Глава 1 — Эволюция

Живая клетка, показанная здесь в процессе самовоспроизводства, является основным строительным элементом, из которых состоят все живые существа. Способность клетки к неопределённой изменчивости, которая имеет место при половом размножении, лежит в основе эволюционного развития.

Форма и место живых существ на Земле могут быть отнесены на счёт двух вещей –эволюции и среды обитания.Изучение эволюции выясняет, как возникла жизнь, как она стала разнообразной в том виде, как сейчас, и как разные живые существа происходят от иных видов. Изучение среды обитания (экологии) живого существа показывает, как разные формы жизни взаимодействуют друг с другом и со средой, которую они населяют.Иными словами, эволюцию можно представить себе как продольный срез жизни на нашей планете,тогда как экология показывает эту же ситуацию в поперечном срезе.Каждый из этих компонентов неотделимо связан с другим,и они оба не могут изучаться абсолютно раздельно.Хотя оба этих аспекта способствуют выживанию, не следует забывать,что вымирание является очень важным фактором. Без него не было бы пространства для эволюции.В природе не было бы новых экологических ситуаций, требующих заполнения путём эволюции новых животных и растений из «старых запасов». Эволюция, имеющая место сейчас, прослеживается как по палеонтологической летописи, так и по свидетельствам, которые предоставляютныне живущие растения и животные.Исследование ископаемых остатков показывает общую тенденцию развитияот простого к более сложному, и ту роль, которую играет среда в подгонке организмак преобладающим условиям. У ныне живущих организмов сходство в строении,эмбриональном развитии и биохимии является чётким указанием сходной эволюционной истории или общего происхождения. Поэтому эволюция – это не процесс, который происходил только в прошлом, для того, чтобы приспособить растения и животных к сегодняшней экологии; но она является процессом, который происходит постоянно, который мы можем изучать как по его результатам,так и по ископаемым свидетельствам прошлого.Она происходила, происходит сейчас, и будет продолжаться настолько долго,насколько долго жизнь будет существовать на нашей планете.

Генетика Клетки

Животные, а также, разумеется, растения, сложены из микроскопических кирпичиков, называемых клетками. Клетки, находящиеся в различных органах и тканях одного и того же существа, обладают весьма различными размерами и формой – кости сложены из угловатых клеток, почки – из округлых клеток, нервы из длинных и тонких клеток – но все сложены из сходных компонентов. Снаружи каждую клетку окружает клеточная оболочка – кожица, мембрана клетки, заключающая в себе студенистую цитоплазму, которая несёт в себе множество маленьких структурных образований, называемых органеллами. Наиболее важное из них – клеточное ядро, которое находится в центре клетки и содержит информацию, на основе которой строится весь организм.Информация хранится в виде кода, представляющего собой последовательность компонентов, содержащихся в длинной молекуле сложного соединения, известного как дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Молекула ДНК немного похожа на лестницу, скрученную вдоль. Пролёты лестницы состоят из сахаро-фосфатных молекул, а каждая ступенька состоит из пары молекул, известных как азотистые основания. Существует только четыре таких основания, и последовательность, в которой они располагаются вдоль скрученной «лестницы», даёт кодированные инструкции, согласно которым формируется организм. Хотя код полностью повторяется в ядре любой клетки организма, лишь немногие участки кода используются для формирования каждого отдельного органа.Замечательной способностью молекулы ДНК является её способность к самовоспроизводству. Молекула расщепляется вдоль и раскручивается таким образом, что каждая половина «лестницы» состоит из «перил» и половинок «ступенек». Недостающие половинки «лестниц» достраиваются из набора сахаро-фосфатных основ, который пополняется за счёт пищи живого существа и находится в ядре любой клетки. Поскольку каждый из четырёх типов азотистых оснований в цепочке притягивает к себе строго специфичный тип азотистого основания, то, когда полностью формируются две новых цепочки ДНК, они абсолютно одинаковы между собой по последовательности компонентов. Это наиболее важный процесс, который лежит в основе размножения клеток и роста всех организмов.

Большинство клеток животных содержит одни и те же главные компоненты. В центре лежит ядро (А), которое соджержит генетический материал клетки. Митохондрии (В), отвечающие за выработку энергии, и лизосомы (С), которые секретируют химические соединения, лежат ближе к поверхности цитоплазмы (D). Рибосомы (Е), где происходит биосинтез белков, лежат вдоль складчатых производных клеточной мембраны, известной как эндоплазматическая сеть (F).

