Кафедра генетики та молекулярної біології
До 150-річчя університету
Посібник з семінарських занять з курсу
«Еволюційне вчення»
Методичні вказівки для студентів денного та заочного відділень
спеціальності «Біологія»
Укладач: к. б. н., доцент О. М. Андрієвський
Одеса – 2013
Друкується згідно з рішенням
Вченої ради біологічного факультету
Одеського національного університету
імені І. І. Мечникова від 6. V. 2004 року
(протокол № 8).
Відповідальний редактор: завідуючий кафедрою генетики
та молекулярної біології
д. б. н., професор В. М. Тоцький
Рецензенти: к. б. н., доцент Н. Г. Гандірук,
к. б. н., доцент О. В. Запорожченко
к. б. н., В. А. Топтіков
Вступ
Сучасне «Еволюційне вчення» як один із напрямків біологічної науки повною мірою може вважатися фундаментальною дисципліною, тому що всі питання біології так чи інакше стосуються процесів перетворення і розвитку органічної матерії на планеті Земля. Незважаючи на те, що еволюційні ідеї з'явилися в біологічній науці відносно давно і їхньому розвитку часто сприяли соціально-економічні обставини прогресивних країн, багато проблем, пов'язаних з історичним розвитком живих об'єктів, і зараз залишаються невирішеними. У цілому, ми багато в чому розуміємо, як улаштовані і працюють ті чи інші біологічні системи, однак усе ще важко відповісти на питання: чому структура і функція представлені саме так, а не інакше. Справа ускладнюється тим, що уявити собі еволюційний процес на молекулярно-генетичному рівні не так-то просто, навіть якщо ґрунтуватися на принципі послідовних перетворень зазначеної системи від простого до складного.
Досягнення всіх областей біології безсумнівно повинні узагальнюватися в деяку єдину теорію й очевидно те, що в усі періоди розвитку біології цей науковий синтез найбільше вдало здійснювався еволюціоністами. Це безсумнівно підтверджується тим, що еволюціологія базується практично на всіх біологічних дисциплінах і у свою чергу є методологічною, координуючою наукою, що ставить визначені задачі в багатьох областях природознавства.
При освоєнні даного курсу студенти зазвичай зазнають певних труднощів. Вони викликані з однієї сторони складністю ряду спеціальних тем, а з іншого боку – недоліками в систематизації власних знань при раціональному використанні їх для узагальнень чи побудови теоретичних схем у біології. Саме з метою підвищення рівня знань та поглибленого вивчення спеціального інформаційного матеріалу нами підготовлені методичні вказівки до семінарських занять. (Тут доречно відзначити, що семінари до даного курсу еволюціології є найбільш ефективною формою навчання і вдало доповнюють лекції.)
Ці методичні вказівки дані для десяти семінарських занять по основних темах лекційного курсу, включають ряд фундаментальних питань по кожній темі, рекомендації для самостійного й аудиторного вивчення матеріалу, а також перелік основної і додаткової літератури до кожного семінарського заняття.
Семінар перший
Тема: Еволюційне вчення – наука про історичний розвиток живих організмів [5, 6, 7, 18] *.
Питання: 1. Поняття еволюційного процесу і його основні характеристики.
2. Етапи еволюції органічної матерії.
3. Загальна характеристика періоду добіологічної еволюції.
4. Сучасні теорії виникнення життя. Сутність біохімічної теорії зародження життя.
5. Поняття життя і невід'ємні властивості живої системи.
6. Загальна характеристика періоду біологічної еволюції.
Насамперед, слід зазначити, що сучасні уявлення про еволюцію живої матерії повинні базуватися на знаннях і розумінні принципових положень фундаментальних біологічних наук, – таких як мікробіологія і вірусологія, ботаніка, зоологія, фізіологія, біохімія, молекулярна біологія та генетика, ембріологія, антропологія, екологія, систематика й інших. Ідея еволюції не нова. Вона пройшла через багато періодів розвитку природознавства і зараз визнається навіть креаціоністами. У звичайному розумінні еволюція – це процес перетворення матерії, що веде до підвищення організації системи в результаті взаємодії її складових частин, та йде по шляху ускладнення, або спрощення
________
* – тут і далі в дужках подані посилки основної літератури.
системи. Розглядаючи будь-яку систему (особливо біологічну) варто пам'ятати, що реально вона завжди знаходиться в активному, динамічному (не стабільному) стані і це підтверджується як онтогенезом будь-якого організму, так і філогенезом усіх форм, що існували колись й існують нині.
Будь-який процес у фізичному світі можна спробувати описати з погляду сучасної науки і надати йому ту чи іншу характеристику, вказати на основні риси явища, що спостерігається. І якщо розглядати події еволюційні, які стосуються живої природи, то для них виявляються характерними: 1) незворотність, що базується на мінливості геномів і взаємодії (прямій чи опосередкованій) елементарних носіїв генетичної інформації; 2) змінюваність, пов'язана зі здатністю організмів до модифікацій на основі мутаційних перетворень; 3) спрямованість, що представляється як результат втілення пристосованості організмів до умов навколишнього середовища, що постійно змінюються (тут варто пам'ятати і про підвищення рівня організації, і про двосторонній вплив об'єктів живої і неживої матерії); 4) спадкоємність, що ґрунтується на універсальній (а може й унікальній) здатності живого передавати свою генетичну інформацію з покоління в покоління, визначаючи тим самим можливу реальність до існування. Зазначені характеристики реально відбивають суть еволюційного процесу і виявляються очевидними при розгляді численних прикладів життєдіяльності як мікро-, так і макроорганізмів. Ті чи інші характеристики найбільш вдало застосовані до історичного розвитку організмів, однак ключем до розуміння філогенезу може виявитися і знання закономірностей онтогенезу. Справа в тім, що шлях індивідуального розвитку часто служить платформою для філогенетичних змін.
Сучасна біологія виділяє і розглядає два періоди еволюції органічної матерії: добіологічний і біологічний. Якщо перший визначається наявністю найпростіших органічних сполук і можливістю їхнього реагування з утворенням складних молекул (насамперед білків і нуклеїнових кислот безматричним способом), то другий – здатністю макромолекул утворювати агрегати і надмолекулярні структури (тут потрібно відзначити й особисту участь ліпідних сполук, здатних у водному середовищі формувати відособлені, досить стійкі структури (попередники біологічних мембран), які привели до відокремлення хімічних речовин, що містяться в них. Момент утворення подібних структур (сайзерів), здатних до самоорганізації, саморегуляції і самовідтворення, можна пов'язати з початком біологічної еволюції. Варто врахувати й особливо важливе явище, що виявилося найбільш вигідним для біологічних об'єктів, а в даний час вважається домінуючим - це явище матричного синтезу біополімерів: нуклеїнових кислот (як ДНК, так і РНК) і білків. У цьому випадку значно підвищується точність передачі генетичної інформації в напрямках: ДНК→ДНК, ДНК→РНК, РНК→РНК, РНК→ДНК, РНК→протеїн (як виключення: протеїн→протеїн – у разі преонових білків). При цьому, ключову роль у прояві життєдіяльності грають інформаційні нерегулярні полімери нуклеїнові кислоти і білки.
Подібні уявлення є основою біохімічної теорії виникнення життя на Землі. Крім усього, варто пам'ятати і про деяких труднощі, що зазнає дана теорія; вони виражені в ряді припущень, а саме наявність конденсуючих агентів для стабілізації і збереження високомолекулярних сполук, що утворюються, у період добіологічної еволюції, використання обмеженої кількості азотистих основ і амінокислот при біосинтезі полімерів, утворення і реалізацію функції щодо невеликого числа типів білків (адже можливо припустиме різноманіття протеїнів могло скласти астрономічне число!) і інші. На наш погляд перевага цієї теорії полягає в тому, що вона відповідає не тільки на багато питань, але і спонукує дослідників вирішувати нові наукові проблеми аж до пошуку неземних космічних носіїв життя. Разом з тим існують і інші теорії виникнення життя: креаціоністична (де виділяється роль творця й абсолютно усе приймається на віру), теорія самозародження (яка заперечує еволюційні процеси), теорія стаціонарного стану (також заперечує еволюцію і стверджує, що життя існувало завжди) і теорія панспермії, видатним сучасним інтерпретатором якої є, як не дивно, Ф. Крік. До речі, ця теорія могла б вирішити лише проблему виникнення життя на Землі, тоді як у принципі виникнення живих об'єктів у Всесвіті повинно бути описане в рамках іншого вчення.