказать, что генетика человека относится к наиболее прогрессирующим разделам генетики в целом. Ее исследования простираются от биохимического до популяционного, с включением клеточного и организменного уровней. 

9. Библиографический список литературы

1. Голубовский М. Д. Век генетики: эволюция идей и понятий. - СПб.: Борей Арт, 2000. – с. 262.

2. Иванов В. И., Юдин  Б. Г. Этико–правовые аспекты программы «Геном человека». - М.: 1998. – с. 189.

3. Пузырев В. П., В. А. Степанов. Патологическая анатомия генома человека. - Новосибирск: «Наука», 1997. – с. 223. 

4. Свердлов Е. Д. Очерки современной молекулярной генетики по курсу лекций для студентов биологического факультета МГУ. Очерк 6. Генная терапия и медицина XXI века. Молекул. генет., микробиол., вирусол. – 1996. - No 4. – с. 3. 

5. Чудов С.В. Устойчивость видов и популяционная генетика хромосомного видообразования: Монография. – М: МГУЛ, 2002. – 97 с. 

6. Шеппард Ф. М. Естественный отбор и наследственность.- М.: Просвещение, 1970.

7. Киселева Э. А. Книга для чтения по дарвинизму. – М.: Просвещение, 1970.

8. Пузанов И. И. Жан Батист Ламарк.- М.: Просвещение, 1959.

9. Резник С. Раскрывшаяся тайна бытия. – М.: Знание, 1976.

10. Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания. – М.: Юнити, 2000.

11. Основы экологии/ под ред. Обухова В. Л. и Сапунова В. Б.-

СПб.: Специальная литература, 1998.

12. [1] Статья: ГЕНЕТИКА - ЦЕЛОСТНАЯ НАУКА. Беседа с академиком Ю.П. Алтуховым

 

10. Словарь терминов

Аллели – гены, расположенные в одном и том же месте хромосомы.

Вид – совокупность живых организмов, населяющих определенную экологическую нишу, имеющая общность строения и физиологии и составляющая цельную генетическую систему.

Гаметы – женские и мужские половые клетки, обеспечивающие при слиянии развитие новой особи и передачу наследственных признаков от родителей к потомкам.

Гены – это гигантские молекулы, определяющие своим строением и взаимодействием с другими аналогичными молекулами природу наследственных признаков.

ДНК – это носитель определенной генетической информации, определенные участки которой соответствуют определенным генам.

Локус – определенный участок на хромосоме.

Хромосома – структурный элемент ядра клетки, в котором заключена наследственная информация организма.