Эволюция
-
Эволюция и её процессы
- Эволюция — это изменение наследуемых характеристик биологических популяций.
- Процессы эволюции включают естественный отбор, генетический дрейф, мутации и поток генов.
- Эволюция привела к биоразнообразию на всех уровнях биологической организации.
-
Теория эволюции Дарвина
- Теория эволюции путем естественного отбора была разработана Чарльзом Дарвином и Альфредом Расселом Уоллесом.
- Теория основана на наблюдаемых фактах о выживании и размножении организмов.
- В последующих поколениях потомки с благоприятными характеристиками заменяют родителей.
-
Современный эволюционный синтез
- В начале 20 века эволюция была объединена с менделевской теорией наследования и популяционной генетикой.
- ДНК является основой наследственности, передающей информацию от поколения к поколению.
- Процессы, изменяющие ДНК, включают естественный отбор, дрейф генов, мутации и поток генов.
-
Эволюционная история жизни
- Все живое на Земле имеет общего последнего универсального предка, жившего 3,5-3,8 миллиарда лет назад.
- Палеонтологическая летопись включает эволюцию от раннего биогенного графита до окаменелостей многоклеточных организмов.
- Видообразование, анагенез и вымирание происходили на протяжении всей эволюционной истории жизни.
-
Наследственность и генетика
- Эволюция происходит через изменение наследуемых признаков, контролируемых генами.
- ДНК кодирует генетическую информацию, а гены определяют функциональные единицы.
- Мутации изменяют последовательности ДНК, приводя к новым аллелям и фенотипам.
-
Источники вариаций
- Вариабельность возникает из-за мутаций, перетасовки генов и потока генов.
- Мутации могут быть вредными, нейтральными или полезными.
- Новые гены могут возникать из дублирования и рекомбинации существующих генов.
-
Секс и рекомбинация
- У бесполых организмов гены наследуются вместе, у половозрелых организмов гены могут смешиваться.
- Рекомбинация генов приводит к новым комбинациям и функциям.
-
Половые организмы и генетическая изменчивость
- Потомство половых организмов содержит случайные сочетания хромосом родителей.
- Рекомбинация и реассортация изменяют аллели, производя новые комбинации.
- Пол увеличивает генетическую изменчивость и скорость эволюции.
-
Двукратная стоимость секса
- У сексуально диморфных видов только один пол может приносить потомство.
- Любая особь передает только 50% своих генов потомству.
- Половое размножение является наиболее распространенным способом размножения среди эукариот.
-
Гипотеза Красной королевы
- Половое размножение обеспечивает непрерывную эволюцию и адаптацию.
- Половое размножение способствует точному рекомбинационному восстановлению ДНК.
-
Поток генов
- Обмен генами между популяциями и видами.
- Горизонтальный перенос генов способствует распространению устойчивости к антибиотикам.
- Вирусы также могут переносить ДНК между организмами.
-
Эпигенетика
- Некоторые наследственные изменения не объясняются изменениями ДНК.
- Эпигенетические системы наследования включают метилирование ДНК и метаболические петли.
- Экологическое наследование и культурные признаки также влияют на эволюцию.
-
Эволюционные силы
- Эволюция происходит через изменения частот аллелей.
- Механизмы включают естественный отбор, генетический дрейф и смещение мутаций.
-
Естественный отбор
- Эволюция путем естественного отбора создает и сохраняет признаки, соответствующие функциональным ролям.
- Приспособленность измеряется способностью организма выживать и размножаться.
- Аллели, повышающие приспособленность, становятся более распространенными.
-
Типы естественного отбора
- Направленный отбор: изменение среднего значения признака.
- Разрушительный отбор: отбор по экстремальным значениям.
- Стабилизирующий отбор: отбор против экстремальных значений.
-
Экосистема и естественный отбор
- Экосистема включает все организмы в данной области.
- Каждая популяция занимает определенную нишу в экосистеме.
- Взаимосвязи организмов связаны с историей жизни и географическим ареалом.
-
Естественный отбор и его уровни
- Естественный отбор может действовать на разных уровнях: гены, клетки, организмы, группы организмов и виды.
- Отбор может действовать на нескольких уровнях одновременно.
- Пример отбора ниже уровня организма: транспозоны, которые могут реплицироваться и распространяться по геному.
- Отбор на уровне выше индивидуального, такой как групповой отбор, способствует развитию сотрудничества.
-
Генетический дрейф
- Генетический дрейф — случайное изменение частот аллелей в популяции.
- Аллели подвержены ошибкам выборки, что приводит к смещению частот.
- Дрейф прекращается, когда аллель становится устойчивой или исчезает из популяции.
- Генетический дрейф может привести к разделению популяций с разными наборами аллелей.
-
Нейтральная теория молекулярной эволюции
- Большинство эволюционных изменений — результат фиксации нейтральных мутаций.
- Теория почти нейтрализации: мутация, нейтральная в небольшой популяции, может быть не нейтральной в большой.
