Теорія еволюційного розвитку Матеріальні основи спадковості

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

_________________________________
__________________________________
РЕФЕРАТ
Теорія еволюційного розвитку.
Матеріальні основи спадковості.
 
Виконав: ________________
Перевірила ________________
________________________

ЗМІСТ

стор
1. Основні положення вчення Дарвіна
3
1.1 Еволюційні уявлення до Чарльза Дарвіна
3
1.2. Виникнення вчення Чарльза Дарвіна
4
1.3. Основні положення вчення Дарвіна
5
1.4. Вплив дарвінізму на розвиток біології
6
2. Фізичні та хімічні основи явищ спадковості
8
3. Чинники, що викликають мутації на генному рівні
11
4. Генетична інженерія
12


1. Основні положення вчення Дарвіна
1.1 Еволюційні уявлення до Чарльза Дарвіна
На Землі існують не менше 2 млн. видів тварин, до 0,5 млн. видів рослин, сотні тисяч видів грибів і мікроорганізмів. Як виникло велике різноманіття видів і пристосованість їх до місця існування? Відповідь дає наукова теорія еволюції живої природи, основи якої в XIX ст. заклав великий англійський вчений Чарльз Дарвін.
До Дарвіна більшість біологів трималося уявлень про сталість і незмінність живих організмів-видів стільки, скільки їх створив бог. Організми і органи повністю відповідають меті, яку нібито поставив творець. Сутність світогляду цього періоду полягає в уявленнях про сталість, незмінність і початкової доцільності природи. Такий світогляд отримало назву метафізичного (грец. "фізис" - природа, "мета" - над). Метафізичні уявлення підтримувалися церквою і правлячими колами.
У XVII-XVIII ст. накопичилося безліч описів видів тварин, рослин, мінералів. Величезну завдання систематизації цих матеріалів виконав Карл Лінней (1707-1778), шведський натураліст, лікар. На основі подібності за одним-двома найбільш помітним ознаками він класифікував організми на види, роди, класи. Він правильно помістив в один загін людини і людиноподібних мавп. Лінней ввів в науку запропонований попередниками подвійні латинські назви - рід і вид (Canis familiaris - собака домашня). Латинські назви допомогли спілкуванню вчених різних країн. Лінней повністю поділяв метафізичні уявлення про природу, вбачаючи в ній споконвічну доцільність, нібито доводить "премудрість творця". Кожен вид він вважав результатом окремого творчого акту, незмінним і постійним, не пов'язаним з іншими видами спорідненістю. До кінця життя, проте, під впливом спостережень в природі, він визнав, що іноді види можуть виникати шляхом схрещування або в результаті дій змін середовища. Значення праць Ліннея величезна: він запропонував систему тварин і рослин, кращу з усіх попередніх; ввів подвійні назви видів; удосконалив ботанічний мову.
На початку XIX ст. французький учений Жан Батист Ламарк (1744-1829) виклав свої еволюційні ідеї в праці "Філософія зоології". Ламарк піддав критиці ідеї про постійність і незмінність видів. Він стверджував, що утворення нових видів відбувається дуже повільно й тому непомітно. У процесі еволюції вищі форми життя взяли початок від нижчих. Значення праць Ламарка для подальшого розвитку біології величезна. Він перший виклав ідеї еволюції живої природи, які стверджували історичний розвиток від простого до складного. Він першим поставив питання про фактори - рушійні сили еволюції. Тим не менш, Ламарк помилково виводив фактори еволюції з нібито властивого весь живому прагнення до досконалості. Він невірно пояснював причини виникнення пристосованості прямим впливом умов навколишнього середовища. Невірно і твердження про обов'язкове появі тільки корисних змін та їх успадкування. Отже, наука XVIII - початку XIX ст. не могла правильно пояснити рушійні сили розвитку органічного світу. Перед нею постали питання: як виникло величезне різноманіття видів? Як пояснити пристосованість організмів до умов навколишнього середовища? Чому в процесі еволюції відбувається підвищення організації живих істот?

