Эволюция на пальцах. 2
Существуют два понятия: фенотип – совокупность телесных признаков (анатомических, морфологических, функциональных и др.) и генотип (совокупность наследственных факторов организма, в узком понимании – генов). Нет, неправильно начал, так не допрыгнуть. Начну издалека.
На Земле существует две империи живых существ: доклеточные и клеточные организмы. Доклеточные, к которым относятся вирусы и фаги, к живым относятся условно, поскольку не в состоянии обеспечить собственное существование и размножение. Они 100-процентные (облигатные) паразиты, в ходе Эволюции либо избавившиеся от хлопотного внутриклеточного хозяйства, либо не сумевшие им обзавестись. Вирусы и фаги представляют собой нечто вроде бутылок с запертыми внутри джинами, где роль тары играет белковая оболочка (капсид), а злого духа – цепочки ДНК, РНК, или той и другой вместе. Существуют и еще более простые образования: инфицирующие белковые молекулы (прионы) и инфицирующие нуклеиновые кислоты (вирионы) – но это уже и вовсе не живые существа, а именно что «образования».
Клеточные организмы выделены в два «надцарства»: безъядерные и ядерные. Первые (прокариоты) – много древней вторых (эукариотов), генетический аппарат – нуклеиновые кислоты – не отграничен от окружающего клеточного пространства, а располагается рыхлым комком, плохо различимым при микроскопии. Иногда выделяют отдельную группу прокариотов – археобактерии – одноклеточные организмы, приспособившиеся к самым суровым условиям существования: часть из них выживает при температурах до 150 градусов Цельсия, часть – в кислых средах при pH 1-5, часть, напротив, в резко щелочных при pH 9-11, при давлениях до 700 атмосфер, в соляных растворах с концентрацией до 25-30 процентов NaCl, в почти безводных средах…
Ядерные организмы бывают одноклеточными и многоклеточными, подразделяясь на царства растений, животных и грибов.
Прямо жду вопроса: к чему столь отвлеченный пассаж, посвященный сухой и скучной классификации? А вот анекдот, тоже старенький, на эту тему:
Однажды сын-школьник подошел к отцу и задал вопрос: «Папа, что такое «окисление железа»?» Отец отвечает: «Это очень просто. Например, ты откусываешь яблоко, и железо, находившееся внутри него, контактирует с воздухом. Молекулы кислорода присоединяются к железу, окисляя и превращая в ржавчину – оксид железа. Понял?» Сын, внимательно слушавший отца, кивнул и спросил: «Пап, а ты с кем сейчас разговаривал?»
Так вот, я просто хочу быть уверенным, что говорю на понятном языке, и неизвестный мне одинокий читатель, увидев в тексте выражение «ядерная клетка» не представляет в уме помещение из сварной арматуры с атомным реактором посередине…
Принципиальным фактором отличия многоклеточных организмов от одноклеточных является специализация составляющих его клеток. Действительно, есть одноклеточные, живущие тесными колониями, но при этом сохраняющие способность к самостоятельному размножению. Как только в сообществе клеток выделяются единицы, ответственные за образование новых поколений (генеративные), а остальные теряют такую способность полностью или в значительной степени (называясь после этого соматическими, т.е. телесными) – можно говорить о едином организме.
Высшие животные, растения и грибы в значительной степени сохранили эту первичную дифференциацию, появившуюся более 2-х миллиардов лет назад. Известно выражение, например, что «Нервные клетки не восстанавливаются». На самом деле, это не совсем так. Сами зрелые клетки мозга (их 3 вида: нейроны, астроциты и олигодендроциты), действительно, после созревания могут лишь расти и отмирать, но не делиться. Однако в области мозговых желудочков еще с зародышевой стадии хранятся нейрональные стволовые клетки, в полной мере сохраняющие способность к размножению и последующему превращению во все типы клеток мозга. Что и постоянно происходит: нейрональные стволовые клетки делятся, дифференцируются, мигрируют внутри полужидкого мозга на довольно большие расстояния (измеряемые в сантиметрах!), встраиваются в его ткань и начинают работать.
Наиболее ярко специализация клеток на соматические «рабочие» и генеративные «материнские» видна, конечно, на примере кроветворения. Со школьной скамьи должно быть известно, что клетки крови образуются не в сердце или сосудах, за гемопоэз (образование форменных элементов крови) ответственны совсем другие органы: красный костный мозг (выработка эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов), лимфатические узлы (лимфоциты и плазматические клетки), и селезенка (образование лимфоцитов, а также захват и утилизация старых эритроцитов). В процессе образования красных кровяных телец происходят последовательные метаморфозы и деления (стволовая клетка – базофильные проэритробласты – макробласты – нормобласты - ретикулоциты – эритроциты), в результате которых из 1-й начальной клетки получается 32 эритроцита. Они настолько «заточены» под единственную функцию переноса молекул кислорода и углекислого газа, что оказываются полностью лишены ядра – средоточия наследственного материала. Безусловно, это сказывается на продолжительности существования эритроцита (практически нет возможности поддерживать внутриклеточный синтез – расти, вести ремонт внутренних и наружных мембран), но зато была приобретена форма двояковогнутого диска, обладающая максимальной площадью поверхности при минимальном внутреннем объеме, - а эритроцит работает именно поверхностью.
Итак, должно быть ясно, что каждая из составляющих живой организм клеток непрерывно изменяется как в процессе роста и созревания, так и в процессе жизнедеятельности. Биологические системы относятся к открытым, и непрерывно обмениваются с окружающей средой энергией (теплом) и материей (поглощают и выделяют газы, минеральные и/или органические вещества). Но эти явления направлены либо на поддержание гомеостаза – некоего баланса внутренней среды, либо на адаптацию – приспособление конкретной особи к изменяющимся условиям внешней среды в узких рамках имеющихся в организме возможностей. Так, при похолодании человеческая кожа покрывается «мурашками» и бледнеет – попытка сэкономить внутреннее тепло за счет сокращения притока к наружным покровам; затем начинается дрожь – почти неконтролируемые мышечные сокращения и расслабления для активизации обмена и усиления выработки тепла; если действие холода не прекращается, происходит остановка периферийного кровообращения – кровь перераспределяется в пользу жизненно важных органов: сердца, мозга, почек… На последних стадиях замерзания наступает охранительное торможение центральной нервной системы: исчезает болевая чувствительность, падает артериальное давление, мозг погружается в сноподобное состояние, а вскоре может наступить и смерть. Но ни отрастить в случае мороза шерсть, ни покрыться пухом, ни превратить мышцы в толстый подкожный жировой слой, ни даже переработать в тепло все имеющиеся в теле запасы жира и углеводов человек не может – это выходит за рамки адаптации. Барьеры же установлены на много более глубоком уровне, нежели органы и системы, ткани и клетки – на уровне генетического материала, сосредоточенного в клеточных ядрах.
Но далеко не все генетические изменения попадают в поле действия Эволюции.
Свидетельство о публикации №212013101201
Признаюсь в собственной глупости и предвкушаю праздник мозга от ответа на самый главный вопрос, который не смогли мне разъяснить десятки ученых трудов и сотни популярных программ.
Аркадий По 27.04.2013 09:14 Заявить о нарушении
Дмитрий Смоленский 09.05.2013 06:39 Заявить о нарушении
Действительно, подробно описан процесс передачи информации и клонирования, но собственно процесс создания новой информации освящен мало(особенно эволюционной - не изменение пигмента кожи или отрастания волос в результате изменения условий среды, а создания новых органов и видов).
И еще. Я вижу что вы глубоко в теме, так объясните мне такую вещь. ДНК может воспроизводиться только при наличии белков-ферментов, синтез которых осуществляется с помощью закодированной в ДНК информации. Поскольку оба они зависят друг от друга, воспроизводство возможно лишь при их одновременном существовании. Так как биологи объясняют процесс возникновения первой простейшей ДНК.
Аркадий По 16.05.2013 12:34 Заявить о нарушении
Что касается возникновения новой информации, то тут я могу лишь догадываться, что вы имеете в виду. Информация (в отличие от материи, энергии, пространства и времени) не существует сама по себе, не возникает и не исчезает. Она может быть получена и потеряна, но только некоторым субъектом, не обязательно даже разумным - просто живым. Если птичка села перед крокодилом - для него это информация, если она пролетела в сотне метров выше и в стороне - никакой информации для крокодила в этом нет.
