теория эволюции

Постов: 7 Рейтинг: 6603
564

Эволюционное наследие

Развернуть
Помимо известных из школьного курса атавизмов, типа хвоста, волосатости или дополнительных молочных желёз, практически каждый орган или часть тела может рассказать нам об эволюционном прошлом человека. Самое удивительное, что зачатки тех или иных частей тела, а также генетических механизмов, отвечающих за их развитие, находятся у чрезвычайно удалённых с эволюционной точки зрения животных.

Часто аналогию проводят по первым рыбам, освоившим сушу, но в этом посте мы пойдём дальше и глубже.
Эволюционное наследие
Часть 1. Конечности

Несмотря на огромное различие между классами животных, у всех наземных позвонозных есть общий план строения конечностей, который можно легко разглядеть на рисунке ниже:
Эволюционное наследие
Этот общий план заметили ещё до открытия теории эволюции в 19 веке, однако полную картину и всю подоплёку подобного сходства учёные узнали в 20 веке, когда нашли современных представителей рыб с продвинутыми плавниками (первые два плавника на картинке), а потом и окаменелости древних рыб с зачатками костей наземных животных, в том числе с пальцами:
Эволюционное наследие
А круче всех оказался товарищ с картинки ниже под названием тиктаалик, живший 375 млн лет назад, который по сторению тела "ни рыба, ни мясо".  У него были лопатка, плечо, предплечье и запястье, состоящие из тех же костей, что и соответствующие части человеческой руки. Изучая строение суставов, соединяющих эти кости, чтобы понять, как они двигались друг относительно друга, учёные убедились, что конечности тиктаалика были приспособлены для выполнения довольно необычной функции: эта рыба могла отжиматься. В свою очередь ряд последовательно сделанных отжиманий вкупе с движением корпуса приводил к движению, называемому ползанье.
Эволюционное наследие
Теперь рассмотрим шею тиктаалика. У всех рыб, живших до него, был набор костей, с помощью которых череп был соединен с плечевым поясом, так что всякий раз, когда рыба поворачивала тело, вместе с ним поворачивалась и голова. А тиктаалик не такой. У него голова не соединена с плечевым поясом.
Эволюционное наследие
Такое строение объединяет его с амфибиями, рептилиями, птицами и млекопитающими, к которым относимся и мы сами. Переход от рыб к этим животным начался, когда рыбы вроде тиктаалика утратили несколько маленьких косточек.

Дальше - больше: когда учёные добрались до генов, оказалось что у всех животных за эмбриональное развитие конечностей отвечает один и тот же ген Sonic hedgehog, который включается на одном и том же этапе в одном и том же месте эмбриона, будь то млекопитающее, рыба или птица. Даже у насекомых за развитие конечностей отвечают те же гены - что говорит о наличии его у общего предка всех многоклеточных.

Часть 2. Зубы

Одно из наших фундаментальных свойств - характерный для нас, млекопитающих, прикус (то есть подогнанные друг под друга зубы нижней и верхней челюсти) - встречается в ископаемых остатках по всему свету начиная с времени от 195 миллионов лет назад.
Эволюционное наследие
В более древних породах можно найти немало рептилий, внешне похожих на собак. Они ходили и бегали на четырех ногах, обладали крупным черепом, и у многих из них были острые зубы. Но этим их сходство с собаками и ограничивается. В отличие от собак у этих рептилий челюсти были составлены из множества костей, а зубы верхней и нижней челюсти не были хорошо подогнаны друг к другу. Кроме того, смена зубов у них происходила по обычному для рептилий типу: новые зубы вырастали тут и там на смену старым на протяжении всей жизни.

