Влияние мутаций, ест отбора и факторов окруж среды на эволюц процессы организмов в биосфере.

Влияние мутаций на эволюционные процессы.

Мутации могут быть незначительными и затрагивать самые различные морфологические и физиологические особенности организма, например у животных – размеры, окраску, плодовитость, молочность и т. п. Иногда мутации проявляются в более значительных изменениях. Мутации могут происходить в силу самых различных воздействий.

Мутационный процесс создает разнообразие внутри вида и этим доставляет материал для эволюционных преобразований. Мутации и рекомбинация генотипов в процессе скрещивания обуславливает генетическую разнородность популяции.

Микроэволюция – это начальный этап эволюционных превращений, которые осуществляются в популяциях на базе разнонаправленных мутаций и их комбинаций и приводят к образованию новых внутривидовых группировок – популяций и подвидов.

Таким образом, если популяция служит основной единицей эволюции, то элементарный эволюционный материал составляют мутации и их комбинации. В результате естественного отбора в популяциях одни генотипы спустя ряд поколений приобретают преимущества, а удельный вес других, менее приспособленных уменьшается. Такая длительная направленная перестройка генофонда популяции и является элементарным эволюционным процессом. Дальнейшее изменение генного состава популяции приведет к образованию новых видов.

Влияние естественного отбора.

Естественный отбор– это постоянно происходящий в пределах любого вида отбор наиболее приспособленных особей, который приводит к сохранению и накоплению изменений, полезных для вида в данных условиях, и к уничтожению вредных изменений.

Наблюдается постоянное избирательное выживание животных с полезными признаками и гибель животных с неблагоприятными признаками. Например. Успешная добыча ягеля оленями зимой прежде всего определяется их способностью раскапывать снег, для чего необходимы широкие копыта и сильные ноги. Отсюда ясно: быстрее добудут ягель те олени, у которых наиболее широкие копыта и наиболее сильные ноги. В данных условиях эти признаки полезны и их «подхватит» естественный отбор. Животные же с более узкими копытами (вредный признак в данных условиях) или погибнут от голода, или станут жертвой хищника.

Естественный отбор идет не только по этим двум признакам, но и по тем, от которых в данных условиях зависит успешная добыча корма и возможность избежать гибели от хищника: острота зрения и обоняния, скорость бега и др.

Естественный отбор играет творческую роль в природе, являясь основной движущей силой эволюции, поскольку из ненаправленных наследственных изменений отбираются те, которые могут привести к образованию новых групп особей, более совершенных в данных условиях существования.

Влияние факторов окружающей среды.

Формирование организма идет как под влиянием генов, так и под воздействием условий среды обитания. Эти условия и служат причиной ненаследственной изменчивости. Они могут ускорить и замедлить рост и развитие, изменить окраску цветков у растений, но гены при этом не изменяются. Благодаря ненаследственной изменчивости особи популяций оказываются приспособленными к меняющимся условиям среды.

К факторам эволюции относится также изоляция, т. е. возникновение барьеров, затрудняющих свободное скрещивание особей. Географическая изоляция – обособление определенной популяции от другой популяции того же вида каким-либо труднопроходимым географическим барьером.

С изменением условий жизни направление естественного отбора меняется. Если группы одного широко расселенного вида попадают в неодинаковые условия, то отбор в этих группах пойдет в разных направлениях. Это приведет к формированию тех или иных приспособлений; внутри вида начнется процесс расхождения признаков. Вначале это приведет к образованию новых группировок особей внутри вида, а затем из одного вида через естественный отбор сформируется несколько новых видов.

http://www.gumer.info/bibliotek_Buks/Science/Karp/08.php

О фактах широкого распространения во Вселенной процессов образования органических веществ из неорганических уже говорилось выше. На Земле наших дней такие процессы наблюдаются очень редко. Но это не означает, что в совсем иных условиях ранней Земли все обстояло так же. Эксперименты показывают-, что в насыщенной водородом и аммиаком первичной атмосфере электрические разряды, мощное ультрафиолетовое излучение Солнца создавали все необходимое для эффективного протекания процессов, характерных для первого из перечисленных выше этапов. Но. для детальной разработки механизмов, действовавших на втором и особенно на третьем этапах, имеющихся исходных данных мало.

Проникновение в суть явления, называемого происхождением жизни на Земле, перестало выглядеть безнадежным занятием после того, как усилиями ряда ученых сформировался системный подход к этому феномену, рожденный новым научным мышлением. Начало подхода заложил русский биохимик А.И. Опарин (1894-1980) в 1924 г. В появлении жизни он увидел единый естественный процесс;

слагавшийся из протекавшей в условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей затем на качественно новый уровень - биохимической эволюции. С самого начала процесс был неразрывно связан с геологической эволюцией внешних оболочек Земли. Видимо, новое понимание проблемы назрело в науке, потому что независимо от А.И. Опарина подобный подход (несколько позже, в 1929 г.) высказал английский физиолог Дж. Холдейн (1860- 1936). Затем эстафету подхватил английский физик Дж. Бернал.