- Генетический автостоп и генетическая тяга могут затмевать генетический дрейф.
- Конструктивно-нейтральная эволюция объясняет сложные системы через нейтральные переходы.
-
Время закрепления аллеля
- Время закрепления зависит от размера популяции.
- Эффективный размер популяции меньше общей популяции.
- Эффективный размер популяции может быть неодинаковым для каждого гена.
-
Предубеждение к мутации
- Мутационное смещение — разница в ожидаемых показателях для разных видов мутаций.
- Мутации могут быть ответственны за систематические различия в геномном составе.
- Современные представления о роли мутационных отклонений отличаются от теории Холдейна и Фишера.
-
Генетический автостоп
- Рекомбинация позволяет разделять аллели, но скорость рекомбинации невелика.
- Генетическая отсадка: полезные аллели могут привести к распространению других аллелей в популяции.
-
Половой отбор
- Половой отбор — отбор по признакам, повышающим успешность спаривания.
- Признаки, развившиеся в результате полового отбора, часто привлекают хищников.
-
Естественные результаты
- Эволюция влияет на форму и поведение организмов.
- Адаптации повышают физическую форму и помогают в выживании.
- Организмы могут сотрудничать друг с другом или вступать в симбиоз.
- Макроэволюция — эволюция на уровне видов, микроэволюция — изменения внутри вида.
- Макроэволюция включает отбор на разных уровнях, микроэволюция — на уровне генов и организмов.
-
Эволюция и её цели
- Эволюция не имеет долгосрочных целей и не обязательно приводит к усложнению.
- Простые организмы остаются доминирующими в биосфере.
- Микроорганизмы важны для эволюционных исследований из-за их быстрого размножения.
-
Адаптация
- Адаптация — это процесс, улучшающий приспособленность организмов к среде обитания.
- Адаптивные черты — это аспекты, повышающие вероятность выживания и размножения.
- Адаптации могут приводить к появлению новых функций или утрате старых.
- Адаптации могут увеличивать способность организмов к генетическому разнообразию.
-
Эволюция структур
- Структуры с похожей внутренней организацией могут иметь разные функции у разных организмов.
- Глубокая гомология связывает органы, несмотря на их внешнее различие.
- Некоторые структуры могут терять свою функцию и становиться рудиментарными.
-
Эксaptations
- Эксaptations — это структуры, изначально адаптированные для одной функции, но ставшие полезными для другой.
- Примеры эксaptations включают плоскую голову у африканской ящерицы и флагеллы у бактерий.
-
Эволюционная биология развития
- Исследования направлены на понимание происхождения и эволюции эмбрионального развития.
- Эволюция может изменять развитие, создавая новые структуры.
- Изменения в развитии могут приводить к возвращению утраченных структур.
-
Коэволюция
- Взаимодействие между организмами может приводить к конфликту или сотрудничеству.
- Примеры коэволюции включают эволюцию тетрадотоксина у тритонов и устойчивость к нему у змей.
- Примеры сотрудничества включают микоризу у растений и эусоциальность у социальных насекомых.
-
Кооперация
- Кооперация может быть взаимовыгодной, как в случае с микоризой.
- Примеры кооперации включают эусоциальность и ограничение размножения соматических клеток.
- Кооперация может быть результатом родственного отбора и группового отбора.
-
Спецификация
- Спецификация — это процесс, при котором вид разделяется на два или более потомка.
- Существуют различные концепции видов, основанные на разных подходах: межпородном, экологическом и филогенетическом.
-
Определение вида
- Вид определяется как группа популяций, репродуктивно изолированных от других групп.
- Существуют разногласия по поводу генетической рекомбинации у прокариот.
-
Барьеры для репродукции
- Для образования новых видов необходимы барьеры для репродукции.
- Генетический поток может замедлить процесс, но не остановить его.
-
Гибриды и их значение
- Гибриды могут быть бесплодными, но иногда образуются жизнеспособные гибриды.
- Гибриды могут иметь промежуточные свойства или новый фенотип.
-
Способы видообразования
- Видообразование происходит через репродуктивную изоляцию и генетическую дивергенцию.
- Существуют четыре основных географических режима видообразования: аллопатрическое, перипатрическое, парапатрическое и симпатрическое.
-
Симпатрическое видообразование
- Симпатрическое видообразование происходит без географической изоляции.
- В растениях это возможно благодаря полиплоидии.
-
Теория прерывистого равновесия
- Видообразование и быстрая эволюция связаны с естественными отборами и генетическим дрейфом.
- Периоды стазиса в ископаемой летописи соответствуют родительским популяциям.
-
Вымирание видов
- Вымирание видов происходит постоянно, но особенно интенсивно в периоды массовых вымираний.
- Современные темпы вымирания значительно выше, чем в прошлом.
-
Применение эволюционной биологии
- Искусственный отбор используется в селекции растений и животных.
- Генная инженерия использует маркеры для манипулирования ДНК.
- Понимание эволюции помогает в медицине, особенно в изучении генетических заболеваний.
-
Эволюция и устойчивость
- Вирусы, бактерии и рак эволюционируют, становясь устойчивыми к иммунным защитам и лекарствам.
- В сельском хозяйстве также наблюдается устойчивость к пестицидам и гербицидам.
- Возможно, что большинство доступных антибиотиков скоро утратят эффективность.
-
Эволюционные алгоритмы
- В 1960-х годах начались симуляции эволюции с использованием эволюционных алгоритмов и искусственной жизни.
- Генетические алгоритмы стали популярными благодаря работам Джона Генри Холланда.
- Эволюционные алгоритмы используются для решения многомерных задач и оптимизации систем.
-
Происхождение жизни
- Земля существует около 4.54 миллиарда лет.
- Первые следы жизни на Земле датируются 3.5 миллиарда лет назад.
- В 2016 году ученые идентифицировали 355 генов последнего универсального общего предка всех организмов.
-
Общий предок
- Все организмы на Земле происходят от общего предка.
- Современные виды являются результатом длительной эволюции и множества событий видообразования и вымирания.
- Горизонтальный перенос генов усложняет «дерево жизни».
-
Эволюция жизни
- Прокариоты существовали на Земле около 3-4 миллиардов лет назад.
- Эукариотические клетки появились между 1.6 и 2.7 миллиардами лет назад.
- Эндосимбиоз привел к появлению митохондрий и хлоропластов.
- Многоклеточные организмы появились около 610 миллионов лет назад.
-
История эволюционной мысли
- Идея о том, что один тип организмов может происходить от другого, восходит к древнегреческим философам.
- В Средние века Аристотель рассматривал природу как реализацию фиксированных форм.
- В 17 веке «Новая наука» отвергла Аристотеля и стремилась объяснить явления через физические законы.
-
Ранние идеи о видах и эволюции
- Джон Рэй ввел термин «виды» для обозначения фиксированных природных типов.
- Карл Линней ввел иерархическую классификацию видов, но рассматривал их как установленные божественным планом.
- Пьер Луи Мопертюи и Жорж-Луи Леклерк обсуждали эволюционное изменение видов.
- Жан-Батист Ламарк предложил теорию «трансмутации», но она была осуждена как спекуляция.
-
Дарвиновская революция
- Чарльз Дарвин и Альфред Уоллес разработали теорию эволюции путем естественного отбора.
- Дарвин использовал выражение «происхождение с модификацией», а не «эволюция».
- Томас Генри Хаксли применил идеи Дарвина к людям, что вызвало споры.
-
Пангенезис и наследственность
- Дарвин разработал теорию пангенеза, но она была вытеснена законами наследственности Менделя.
- Август Вейсман и Хьюго де Фриз внесли вклад в понимание наследственности.
- Де Фриз разработал теорию мутаций, что привело к временному расколу.
-
Современный синтез
- В 1920-х и 1930-х годах современный синтез объединил естественный отбор и популяционную генетику.
- Это объяснило закономерности, наблюдаемые у разных видов.
-
Дальнейшие синтезы
- Публикация «Структура ДНК» в 1953 году продемонстрировала физический механизм наследования.
- Молекулярная биология улучшила понимание взаимосвязи между генотипом и фенотипом.
- Филогенетическая систематика позволила отобразить переход признаков.
-
Социальные и культурные реакции
- Эволюция стала источником научных дискуссий и религиозных споров.
- В США эволюция остается спорной концепцией для некоторых теистов.
- Креационисты считают, что эволюция противоречит мифам о сотворении мира.
-
Преподавание эволюции
- В США преподавание эволюции было редким до 1968 года.
- Креационизм был юридически запрещен в программах средней школы, но вернулся в форме «Разумный замысел».
- В Китае дебаты по поводу идей Дарвина не вызвали значительных разногласий.
-
Онлайн-архив Полного собрания сочинений Чарльза Дарвина
- Записная книжка доступна с 18 марта 2022 года
- Книга доступна с 27 января 2015 года
-
Материалы симпозиумов
- Симпозиум в Американском музее естественной истории в 2002 году
- Симпозиум «Пределы редукционизма в биологии» в 1997 году
- Конференция в Белладжио в 1989 году
-
Дополнительные ресурсы
- Онлайн-книги
- Ресурсы в вашей библиотеке
- Ресурсы в других библиотеках
- Американская версия
- Внешние ссылки
- Определения из Викисловаря
- Средства массовой информации из общего пользования
- Новости из Викиновостей
- Цитаты из викицитатника
- Тексты из Викиисточника
- Учебники из викиучебников
- Ресурсы из Викиверситета
-
Видео и анимация
- «Эволюция» в наше время на Би-би-си
- Требуется Adobe Flash
- «История эволюции в Соединенных Штатах»
- Видео (1980; Анимация «Космос»; 8:01): «Эволюция» – Карл Саган на YouTube