В породах возрастом около 210 млн лет были найдены удивительные животные трителедонты,  которые демонстрируют множество переходных признаков - в том числе "зачатки" прикуса.
Эволюционное наследие
А теперь попробуем окунуться в ещё более далёкое прошлое - примерно  500 млн лет назад. Там мы найдём животное, которое расскажет нам кое-что очень важное о происхождении скелета. Дело в том, что у этого мягкотелого организма под названием конодонт впервые в палеонтологической летописи появляются образования, богатые гидроксиапатитом, то есть веществом, которое придаёт прочность нашим зубам и костям. И это не кости, а зубы!
Эволюционное наследие
Получается, первыми твердыми структурами, содержащими гидроксиапатит, были именно зубы. Твердые кости возникли не чтобы защищаться от других организмов, а чтобы питаться ими. С этого-то и в самом деле началась война всех против всех среди наших водных предков и родственников. Вначале просто те, кто побольше, питались теми, кто поменьше, а затем началась гонка вооружений. Те, кто поменьше, вырабатывали защитные покровы, те, кто побольше, — увеличенные челюсти, чтобы прокусывать эти покровы, и так далее.

Все становится еще интереснее, если обратиться к представителям древнейших ископаемых, наделенных костистой головой. Перейдя к слоям несколько менее древним, чем те, в которых содержатся самые ранние конодонты, мы увидим, что собой представляли скелеты первых организмов, у которых в голове имелись твердые кости. Это были так называемые остракодермы — похожие на рыб существа. Их остатки находят в горных породах по всему свету от Арктики до Боливии. Внешне остракодермы напоминали гамбургеры с мясистыми хвостами.
Эволюционное наследие
Они относятся к древнейшим существам, наделенным костистой головой. Если разрезать ископаемые остатки черепа остракодермы, залить в срез парафин, положить под микроскоп и рассмотреть, нашим глазам предстанет нечто не похожее ни на одну знакомую нам ткань. Покровы этого черепа выглядят по сути точно так же, как наши собственные зубы.

Снаружи они тоже покрыты эмалью. Весь щит, покрывающий голову остракодермы, как будто составлен из тысяч крошечных зубов, слившихся воедино. Этот костистый череп — один из самых древних, известных палеонтологам, — целиком состоит из зубов. Первоначально зубы возникли, чтобы кусать добычу, но затем животные стали использовать своеобразную разновидность зубов и для защиты от врагов.

Самое удивительное, что появление зубов оказалось более значимым для развития животных (ведь появление внутреннего скелета это уже что-то с чем-то), чем казалось изначально.

При развитии зуба происходит взаимодействие двух слоев ткани: наружного тонкого слоя клеток и внутреннего, более рыхлого слоя. В результате взаимодействия в них образуются складки, и оба слоя выделяют вещества, на основе которых и формируется орган (то есть зуб).

Оказывается, совершенно такие же процессы позволяют формироваться внутри кожи и множеству других структур, например чешуе, волосам, перьям, а также потовым и даже молочным железам. Во всех этих случаях два слоя вступают в контакт, образуют складки и выделяют определенные белки. Более того, батареи переключающихся в разных тканях генов, обеспечивающих развитие всех этих органов, тоже во многом сходны.
Эволюционное наследие
Таким образом, после того как у животных впервые появился способ, позволяющий формировать зубы, модификации этого способа стали применяться для формирования множества разных органов, закладывающихся внутри кожи.

На примере остракодерм мы видели, как далеко может заходить применение этого способа. Во многих отношениях еще дальше оно зашло у птиц, рептилий и людей. У всех этих существ никогда бы не возникли перья, чешуи или молочные железы, если бы когда-то у их предков не возникли зубы. Видоизмененный механизм формирования зубов позволил развивать многие другие важные структуры кожи. Между такими разными органами, как зубы, перья и молочные железы, есть вполне реальная глубокая историческая связь.


На этом первая часть заканчивается, дальше будет нервная система, глаза, череп и различные болезни (ещё на два поста точно наберётся).

PS Собственно этот пост и следующие основаны на книге Нила Шубина "Внутренняя рыба". Всем кому понравилась данная тема очень советую не ждать моих постов, которые представляют собой скромные выжимки отдельных глав, а прочитать книгу целиком.
Эволюционное наследие
1574

Открытия в эволюции. Итоги 2016 года

Развернуть
2016 год принёс ряд открытий в эволюционной биологии, само собой рассказать обо всех не получится, поэтому здесь вы найдёте подборку из 11 наиболее интересных открытий по версии известного российского учёного А. Маркова.