1.2. Виникнення вчення Чарльза Дарвіна

Виникненню вчення Ч. Дарвіна сприяли суспільно-економічні передумови. У першій половині XIX ст. в країнах Західної Європи, особливо в Англії, інтенсивно розвивався капіталізм, який дав імпульс розвиткові науки, промисловості, техніки. Попит промисловості на сировину і населення зростаючих міст на продукти харчування сприяв розвитку сільського господарства. Інша передумова появи дарвінізму - успіхи природничих наук. Описи систематичних груп живих організмів приводили до думки про можливість їх спорідненості.
У багатьох тварин порівнянням був встановлений єдиний план у будові тіла та органів. Дослідження ранніх стадій розвитку зародків хордових виявили їх разюча схожість. Вивчення викопних рослин і тварин розкрило послідовну зміну нізкоорганізованних форм життя більш високоорганізованими. Великі матеріали заморських експедицій, виведення нових порід тварин і сортів рослин не узгоджувалися з метафізичним світоглядом. Потрібен був геніальний розум, який зумів би узагальнити величезний матеріал у світлі певної ідеї, зв'язати стрункою системою міркувань. Таким вченим виявився Чарльз Дарвін (1809-1882).
З дитинства Ч. Дарвін захоплювався збором колекцій, хімічними дослідами, спостереженнями за тваринами. Студентом вивчав наукову літературу, оволодів методикою польових досліджень. Ч. Дарвін на кораблі "Бігл" (англ. - шукач) здійснив кругосвітню подорож. Він досліджував геологічну будову, флору і фауну багатьох країн, відправив до Англії величезна кількість колекцій.
У Південній Америці, порівнявши знайдені останки вимерлих тварин з сучасними, Ч. Дарвін припустив їх спорідненість. На Галапагоських островах він знайшов ніде більше не зустрічаються види ящірок, черепах, птахів. Вони близькі до південноамериканським. Галапагоські острови вулканічного походження, і тому Ч. Дарвін припустив, що на них види потрапили з материка і поступово змінилися. У Австралії його зацікавили сумчасті і яйцекладущие, які вимерли в інших місцях земної кулі. Австралія як материк відокремилася, коли ще не виникли вищі ссавці. Сумчасті і яйцекладущіе розвивалися тут незалежно від еволюції ссавців на інших материках. Так поступово міцніла переконання в змінюваність видів і походження одних від інших. Перші записи про походження видів Дарвін зробив під час кругосвітньої подорожі.

1.3. Основні положення вчення Дарвіна

Після подорожі Дарвін протягом 20 років наполегливо працював над створенням еволюційного вчення і опублікував його у праці "Походження видів шляхом природного відбору, або збереження обраних порід в боротьбі за життя" (1859). У подальших творах Дарвін розвивав і поглиблював різні сторони основної проблеми - походження видів. У книзі "Зміна домашніх тварин і культурних рослин" на величезному фактичному матеріалі він показав закономірності еволюції порід домашніх тварин і сортів культурних рослин. У праці "Походження людини і статевий відбір" Дарвін застосував еволюційну теорію для пояснення походження людини від тварин. Дарвіну належать капітальні праці з ботаніки, зоології і геології, у яких детально розроблені окремі питання еволюційної теорії.
Головна заслуга Дарвіна в тому, що він розкрив рушійні сили еволюції. Він матеріалістично пояснив виникнення і відносний характер пристосованості дією тільки природних законів, без втручання надприродних сил.
Вчення Дарвіна в корені підривало метафізичні уявлення про постійність видів і створено їх богом. Які ж рушійні сили еволюції порід домашніх тварин, сортів культурних рослин і видів у дикій природі? Рушійні сили еволюції порід і сортів - спадкова мінливість і вироблений людиною відбір. Дарвін встановив, що різні породи тварин і сорти культурних рослин створені людиною в процесі штучного відбору. З покоління в покоління чоловік відбирав і залишав для розмноження особин з яких-небудь цікавим для нього зміною, обов'язково спадковим, і усував інших особин від розмноження. У результаті були отримані нові породи і сорти, ознаки і властивості яких відповідали інтересам людини. Чи немає подібного процесу в природі? Організми розмножуються в геометричній прогресії, але до статевозрілого стану доживають відносно не багато. Значна частина особин гине, не залишивши потомства зовсім або залишивши мала його кількість. Між особинами як одного виду, так і різних видів виникає боротьба за існування, під якою Дарвін розумів складні й різноманітні стосунки організмів між собою і з умовами навколишнього середовища. Він мав на увазі "не тільки життя однієї особини, а й успіх її в забезпеченні себе потомством". Наслідком боротьби за існування є природний добір. Цим терміном Дарвін назвав "збереження сприятливих індивідуальних розходжень і змін і знищення шкідливих". Боротьба за існування і природний відбір на основі спадкової мінливості є, за Дарвіном, основними рушійними силами (факторами) еволюції органічного світу.
Індивідуальні спадкові ухилення, боротьба за існування і природний відбір в довгому ряді поколінь призведуть до зміни видів у напрямку все більшої пристосованості до конкретних умов існування. Пристосованість організмів завжди відносна. Іншим результатом природного відбору є різноманіття видів, що населяють Землю.

