Biologie evolutivă

Biologia evoluționistă este o ramură a biologiei care studiază originea speciilor din strămoși comuni, ereditatea și variabilitatea caracteristicilor acestora, reproducerea și diversitatea formelor în cursul dezvoltării evolutive . Dezvoltarea speciilor individuale este de obicei considerată în contextul transformărilor globale ale florelor și faunelor ca componente ale biosferei . Biologia evoluționistă a început să prindă contur ca o ramură a biologiei cu acceptare larg răspândită a ideilor despre variabilitatea speciilor în a doua jumătate a secolului al XIX-lea .

Biologia evoluționistă este un domeniu de cercetare interdisciplinar, deoarece include atât domenii de teren, cât și domenii de laborator ale diferitelor științe. Contribuțiile la biologia evoluționistă provin din cercetări în domenii extrem de specializate, cum ar fi teriologia , ornitologia sau herpetologia , care sunt generalizate pentru a oferi o imagine clară a dezvoltării întregii lumi organice. Paleontologii și geologii analizează fosilele pentru a obține informații despre ratele și modelele de evoluție, în timp ce genetica populației explorează aceleași întrebări teoretic. Experimentatorii folosesc ameliorarea muștelor de fructe pentru a înțelege mai bine multe probleme din biologia evolutivă, cum ar fi evoluția îmbătrânirii. În anii 1990, biologia dezvoltării a revenit la biologia evoluționistă după o lungă neglijență sub forma unei noi discipline sintetice - biologia evolutivă a dezvoltării.

Istorie

Biologia evoluționistă ca disciplină academică a devenit curentă prin sinteza teoriei darwiniste și a geneticii în anii 1930 și 1940. Baza noii teorii a fost pusă de lucrările lui Chetverikov [1] , Fisher [2] , Wright [3] și Haldane [4] , care au luat în considerare efectul selecției naturale asupra frecvenței alelelor în populații. Natura acestor lucrări a fost mai mult teoretică decât fundamentată experimental [5] . Situația a fost corectată de monografia lui Theodosius Dobzhansky „Genetica și originea speciilor” [6] . Autorul a pus genetica experimentală a populației la baza problemei . Lucrările teoretice ale autorilor anteriori au fost comparate cu datele privind variabilitatea și selecția obținute în cursul diferitelor experimente. Dobzhansky credea că procesele macroevoluționare ar putea fi explicate în termeni de microevoluție , care sunt suficient de rapide pentru ca oamenii să le observe în experimente sau în natură.

Ideile genetice au pătruns în sistematică, paleontologia, embriologia și biogeografia. Din titlul cărții lui Julian Huxley „ Evolution: The Modern synthesis ” [7] , termenul „sinteză modernă” a intrat în literatura științifică, denotă o nouă abordare a proceselor evolutive. Expresia „teoria sintetică a evoluției” în aplicarea exactă a acestei teorii a fost folosită pentru prima dată de George Simpson în 1949. Această teorie a devenit baza dezvoltării biologiei evoluționiste în a doua jumătate a secolului al XX-lea. Marea majoritate a ideilor noi din acest domeniu s-au născut din discuții în jurul teoriei sintetice, atât din apărarea, cât și din critica acesteia.

Metode de biologie evoluționistă

Biologia evoluționistă folosește pe scară largă metodele științelor conexe. Experiența acumulată de paleontologie, morfologie, genetică, biogeografie, sistematică și alte discipline a devenit baza care a făcut posibilă transformarea ideilor metafizice despre dezvoltarea ființelor vii într-un fapt științific. Ceea ce urmează este o descriere a diferitelor metode, aproximativ în ordinea în care au intrat în cercetarea evolutivă.

Metode paleontologice

Aproape toate metodele de paleontologie sunt aplicabile studiului proceselor evolutive [8] . Metodele paleontologice oferă cele mai multe informații despre starea biosferei în diferite stadii de dezvoltare a lumii organice până în prezent, despre succesiunea modificărilor florei și faunei. Cele mai importante dintre aceste metode sunt: ​​identificarea formelor intermediare fosile, restaurarea seriilor filogenetice și descoperirea secvenței formelor fosile.

Metode biogeografice

Metodele biogeografice se bazează pe analiza distribuției speciilor existente în prezent, care oferă informații despre localizarea centrelor de origine a taxonilor, modalitățile de așezare a acestora, influența condițiilor climatice și izolarea asupra dezvoltării speciilor. De o importanță deosebită este studiul distribuției formelor relicte [8] .

