Теория еволюційного розвитку. 
Матеріальні основи спадковості

Теория еволюційного розвитку. Матеріальні основи наследственности.

Реферат Выполнил: ________________.

1. Основні становища вчення Дарвина

1.1 Еволюційні уявлення до Чарльза Дарвина

На Землі існують щонайменше 2 млн. видів тварин, до 0,5 млн. видів рослин, сотні тисяч видів грибів і мікроорганізмів. Як постало розмаїття видів тварин і пристосованість їх до середовища проживання? Відповідь дає наукова теорія еволюції живої природи, основи якої у ХІХ в. заклав великий англійський учений Чарльз Дарвин.

До Дарвіна більшість біологів трималося поглядів на сталості і незмінності живих организмов-видов стільки, скільки їх створив бог. Організми й органи цілком відповідають мети, яку нібито поставив творець. Сутність світогляду цього періоду залежить від уявленнях про сталості, незмінності первісної доцільності природи. Таке світогляд одержало назву метафізичного (грецьк. «физис «- природа, «позначка «- над). Метафізичні уявлення підтримувалися Церквою і правлячими кругами.

В XVII-XVIII ст. нагромадилася безліч описів видів тварин, рослин, мінералів. Величезну завдання систематизації цих матеріалів виконав Карл Лінней (1707−1778), шведський натураліст, лікар. За підсумками подібності за одним-двома найпомітнішим ознаками він класифікував організми на види, пологи, класи. Він правильно помістив до одного загін чоловіки й людиноподібних мавп. Лінней увів у науку запропонований попередниками подвійні латинські назви — рід й посвідку (Canis familiaris — собака домашня). Латинські назви допомогли спілкуванню учених різних країн. Лінней повністю поділяв метафізичні ставлення до природі, вбачаючи у ній початкову доцільність, нібито доказывающую «премудрість творця ». Кожен вид він вважав результатом окремого творчого акта, незмінним й постійним, не що з інші види спорідненням. Наприкінці життя, проте, під впливом спостережень у природі він визнав, іноді види можуть бути шляхом схрещування чи внаслідок дій змін середовища. Значення праць Ліннея величезна: він запропонував систему тварин і звинувачують рослин, кращу із усіх попередніх; ввів подвійні назви видів; удосконалив ботанічний язык.

В початку ХІХ ст. французький вчений Жан Батіст Ламарк (1744−1829) виклав свої еволюційні ідеї на праці «Філософія зоології «. Ламарк розкритикував ідеї про сталості і неизменяемости видів. Він стверджував, що освіта нових видів відбувається дуже повільно і тому непомітно. У процесі еволюції вищі форми життя взяли початок від нижчих. Значення праць Ламарка подальшого розвитку біології величезна. Він перший виклав ідеї еволюції живої природи, стверджували історичне розвиток від простого до складного. Він перший поставив запитання про чинниках — рушійних силах еволюції. Проте, Ламарк помилково виводив чинники еволюції з нібито властивого всьому живому прагнення досконалості. Він не так пояснював причини виникнення пристосованості прямим впливом умов довкілля. Неправильно і запровадження щодо обов’язкової появу лише корисних змін їх успадкування. Отже, наука XVIII — на початку ХІХ в. неправильно пояснити рушійні сили розвитку органічного світу. Перед нею стали питання: як виникло величезне різноманіття видів? Як пояснити пристосованість організмів до місцевих умов довкілля? Чому в процесі еволюції відбувається підвищення організації живих существ?

1.2. Виникнення вчення Чарльза Дарвина

Возникновению вчення Ч. Дарвіна сприяли суспільно-економічні передумови. У першій половині в XIX ст. у країнах Західної Європи, особливо у Англії, інтенсивно розвивався капіталізм, що дало поштовх розвитку науки, промисловості, техніки. Попит промисловості сировини та населення зростаючих міст на продуктів харчування сприяв розвитку сільського господарства. Інша передумова появи дарвінізму — успіхи математично-природничої грамотності. Описание систематичних груп живих організмів призводили до про можливість їх родства.

У багатьох тварин порівнянням було встановлено єдиний план у структурі тіла, і органів. Дослідження ранніх стадій розвитку зародків хордовых виявили їхню разюча схожість. Вивчення копалин рослин та тварин розкрила послідовну зміну низкоорганизованных форм життя понад високоорганізованими. Великі матеріали заморських експедицій, виведення нових порід тварин і звинувачують сортів рослин не погоджувалися з метафізичним світоглядом. Потрібна була геніальний розум, яка б узагальнити величезний матеріал у світі певної ідеї, зв’язати стрункої системою міркувань. Таким ученим виявився Чарльз Дарвін (1809−1882).

