Реферати » Реферати з біології » Кембрійський парадокс

Кембрійський парадокс

не дають розвиватися іншим видам. З'явився в цих умовах "жнець" буде швидше за все харчуватися цими панівними видами (хоча б тому, що вони здатні забезпечити його найбільшою кількістю їжі) і, стало бути, буде в першу чергу зменшувати саме їх біомасу. Але завдяки цьому він розчистить частина життєвого простору і тим самим звільнить місце новим видам. А це призведе до збільшення біологічного різноманіття всієї ніші. Той же принцип, як видно з наведених вище прикладів, діє і в інших екологічних системах. Стенлі ж застосував "принцип проріджування" для пояснення загадки кембрійського вибуху.

Легко бачити, що цей вибух цілком укладається в цю схему. У предкембрійскую епоху земні океани майже монопольно заселяли одноклітинні бактерії і водорості декількох небагатьох видів. Цілі мілліардолетія їх ніхто не "проріджував", і тому вони не мали можливості швидко еволюціонувати. Якби в такому середовищі раптово з'явився який-небудь одноклітинний рослиноїдний "хижак", він обов'язково повинен був би - за "принципом проріджування" - викликати швидку появу нових видів. Це, в свою чергу, повинно було привести до появи нових, більш спеціалізованих "женців", розчищають місце для наступних нових видів, так що різноманітність біологічних форм почало б наростати як сніжний ком - а це і є ситуація кембрійського вибуху.

Таким чином, по Стенлі, "тригером" кембрійського вибуху було випадкове поява якогось "хижака" в середовищі найпростіших одноклітинних організмів предкембрійской епохи. А той факт, що цей вибух мав характер різкого стрибка, не представляє собою ніякої особливої ??загадки. Точно такий же характер має розвиток багатьох біологічних систем в умовах наявності досить вільного життєвого простору і досить багатого кількості їжі. Якщо, наприклад, висадити невелику колонію бактерій на поживне середовище в лабораторної чашці Петрі, вона буде розмножуватися за тим же законом "снігової лавини", і це стрибкоподібне розмноження припиниться лише з заповненням усього доступного простору і вичерпанням поживних речовин. Кембрійські океани і були такий природної "чашкою Петрі" для нових біологічних видів. Коли ж вони заповнили собою ці океани, умови для стрибка зникли і більше ніколи вже не повторювалися, чим і пояснюється, по Стенлі, унікальність кембрійського вибуху.

Зовсім інше біологічне пояснення кембрійського вибуху запропонували в 1994 - 1997 роках американські біологи Валентин, Ервін та Яблонський. На їх думку, цей вибух стався в силу того, що у деяких примітивних предкембрійскіх організмів у результаті випадкових генетичних змін з'явилася здатність різко розширити спектр можливих тілесних структур. Дійсно, однією з найважливіших особливостей кембрійського еволюційного скачка.било якраз таке ось раптова поява безлічі біологічних форм із зовсім новими тілесними ознаками. Деякі з цих нових організмів набули чітко виражені голови і хвости, у інших чітко виділилися сегменти і черевце, у третіх виникли кінцівки, ще якісь одяглися в панцирі, деякі обзавелися вусиками-антенами або зябрами - і так далі. В цілому дослідники налічують цілих 37 нових тілесних планів, що виникли - і до того ж майже одночасно - в ту епоху бурхливої ??еволюційної активності. І всі основні принципи тілесної архітектури сучасних організмів зародилися саме тоді.

При чому тут, проте, гени? На думку про зв'язок цього "архітектурного стрибка" з генами авторів нової гіпотези наштовхнули останні досягнення так званої біології розвитку. Вже раніше було відомо, що в ході зародкового розвитку будь-якого багатоклітинного організму його клітини проходять спеціалізацію - з одних виходять, наприклад, ноги, з інших, скажімо, м'язи, зябра або очі. Було відомо також, що команди на спеціалізацію клітинам дають ті чи інші гени. Але в останні роки було встановлено: для того, щоб розвиток йшов за певним планом - наприклад, око не виріс там, де повинна бути нога, - необхідно, щоб ці гени "включалися" в певній послідовності, один за іншим, в потрібний час, і управляють таким планомірним включенням особливі, так звані регулювальні гени. Найбільш вивченою їх різновидом є гени групи "hox". Вони були вперше відкриті при вивченні дрозофіл.

Було встановлено, що гени цієї групи регулюють процес закладки самих основних і загальних принципів тілесної структури організму. Вісім генів цієї групи, наявних у дрозофіл, розташовані в одній з хромосом один за одним, послідовно. Так само послідовно вони і працюють: перший за рахунком ген дає команду на побудову голови, другий наказує будувати наступний сегмент тіла уздовж його осі і так далі, до хвоста. Коли дослідники штучно змінювали послідовність цих генів, вони отримували мушок, у яких, наприклад, ноги росли з голови.

