Режим эволюции генов

Наиболее важным в эволюционном учении является вопрос о том, каким образом организмы приспосабливаются к внешней среде. Правильно ответить на этот кардинальный вопрос помогает биоинформатика. Ученые, работающие в этой передовой области (отрасли) генетики анализируют последовательности нуклеотидов в генах и порядок расположения аминокислот в белках. Основываясь на данных биоинформатики, японский биолог Мотто Кимура предложил теорию молекулярной эволюции. Согласно его взглядам, (получивших широкое признание), существует три режима накопления одиночных замен в генах.

Первый – нейтральная эволюция, когда мутации не изменяют структуру или функцию гена и соответствующего белка, Они характерны для участков ДНК, которые не слишком важны для выживаемости организма и не влияют на его приспособленность. (Такими участками, например, являются неинформативные участки гена – интроны, межгенные последовательности – спейсеры). В ходе эволюции такие мутации накапливаются в геномах с приблизительно постоянной скоростью, поэтому в молекулярной эволюции они служат эталоном времени. Процесс накопления таких замен даже назвали молекулярными часами по аналогии с атомными часами – эталоном времени в физике. (Используя, например, «молекулярные часы», ученые определили время расхождения ветвей от общего предка, приведших к шимпанзе и человеку).

Второй режим – стабилизирующий отбор, под действием которого обычно находятся особо важные гены или их участки; почти любая замена в них повредит продукт гена и уменьшит приспособленность организма. Скорость накопления мутаций при таком отборе тем ниже, чем важнее ген и чем меньше его функция связана непосредственно с внешней средой. Под действием стабилизирующего отбора часто находятся гены «домашнего хозяйства», кодирующие белки-ферменты энергетического обмена, белки-гистоны и мн. др.

Третий режим эволюции – движущий отбор. Он характеризуется увеличенной скоростью накопления мутаций, так как в новых условиях они повышают приспособленность организма, придавая генам какие-либо новые свойства (например, возрастает устойчивость микроорганизмов к антибиотикам, насекомых – к инсектицидам.

В эволюционном учении выделяют 4 основных направления эволюционной мысли: 1) ламаркизм (возможность наследования благоприобретенных признаков, т.е. признание передачи информации от фенотипа к генотипу. Название учения образовано от фамилии французского ученого Жана Батиста Ламарка; 2) жоффруизм (изменение организма под прямым воздействием среды, в особенности ранних зародышевых стадий). Учение носит имя французского натуралиста Этьена Жоффруа Сент-Илера; 3) дарвинизм (эволюция путем естественного отбора случайных изменений). Теорию сформулировал Чарлз Дарвин. 4) номогенез (развитие на основе закономерностей, а не случайностей). Автором концепции является Лев Семенович Берг. Основоположники этих учений в главном были правы, но в чем-то каждый из них ошибался, возможно, из-за признания абсолютной истины.

Теория Дарвина дала ответы на коренные вопросы биологии, в том числе и на то, почему морфология, физиология и поведение организмов соответствует условиям их обитания. Учение Дарвина имеет самое прямое отношение к медицине. Ведь медицина комплекс наук, изучающих человека не только больного, а и здорового, – существа, в основе своей, биологического, зависимого от природы и одновременно являющегося ее частью.