1.4. Вплив дарвінізму на розвиток біології

На основі дарвінізму перебудовувалися всі галузі біологічної науки. Палеонтологія стала з'ясовувати шляхи розвитку органічного світу; систематика - родинні зв'язки і походження систематичних груп; ембріологія - встановлювати спільне в стадіях індивідуального розвитку організмів у процесі еволюції; фізіологія людини і тварин - порівнювати їх життєдіяльність і виявляти родинні зв'язки між ними.
На початку XX ст. почалося експериментальне вивчення природного відбору, швидко розвивалися генетика, екологія. Ідеї ​​Дарвіна в Росії зустріли підтримку передової інтелігенції. У вузах ліберальна частина професури розбудовувала курс зоології та ботаніки у світлі дарвінізму. З'явилися статті в журналах, що висвітлювали вчення Дарвіна. У 1864 р. "Походження видів" вперше було опубліковано російською мовою.
Велика роль у розвитку біологічної науки на основі дарвінізму належить нашим вітчизняним ученим. Брати Ковалевські, К.А. Тімірязєв, І.І. Мечников, І.П. Павлов, Н.І. Вавілов, О.М. Сєверцов, І.І. Шмальгаузен, С.С. Четвертиков і багато інших корифеї російської науки поклали в основу своїх досліджень ідеї Дарвіна.

2. Фізичні та хімічні основи

явищ спадковості


Революція в генетиці була підготовлена ​​всім ходом могутнього розвитку ідей і методів менделізму та хромосомної теорії спадковості. Вже в надрах цієї теорії було показано, що існують явища трансформацій у бактерій; що хромосоми - це комплексні компоненти, що складаються з білка і нуклеїнової кислоти. Молекулярна генетика - це справжнє дітище усього XX століття, що на новому рівні ввібрала в себе прогресивні підсумки розвитку хромосомної теорії спадковості, теорії мутації, теорії гена, методів цитології і генетичного аналізу. На шляхах молекулярних досліджень протягом останніх 20 років генетика зазнала по істині революційні зміни. Вона є однією з найблискучіших учасниць у загальній революції сучасного природознавства. Завдяки її розвитку з'явилася нова концепція про сутність життя, у практику увійшли нові могутні методи управління і пізнання спадковості, що вплив на сільське господарство, медицину і виробництво.
Основним в цій революції було розкриття молекулярних основ спадковості. Виявилося, що порівняно прості молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) несуть у своїй структурі запис генетичної інформації. Ці відкриття створили єдину платформу генетиків.
Виявилося, що генетична інформація діє у клітці за принципами керуючих систем, що ввело в генетику в багатьох випадках мова та логіку кібернетики.
Всупереч старим поглядам на всеосяжну роль білка як основу життя, ці відкриття показали, що в основі наступності життя лежать молекули нуклеїнових кислот. Під їх впливом в кожній клітині формуються специфічні білки. Керуючий апарат клітини зібраний в її ядрі, точніше - в хромосомах, з лінійних наборів генів. Кожен ген, що є елементарною одиницею спадковості, разом з тим являє собою складний мікросвіт у вигляді хімічної структури, властивої певному відрізку молекули ДНК.
Таким чином, сучасна генетика відкриває перед людиною потаємні глибини організації та функцій життя. Як всякі великі відкриття, хромосомна теорія спадковості, теорія гена і мутацій (вчення про форми мінливості генів і хромосом) надавали глибоке вплив на життя. Розвиток фізико-хімічної сутності явища спадковості нерозривно пов'язане із з'ясуванням матеріальних основ всіх явищ життя. У явищі житті немає нічого крім атомів і молекул, проте, форма їх руху якісно специфічна. Спадковість не автономне, незалежне властивість, воно невіддільне від прояву властивостей клітини в цілому.
Взаємодія молекул ДНК, білків і рибонуклеїнових кислот (РНК) лежить в основі життєдіяльності клітини і її відтворення. Оскільки явище спадковості, в загальному розумінні цього поняття, є відтворення за їхніми східного типу обміну речовин, очевидно, що загальним субстратом спадковості є клітка в цілому.
Явище спадковості в цілому не обумовлено виключно генами і хромосомами, які являють собою все ж тільки елементи більш складної системи - клітини. Це не применшує ролі генів і ДНК, у них записано генетичну інформацію, тобто можливість відтворення певного типу обміну речовин. Однак реалізація цієї можливості, тобто процеси розвитку особини або процеси життєдіяльності клітини, базується цілісної саморегулюючої системою у вигляді клітки або організму. В даний час в якості першочергової постає завдання з'ясувати, як здійснюється вищий синтез фізичних і хімічних форм руху, поява якого знаменувало собою виникнення життя і спадковості. Явище життя не можна звести до хімії та фізики, бо життя - це особлива форма руху матерії. Однак ясно, що сутність цієї особливої ​​форми руху матерії не може бути прийнята без знання природи простих форм, які входять в нього вже як би в "знятому вигляді". Тому проблема фізичних і хімічних основ спадковості є нині однією з центральних в генетиці. Її розробка повинна закласти основи для вирішення проблем спадковості у всій складності її біологічного змісту. Абсолютно ясно, що найважливіші питання філософського матеріалізму пов'язані з розробкою цієї проблеми. Матеріалістична постановка вирішальних питань спадковості не мислима без визнання того, що явище спадковості матеріально обумовлено, що в клітці, яка утворює покоління, повинні бути певні матеріальні речовини і структури, фізичні та хімічні форми руху яких завдяки їх специфічному взаємодії створюють явище спадковості.
У світлі сказаного цілком зрозуміло те значення, яке має повна фізико-хімічна розшифровка будови біологічно важливих молекул. Кілька років тому вперше хімічними засобами поза організмом була синтезована білкова молекула - гормон інсулін, керуючий вуглеводним обміном в організмі людини. Нещодавно була розшифрована фізична структура двох білків - дихальних пігментів крові та м'язів - гемоглобіну і міоглобіну. Для молекули ферменту Лізоцин фізики відкрили просторове розташування кожного з тисячі атомів, що беруть участь у побудові його молекул. Встановлено місце в молекулі, відповідальне за каталітичний ефект цього біологічного каталізатора, що не допускає проникнення вірусів у клітину.
Після цих подій, пов'язаних з розкриттям природи генетичного коду і генетичних механізмів у синтезі білків, вперше вдалося дати повний хімічний аналіз і формули будови молекули транспортної РНК. Всі ці відкриття, включаючи чудовий факт, що синтез молекул ДНК йде під координуючим впливом затравки (матричної ДНК), показує, який серйозний крок зробила генетична біохімія до створення прототипу живого.
Справді фантастичні горизонти відкриваються на шляхах синтезу генів в штучних умовах, які здійснені в дослідженнях Г. Корану і його групи вчених-послідовників. Іншим видатним відкриттям стала розробка умов для штучного самоудвоенія ДНК в безклеточной системі. Було встановлено, що молекули ДНК (принаймні, у вірусів і бактерій) існують у формі замкнутого кільця і ​​в такому вигляді служать матрицею для ДНК-полімерази.
Проблеми гена і молекулярні мутації. Одна з найбільш важливих завдань сучасної генетики є отримання спрямованих мутацій. Це завдання в основному вирішується на шляхах спрямованого хімічного перетворення молекулярних систем у межах окремих генів. За допомогою методів загальної, радіаційної, хімічної та молекулярної генетики в багатьох країнах вже досягнуто управління спадковістю. У селекції мікроорганізмів, рослин і тварин є істотні виробничі досягнення, отримані за допомогою цих нових методів. Як не складна задача отримання спрямованих мутацій, проте в останніх роботах з молекулярної генетики знайдені правильні шляхи, і більше того, навіть деякі елементи рішення цього завдання вже досягнуто в роботах з бактеріями і вірусами.

3. Чинники, що викликають мутації на генному рівні
У природних умовах мутація з'являється під впливом факторів зовнішнього і внутрішнього середовища і позначається терміном "природні (або спонтанні) мутації".
Причиною генних, або так званих точкових, мутацій є заміна одного азотистого підстави в молекулі ДНК на інше, втрата, вставка, або перестановка азотистих основ у молекулі ДНК. Звідси робимо висновок - ген, мутуючий у людини, може дати поштовх для розвитку патологічного стану, патогенез якого різний.
На фактори, що викликають мутації на генному рівні, справила відповідний вплив навколишнє середовище (подагру, деякі форми цукрового діабету). Подібні захворювання частіше виявляються при постійному впливі несприятливих або шкідливих факторів навколишнього середовища (порушення режиму харчування та ін.) Мутація гена може спричинити за собою порушення синтезу білків, що виконують пластичні функції.
У стадії вивчення перебуває захворювання, в основі яких лежить недостатність механізмів відновлення зміненої молекули ДНК.
Генна мутація може призвести до розвитку імунодефіцитних хвороб (аплазія вилочкової залози у поєднанні агаммагло-булінеміей). Причиною аномальної структури гемоглобіну є заміна в молекулі залишку глутамінової кислоти на залишок валіну. Відомий ряд мутацій генів, що контролюють синтез факторів згортання крові.
Генні мутації можуть бути причиною порушення транспорту різних з'єднань через клітинні мембрани. Вони пов'язані з порушенням функцій мембранних механізмів і з дефектами в деяких системах.
Якщо мутація на генному рівні виникає при дії різних фізичних, хімічних, біологічних факторів, то це називають мутагенезу. Основою мутації є первинні ушкодження у молекулі ДНК.