Гени групи hox вивчені також у жаб. Це вивчення показало, що, хоча жаби і дрозофіли розташовуються на двох різних гілках еволюційного дерева (ці гілки розрізняються способом освіти рота у ембріона), шість з їх генів hox разюче подібні. Наприклад, один з них у дрозофіле відрізняється від свого аналога в жабі тільки "знаком": у дрозофіли він регулює поява черевця, а у жаби - спинки. Якщо пересадити його від дрозофіли жабі, то хід розвитку абсолютно не порушиться, тільки жаб'ячі спинка і черевце поміняються місцями. Мабуть, це розходження виникло в результаті мутації. Підрахувавши, скільки таких мутаційних відмінностей накопичилося в східних генах hox за час роздільного існування мишей і жаб, і знаючи середня кількість мутацій, що відбуваються за кожну сотню років, дослідники визначили, як давно жив загальний предок жаб і дрозофіл. Цей час виявився настораживающе близько до часу кембрійського вибуху - близько 565 мільйонів років.

Як ми вже сказали, у дрозофіли всього вісім hox генів; у ссавців, наприклад, їх цілих 38. Але виявилося, що всі ці 38 генів є лише злегка зміненими дублікатами восьми первинних. Що ж до самих цих восьми первинних генів, то вони виявилися дуже подібними у всіх сучасних типів організмів - від ссавців до комах. Як і у випадку жаби і дрозофіли, це подібність дозволило обчислити, коли саме вперше з'явилися ці вісім вихідних hox генів, що визначили (і до цих пір визначають) самі загальні принципи тілесного будови всіх сучасних організмів (конкретні відмінності в цьому будову і формі їх тіл - скажімо, між Мерилін Монро і мушкою-дрозофилой - породжені відмінністю в регулювальних генах інших груп, що з'явилися пізніше, в ході подальшої еволюції).

Ці розрахунки привели до тих же результатів, що і порівняння цих генів у жаб і дрозофіл. Виявилося, що первинні гени групи hox, схожі у всіх сучасних організмів, сходять до загальних предкам цих організмів, які виникли приблизно 565 мільйонів років тому, тобто в епоху, безпосередньо передувала кембрійського еволюційному вибуху. Як ми вже знаємо, ті плани будови тіла, які збереглися донині у вигляді найзагальніших принципів тілесної архітектури сучасних організмів, виникли в кембрійських епоху. А тепер ми бачимо, що регулювальні гени, відповідальні за такі загальні плани, з'явилися незадовго до цього. Цілком природно припустити, що саме поява першої повної групи генів hox (що складалася з восьми первинних генів) зіграло роль тригера того унікального вибуху форм, який ми називаємо кембрійських вибухом.

Спочатку Валентин і його співавтори стверджували, що історія розвивалася наступним чином: до пори до часу існували тільки найпростіші організми, у яких вся група hox вичерпувалася одним-єдиним геном, в предкембрійскую епоху виникли перші багатоклітинні, у яких число цих генів поступово зросла до п'яти-шести (у плоских хробаків); а в кембрійських епоху це число стрибком збільшилася до восьми, і саме цього виявилося достатньо для виникнення разючого різноманітності форм.

Пізніший варіант їх теорії виглядає набагато складніше. Тепер вони вважають, що поява всього необхідного набору регулювальних генів відбулося вже в докембрійськую епоху, 565 мільйонів років тому. Але при всій біологічної фундаментальності цієї події воно, тим не менш, було всього лише необхідною, але недостатньою умовою кембрійського вибуху. Цілком можливо, що навіть при наявності однієї з тих генів, його перший володар, який-небудь плоский черв'як, мав не оком, а всього лише "потенцією очі" - чимось на зразок світлочутливого плями на голові.

Організми - чи не механічні іграшки, які досить штовхнути, щоб отримати автоматичний відповідь; швидше за все потурбувалися складне поєднання різних умов, щоб можливість стала дійсністю і відбувся стрибок еволюції, подібний кембрійського вибуху.

Іншими словами, в кембрійських епоху мало статися щось додаткове, що зіграло роль "тригера" для запуску цих генів в роботу, тобто для створення безлічі різноманітних форм і типів, настільки характерне для того часу . Валентин і його колеги не уточнюють, що могло бути таким "додатковим тригером". Вони тільки пишуть, що "припущення варіюються від різкого зростання атмосферного кисню вище деякого критичного рівня до екологічної" гонки озброєнь ", в якій еволюційне взаємодія хижаків і жертв могло породити цілий спектр різних нових видів".

У цих словах легко розпізнати натяки на "кисневу гіпотезу" Беркнера - Маршалла і "гіпотезу хижака-женця" Стенлі. З іншого боку, творець "гіпотези земного перекиду" Кіршвінк вважає, що і його пояснення кембрійського вибуху одночасним сповзанням всіх земних материків теж може поєднуватися з теорією "стрибка

Сторінки: 1 2 3 4 5

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар