Стратегия Эволюции

Стратегия Эволюции

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР И ЭВОЛЮЦИОННЫЙ ПРОГРЕСС 3

r- И k-СТРАТЕГИИ 4

ОТКРЫТИЕ ЭНТОНИ МУРА: k ( r ПЕРЕХОД? 5

Что же такое mHsp70 и каковы его функции? 6

ЧЕРВЯК - ДОЛГОЖИТЕЛЬ: r ( k ПЕРЕХОД? 9

ВОЗМОЖНЫЙ МЕХАНИЗМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СТРАТЕГИЙ 9

ЧЕЛОВЕК И МЕХАНИЗМЫ ЭВОЛЮЦИИ 10

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 11

ВВЕДЕНИЕ

Испокон веков людей волновал вопрос, как возникли живой мир и они сами.

Кажущаяся непостижимость происхождения организмов во всей их сложности и

совершенстве неизменно толкала человечество к религии. Действительно, как

можно, не прибегая к Создателю, объяснить появление живых существ во всем

их необычайном разнообразии? Случайные блуждания в "трехмерном

пространстве" почти бесконечного количества возможных вариантов, конечно же

не в состоянии объяснить, почему мы оказались в данный момент в данной

точке эволюционного пути.

Дарвин, введя понятие естественного отбора, ограничил рамки этих

блужданий, как бы переведя поиск из трехмерного пространства в плоскость.

Но и после Дарвина остались большие проблемы. Естественный отбор хорош для

количественного совершенствования частных признаков живых существ. Легко

представить себе, как отбор случайных мутаций позволил оптимизировать длину

и форму передней конечности двуногого ящера, которая использовалась для

хватания. Но как из этой конечности получилось крыло археоптерикса? Ведь

здесь потребовалось возникновение и закрепление в потомстве десятков (если

не сотен) новых признаков, и каждый из них не только не давал особи каких-

либо преимуществ в борьбе за существование, но фактически не мог не

ухудшать выполнения прежней функции конечности, уже оптимизированной для

хватания естественным отбором.

ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР И ЭВОЛЮЦИОННЫЙ ПРОГРЕСС

Прогрессивная эволюция посредством естественного отбора в современном

понимании должна включать в простейшем случае следующую цепь событий:

. случайное появление мутации или какого-либо другого изменения в том

или ином гене

. изменение той биологической функции, которая зависит от данного гена

. закрепление изменения, если оно дает преимущества в борьбе за

существование, как результат победы мутанта в конкуренции с особями,

не имеющими полезной мутации (выживание наиболее приспособленных)

Подобная схема вполне пригодна для тех случаев, когда речь идет о

мутации, которая приносит немедленную выгоду. Однако она не работает, если

полезные свойства возникают только за счет последующих мутаций в данном или

других генах. И уже совсем плохо, если мутация в первых поколениях вредит

мутантам, а польза может произойти лишь в отдаленном будущем - когда

появится большое число новых мутаций. В последнем случае естественный отбор

должен препятствовать, а не способствовать, прогрессу.

Во введении уже упоминалось, что превращение передней лапы ящера в

крыло требует множества отдельных мутаций, которые никак не могут произойти

одновременно. Если бы передняя конечность постепенно видоизменялась в

крыло, это неизбежно привело бы к кардинальному ухудшению "хватательной"

функции, причем еще до того, как завершилось формирование функции

"летательной". Сквозь сито естественного отбора не прошли бы промежуточные

формы, передние конечности которых уже не могли использоваться в прежних

целях, но еще совсем не были приспособлены к полету. Каким же образом

вывести промежуточные формы эволюции из-под давления естественного отбора?

Можно, конечно, предположить, что динозавр имел возможность

пожертвовать старой (хватательной) функцией, которая в силу изменившихся

условий стала менее важной, чем быстрота бега. Такой пример как будто бы

являют собой тираннозавры с их совсем маленькими передними конечностями.

Размахивая зачатками крыльев, предшественник археоптерикса мог бы прибавить

в скорости, еще не научившись летать. Однако, чтобы оставаться в рамках

концепции естественного отбора, пришлось бы признать, что каждый следующий

шаг в формировании крыла непременно улучшал беговые качества динозавра.

