Причини еволюції Матричне копіювання з помилками

В основі життя на Землі лежить процес копіювання молекул нуклеїнових кислот - ДНК та РНК. Процес копіювання здійснюється за матричним принципом комплементарності: одна молекула нуклеїнової кислоти може утворити парну для себе, а з цієї парної молекули зчитується молекула, ідентична до вихідної. Таким чином, молекули ДНК і РНК здатні до необмеженого розмноження.

У процесі копіювання неодмінно виникають помилки через недосконалість системи реплікації. Через ці помилки копії ДНК і РНК містять невеликі відмінності, які, проте, наростають із часом. Такий процес самовітворення зі змінами називають конваріантною редупікацією.

До необмеженного відтворення із помилками здатні деякі неживі системи, наприклад, кристали або деякі хімічні цикли. Але живе відрізняється тим, що може передавати ці помилки у незмінному вигляді наступним поколінням. Ці помилки, або мутації, практично не змінюють фізико-хімічні властивості молекул нуклеїнових кислот, але впливають на інформацію, що зчитується з них живими організмами. Таким чином, живі організми проявляють спадковість і мінливість своїх ознак, до яких призводять відповідно копіювання і мутації у молекулах нуклеїнових кислот.

Гомеостаз і стабільність онтогенезу

Постійне відтворення ДНК з помилками призводить до того, що наявна у кожній молекулі генетична інформація з часом сильно змінюється. Сучасні живі організми мають системи захисту від надмірної зміни послідовності нуклеотидів молекули ДНК. До них належать ферменти репарації, пригнічувачі мобільних елементів геному, противірусні захисні механізми тощо.

Тим не менш, гени все одно передаються у наступне покоління з деякими змінами, через що популяція живих організмів одного виду звичайно не містить особин, у яких вся послідовність ДНК є однаковою. При цьому фенотипова мінливість часто є меншою за генетичну, оскільки взаємодії між різними генами в онтогенезі пригнічують вплив змін у окремих генах. Таким чином, багатоклітинні організми досягають стабільності індивідуального розвитку, яка призводить до збереження видової норми.

Вибіркове виживання і розмноження

Молекули РНК і ДНК, а також живі організми розмножуються з різною ефективністю залежно від власних властивостей і умов навколишнього середовища. Організми можуть загинути, не доживши до часу розмноження, а ті, що вижили, залишають різну кількість нащадків. Ті організми, що вижили та ефективно розмножилися, змогли це зробити через дві групи причин: відповідність їх варіантів генів умовам середовища або збігу обставин, які непов'язані з «якістю» алелів. Відповідно вплив першої групи на розповсюдження алелів у популяції описується поняттям природний добір, а другої групи - поняттям генетичний дрейф.

Природній добір - це вибіркове переживання (тривале виживання) і розмноження найбільш пристосованих до умов навколишнього середовища особин у популяції. Чим більше пристосована рослина чи тварина, тим більше ймовірність її доживання до репродуктивного періоду, а також тим більше нащадків вона залишить. Пристосованість залежить від наявності у генотипі особини алелів генів, що сприяють переживанню і розмноженню. Оскільки всі організми в популяції мають різні генотипи, то при стабільних умовах кількість носіїв більш вигідних у цих умовах алелів генів буде зростати у поколіннях.

Крім того, умови середовища створюють конкуренцію за виживання та розмноження між організмами. У зв'язку з цим, організми, що володіють алелями, які надають їм перевагу над їх конкурентами, передають ці алелі нащадкам. Алелі, які не надають такої переваги, не передаються наступним поколінням.^[5]