Возникновение и развитие химической эволюции особого типа про-.изошли на втором этапе, в ходе образования и накопления в первичных водоемах исходных органических молекул. В самом общем виде химическую эволюцию можно представить так. Органические вещества, образовавшиеся на первом этапе процесса, скапливались в сравнительно неглубоких местах первичных водоемов, прогреваемых Солнцем. Солнечное излучение в то время доносило до поверхности Земли мощную коротковолновую (ультрафиолетовую) составляющую, которая в наши дни не пропускается к поверхности озоновым слоем, образовавшимся вместе с кислородной атмосферой. Коротковолновое же излучение обеспечивает энергией протекание химических реакций между органическими соединениями, но одновременно разрушает возникающие сложные органические соединения, в частности, биополимеры, липиды, углеводороды - основу будущей жизни. Поэтому их накопление возможно только в динамике и при наличии таких условий в окружающей среде, которые способствовали бы укрытию новых образований от разрушения мощным солнечным ультрафиолетом.

Таким образом, предполагается, что в некоторых зонах первичных водоемов Земли протекали разнообразные случайные реакции. Большая их часть быстро завершалась из-за исчерпания исходного сырья. Но в хаосе химических реакций произвольно возникали и закреплялись реакции циклических типов, обладавшие способностью к самоподдержанию в неких замкнутых циклах при поступлении энергии извне и эффективном обмене веществом с окружающей средой. Органическая химия знает примеры реакций такого типа. Их отбор и выживание следует рассматривать как возможный качественный скачок, создавший предпосылки для перехода от химической к биохимической эволюции. Вместе с отбором и совершенствованием комплексов циклических реакций происходили отбор и совершенствование участвующих в этих реакциях органических молекул.

Непременным условием успешного протекания химической эволюции служит допущение, что одновременно с отбором циклических реакций происходила самосборка из липидов оболочек и перегородок мембранного типа, способных отделить объемы с упорядоченными реакциями от неорганизованной окружающей среды, не лишая их возможности обмена реагентами. В лабораторных экспериментах, имитирующих состояние гидросферы и атмосферы молодой Земли, получено подтверждение того, что скопление липидов в водоеме при определенной ихконцентрации и соответствующих внешних условиях демонстрирует типичный процесс самоорганизации, осуществляя самосборку микрооболочек. Напрашивается еще одно смелое допущение, что каким-то образом процесс самосборки оболочек и процесс отбора циклических реакций определенного типа объединились и привели к появлению неравновесных, отделенных от окружающей среды самоподдерживающихся образований, которые стали предшественниками простейшей клетки.

В последние годы предпринимаются попытки на основе теоретического анализа и лабораторных экспериментов воспроизвести модель протекания химической эволюции на поверхности только что сформировавшейся молодой планеты.

В одной из таких моделей предполагается, что ранняя Земля первоначально была холодным телом, окруженным разреженной восстановительной атмосферой- смесью мётана, аммиака и паров воды при общем давлении не более 1-10 мм рт. ст. Температура поверхности достигала примерно - 50°С, так что вода ледяным покровом окружала литосферу. Под действием солнечных и космических частиц, проникавших сквозь разреженную атмосферу, происходила ее ионизация:

атмосфера находилась в состоянии холодной плазмы. Это предположение является ключевым для данной модели, так как плазма в ней рассматривается в качестве основного поставщика энергии для зарождения и поддержания химической эволюции.

Атмосфера ранней Земли была насыщена электричеством, в ней вспыхивали частые разряды. Серией лабораторных экспериментов, в которых имитировались первичная атмосфера и электрические разряды, установлено, что в таких условиях шло быстрое одновременное синтезирование разнообразных органических соединений, в том числе и весьма сложного состава. Эти соединения представляли собой подходящее сырье, из которого на следующей стадии эволюции могли образовываться пептиды, липиды и углеводы.

Низкая температура, поверхности и холодная атмосферная плазма создавали условия для успешного протекания процессов полимеризации. Возникшие биополимеры стали предшественниками тех, из которых затем строилась жизнь. Их образование протекало в атмосфере, откуда они выпадали на ледяной покров Земли, накапливаясь в нем. В условиях гигантского естественного холодильника они 'хорошо сохранялись до лучших времен. Это также подтверждено лабораторными экспериментами.

Радиоактивный разогрев недр Земли пробудил тектоническую деятельность, заработали вулканы. Выделение газов уплотнило атмосферу, отодвинув границу ионизации в ее верхние слои. Растаял ледяной покров, образовав первичные водоемы. Размораживание активизировало химическую деятельность накопленных биополимеров, липидов, углеводов. Как показали эксперименты, в процессе размораживания липиды претерпевали самосборку, образуя в водоеме стабильные “калиброванные” микросферы диаметром от 10 до 50 мкм. Ранее такие сферы наблюдал А.И. Опарин, он их назвал коацерватными каплями и придавал им важнейшее значение в переходе от неживой природы к предшественнице живой клетки.

Предполагается, что самосборка мембранных липидных оболочек с заключенными в них биополимерами - важный шаг в переходе от химических смесей к организованным системам. Именно во внутренних полостях капель,

куда извне могли выборочно проникать молекулы, началась эволюция от химических реакций к биохимическим, а переход к простейшей клетке произошел в форме скачка, характерного для самоорганизации вещества.