Любители видео-лекций могут сразу смотреть ролик продолжительностью всего 1ч 47мин от самого автора - (советую выставить скорость 1.5), а для любителей почитать предлагаю мини-обзор:

1. Синтез органики в космосе
Открытия в эволюции. Итоги 2016 года
В космосе обнаружены разнообразные органические вещества, однако о механизмах их формирования известно немного. Астрофизики и химики из Франции, Дании и Мексики экспериментально показали, что в условиях, имитирующих ранние стадии формирования планетных систем, в водяном льду с примесью метанола и аммиака под действием ультрафиолетового излучения образуются всевозможные углеводы, включая рибозу — важнейшую составную часть рибонуклеиновой кислоты (РНК) - наиболее вероятной предшественницы ДНК на ранних этапах становления жизни.

Источник -
2. Древнейшие следы жизни на Земле

Австралийские ученые вместе с коллегой из Англии, продолжив свои многолетние исследования осадочных пород горы Исуа в Гренландии, нашли недостающее доказательство существования древнейшей микробной жизни.
Открытия в эволюции. Итоги 2016 года
В новом местонахождении, открывшемся на месте растаявшего ледника, они обнаружили слоистые структуры, по форме и элементному составу сходные с известными строматолитовыми постройками архея. Их возраст составляет 3,7 млрд лет, и это самые древние из известных на сегодня свидетельств жизни.
Открытия в эволюции. Итоги 2016 года
Так выглядят древнейшие строматолиты — наслоения бактериальных матов, в которых органические слои (сами маты) чередуются с неорганическими (осадками).
Источник -
3. В Китае найдены древнейшие многоклеточные водоросли.

Китайские палеонтологи обнаружили в мезопротерозойских карбонатных сланцах возрастом 1,56 миллиардов лет отпечатки крупных многоклеточных организмов, похожих на современные водоросли. У некоторых экземпляров сохранились стебельки и прикрепительные образования, найдены также фрагменты с хорошо сохранившейся клеточной структурой. Находки представляют собой самое убедительное на сегодняшний день подтверждение того, что в начале мезопротерозоя в морях уже существовали крупные многоклеточные эукариоты, подлинный расцвет которых начался лишь спустя миллиард лет.
Открытия в эволюции. Итоги 2016 года
Ископаемые водоросли из формации Гаоюйчжуан (1560 млн лет, Северный Китай).

Источник -
4. Обычную бактерию "научили" питаться энергией света

Американские химики и биоинженеры создали «гибридную» фотосинтезирующую систему, в которой светособирающую функцию выполняют наночастицы сульфида кадмия, а живая нефотосинтезирующая бактерия Moorella thermoacetica забирает у них возбужденные светом электроны, которые она затем использует для восстановления CO2 и синтеза органики. Ожидается, что подобные биотехнические устройства, преобразующие энергию солнечного света в нужные человеку органические вещества, в дальнейшем превзойдут по эффективности и удобству использования обычные фотосинтезирующие организмы.
Открытия в эволюции. Итоги 2016 года
Схема гибридной фотосинтезирующей системы, созданной американскими биоинженерами. Бактерии Moorella thermoacetica делятся и растут, осаждая на своей поверхности наночастицы сульфида кадмия (показаны желтым цветом). В результате бактерии «фотосенситизируются», то есть приобретают способность к фотосинтезу: производству органики (уксусной кислоты) из CO2 за счет энергии света.
Открытия в эволюции. Итоги 2016 года
Источник -
5. Изготовлена бактерия с синтетическим минимальным геномом

Сотрудники института Крейга Вентера сообщили о новом успехе на пути к созданию искусственных микроорганизмов с заданными свойствами. Используя разработанные ранее методы изготовления синтетических геномов и внедрения их в бактериальные клетки, исследователи создали жизнеспособную бактерию, геном которой содержит всего лишь 531 тысячу пар оснований и 473 гена — меньше, чем у любых существующих в природе микробов, способных к самостоятельному размножению.

В ходе работы стало ясно, что современные знания об устройстве клетки и функциях генов всё еще недостаточны для проектирования геномов с чистого листа, поэтому без метода проб и ошибок обойтись пока не удается. Функции 149 из 473 генов «минимального генома» неизвестны: эксперименты показали, что эти гены необходимы для устойчивого роста бактерий, но что именно они делают, еще предстоит выяснить.
Открытия в эволюции. Итоги 2016 года
Группа бактерий JCVI-syn3.0 с синтетическим минимальным геномом, содержащим всего лишь 473 гена — меньше, чем у любого другого самостоятельно размножающегося организма. Изменчивый размер клеток — одна из отличительных черт нового микроба.

