Реферат: Структурные уровни живого и этапы его эволюции
Например, у человека из 23 пар хромосом 22 пары одинаковы у мужского и женского организмов, а одна пара различна. Именно благодаря этой паре различаются два пола, ее называют половыми хромосомами (одинаковые хромосомы называются аутосомами). Половые хромосомы у женщин одинаковы, их назвали Х-хромосомами. У мужчин, кроме Х-хромосом, имеется Y-хромосома, которая и играет решающую роль при определении пола.
Совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данной растительной или животной клетки, называется геномом.
Процесс воспроизводства состоит из трех частей: репликации, транскрипции, трансляции.
Репликация - это удвоение молекул ДНК, необходимых для последующего деления клеток. Основой способности клеток к самовоспроизведению является уникальное свойство ДНК самокопироваться и строго равноценное деление репродуцированных хромосом. Это служит условием возможности деления клетки на две идентичные.
При репликации ДНК разделяется на две цепи, после чего вдоль каждой цепи из нуклеотидов, свободно пребывающих внутри клетки, выстраивается еще одна цепь, в точности идентичная матричной.
Транскрипция представляет собой перенос кода ДНК путем образования одноцепочной молекулы информационной РНК на одном участке ДНК.
РНК отличается от ДНК тем, что вместо дезоксирибозы содержит рибозу (отличается на одну гидроксильную группу каждого сахарного кольца) и вместо тимина содержит урацил . Информационная же РНК это копия части молекулы ДНК, состоящей из одного или группы рядом лежащих генов, которые несут ннформацию о структуре белков.
Трансляция - это синтез белка на основе генетического кода информационной РНК в особых частях клетки - рибосомах, куда транспортная РНК доставляет аминокислоты.
Вопрос о том, каким именно путем получаются разные белки и клетки, или проблема генной активности, был решен французскими учеными Жаком Моно и Франсуа Жакобом в 1960-х годах.
Они показали, что по своим функциям все гены разделяются на «регуляторные», которые кодируют структуру регуляторного белка, и «структурные», кодирующие синтез ферментов.
Ген-регулятор производит молекулу-репрессор. Она выключает при необходимости оператор, размещающийся на одном конце оперона (группы генов), в результате чего данные ферменты не производятся.
В 1950-х годах было установлено, что во всех ДНК частота встречаемости аденина (А) равна частоте встречаемости тимина (Т), а гуанина (Г) в них столько же, сколько и цитозина (Ц). В этом суть «правила Чаргоффа», получившего отражение в статистическом уравнении А + Т = Г + Ц.
Молекулы ДНК разных организмов различаются по частоте встречаемости пар нуклеотидных оснований и по порядку их расположения в молекулах. Геномы организмов различаются также по числу нуклеотидов, составляющих их ДНК. В конце 50-х годов была выдвинута гипотеза о том, что различия в частоте встречаемости и порядке расположения нуклеотидов в ДНК для разных организмов имеют специфический для видов характер. Эта гипотеза позволила изучать на молекулярном уровне эволюцию живого и характер видообразования.
Все живые организмы на Земле состоят из одних и тех же классов органических соединений – белков, липидов, углеводов и нуклеотидов. Однако сходство на этом не исчерпывается: биохимические процессы получения и запасания энергии в клетках различных организмов также невероятно похожи. Принцип строения ДНК также оказался одинаков для всех организмов; ген из ДНК человека можно встроить в ДНК бактерии, и в результате бактерия начнёт производить белки, типичные для человека. Последовательности аминокислот в белках у родственных организмов идентичны или очень близки, и чем меньше отличий в этих последовательностях, тем более близкими друг к другу считаются организмы.
Иммунологические исследования также свидетельствуют об эволюционном родстве между организмами. Если белки, содержащиеся в крови, ввести в кровь животным, у которых этих белков нет, то организм начнёт вырабатывать соответствующие антитела. Так, человеческая сыворотка, введённая в кровь кроликам, вызывает образование антител у них. Если спустя некоторое время к пробе крови кролика с антителами добавить человеческую сыворотку, то произойдёт образование комплексов антиген-антитело, выпадающих в осадок, количество которого можно измерить. Предполагая, что это количество находится в прямой зависимости от сходства между белками сывороток, можно установить степень родства между разными группами животных.
2. КЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ ЖИВОГО. ЭВОЛЮЦИЯ КЛЕТКИ
Клетка является основной элементарной единицей жизни, способной к воспроизводству. Именно в ней протекают все главнейшие обменные процессы, такие как биосинтез, энергетический обмен и др. Поэтому начало биологической эволюции и появление подлинной жизни связано именно с возникновением клеточной организации.
