Изменчивость организмов

До ХIХ столетия в биологии господствовало мнение, что всё разнообразие живых организмов было создано природой или Всевышним творцом одномоментно и является неизменным во все времена. Однако к ХIХ в. стало накапливаться много фактов, свидетельствующих о том, что виды меняются. Причём изучение ископаемых организмов разных геологических эпох показывало, что с течением времени появлялись всё более сложные и совершенные виды, приспособленные к окружающей среде наилучшим образом. Объяснить подобные явления с точки зрения физических и химических процессов без привлечения понятия жизненной силы казалось совершенно невозможным.

В 1858 г. английские учёные Альфред Уоллес (1823-1913) и Чарльз Дарвин (1809-1882) высказали предположение, что в природе существует естественный процесс случайной, неуправляемой, но наследуемой изменчивости организмов. Эта изменчивость в сочетании с высокой плодовитостью приводит к появлению большого количества организмов с разнообразными свойствами, среди которых могут оказаться свойства, позволяющие лучше приспосабливаться к окружающей среде. Конкуренция, возникающая из-за ограниченности природных ресурсов, приводит к тому, что все представители вида, уступающие новым формам по степени приспособленности, вымирают и появляется новый вид из более совершенных организмов. Такое объяснение эволюции видов получило название теории естественного отбора. Однако оставалось много спорных вопросов, которые нельзя было объяснить, не зная физико-химических основ наследственности и изменчивости.

Такие знания появились к 40-м гг. ХХ столетия. Открытие нуклеиновых кислот и изучение их свойств блестяще подтвердило справедливость идей дарвинизма.

Свойства родителей воспроизводятся у потомков за счёт копирования и передачи по наследству молекул ДНК. Точное копирование не позволяет появляться новым видам, поскольку новый вид – это новая последовательность аминокислот в белках, а следовательно, и новая последовательность нуклеотидов в ДНК. Но из-за большой сложности процесса редупликации он обычно протекает с некоторыми случайными ошибками, которые получили название мутации. Случайные ошибки не могут быть полезными и целесообразными, поскольку всякая случайность и хаотичность приводит к беспорядку и разрушению (энтропия возрастает). Действительно, как показали генетические исследования, проводимые уже более 100 лет, подавляющее большинство мутаций губительны, или, по крайней мере, вредны. Но случаются мутации, которые никак не проявляются в свойствах и поведении организма. Такие изменения генетического материала получили название рецессивных, в отличие от проявляющихся доминантных мутаций.

Нормальная жизнедеятельность организма с рецессивными мутациями возможна, потому что у большинства организмов все гены задублированы, находятся в двух комплектах хромосом. Двойной набор хромосом появляется в результате оплодотворения при половом размножении, когда потомки получают один набор генов от материнского организма, а второй – от отцовского. Такие организмы называются диплоидными (см. п.3.13). Случайный процесс не может приводить к одновременной одинаковой мутации двух генов. Поэтому в случае мутации одного гена второй остаётся без изменений и обеспечивает нормальную жизнедеятельность.

В результате редупликации ДНК и размножения организмов рецессивные гены накапливаются в популяции. В результате многочисленных скрещиваний возникает множество различных генетических комбинаций, среди которых изредка могут оказаться более удачные, чем существовавшие ранее. Организмы с такими новыми, более совершенными свойствами оказываются конкурентноспособными, эффективней добывают пищу, или лучше защищены от вредных факторов, или являются более плодовитыми и т.д. В результате конкуренции менее приспособленные особи постепенно вымирают и замещаются более совершенными организмами. Появляется новый вид. Этот процесс выживания наиболее приспособленных особей и был назван Чарльзом Дарвином естественным отбором.