33. Мутационный процесс и генетическая комбинаторика взаимодействия элементарных эволюционных факторов.

Ген определяет структуру белка. Белок контролирует прохождение определенной реакции. Совокупность реакций определяет биологическую функцию. Соответствующая ей совокупность белков определяется блоком генов. В свою очередь, блоки генов объединяются в комплексы, определяющие биологические структуры и функции еще более высокой степени организации. Модель комбинаторной эволюции предполагает возможность сопряжения чужеродных генных наборов. Существует немало экспериментальных свидетельств изменения генетического состава одного клеточного штамма при обработке его ДНК другого штамма. Однако им не придавалось серьезного значения в качестве фактора эволюции. Классическая генетика утверждала, что нет никакого пути, которым изменения извне могли бы проникнуть в наследственный, т. е. в генный, материал. Между тем, еще в 1944 году, в тех же экспериментах, в которых О. Авери с коллегами (впервые получили доказательства генетической роли ДНК, было установлено явление трансформации генома. При введении ДНК вирулентного штамма в безвредный штамм, последний приобретал вирулентность. В большинстве случаев вторгшиеся фрагменты уничтожаются специальными ферментами. Но в некоторых случаях ДНК может быть модифицирована пришельцем. Происходит присоединение чужеродного фрагмента к ДНК хозяина.

Известно, что чувствительные к определенному антибиотику болезнетворные бактерии вскоре вырабатывают к нему сопротивление. Возбудители малярии перестали быть чувствительными к хинолиновым препаратам, которые успешно применялись в течение многих предшествующих лет. В результате люди оказались беззащитными перед новыми штаммами. В Африке ежегодно от малярии погибает около двух миллионов человек. Приобретаемая нечувствительность быстро передается другим штаммам. Оказалось, что гены, обуславливающие сопротивление антибиотикам, передаются от одних клеток к другим плазмидами.

Плазмиды представляют собой кольцеобразную молекулу ДНК, включающую от 1 500 до 300000 пар нуклеотидов. Она может реплицироваться независимо от бактериальной хромосомы. Плазмиды несут гены, которые поддерживают жизненный цикл хозяина. Но они также могут интегрироваться в геном хозяина и передавать гены, которые влияют на свойства клетки хозяина.

Точечные мутации часто возникают как результат ошибок копирования в ходе репликации генома. Другие виды генетических изменений могут быть обусловлены рекомбинацией, перераспределением частей генома, потерей генетического материала или приобретением нуклеотидных последовательностей от чужеродных вирусов или генома хозяина.

Недавно были открыты так называемые Hox-гены. Эти гены ответственны за пространственное распределение органов. Мутационные нарушения в этих генах вызывают уродства -- ошибочное размещение органов. Например, у мушки Drosophila ножка появляется на голове или отрастает вторая пара крыльев. Выяснилось, что те же самые Hox-гены, того же самого строения, выполняют аналогичную функцию и у других организмов, например, у мыши и у моллюсков. Они как бы размечают пространство вдоль оси эмбриона, указывая место размещения органа. Но при этом органы могут быть совершенно разными, прошедшими разный эволюционный путь. Иначе говоря, Hox-гены сохранили свою функцию, в то время как гены, определяющие строение органов, должны были многократно измениться по мере удаления от общего предшественника.

34. Концепции биосферы. Функции биосферы в развитии природы Земли и поддержания в ней динамических равновесий (окислительно- восстановительная, газообмен, концентрированно рассеянных в геосфере элементов, синтез и разложение органического вещества).

В. И. Вернадский развил это направление и разработал учение о биосфере как глобальной системе нашей планеты, в которой основной ход геохимических и энергетических превращений определяется живым веществом. Он распространил понятие биосферы не только на сами организмы, но и на среду их обитания, чем придал концепции биосферы биогеохимический смысл. Большинство явлений, меняющих в масштабе геологического времени облик Земли, рассматривали ранее как чисто физические, химические или физико-химические (размыв, растворение, осаждение, выветривание пород и т. д.). В.И. Вернадский создал учение о геологической роли живых организмов и показал, что деятельность последних представляет собой важнейший фактор преобразования минеральных оболочек планеты. Биосферой

называют оболочку Земли, которая населена и активно преобразуется живыми существами. Согласно В.И. Вернадскому, биосфера-

1) живое вещество, образованное совокупностью организмов;

2) биогенное вещество, которое создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности

организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, сланцы, известняки и др.);

3) косное вещество, которое образуется без участия живых организмов (продукты тектонической деятельности, метеориты);

4) биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

Та часть литосферы, гидросферы и атмосферы Земли, в которой существуют и развиваются растительные и живые организмы, называется биосферой. В ее состав входят не только растительный покров и животное население планеты, все реки и озера, водная масса океанов, но и почвенный слой, значительная часть тропосферы и самый верхний слой земной коры - зоны выветривания. На земной поверхности практически нет площадей, где отсутствует жизнь. Даже в жарких и безводных тропических пустынях или на поверхности высокогорных ледников и полярных льдов обнаружены микробы и другие микроорганизмы. На протяжении эволюции биосферы в ней сложилось стойкое динамическое равновесие, которое определялось потребительско-восстановительной функцией, т.е. потребленные природные ресурсы постоянно и своевременно воссоздавались. Это обеспечивало постоянство живого вещества в биосфере. С появлением Homo Sapiens это динамическое равновесие природы постоянно поднималось. Однако пока численность населения возрастала медленными темпами, в природе за счет самовоспроизведения и наличия еще неисчерпанных резервов живого вещества происходило восстановление динамического равновесия.

С каждым этапом значительного роста численности населения ощутимым становились нарушения равновесия в биосфере. Это объясняется ростом потребления природных ресурсов, на что впервые в 1798 г. указал Т. Мальтус.

Два главных компонента биосферы :

— живые организмы и среда их обитания

— непрерывно взаимодействуют между собой и находятся в тесном, органическом единстве, образуя целостную динамическую систему. Биосфера как глобальная суперсистема в свою очередь состоит из ряда подсистем.

Ресурсы биосферы — это особый компонент природной среды, им следует уделять особое внимание, поскольку Их наличие, вид, количество и качество в значительной мере определяют отношения человека к природе, характер и объем антропогенных изменений окружающей среды.

Биосфера выступает как огромная, чрезвычайно сложная экосистема, работающая в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов.

Стабильность биосферы основывается на высоком разнообразии живых организмов, отдельные группы которых выполняют различные функции в поддержании общего потока вещества и распределении энергии, на теснейшем переплетении и взаимосвязи биогенных и абиогенных процессов, на согласовывании циклов отдельных элементов и уравновешивании емкости отдельных резервуаров. В биосфере действуют сложные системы обратных связей и зависимостей.