Такую стратегию вряд ли можно назвать гибкой и универсальной, коль речь

зашла о столь сложной задаче. Появление любого нового качества было бы

крайне затруднено, если бы каждое из предшествующих ему количественных

изменений непременно давало организму какие-то сиюминутные выгоды. Легко

представить себе, как ускорился бы эволюционный процесс при условии, что

существуют специальные механизмы эволюции, которые защищают промежуточные

формы от давления естественного отбора.

r- И k-СТРАТЕГИИ

В 1967 г. Р. Макартур и Е. Уилсон, анализируя динамику численности

популяций, предложили r- и k - коэффициенты. Я не будем рассматривать их

математический смысл, а используем эти коэффициенты для обозначения двух

стратегий эволюционного развития живых существ. r-cтратегия предполагает

бурное размножение и короткую продолжительность жизни особей, а k-стратегия

- низкий темп размножения и долгую жизнь. В соответствии с r-стратегией

популяция развивается на переломных этапах своей истории, при изменении

внешней среды, что способствует появлению новых признаков и захвату новых

ареалов. k-стратегия характерна для благоденствия популяции при

сравнительно стабильных условиях. Очевидно, что у популяции вероятность

новаций будет тем выше, чем она быстрее размножается и чем чаще происходит

смена поколений, т.е. короче продолжительность жизни особей. Чтобы решить

проблему переходных форм, r-стратегии недостаточно, желательно дополнить ее

еще одним свойством, а именно повышенной жизнеспособностью, или лучшими

качествами в борьбе за существование, на коротком (в сравнении с k-

стратегией) временном промежутке, отведенном природой для жизни особи. Это,

в общем-то логично: за повышение жизнеспособности, как и за плодовитость,

приходится платить, а плата эта - сокращение продолжительности жизни.

Если жизнеспособность особей при r-стратегии повышена, это могло бы

компенсировать отмеченные недостатки промежуточных форм, связанные с

формированием новой функции. В результате они выстояли бы в борьбе за

существование.

Способность к переключению r- и k-стратегий есть один из механизмов

биологической эволюции. Чтобы остаться в пределах представлений об эволюции

как закреплении случайно возникших новых признаков путем естественного

отбора, нужно принять также, что и переключение стратегий происходит без

всякой закономерности, а выживают те, кто выбрал стратегию, более

соответствующую данным условиям среды. В простейшем случае должен

существовать какой-то один ген или координированная группа генов, режим

работы которых и определяет выбор стратегии.

ОТКРЫТИЕ ЭНТОНИ МУРА: k ( r ПЕРЕХОД?

Летом 1998 г. англичанин Энтони Мур сделал сенсационное сообщение на 10-

й Европейской биоэнергетической конференции в Гетеборге. Первоначально имя

Мура отсутствовало в списке докладчиков, но ему была предоставлена

возможность выступить с внеочередным докладом ввиду очевидной

неординарности результатов проделанной работы.

Автор получил трансгенное растение табака с повышенной активностью

гена, который кодирует митохондриальную разновидность так называемого белка

теплового шока с молекулярной массой 70 кД (mHsp70). В результате

суперэкспрессии количество mHsp70 увеличилось в 30 раз.

Вмешательство в геном имело поразительные последствия. Трансгенный

табак оказался вдвое выше нормального (растения культивировали в

оптимальных для роста условиях), втрое увеличилась его биомасса и скорость

дыхания митохондрий. Несколько возросла интенсивность фотосинтеза, хотя

этот эффект был куда более скромным, чем упомянутые изменения.

Что же такое mHsp70 и каковы его функции?

Белки теплового шока, к которым относится и mHsp70, известны прежде

всего как «ремонтники». Они «исправляют» другие белки, если те приняли

неправильную форму. Любой белок - длинный полимер, состоящий из сотен, а

иногда и тысяч мономеров (аминокислот), соединенных между собой пептидными

связями в единую полипептидную цепь. В рабочем состоянии она свернута

вполне определенным образом. При биосинтезе полипептидная цепь образуется в

развернутом виде. Ее последующее сворачивание - непременная стадия

образования зрелого, активного белка. Помогают цепи правильно свернуться

именно белки теплового шока.

Однако приобретенная правильная форма может утратиться под воздействием

тех или иных неблагоприятных условий. Типичный пример - денатурация белков

при нагревании. Их восстановление, ведут все те же белки теплового шока,

Страницы: 1, 2