4. Генна (генетична) інженерія

 
Що таке генетична інженерія? Генетична інженерія - це розділ молекулярної генетики, пов'язані з цілеспрямованим створенням нових комбінацій генетичного матеріалу. Основа прикладної генетичної інженерії - теорія гена. Створений генетичний матеріал здатний розмножуватися в клітині-хазяїні і синтезувати кінцеві продукти обміну.
З історії генетичної інженерії. Генетична інженерія виникла в 1972 р., в Стенфордському університеті, в США. Тоді лабораторія П. Берга отримала першу рекомбіновану (гібридну) ДНК або (рекДНК). Вона поєднувала в собі фрагменти ДНК фага лямбда, кишкової палички і мавпячого вірусу SV40.
Будова рекомбінантної ДНК. Гібридна ДНК має вигляд кільця. Вона містить ген (або гени) і вектор. Вектор - це фрагмент ДНК, що забезпечує розмноження гібридної ДНК і синтез кінцевих продуктів діяльності генетичної системи - білків. Велика частина векторів отримана на основі фага лямбда, з плазмід, вірусів SV40, поліоми, дріжджів та інших бактерій. Синтез білків відбувається в клітці-хазяїні. Найбільш часто в якості клітини-господаря використовують кишкову паличку, однак застосовують і інші бактерії, дріжджі, тварини або рослинні клітини. Система вектор-господар не може бути довільною: вектор підганяється до клітини-хазяїна. Вибір вектора залежить від видової специфічності і цілей дослідження. Ключове значення в конструюванні гібридної ДНК несуть два ферменти. Перший - рестріктаза - розсікає молекулу ДНК на фрагменти за строго певних місць. І другий - ДНК - лігази - зшивають фрагменти ДНК в єдине ціле. Тільки після виділення таких ферментів створення штучних генетичних структур стало технічно здійсненним завданням.
Етапи генного синтезу. Гени, що підлягають клонування, можуть бути отримані в складі фрагментів шляхом механічного або рестріктазного дроблення тотальної ДНК. Але структурні гени, як правило, доводиться або синтезувати хіміко-біологічним шляхом, або одержувати у вигляді ДНК-копії інформаційних РНК, що відповідають обраному гену. Структурні гени містять тільки кодовану запис кінцевого продукту (білка, РНК), і повністю позбавлені регуляторних ділянок. І тому не здатні функціонувати в клітині-хазяїні.
При отриманні рекДНК утворюється найчастіше кілька структур, з яких тільки одна є потрібною. Тому обов'язковий етап становить селекція та молекулярне клонування рекДНК, введеної шляхом трансформації в клітку-господаря. Існує 3 шляхи селекції рекДНК: генетичний, імунохімічний і гібридізаційного з міченими ДНК і РНК.
Практичні результати генетичної інженерії. У результаті інтенсивного розвитку методів генетичної інженерії отримані клони безлічі генів рибосомальної, транспортної та 5S РНК, гістонів, глобіну миші, кролика, людини, колагену, овальбуміна, інсуліну людини та інших пептидних гормонів, інтерферону людини та інше. Це дозволило створювати штами бактерій, які виробляють багато біологічно активні речовини, використовувані в медицині, сільському господарстві та мікробіологічної промисловості.
На основі генетичної інженерії виникла галузь фармацевтичної промисловості, названа "індустрією ДНК". Це одна із сучасних гілок біотехнології.
Для лікувального застосування допущений інсулін людини (хумулін), отриманий за допомогою рекДНК. Крім того, на основі численних мутантів по окремих генів, одержуваних при їх вивченні, створені високоефективні тест-системи для виявлення генетичної активності факторів середовища, в тому числі для виявлення канцерогенних сполук.
Теоретичне значення гені
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
49.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Еміль Дюркгейм і його теорія еволюційного розвитку суспільства
Біохімічні основи спадковості
Цитологічні основи спадковості
Молекулярні основи спадковості
Основи безпеки та теорія ризику
Теорія особистості А Адлера і основи індивідуальної психотерапії
Закони спадковості
Механізми спадковості
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru