Современная (синтетическая) теория эволюции

8.60M

Category:

biology

Введение в биологию

1. Биология

Биология − наука о живом, его строении, формах
активности, связях организмов с неживой природой и
друг с другом.

2.

Три направления в биологии:
• Традиционная биология: изучает живую природу в
естественном состоянии.
Живая природа → флора и фауна.
Классификация животных и растений.
Ж.Б. Ламарк
(1744-1829)
фран. ученый
Карл Линней
(1707-1778)
швед. врач и
натуралист

3.

Царства
Растения
Животные
Грибы
Бактерии
Вирусы

4.

Таксон
ы
Царство
Животные
Животные
Растения
Тип
Хордовые
Хордовые
Покрытосеменные
Класс
Млекопитающие
Млекопитающие
Двудольные
Отряд
Приматы
Хищные
Розоцветные
Семейство
Гоминиды
Кошачьи
Розовые
Род
Люди
Кошки
Шиповник
Вид
Человек разумный
Домашняя кошка
Роза

5.

Три направления в биологии:
• Физико-химическая биология: широкое использование
экспериментальных методов.
Микробиология, биохимия, биофизика.
• Эволюционная биология: эволюция.
Чарльз Роберт Дарвин
(1809-1882)
англ. натуралист

6.

Фундаментальное отличие объектов
биологии от всех остальных
Молекулы одного
вещества
N2
N2
Элементарные
частицы
N2
N2
Живые существа
N2
N2
ē ē
ē ē
Одинаковые
Одинаковые
(неотличимы)
Все разные!

7.

Основные свойства живого организма:
• Единство химического состава.
кислород (~62%)
углерод (~20%)
водород (~10%)
азот (~3%)
кальций (~2,5%)
фосфор (~1%)
~98% химического состава
• Обмен веществ.
Метаболизм или обмен веществ − набор хим. реакций,
которые возникают в живом организме для поддержания
жизни.
Гомеостаз − способность организма сохранять постоянство
своего хим. состава и интенсивность течения всех
физиологических процессов.

8.

Способы питания организмов
Автотрофный
Растения
Гетеротрофный
Некоторые
бактерии
Некоторые
растения
(бесхлорильные
наземные)
Человек
Грибы
Животные
Бактерии
(значительное
большинство)
Пример: Подъельник

9.

Продуценты
Фитофаги
(травоядные)
Хищники
Консументы
1-ого уровня
Консументы
2-ого уровня
Редуценты

10.

Основные свойства живого организма:
• Самовоспроизведение (репродукция).
• Наследственность.
• Изменчивость.
Генетика
• Рост и развитие.
Индивидуальное развитие организма − это онтогенез, его
историческое развитие − филогенез.
• Раздражимость.
Рефлекс − реакция организма на определенное
воздействие, проходящая с участием нервной системы.
Коленный
рефлекс

11.

Основные свойства живого организма:
• Асимметрия.
Хиральность
Киральность

12. Происхождение жизни

13.

Основные гипотезы происхождения жизни на Земле
• Креационизм
Креационизм − концепция, в рамках
которой жизнь, человечество,
планета
Земля, а также мир в целом,
рассматриваются как непосредственно
созданные сверхъестественным существом
в далеком прошлом.
Гюстав Доре
«Сотворение света»

14.

Основные гипотезы происхождения жизни на Земле
• Гипотеза самопроизвольного зарождения живого из
неживого.
В настоящее время общепризнано, что в современных природных
условиях самозарождение невозможно.
Поддерживали:
Аристотель
Декарт
Платон
Бэкон
Гегель
Ламарк

15.

Основные гипотезы происхождения жизни на Земле
• Гипотеза самопроизвольного зарождения живого из
неживого – жизнь регулярно зарождается из неживого.
Опровержение:
1688 год
итал. врач и биолог Франческо Реди
концепция биогенеза: «все живого от живого»
1862 год
Луи Пастер
(1822-1895)
фран.
микробиолог
Пастер опытным путем доказал
невозможность зарождения
живого из неживого.