Источник -
6. Эксперимент, показывающий пользу полового размножения

Идея о том, что половое размножение ускоряет адаптацию, неоднократно подтверждалась экспериментально. Кроме того, она имеет весомые теоретические обоснования. До сих пор, однако, ход эволюционных изменений генома в бесполых и половых популяциях не сравнивался напрямую. Американские биологи придумали методику и создали генно-модифицированные штаммы дрожжей, благодаря которым эту технически сложную задачу удалось решить.
Открытия в эволюции. Итоги 2016 года
Оказалось, что при одинаковом темпе мутирования в половых популяциях за 1000 поколений закрепляется в 5 раз меньше мутаций, чем в бесполых популяциях такой же численности. Среди мутаций, закрепившихся в бесполых популяциях, встречаются вредные, тогда как в половых популяциях закрепляются только полезные мутации. Эти результаты подтверждают классические представления о том, что половое размножение ускоряет адаптацию, помогая отбору отделять полезные мутации от вредных.

Источник -
7. Неандертальские гены влияют на здоровье современных людей

Генофонд современного внеафриканского человечества содержит небольшую примесь неандертальских генов, полученных в результате гибридизации с неандертальцами 47–65 тысяч лет назад. О влиянии этих примесей на фенотип современных людей до сих пор известно немного. Появление больших электронных баз данных по медицинской генетике позволило американским ученым оценить связь между наличием у современных европейцев тех или иных неандертальских аллелей и различными заболеваниями.
Открытия в эволюции. Итоги 2016 года
Оказалось, что неандертальские гены достоверно, хотя и не очень сильно, влияют на риск некоторых нарушений, таких как депрессия, актинический кератоз (патологическое изменение кожи под действием солнечного излучения), повышенная свертываемость крови и никотиновая зависимость. Многие из этих генов могли быть полезны нашим палеолитическим предкам, но потом стали вредными в связи с изменением условий жизни.
Источник -
8. Анализ геномов показал историю заселения планеты человеком

На сайте журнала Nature опубликованы статьи трех больших международных коллективов, посвященные анализу 787 (в общей сложности) тщательно отсеквенированных человеческих геномов, представляющих популяции со всего мира, включая самые глухие его уголки. Проделанная работа позволила уточнить и дополнить представления об истории заселения Евразии и Австралии людьми современного типа, а также о гибридизации наших предков с неандертальцами и денисовцами.
Открытия в эволюции. Итоги 2016 года
Доля неандертальской (вверху) и денисовской (внизу) ДНК в геномах людей из разных регионов. На нижней карте более яркими красными точками показаны геномы жителей Океании с очень большой (до 5%) денисовской примесью.

В частности, удалось показать, что аборигены Австралии и Новой Гвинеи в основном являются потомками той же самой волны выходцев из Африки, которая дала начало современным европейцам и азиатам, однако в их геномах обнаружена также небольшая примесь генов другой популяции сапиенсов, вышедшей из Африки существенно раньше. Возможно, эта же популяция была и источником архаичной сапиентной примеси, обнаруженной недавно в геноме алтайского неандертальца.

Источник -
9. Ритуал у шимпанзе

В ходе наблюдений за 34 сообществами диких шимпанзе обнаружен неизвестный ранее тип «ритуализованного» поведения. На территориях четырех сообществ имеются особые деревья, в дуплах и у корней которых набросано множество камней. Как выяснилось, шимпанзе систематически колотят камнями об эти деревья, швыряются в них, забрасывают камни в дупла и расщелины между корнями. Эти действия сопровождаются специфическими «долгими криками», взъерошенной шерстью (пилоэрекцией) и другими признаками эмоционального возбуждения.
Открытия в эволюции. Итоги 2016 года
«Ритуализованное» бросание камней у шимпанзе. Вверху — три типичных варианта поведения: забрасывание камня в дупло или расщелину между корнями (tossing), швыряние камня с силой об ствол (hurling), стучание камнем по стволу (banging). Внизу: созданные обезьянами скопления камней в дуплах и у оснований стволов.