Тем не менее, чтобы расти, организму необходимы белки в форме тех или иных структурных элементов, таких, как коллаген, в случае соединительной ткани между органами, или фермент, который поддерживает специфические биологические процессы. Хотя биосинтез белков происходит вне клеточного ядра, он контролируется ДНК и происходит путём, аналогичным репликации ДНК. Посредником, который переносит инструкции ДНК к центрам биосинтеза белка, рибосомам, является молекула, известная как РНК. Она формируется вдоль частично «расстёгнутых» участков ДНК и лишь незначительно отличается от них. Информационная РНК движется к рибосоме, где к ней присоединяется другая форма РНК, транспортная РНК, которая переносит аминокислоты. Именно из этих аминокислот формируются белки. Молекулы РНК являются единственными переносчиками кода, и гарантируют, что аминокислоты соединяются в правильной последовательности, формируя белок. Таким образом ДНК контролирует работу всей клетки и всего организма..

Сперматозоид проникает в яйцеклетку (А) и движется к находящемуся неподалёку ядру яйцеклетки (В). Хромосомы сперматозоида и яйцеклетки разделяются на отдельные цепочки, известные как хроматиды. Соответствующие друг другу хроматиды движутся к противоположным полюсам яйцеклетки (С), где их окружает ядерная оболочка (D). Затем это образование разделяется на две самостоятельных клетки (Е).

Молекулы ДНК в клеточном ядре собраны в структуры, называемые хромосомами, и определенные группировки последовательностей оснований нуклеиновых кислот на ДНК дают начало определённым признакам организма. Эти группировки называются генами. Половина хромосом в клетках живого существа, и, следовательно, половина его генов, получена от его матери, и половина от его отца. Это отражается в выравнивании хромосом в процессе деления клетки. В этот момент хромосомы выстраиваются парами, полученные от матери выравниваются относительно идентичных, полученных от отца, таким образом, чтобы соответствующие гены находились рядом. Даже при том, что каждый ген в паре вносит вклад в определение той или иной особенности, один ген часто маскирует эффект воздействия другого.Будучи частью процесса размножения, в половых органах формируются особые клетки, известные как гаметы – сперматозоиды и яйцеклетки – и содержащие только половину набора хромосом, содержащегося в обычных клетках. Хотя в каждой гамете представлена одна хромосома из каждой пары, ни одна из них не идентична никакой из хромосом, полученных от отца или матери, поскольку содержит смесь генетического материала от обоих родителей. Эта особенность хромосом в гаметах в первую очередь отвечает за различия между разными индивидуумами одного вида, которая наблюдается в природе. Во время оплодотворения гаметы объединяются с гаметами другой особи, чтобы образовать полноценную клетку с полным набором хромосом, который, в свою очередь, делится и формирует совершенно новый организм с генетическими характеристиками обоих родителей.Таков, в общих чертах, замысловатый процесс, который позволяет растениям и животным самовоспроизводиться и передавать свои отличительные особенности от поколения к поколению. В генах, вовлечённых в этот процесс, происходят небольшие изменения, или мутации, которые позволяют происходить эволюции. Последствиями мутации являются вариации признаков взрослого организма, выросшего из клетки, содержащей ген. В большинстве случаев произошедшее изменение губительно, и ведёт к проигрышу организма в окружающем мире конкуренции. Организм гибнет, и вместе с ним гибнет мутантный ген. Тем не менее, иногда мутантный ген даёт тенденцию, которая даёт организму заметное преимущество в борьбе за существование.Разнообразие генетического материала, которое возможно благодаря половому размножению, даёт определённый спектр характеристик, которые встречаются у представителей отдельно взятого вида. Естественный отбор, который считается основной движущей силой эволюции, оказывает воздействие на это разнообразие, благоприятствуя отдельным характеристикам, и отметая остальные соответственно их пользе для выживания.Молекулы ДНК в клеточном ядре сосредоточены в виде структур, называемых хромосомами, и специфические группировки последовательностей азотистых оснований в ДНК дают начало специфическим чертам самого организма. Эти группировки называются генами. Половина хромосом в клетке живого существа, и, следовательно, половина его генов, достаётся ему от матери, и половина от отца. Это отражается в расположении хромосом во время деления клетки. При этом хромосомы выстраиваются парами, и полученные от матери хромосомы располагаются параллельно полученным от отца так, что соответствующие гены находятся друг напротив друга. Даже при том, что каждый ген в паре вносит свой вклад в формирование какой-либо особенности, один ген часто маскирует действие другого.

Во время деления клетки, когда образуются две самостоятельных клетки, ДНК (А), содержащаяся в делящейся клетке, разделяется вдоль и формирует новые молекулы ДНК вдоль своих свободных концов (В) из азотистых оснований и сахаро-фосфатов, содержащихся в клеточном ядре. Чтобы создать информационную РНК, цепочки ДНК расплетаются частично (С) и достраиваются очень похожим материалом; сахаро-фосфатный скелет незначительно отличается химически, и одно из азотистых оснований замещено (D). Информационная РНК содержит код, который даёт гарантию, что транспортная РНК присоединяется к верной последовательности, чтобы создать цепочку аминокислот, которая образует нужный белок.