16.

Основные гипотезы происхождения жизни на Земле
• Гипотеза стационарного состояния.
Земля никогда не возникала,
а существовала вечно; она всегда была
способна поддерживать жизнь,
а если и изменялась, то очень незначительно.
Возражение:
Конечность возраста Вселенной – 13.7 млрд. лет

17.

Основные гипотезы происхождения жизни на Земле
• Гипотеза панспермии.
Панспермия − гипотеза о появлении жизни на Земле в
результате переноса каких-либо «зародышей жизни»
извне: из космоса, с метеоритами и космической пылью.

18.

Основные гипотезы происхождения жизни на Земле
• Гипотеза происхождения жизни путем биохимической
эволюции.
Гипотеза
Опарина − Холдейна
АБИОГЕНЕЗ
живое от неживого в
прошлом
А.И. Опарин
Д.Б.С. Холдейн
(1894-1980)
(1892-1965)
биолог и биохимик
англ. биолог
Самоорганизация
неживой материи

19.

Главная идея
Условия на древней Земле были не такими как
сейчас;
А такими, что в них был возможен абиогенный
синтез органики.
Жизнь – продолжение химической эволюции.

20.

При каких условиях возможен абиогенный
синтез органики?
Самое главное – отсутствие кислорода в
атмосфере
Сегодня доказано геологией
Высокая температура
Более 1 000° С на ранней Земле

21.

От 4.5 млрд. лет до 3.5 млрд. лет назад
I этап
Образование первичной атмосферы, содержащей
CH 4 , NH 3 , CO2 , CO, H 2O в виде пара
II этап
Охлаждение планеты, конденсация водяных паров,
образование первичного океана
Сначала – органические вещества – абиогенно
«Первичный бульон»
III этап
Потом из органических веществ –
коацерваты – белковые капли

22.

ГЕНОБИОЗ и ГОЛОБИОЗ
Согласно гипотезе генобиоза, первичными были молекулярные
системы со свойствами генетического кода.
Противоположный подход – гипотеза голобиоза предполагает
первичность белковых структур с ферментативной активностью.

23.

От 3.5 млрд. лет до 3 млрд. лет назад
IV этап
Образуются протобионты − истинно живые системы,
способные к самовоспроизведению.
3 млрд. лет назад
V этап
Первичные прокариотные (доядерные) организмы −
бактерии.
Жизнь – продолжение химической эволюции.
Биологическая эволюция

24.

Прокариоты − одноклеточные живые организмы, не
обладающие оформленным клеточным ядром.
Эукариоты − живые организмы, клетки которых содержат
ядра.
Анаэробы − организмы, получающие энергию при
отсутствии кислорода.
Аэробы − организмы, которые нуждаются в свободном
молекулярном кислороде. К аэробам относятся:
подавляющее большинство животных, все растения, а
также значительная часть микроорганизмов.
Первые организмы − прокариоты и анаэробы

25.

Гипотеза Опарина − Холдейна
Возникновение органических веществ
Возникновение белков
Возникновение белковых тел
Жизнь есть результат длительных процессов
самоорганизации в неживой природе

26.

1953 год
Экспериментальная проверка
модели Опарина-Холдэйна
Доказательство возможности
абиогенного синтеза органики –
эксперимент Миллера-Юри

27.

Уровни организации жизни
Живая природа является целостной, но неоднородной
системой, которой свойственна иерархическая организация.

28.

Уровни:
Биосферный
Биогеоценотический
Популяционно-видовой
Одноклеточные
Организменный
Многоклеточные
Органный
Тканевый
Клеточный
Молекулярно-генетический

29.

30.

Молекулярно-генетический уровень
Молекулы белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот
стероидов.
Ферменты − белковые молекулы, ускоряющие
(катализирующие) химические реакции в живых системах.
20 аминокислот → молекулы белков
Наследственная информация → дезоксирибонуклеиновая
кислота (ДНК)
Реализация наследственной информации →
рибонуклеиновая кислота (РНК)
и

31.