Наличие или отсутствие данного поведения в сообществе шимпанзе не связано с частотой встречаемости дуплистых деревьев или доступностью камней. По-видимому, оно определяется культурной традицией. Не исключено, что эти действия представляют собой усовершенствованный вариант типичных для шимпанзе мужских демонстраций, но возможны и другие интерпретации.

Источник -
10. Не все каменные орудия на самом деле орудия

Чернополосые капуцины часто пользуются деревянными и каменными орудиями, в том числе для колки орехов и выкапывания корешков. Наблюдения за дикими капуцинами в национальном парке Серра-да-Капивара в Бразилии показали, что эти обезьяны любят колотить камнем по камню, производя отщепы с острыми краями и оббитые ядрища, неотличимые от примитивных орудий ископаемых гоминид.
Открытия в эволюции. Итоги 2016 года
Смысл этого поведения неясен: получающиеся отщепы никогда не используются обезьянами и, по-видимому, вовсе их не интересуют. Открытие показало, что наличие подобных артефактов в археологических слоях еще не доказывает, что изготовившие их приматы занимались целенаправленным производством орудий для последующего использования.\

Источник -
11. Найден предок эукариот (!!!)

Современные методы метагеномного анализа уже позволяют собирать из фрагментов ДНК, выделенных из проб воды, донных осадков, почвы и других сред, целые геномы микроорганизмов, в том числе новых для науки. В 2015 году таким способом были открыты локиархеи — неизвестная ранее группа архей, близкая к эукариотам. Целенаправленный поиск микробов, родственных локиархеям, привел к обнаружению большой и разнообразной группы, заслуживающей ранга надтипа и получившей название «Асгард». В эту группу, помимо описанных ранее локиархей и торархей, входят два новых типа: одинархеи и хеймдалльархеи. В геномах асгардархей закодировано множество белков, ранее считавшихся характерными только для эукариот, в том числе многие компоненты цитоскелета, а также молекулярные системы, отвечающие за везикулярный транспорт и убиквитин-зависимую деградацию белков.
Открытия в эволюции. Итоги 2016 года
Эволюционное дерево асгардархей, для которых удалось собрать значительную часть генома, и распределение белков, ранее считавшихся уникальными для эукариот (ESP). Показаны белки, связанные с обработкой генетической информации (репликация, транскрипция, трансляция), цитоскелетом, транспортом веществ при помощи мембранных пузырьков, убиквитин-зависимой деградацией белков и гликозилированием белков (которое у эукариот осуществляется на мембранах эндоплазматического ретикулума). Черные кружки — наличие белка установлено надежно, серые — предположительно, белые — белок не обнаружен.

Никто пока не видел асгардархей под микроскопом, но геномные данные указывают на более сложную организацию их клеток по сравнению с обычными прокариотами. Предки эукариот почти наверняка были асгардархеями, возможно, близкими к хеймдалльархеям. Открытие показало, что ряд шагов в сторону усложнения организации был сделан предками эукариот задолго до приобретения митохондриального симбионта.

Источник -
PS Если формат понравится, сделаю подобный обзор открытий в палеонтологии, астрофизике и медицине
476

Разбираемся с теорией эволюции. Главная идея

Развернуть
продолжаю серию постов о теории эволюции
Разбираемся с теорией эволюции. Главная идея
564

Разбираемся с теорией эволюции. Рыба выходит на сушу - 2

Развернуть
первая часть - http://pikabu.ru/story/_2427292
Разбираемся с теорией эволюции. Рыба выходит на сушу - 2
724

Разбираемся с теорией эволюции. Рыба выходит на сушу

Развернуть
продолжаю серию постов об эволюции
Разбираемся с теорией эволюции. Рыба выходит на сушу
1220

Разбираемся с теорией эволюции - 2. Чудесный язык дятла

Развернуть
Ссылка на первую часть http://pikabu.ru/story/_2358295
Разбираемся с теорией эволюции - 2. Чудесный язык дятла
1481

Разбираемся с теорией эволюции (ч. 1)

Развернуть
Разбираемся с теорией эволюции (ч. 1)