С дитинства Ч. Дарвін захоплювався збиранням колекцій, хімічними дослідами, спостереженнями тварин. Студентом вивчав наукову літературу, опанував методикою польових досліджень. Ч. Дарвін на кораблі «Бигл «(анг. — шукач) зробив кругосвітню подорож. Він досліджував геологічне будова, флору і фауну багатьох країн, подав у Англію дуже багато коллекций.

В Америці, порівнявши знайдені останки вимерлих тварин із сучасними, Ч. Дарвін припустив їх кревність. На Галапагосских островах знайшла ніде більше які види ящірок, черепах, птахів. Вони близькі до південноамериканським. Галапагоські острова вулканічного походження, і тому Ч. Дарвін припустив, що у них види потрапили «з материка та поступово змінилися. У Австралії його зацікавили сумчасті і яйцекладущие, які вимерли деінде земної кулі. Австралія як материк відокремилася, коли ще виникли вищі ссавці. Сумчасті і яйцекладущие розвивалися тут незалежно від еволюції ссавців інших материках. Так поступово міцнішала переконання в змінності видів тварин і походження одних з інших. Перші записи про походження видів Дарвін зробив під час кругосвітнього путешествия.

1.3. Основні становища вчення Дарвина

После подорожі Дарвін протягом 20 років завзято працював створення еволюційного вчення, і опублікував їх у праці «Походження видів шляхом природного відбору, чи Збереження благоприятствуемых порід у боротьбі життя «(1859). У подальших творах Дарвін розбудовував і поглиблював різні сторони основну проблему — походження видів. У вашій книзі «Зміна свійських тварин і культурних рослин «на величезному фактичний матеріал, а також закономірності еволюції порід домашніх тварин і звинувачують сортів культурних рослин. У праці «Походження чоловіки й статевої відбір «Дарвін застосував еволюційну теорію до пояснень походження людини від тварин. Дарвінові належать капітальні праці з ботаніки, зоології і геології, у яких детально розроблено деякі питання еволюційної теории.

Главная заслуга Дарвіна тому, що він розкрив рушійні сили еволюції. Він матеріалістично пояснив виникнення і відносний характер пристосованості дією лише природних законів, до втручання державних надприродних сил.

Учение Дарвіна корені підривало метафізичні ставлення до сталості видів тварин і створенні їх богом. Які ж рушійні сили еволюції порід свійських тварин, сортів культурних рослин i видів в дикій природі? Рушійні сили еволюції порід і сортів — спадкова мінливість і вироблений людиною відбір. Дарвін встановив, що різні породи тварин та сорти культурних рослин створено людиною у процесі штучного відбору. З покоління до покоління людина відбирав і залишав для розмноження особин із будь-яким цікавим йому зміною, обов’язково спадковим, і усував інших особин від розмноження. У результаті отримані нові породи та сорти, ознаки й властивості яких відповідали інтересам людини. Чи немає подібного процесу у природі? Організми розмножуються в геометричній прогресії, але до статевозрілого стану доживають щодо небагато. Значна частина коштів особин гине, не залишивши потомства зовсім" або залишивши мале його кількість. Між особами як одного виду, і різних видів виникає боротьба за існування, під якої Дарвін розумів складні й різноманітніші відносини організмів між собою й умовами довкілля. Він мав на оці «як життя однієї особини, а й успіх їх у забезпеченні себе нащадками ». Наслідком боротьби за існування є природний відбір. Цим терміном Дарвін назвав «збереження сприятливих індивідуальних розбіжностей змін знищення шкідливих ». Боротьба за існування й природний відбір з урахуванням спадкової мінливості є, за Дарвіним, основними рушійними силами (чинниками) еволюції органічного мира.

Индивидуальные спадкові ухиляння, боротьба за існування й природний відбір в довгому ряду поколінь приведуть зміну видів у бік дедалі більшої пристосованості до конкретних умовам існування. Пристосованість організмів завжди відносна. Іншим результатом природного відбору є розмаїття видів, які населяють Землю.