Самыми ранними из возникших на Земле одноклеточных организмов были бактерии, не обладавшие ядром (прокариоты). Вероятно, они жили за счет потребления органических соединений, возникающих абиогенно под действием электрических разрядов и ультрафиолетовых лучей. Организмы, обладающие ядром (эукариоты), возникли значительно позднее (около 1.5 млрд. лег назад). Кроме строения клетки, различие между прокариотами и эукариотами заключается в том, что первые могут жить как в бескислородной среде, так и в атмосфере, содержащей кислород, в то время как для эукариотов почти во всех случаях кислород обязателен.
По-видимому, прокариоты возникли в период, когда содержание кислорода в среде было незначительным, а ко времени появления эукариот концентрация кислорода стала достаточно высокой.
Существенным отличием прокариот от эукариот является то, что у последних центральным механизмом обмена стало дыхание, а у большинства прокариот энергетический обмен происходит в процессе брожения.
После появления в атмосфере достаточного количества свободного кислорода аэробный механизм оказался намного выгодней, так как при окислении углеводов в 18 раз увеличивается выход биологически полезной энергии по сравнению с брожением.
По поводу возникновения эукариот существуют две основные гипотезы.
Аутогенная гипотеза предполагает, что эукариотическая клетка возникла путем дифференциации прокариотической клетки. Произошло это в результате развития мембранного комплекса. Вначале образовалась наружная клеточная мембрана с выпячиванием внутрь клетки, затем из нее сформировались отдельные структуры, давшие начало клеточным органоидам. В рамках этой гипотезы невозможно указать, о 5 какой именно группы прокариот возникли эукариоты.
Американский микробиолог Линн Маргулис недавно предложила иную гипотезу, получившую название симбиотической теории. В основание симбиотической гипотезы положены новые открытия: обнаружение у пластид и митохондрий внеядерной ДНК и способность этих органелл к самостоятельному делению. В соответствии с предположением Л. Маргулис эукариотическая клетка возникла вследствие нескольких актов симбиогенеза. Первоначально произошло объединение крупной амебовидной прокариотной клетки с мелкими аэробными бактериями, которые превратились в митохондрии. Затем эта клетка включила в себя спирохетоподобные бактерии, из которых сформировались кипетосомы, центросомы и жгутики. После обособления ядра в цитоплазме, что является признаком эукариот, клетка с этим набором органелл оказалась исходной для образования царств грибов и животных. А объединение прокариотной клетки с цианеями привело к образованию пластидной клетки и это дало начало формированию царства растений. Сегодня гипотеза Л. Маргулис разделяется не всеми. Многие ученые придерживаются аутогенной гипотезы, которая более соответствует дарвиновским принципам усложнения организации в ходе прогрессивной эволюции.
Крупным шагом эволюции стало возникновение у организмов фотосинтезирующей способности.
Около 3 млрд лет назад обеднение среды органическими азотистыми соединениями вызвало появление живых существ, способных использовать атмосферный азот.
Такими организмами являются фотосинтезирущие азот-фиксирующие сине-зеленые водоросли, способные существовать в среде, полностью лишенной органических соединений. Эти организмы осуществляли аэробный фотосинтез и были устойчивы к продуцируемому ими кислороду.
Первоначально возник фотосинтез, в котором источником атомов водорода для восстановления углекислого газа был сероводород. Подобный фотосинтез осуществляют современные зеленые и пурпурные серые бактерии. В дальнейшем появился более сложный двухстадийный фотосинтез, при котором атомы водорода извлекаются из молекул воды. Фотосинтезирующая деятельность одноклеточных организмов оказала огромное влияние на всю дальнейшую эволюцию живого на Земле. Фотосинтез освободил организмы от борьбы за природные запасы абиогенных органических соединений, количество которых значительно сокращалось. Автотрофное питание, развившееся посредством фотосинтеза, а также запас готовых питательных веществ в растительных тканях стали условиями для появления огромного разнообразия организмов.
При помощи фотосинтеза произошло насыщение атмосферы кислородом в количествах, достаточных для возникновения и развития организмов, у которых энергетический обмен основан на процессе дыхания. Появление значительной концентрации кислорода привело к образованию в верхней части атмосферы озонного слоя, защищавшего жизнь на Земле от губительного воздействия излучения из космоса.