32.

Клетка
Структуры в клетках −
органоиды или
органеллы.

33.

34.

Ткани

35.

36.

37.

Царства
Число видов, известных науке
Животные
Около 1 500 000
Растения
Около 500 000
Грибы
Более 100 000
Бактерии
Около 6000
Вирусы
Около 1000
Среда обитания − живая и неживая природа,
окружающая живой организм, с которой он
взаимодействует.

38.

Экологические факторы среды обитания
Биотические факторы − это совокупность влияний
жизнедеятельности одних организмов на другие. Например:
численность хищников.
Абиотические факторы − это комплекс условий
неорганической среды, влияющих на организм. (Рельеф, свет,
температура, ветер, воздух, давление, влажность и т. д.)
Антропогенные факторы − это все формы деятельности
человеческого общества, изменяющие природу как среду
обитания живых организмов или непосредственно влияющие
на их жизнь. Например: вырубка лесов.

39.

40.

Популяция − совокупность
организмов одного вида,
населяющих определенную
территорию.
Популяция является
элементарной единицей
эволюционного процесса.
Вид − генетически неделимая
единица живого мира.
Узоры надкрылий божий коровки

41.

42.

Биоценоз − совокупность совместно обитающих и взаимно
связанных видов.
Биотоп − участок абиотической среды, которую занимает
биоценоз.
Биогеоценоз − экосистема

43.

Биогеоценозы − исторически сложившиеся устойчивые
сообщества популяций различных видов и неорганических
компонентов окружающей среды, связанных между собой
и окружающей средой обменом веществ, энергии и
информации.
Биогеоценоз пруда

44.

45.

46.

Биосфера:
Живое вещество - совокупность всех
живых организмов
Биогенное вещество - связано с жизнедеятельностью
живых организмов (газы атмосферы, каменный уголь,
известняк и др.)
Косное вещество - совокупность неживых тел, которые
образуются в результате процессов, не связанных с
деятельностью живых организмов (лава, газы
вулканического происхождения, горные породы неорган.
происхождения)
Биокосное вещество - результат совместной
деятельности живых организмов, а также физикохимических и геологических процессов (почва, ил,
океаническая и морская вода)

47. Типы отношений между популяциями

Возможны следующие виды влияний одних организмов на
другие:
Положительное (+) — один организм получает пользу за
счёт другого.
Отрицательное (−) — организму причиняется вред из-за
другого.
Нейтральное (0) — другой никак не влияет на организм.

48.

Нейтрализм(0 0)

49.

Мутуализм (+ +)
Рыба – клоун живет вблизи
актиний.

50.

Протокооперация (+ +)
Муравей и тля

51.

Комменсализм (+ 0)
1) Сожительство.
Например, пресноводная рыбка горчак откладывает
икринки
в
мантийную
полость
двухстворчатых
моллюсков.

52.

Комменсализм (+ 0)
2) Нахлебничество

53.

Комменсализм (+ 0)
3) Сотрапезничество
Бегемот и цапля

54.

Аменсализм (- 0)
Деревья и трава

55.

Хищничество (+ -)

56.

Венерина мухоловка

57.

Паразитизм (+ -)

58.

Конкуренция (- -)

59.

Внутривидовая конкуренция (- -) − более ожесточенная

60.

61.

Генетика и молекулярная биология
Генетика − наука о законах и механизмах наследственности
и изменчивости в живой природе.

62.

Ген − единица наследственности, контролирующая развитие
одного признака.
Молекулярная биология: Ген − участок молекулы ДНК.

63.

Различные формы одного и того же гена и определяющие
альтернативные варианты развития одного и того же
признака называют аллели.
Доминантные и рецессивные аллели.
Доминантный ген − проявляется в гетерозиготном состоянии.
Рецессивный ген − не проявляется в гетерозиготном
состоянии.