Metode morfologice

Metodele morfologice ( anatomice comparative , histologice etc.) fac posibilă, pe baza unei comparații a asemănărilor și diferențelor în structura organismelor, să se judece gradul de relație dintre acestea. Metodele de anatomie comparată, împreună cu metodele paleontologice, au fost printre primii care au pus ideile evoluționiste pe șinele științei biologice.

Metode genetice moleculare

Datele macromoleculare, care se referă la secvențele de material genetic și proteine, se acumulează într-un ritm din ce în ce mai mare datorită progreselor biologiei moleculare. Pentru biologia evoluționistă, acumularea rapidă a datelor întregii secvențe genomului este de o valoare considerabilă, deoarece însăși natura ADN-ului îi permite să fie folosit ca „document” al istoriei evoluției. Comparațiile secvenței de ADN a diferitelor gene din diferite organisme pot spune omului de știință multe despre relațiile evolutive ale organismelor care nu pot fi descoperite altfel pe baza morfologiei sau formei externe a organismelor și a structurii lor interne. Deoarece genomii evoluează printr-o acumulare treptată de mutații, numărul de diferențe de secvență de nucleotide între o pereche de genomi din organisme diferite ar trebui să indice cât timp în urmă cei doi genomi au împărtășit un strămoș comun. Două genoame care s-au divizat în trecutul recent ar trebui să fie mai puțin diferite decât două genoame al căror strămoș comun este foarte vechi. Prin urmare, prin compararea diferitelor genomi între ele, este posibil să se obțină informații despre relația evolutivă dintre ele. Aceasta este sarcina principală a filogeneticii moleculare.

Biologie evoluționistă teoretică

În biologia evoluționistă modernă, coexistă mai multe teorii care descriu procesele evolutive. Această conviețuire, deși nu întotdeauna pașnică, se explică prin faptul că fiecare dintre teorii se concentrează pe un grup limitat de factori. Astfel, teoria sintetică se concentrează pe procesele genetice ale populației, în timp ce teoria epigenetică se concentrează pe dezvoltarea ontogenetică. Problemele asociate cu evoluția biocenozelor în ansamblu sunt acoperite de teoria evoluției ecosistemice, care se află în stadiul inițial de dezvoltare. În același timp, teoria echilibrului punctat oferă o idee despre schimbările în regimurile procesului evolutiv, deși poate spune puțin despre cauzele acestora.

Teoria sintetică a evoluției

Teoria sintetică în forma sa actuală s-a format ca urmare a regândirii unui număr de prevederi ale darwinismului clasic din punctul de vedere al geneticii la începutul secolului al XX-lea. După redescoperirea legilor lui Mendel (în 1901 ), dovezi ale naturii discrete a eredității și mai ales după crearea geneticii teoretice a populației prin lucrările lui R. Fisher ( 1918 - 1930 ), J. B. S. Haldane, Jr. ( 1924 ), S. Wright ( 1931 ; 1932 ), doctrina lui Darwin a căpătat o bază genetică solidă.

Articolul de S. S. Chetverikov „Despre unele momente ale procesului evolutiv din punctul de vedere al geneticii moderne” ( 1926 ) a devenit în esență nucleul viitoarei teorii sintetice a evoluției și baza pentru sinteza ulterioară a darwinismului și a geneticii. În acest articol, Chetverikov a arătat compatibilitatea principiilor geneticii cu teoria selecției naturale și a pus bazele geneticii evolutive. Principala publicație evolutivă a lui S. S. Chetverikov a fost tradusă în engleză în laboratorul lui J. Haldane, dar nu a fost niciodată publicată în străinătate. În lucrările lui J. Haldane, N. V. Timofeev-Resovsky și F. G. Dobzhansky , ideile exprimate de S. S. Chetverikov s-au răspândit în Occident, unde aproape simultan R. Fisher și-a exprimat opinii foarte asemănătoare cu privire la evoluția dominației.

Impulsul dezvoltării teoriei sintetice a fost dat de ipoteza recesivității genelor noi. În limbajul geneticii din a doua jumătate a secolului al XX-lea , această ipoteză presupunea că în fiecare grup de organisme de reproducere în timpul maturării gameților , ca urmare a erorilor în replicarea ADN-ului, apar constant mutații - noi variante de gene.

Teoria neutră a evoluției moleculare

La sfârșitul anilor 1960, Motoo Kimura a dezvoltat teoria evoluției neutre , sugerând că mutațiile aleatoare care nu au semnificație adaptivă joacă un rol important în evoluție. În special în populațiile mici, selecția naturală nu joacă de obicei un rol decisiv. Teoria evoluției neutre este în bună concordanță cu faptul unei viteze constante de fixare a mutațiilor la nivel molecular, ceea ce face posibilă, de exemplu, estimarea timpului de divergență a speciilor .