1.4. Вплив дарвінізму в розвитку биологии

На основі дарвінізму перебудовувалися все галузі біологічної науки. Палеонтологія стала з’ясовувати шляхів розвитку органічного світу; систематика — родинні зв’язки і походження систематичних груп; ембріологія — встановлювати загальне в стадіях індивідуального розвитку організмів у процесі еволюції; фізіологія чоловіки й тварин — порівнювати їх життєдіяльність і виявляти родинні зв’язки між ними.

В початку XX в. почалося експериментальне вивчення природного відбору, швидко розвивалися генетика, екологія. Ідеї Дарвіна Росії зустріли підтримку передовий інтелігенції. У вузах ліберальна частина професури перебудовувала курс зоології і ботаніки у світі дарвінізму. З’явилися статті у журналах, що висвітлювали вчення Дарвіна. У 1864 р. «Походження видів «вперше було опубліковане російською языке.

Большая роль розвитку біологічної науки з урахуванням дарвінізму належить нашим вітчизняним ученим. Брати Ковалевские, К.А. Тімірязєв, І.І. Мечников, І.П. Павлов, Н.І. Вавілов, О. Н. Северцов, І.І. Шмальгаузен, С. С. Четвертиков і ще корифеї російської науки поклали основою своїх досліджень ідеї Дарвина.

2. Фізичні і хімічні основи явищ наследственности

Революция в генетиці було підготовлено всім ходом могутнього розвитку ідей методів менделизма і хромосомної теорії спадковості. Вже надрах цієї теорії засвідчили, що є явища трансформацій у бактерій; що хромосоми — це комплексні компоненти, які з білка і нуклеїнової кислоти. Молекулярна генетика — це справжнє дітище всього ХХ століття, яке сприймається новий рівень всотало у собі прогресивні підсумки розвитку хромосомної теорії спадковості, теорії мутації, теорії гена, методів цитології і генетичного аналізу. На шляхах молекулярних досліджень, у протягом останніх 20 років генетика зазнала за істиною революційних змін. вона є однієї з найбільш блискучих учасниць у спільній революції сучасного природознавства. Завдяки його розвитку з’явилася нова концепція про сутності життя, в практику ввійшли нові могутні методи управління і пізнання спадковості, які впливом геть сільське господарство, медицину і производство.

Основным у цій революції було розкриття молекулярних основ спадковості. Виявилося, що порівняно прості молекули дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) несуть у структурі запис генетичної інформації. Ці відкриття створили єдину платформу генетиков.

Оказалось, що генетична інформація чи діє у клітині на засадах управляючих систем, що запровадило в генетику у часто язик, і логіку кибернетики.

Вопреки старим поглядам на всеосяжну роль білка є основою життя, ці відкриття показали, що у основі наступності життя лежать молекули нуклеїнових кислот. Від них в кожній клітині формуються специфічні білки. Керуючий апарат клітини зібрано у її ядрі, точніше — в хромосомах, з лінійних наборів генів. Кожен ген, є елементарної одиницею спадковості, водночас представляє собою складний мікросвіт як хімічної структури, властивої певному відтинку молекули ДНК.

Таким чином, сучасна генетика відкриває перед людиною потаємні глибини організації та функцій життя. Як всякі великі відкриття, хромосомная теорія спадковості, теорія гена і мутацій (вчення про форми мінливості генів і хромосом) надавали глибоке впливом геть життя. Розвиток фізико-хімічної сутності явища спадковості нерозривно пов’язане з з’ясовуванням матеріальних основ всіх явищ життя. У явище життя нічого немає крім атомів і молекул, проте, форма їх руху якісно специфічна. Спадкоємність не автономне, незалежне властивість, воно невіддільне від прояви властивостей клітини в целом.

Взаимодействие молекул ДНК, білків і рибонуклеиновых кислот (РНК) є основою життєдіяльності клітини, і її відтворення. Оскільки явище спадковості, загалом значенні цього поняття, є відтворення по поколінням подібного типу обміну речовин, очевидно, що загальним субстратом спадковості є клітина в целом.

Явление спадковості загалом не зумовлено винятково генами і хромосомами, які представляють все ж лише елементи складнішою системи — клітини. Не применшує ролі генів і ДНК, у яких записана генетична інформація, тобто. можливість відтворення певного типу обміну речовин. Проте реалізація такої можливості, тобто. процеси розвитку особини чи процеси життєдіяльності клітини, базується цілісної саморегулюючим системи у вигляді клітини чи організму. У цей час у ролі першочерговою постає завдання з’ясувати, як здійснюється вищий синтез фізичних і хімічних форм руху, поява якого знаменувало собою виникнення життя і спадковості. Явище життя не можна зводити до хімії і фізиці, бо — то окрема форма руху матерії. Проте ясно, що сутність цієї особливої форми руху матерії може бути прийнята без знання природи простих форм, що входять у нього ніби в «зняте вигляді «. Тому проблема фізичних і хімічних основ спадковості є однією з центральних в генетиці. Її розробка повинна закласти підстави вирішення питань спадковості в усій складності її біологічного змісту. Зрозуміло, що важливі питання філософського матеріалізму пов’язані із розробкою цієї проблеми. Матеріалістична постановка вирішальних питань спадковості не мислима без визнання, що явище спадковості матеріально зумовлено, що у клітині, яка утворює покоління, повинні матись певні матеріальні речовини і структури, фізичні і хімічні форми руху яких завдяки їхнім специфічного взаємодії створюють явище наследственности.

В світлі сказаного цілком зрозуміла то значення, що має повна фізико-хімічна розшифровка будівлі біологічно важливих молекул. Кілька років тому вперше хімічними засобами поза організмом була синтезована білкова молекула — гормон інсулін, управляючий вуглеводним обміном в людини. Нещодавно розшифровано фізична структура двох білків — дихальних пігментів крові й м’язів — гемоглобіну і міоглобіну. Для молекули ферменту лизоцина фізики відкрили просторове розташування кожного з тисячі атомів, що у побудові його молекул. Встановлено місце у молекулі, відповідальне за каталітичний ефект цього біологічного каталізатора, не допускає проникнення вірусів у клетку.

После цих подій, що з розкриттям природи генетичного коду і генетичних механізмів в синтезі білків, вперше це вдалося дати повний хімічний аналіз стану і формули будівлі молекули транспортної РНК. Всі ці відкриття, включаючи чудовий факт, що синтез молекул ДНК іде під координуючим впливом початку (матричної ДНК), показує, який серйозний крок зробила генетична біохімія до створення прототипу живого.

Поистине фантастичні горизонти відкриваються шляхах синтезу генів у штучних умовах, які здійснено в дослідженнях Р. Корану та його групи ученых-последователей. Іншим видатним відкриттям послужила розробка умов штучного самоудвоения ДНК в безклеточной системі. Встановлено, що молекули ДНК (по крайнього заходу, у вірусів і бактерій) перебувають у формі замкнутого кільця й у такому вигляді служать матрицею для ДНК-полимеразы.

Проблемы гена і молекулярні мутації. Одною з найбільш найважливіших завдань сучасної генетики є отримання спрямованих мутацій. Це завдання переважно вирішується шляхах спрямованого хімічного перетворення молекулярних систем не більше окремих генів. При допомоги методів загальної, радіаційної, хімічної промисловості та молекулярної генетики у багатьох країнах це вже досягнуто управління спадковістю. У селекції мікроорганізмів, рослин та тварин наявні істотні виробничі досягнення, отримані з допомогою цих методів. Хоч як складна завдання отримання спрямованих мутацій, однак у останніх працях з молекулярної генетиці знайдено правильні шляху, і більше, навіть деякі елементи рішення це завдання вже були досягнуті у роботах з бактеріями і вирусами.

3. Чинники, викликають мутації на генному уровне

В природних умовах мутація з’являється під впливом чинників зовнішньою і внутрішньою середовища проживання і позначається терміном «природні (чи спонтанні) мутации».

Причиной генних, чи пізно це званих точкових, мутацій є заміна одного азотистого підстави у молекулі ДНК на інше, втрата, вставка, чи перестановка азотистих підстав в молекулі ДНК. Звідси випливає - ген, мутуючий сюрреалізм в людини, може стати поштовхом у розвиток патологічного стану, патогенез якого различен.

На чинники, викликають мутації на генному рівні, справила відповідне вплив довкілля (подагру, деякі форми цукрового діабету). Такі захворювання частіше виявляючись у постійному вплив несприятливих чи шкідливих чинників довкілля (порушення режиму харчування та інших.). Мутація гена може викликати у себе порушення синтезу білків, виконують пластичні функции.

В стадії вивчення перебуває захворювання, основу яких лежить недостатність механізмів відновлення зміненої молекули ДНК.

Генная мутація можуть призвести до розвитку иммунодефицитных хвороб (аплазія вилочкової залози у поєднанні агаммагло-булинемией). Причиною аномальною структури гемоглобіну є заміна в молекулі залишку глутаминовой кислоти на залишок валина. Відомий ряд мутацій генів, контролюючих синтез чинників згортання крови.

Генные мутації може бути причиною порушення транспорту різноманітних сполук через клітинні мембрани. Вони були пов’язані з порушенням функцій мембранних механізмів і з дефектами у деяких системах.

Если мутація на генетичному рівні виникає при дії різних фізичних, хімічних, біологічних чинників, це називають мутагенезом. Основою мутації є первинні ушкодження в молекулі ДНК.

4. Генна (генетична) инженерия

Что таке генетична інженерія? Генетична інженерія — це розділ молекулярної генетики, пов’язані з цілеспрямованим створення нових комбінацій генетичного матеріалу. Основа прикладної генетичної інженерії - теорія гена. Створений генетичний матеріал здатний розмножуватися в клетке-хозяине і синтезувати кінцеві продукти обмена.

Из історії генетичної інженерії. Генетична інженерія виникла 1972 р., у Стенфордському університеті, США. Тоді лабораторія П. Берга отримала першу рекомбинантную (гибридную) ДНК чи (рекДНК). Вона з'єднувала у собі фрагменти ДНК фага лямбда, кишкової палички і мавпячого вірусу SV40.

Строение рекомбінантною ДНК. Гібридна ДНК має вигляд кільця. Вона має ген (чи гени) і вектор. Вектор — це фрагмент ДНК, який би розмноження гібридної ДНК і синтез кінцевих продуктів діяльності генетичної системи — білків. Більшість векторів отримана з урахуванням фага лямбда, з плазмід, вірусів SV40, полиомы, дріжджів та інших бактерій. Синтез білків відбувається у клетке-хозяине. Найчастіше як клетки-хозяина використовують кишкову паличку, проте застосовують та інші бактерії, дріжджі, тварини чи рослинні клітини. Система вектор-хозяин може бути довільній: вектор підганяється до клетке-хозяину. Вибір вектора залежить від видовий специфічності і цілей дослідження. Ключове значення в конструюванні гібридної ДНК несуть два ферменту. Перший — рестриктаза — розсікає молекулу ДНК на фрагменти по суворо певним місцях. І друге — ДНК — лигазы — зшивають фрагменти ДНК у єдине ціле. Тільки після виділення таких ферментів створення штучних генетичних структур стало технічно здійсненним задачей.

Этапы генного синтезу. Гени, підлягають клонування, можна отримати у складі фрагментів шляхом механічного чи рестриктазного роздрібнення тотальної ДНК. Але структурні гени, зазвичай, доводиться або синтезувати химико-биологическим шляхом, або отримувати як ДНК-копии інформаційних РНК, відповідних обраному гену. Структурні гени утримують тільки кодовану запис кінцевий продукт (білка, РНК), і повністю позбавлені регуляторних ділянок. І тому здатні функціонувати у клетке-хозяине.

При отриманні рекДНК утворюється частіше лише кілька структур, із яких лише одна є потрібної. Тому обов’язковий етап становить селекція і молекулярне клонування рекДНК, введеної шляхом трансформації в клетку-хозяина. Існує 3 шляху селекції рекДНК: генетичний, імунохімічний і гибридизационный з міченими ДНК і РНК.

Практические результати генетичної інженерії. Через війну інтенсивному розвиткові методів генетичної інженерії отримані клони безлічі генів рибосомальной, транспортної та 5S РНК, гистонов, глобиного миші, кролика, людини, колагену, овальбумина, інсуліну людини тощо пептидних гормонів, інтерферону людини тощо. Це дозволило б створювати штами бактерій, які виробляють багато біологічні активні речовини, використовувані в медицині, сільському господарстві мікробіологічної промышленности.

На основі генетичної інженерії виникла галузь фармацевтичної промисловості, названа «індустрією ДНК». Це один із сучасних гілок биотехнологии.

Для лікувального застосування допущений інсулін людини (хумулин), отриманий у вигляді рекДНК. З іншого боку, з урахуванням численних мутантів щодо окремих генам, одержуваних за її вивченні, створено високоефективні тест-системи виявлення генетичної активності чинників середовища, зокрема виявлення канцерогенних соединений.

Теоретическое значення генетичної інженерії. У стислі терміни генетична інженерія справила величезний впливом геть розвиток молекулярно-генетичних методів і дозволила істотно просунутися шляхом пізнання будівлі та функціонування генетичного аппарата.