64.

В диплоидном организме:
одинаковые аллели → гомозиготный организм,
разные аллели → гетерозиготный организм.
Хромосома − структурная единица клетки, содержащая ДНК.
Хромосомный набор
Совокупность генов
Геном
Генотип
Генофонд
(в единичном
наборе хромосом)
(особь)
(популяция)

65.

Фенотип − совокупность характеристик, присущих организму
на определенной стадии развития.
Генотип
Факторы
внешней
среды
Фенотип
Мутация − внезапное изменение наследственных структур,
вызванное естественным или искусственным путем.

66.

Воспроизводство всего живого определяется
синтезом белков при помощи нуклеиновых кислот
ДНК и РНК.

67.

Молекула ДНК
Звеньями молекулы ДНК
выступают нуклеотиды.
Нуклеотид − это соединение
азотистого основания, сахара и
остатка фосфорной кислоты.
Азотистые основание
А, Т, Г, Ц

68.

Молекула ДНК
Азотистые основание
А, Т, Г, Ц
Водородные связи между
цепочками
Комплементарность нуклеиновых кислот
А-Т
Г-Ц

69.

В образовании белков участвуют 20 аминокислот.
Для кодирования одной аминокислоты требуется
сочетание трех нуклеотидов (триплет или кодон).
Мутационная изменчивость − случайные изменения
последовательности аминокислотных остатков в
белке.

70.

Все современные организмы
ДНК
Информация
РНК
белки
чтение
реализация
копирование
Посредник

71.

Молекула РНК
Азотистые основание
А, У, Г, Ц
Одинарная цепочка.
РНК – посредники на всех
этапах синтеза белков
Синтез белка осуществляется в рибосомах.

72.

3-D форма и
разнообразные функции
Белок
РНК
Матрицы
ДНК

73. Современная (синтетическая) теория эволюции

74.

Теория
Дарвина − Уоллеса
эволюция
Чарльз Роберт
Дарвин
(1809-1882)
англ. натуралист
Альфред Уоллес
(1823-1913)
брит. натуралист
наследственность
изменчивость
естественный отбор

75.

Изменчивость
генетическая
модификационная
гены
среда
случайна
адаптивна
передается по
наследству
не наследуется

76.

XX век
Теория Дарвина − Уоллеса
Синтетическая теория
эволюции
генетика
палеонтология
молекулярная биология
экология

77.

Синтетическая теория эволюция
Элементарная эволюционирующая единица –
популяция

78.

Синтетическая теория эволюция
Движущий фактор (движущая сила) эволюции –
естественный отбор
Единственный фактор, меняющий облик популяции
направленно –
в сторону большей приспособленности.

79.

80.

В популяциях поддерживается множество генетических вариантов,
что позволяет во всеоружии встретить изменение условий среды.

81.

Искусственный отбор 10 000 лет

82.

Синтетическая теория эволюция
Четко разграничивает микро- и макроэволюцию
Микро –
уровень вида и ниже
Вид
Подвид
Популяция
Макро –
надвидовые
формы
основные
закономерности
развития жизни на
Земле в целом

83.

Основные законы эволюции
1. Скорость эволюции в разные периоды неодинакова.
2. Эволюция различных организмов происходит с разной
скоростью.
3. Новые
виды
образуются
не
из
наиболее
высокоразвитых, а из относительно простых форм.
4. Эволюция не всегда идет от простого к сложному.
Существуют примеры «регрессивной» эволюции.
5. Эволюция затрагивает популяции, а не отдельные особи
и осуществляется в результате мутаций, естественного
отбора.

84.

Основные факторы эволюции
Естественный отбор − движущая сила эволюции
Мутации

85.

Мутации – случайные наследуемые изменения ДНК
Главное их свойство – случайный характер:
поток информации в одну сторону
ДНК → белок → признак
нельзя заранее предсказать,
как мутация повлияет на фенотип
– в сторону большей или меньшей приспособленности