Teoria evoluției neutre nu contestă rolul decisiv al selecției naturale în dezvoltarea vieții pe Pământ. Discuția este despre proporția de mutații care au o valoare adaptativă. Majoritatea biologilor acceptă unele dintre rezultatele teoriei evoluției neutre, deși nu împărtășesc unele dintre afirmațiile puternice făcute inițial de Kimura. Teoria evoluției neutre explică procesele de evoluție moleculară a organismelor vii la niveluri nu mai mari decât cele ale organismelor. Dar pentru explicarea evoluției progresive, nu este potrivită din motive matematice. Pe baza statisticilor pentru evoluție, mutațiile pot apărea fie aleatoriu, provocând adaptări, fie acele modificări care apar treptat. Teoria evoluției neutre nu contrazice teoria selecției naturale, ci explică doar mecanismele care au loc la nivel celular, supracelular și organ.

Teoria echilibrului punctat

În 1972, paleontologii Niels Eldridge și Stephen Gould au propus teoria echilibrului punctat, care afirmă că evoluția creaturilor care se reproduc sexual are loc în salturi, intercalate cu perioade lungi în care nu există modificări semnificative. Conform acestei teorii, evoluția fenotipică , evoluția proprietăților codificate în genom , are loc ca urmare a unor perioade rare de formare a unor noi specii ( cladogeneza ), care se desfășoară relativ rapid în comparație cu perioadele de existență stabilă a speciilor. Teoria a devenit un fel de renaștere a conceptului de saltare. Se obișnuiește să se contrasteze teoria echilibrului punctat cu teoria gradualismului filetic, care afirmă că majoritatea proceselor evolutive decurg uniform, ca urmare a transformării treptate a speciilor.

Biologie evolutivă a dezvoltării

În ultimele decenii, teoria evoluționistă a primit un impuls din cercetarea în biologia dezvoltării. Descoperirea genelor hox și o înțelegere mai completă a reglării genetice a embriogenezei au devenit baza unui avans profund în teoria evoluției morfologice, a relației dintre dezvoltarea individuală și cea filogenetică și a evoluției de noi forme bazate pe setul anterior de gene structurale.

Biologie evolutivă experimentală

Experimentele lui Shaposhnikov

La sfârșitul anilor 1950 și începutul anilor 1960, biologul sovietic Georgy Shaposhnikov a efectuat o serie de experimente în timpul cărora plantele gazdă au fost schimbate în diferite specii de afide. În timpul experimentelor, a fost observată pentru prima dată izolarea reproductivă a indivizilor utilizați în experiment din populația originală , ceea ce indică formarea unei noi specii.

Experiment de evoluție E. coli

Un experiment unic privind evoluția bacteriei E. coli în condiții artificiale, condus de un grup condus de Richard Lenski de la Universitatea din Michigan . În timpul experimentului, au fost urmărite modificările genetice care au avut loc în 12 populații de E. coli de peste 60.000 de generații. Experimentul a început pe 24 februarie 1988 și durează de peste 25 de ani [9] [10]

Vezi și

• biologia populatiei
• evolutie emergenta

Note

1. ↑ Chetverikov S.S. Despre unele momente ale procesului evolutiv din punctul de vedere al geneticii moderne // Zhurn. exp. biol. - 1926. - T. 2 . - S. 3-54 .
2. ↑ Fisher R.A. Teoria genetică a selecției naturale. — Oxford: Clarendon Press, 1930.
3. ↑ Wright S. Evolution in Mendelian populations   // Genetics . - 1931. - Vol. 16 . - P. 97-159 .
4. ↑ Haldane JBS Cauzele evoluției. — Londra: Longmans, Green & Co., 1932.
5. ↑ Jordan N. N. Evoluția vieții. - M . : Academia, 2001. - 425 p.
6. ↑ Dobzhansky Th. Genetica și originea speciilor. — New York: Columbia University Press, 1937.
7. ↑ Huxley J. Evolution: The Modern synthesis. — Londra: Allen & Unwin, 1942.
8. ↑ 1 2 Yablokov A.V., Yusufov A.G. doctrina evoluționistă. - M . : Şcoala superioară, 2006. - 310 p.
9. ^ Richard E. Lenski Source of founding strain , 2000. Accesat la 18 iunie 2008.
10. ↑ Jeffrey E. Barrick, Dong Su Yu, Sung Ho Yoon, Haeyoung Jeong, Tae Kwang Oh, Dominique Schneider, Richard E. Lenski, Jihyun F. Kim. Evoluția și adaptarea genomului într-un experiment pe termen lung cu Escherichia coli  (engleză)  // Nature : journal. - 2009. - Vol. 461 . - P. 1243-1247 .

Literatură

În rusă