Если же вы подразумеваете фактор изменчивости, то об этом (по-моему) я писал: все живые организмы меняются и на клеточном уровне, и на субклеточном, и на молекулярном. Одно разрушается, другое синтезируется, где-то накапливаются ошибки, где-то успевают исправиться или компенсироваться. Мы все, если честно, сплошные мутанты, соматические клетки непрерывно генерируют дефектные белки и "кривые" хромосомы, а наша иммунная система сбивается с ног, связывая и уничтожая весь этот мусор. И вот когда окончательно сбивается, тут и возникают болезни - проявления неполадок организма на уровне органов и систем. Эволюции это касается постольку поскольку: успел индивидуум оставить жизнеспособное потомство, ну, и флаг в руки. А то, что он хромой, косой и малокровный - определяющего значения не имеет. Выживают и виды крошечных тупых рачков, и хилые плесневые грибы, и синие киты с бегемотами. Представьте количество тараканов и количество слонов - сразу поймете, который из этих видов наиболее устойчив, лучше "отшлифован" эволюцией.
Дмитрий Смоленский 28.05.2013 20:02 Заявить о нарушении
"И еще больше времени - стони миллионов и миллиарды лет. Они и были потрачены природой на абсолютно неразумный способ комбинирования массы случайных элементов - пока концентрации не стали столь приличны, что разнородные обрывки начали вступать во взаимодействие друг с другом."
В алфавите 32 буквы. На Проза.ру уже 168379 авторов. Каждый из них неслучайно складывает буквы и то по-настоящему ценных произведений выходит не так много. И "естественный" отбор в виде рейтинга за миллионы лет не изменит этого соотношения. А что уж говорить про случайное перетасовывание букв. Никакие сотни миллионов лет перестановки букв не создадут рассказ Чехова, я уже не говорю о романе Толстого. Только убежденному исследователю такое может показаться возможным, но Вы творческий человек и понимаете что за любым самым маленьким творением стоит огромный труд души или мысли, если хотите.
Аркадий По 29.05.2013 09:49 Заявить о нарушении
Дмитрий Смоленский 30.05.2013 06:32 Заявить о нарушении
вот, положим, у Вас дома пакет соли, в нем множество кристалликов, пусть по 1 мм размером. В таком кристаллике 10^18 пар ионов хлора и натрия. Удивляет ли Вас, что все они уложены в строгую периодическую решетку? Можете ли вы представить себе, чтобы при бросании монеты миллиард миллиардов раз подряд все время строго по очереди выпадали орел и решка? И таких кристалликов у вас в пакете штук миллион. А основная масса минералов Земли сложена кристаллами. Естественно, сразу приходит в голову мысль о том, что периодичность расположения ионов в кристаллике не результат случайности, а следствие каких-то важных причин. И это так. Не будем обсуждать эти причины - в школьных книжках об этом можно прочесть. Так почему же нужно полагать, что процессы возникновения живой материи подчинялись только слепому случаю, бесконечному перебору вариантов? Разве есть принципиальные отличия живого и неживого в части физики и химии?
Алексей Степанов 5 02.07.2013 19:12 Заявить о нарушении
Меня тоже удивляет почему такая разница в подходах ученых к органике и не органики. Тем не менее биологи и генетики упорно стоят на том что всё дело случая. И единственный закон упорядочивающий это безумное казино - естественный отбор. Пойдите с ними поспорьте!
Аркадий По 03.07.2013 12:33 Заявить о нарушении
не думаю, что генетики и биологи все рассматривают через призму комбинаторики, там народ очень ушлый. Они прекрасно понимают, что эволюция - это результат отбора, ограниченного все той же химией и физикой, просто акценты в биологии по необходимости поставлены именно так, как поставлены). Я, кстати, в биологии ни бум-бум и сам эти четыре статьи прочел с огромным интересом - у автора великолепный дар писать понятно о вещах безумно сложных. Спасибо ему за это.
Алексей Степанов 5 03.07.2013 14:26 Заявить о нарушении