Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Общее происхождение - это понятие в эволюционной биологии, применимое, когда один вид является предком двух или более видов позже во времени. Фактически, все живые существа являются потомками уникального предка , которого, согласно современной эволюционной биологии, обычно называют последним универсальным общим предком (LUCA) всей жизни на Земле . [1] [2] [3] [4]

Общее происхождение - это результат видообразования , при котором несколько видов происходят от одной предковой популяции. Чем более поздние общие предки имеют два вида, тем теснее они связаны. Самый недавний общий предок всех живых организмов - последний универсальный предок [3], который жил около 3,9 миллиарда лет назад . [5] [6] Двумя самыми ранними доказательствами существования жизни на Земле являются графит, который, как было установлено, является биогенным в метаосадочных породах возрастом 3,7 миллиарда лет, обнаруженных в западной Гренландии [7], и окаменелостях микробных матов. найдено в 3,48 млрд годовалого песчаника обнаружены в Западной Австралии . [8] [9] Все живые в настоящее время организмы на Земле имеют общее генетическое наследие, хотя предположение о существенном горизонтальном переносе генов на ранней стадии эволюции привело к вопросам о монофилии (единственном происхождении) жизни. [3] Идентифицирована 6 331 группа генов, общих для всех живых животных; они могли возникнуть от одного общего предка , жившего 650 миллионов лет назад в докембрии . [10] [11]

Всеобщее общее происхождение в результате эволюционного процесса было впервые предложено британским натуралистом Чарльзом Дарвином в заключительном предложении его книги 1859 года «Происхождение видов» :

В этом взгляде на жизнь есть величие с ее несколькими силами, которые изначально были вдохнуты в несколько форм или в одну; и что, пока эта планета двигалась в соответствии с фиксированным законом всемирного тяготения, с самого начала развивались и развиваются бесконечные формы, самые прекрасные и самые чудесные. [12]

История [ править ]

В 1740-х годах французский математик Пьер Луи Мопертюи сделал первое известное предположение, что все организмы имели общего предка и разошлись благодаря случайным изменениям и естественному отбору . [13] [14] В Essai de cosmologie (1750 г.) Мопертюи отмечал:

Мы не можем сказать, что в случайном сочетании произведений Природы, поскольку выжить могли только те существа, в организациях которых присутствовала определенная степень адаптации, нет ничего экстраординарного в том факте, что такая адаптация действительно обнаруживается у всех этих видов. которые сейчас существуют? Случайно, можно сказать, оказалось огромное количество людей; небольшая часть из них была организована таким образом, чтобы органы животных могли удовлетворить их потребности. Гораздо большее число не показало ни адаптации, ни порядка; все эти последние погибли ... Таким образом, виды, которые мы видим сегодня, составляют лишь небольшую часть всех тех, кого произвела слепая судьба. [15]

В 1790 году философ Иммануил Кант написал в Kritik der Urteilskraft ( Критика суждения ), что сходство [а] форм животных подразумевает общий исходный тип и, следовательно, общего родителя. [16]

В 1794 году дед Чарльза Дарвина, Эразм Дарвин, спросил:

[Мы] не могли бы быть слишком смелыми, чтобы вообразить, что за столь большой промежуток времени, с тех пор как Земля начала существовать, возможно, за миллионы веков до начала истории человечества, было бы слишком смелым вообразить, что все теплые - животные с кровью произошли из одной живой нити, которую Великая Первопричина наделила животностью, способностью приобретать новые части, сопровождаемые новыми склонностями, управляемыми раздражениями, ощущениями, волениями и ассоциациями; и, таким образом, обладать способностью продолжать совершенствоваться своей собственной неотъемлемой деятельностью и передавать эти улучшения из поколения в поколение своим потомкам, миру без конца? [17]

Взгляды Чарльза Дарвина на общее происхождение, выраженные в книге «Происхождение видов» , состояли в том, что, вероятно, был только один прародитель для всех форм жизни:

Поэтому я должен сделать вывод из аналогии, что, вероятно, все органические существа, которые когда-либо жили на этой Земле, произошли от какой-то одной изначальной формы, в которую впервые была вдохнута жизнь. [18]

Но он предшествует этому замечанию следующим образом: «Аналогия привела бы меня на один шаг дальше, а именно к убеждению, что все животные и растения произошли от какого-то одного прототипа. Но аналогия может быть обманчивым руководством». И в последующем издании [19] он скорее утверждает,

«Мы не знаем всех возможных переходных градаций между простейшими и наиболее совершенными органами; нельзя утверждать, что мы знаем все разнообразные средства распространения в течение долгих лет или что мы знаем, насколько несовершенна геологическая летопись. Какими бы серьезными ни были эти трудности, я считаю, что они не опровергают теорию происхождения от нескольких сотворенных форм с последующей модификацией ".

Общее происхождение было широко принято в научном сообществе после публикации Дарвина. [20] В 1907 году Вернон Келлогг заметил, что «практически никто из натуралистов положения и признанных достижений не сомневается в теории происхождения». [21]

В 2008 году биолог Т. Райан Грегори отметил, что:

Не было обнаружено ни одного надежного наблюдения, противоречащего общему представлению об общем происхождении. Поэтому неудивительно, что научное сообщество в целом приняло эволюционное происхождение как историческую реальность со времен Дарвина и считает его одним из наиболее надежно установленных и фундаментально важных фактов во всей науке. [22]

Доказательства [ править ]

Общая биохимия [ править ]

Все известные формы жизни основаны на одной и той же фундаментальной биохимической организации: генетическая информация кодируется в ДНК , транскрибируется в РНК , через воздействие белка - и РНК- ферментов , а затем переведены на белков (высоко) аналогичных рибосом , с АТФ , НАДФ и другие в качестве источников энергии. Анализ небольших различий в последовательностях широко распространенных веществ, таких как цитохром c, также подтверждает универсальное общее происхождение. [23] Около 23 белков содержатся во всех организмах и служат ферментами.выполнение основных функций, таких как репликация ДНК. Тот факт, что существует только один такой набор ферментов, убедительно свидетельствует об одном происхождении. [3] [24] Идентифицирован 6 331 ген, общий для всех живых животных; они могли возникнуть от одного общего предка , жившего 650 миллионов лет назад в докембрии . [10] [11]

Общий генетический код [ править ]

Генетический код (далее «таблица перевода» в соответствии с которой ДНК информации переведена на аминокислоты , и , следовательно , белки) практически идентичны для всех известных форм жизни, от бактерий и архебактерий для животных и растений . Универсальность этого кода обычно рассматривается биологами как окончательное свидетельство в пользу универсального общего происхождения. [23]

Способ, которым кодоны (триплеты ДНК) отображаются на аминокислоты, кажется, сильно оптимизирован. Ричард Эгель утверждает, что, в частности , хорошо организованы гидрофобные (неполярные) боковые цепи, предполагая, что они позволили самым ранним организмам создавать пептиды с водоотталкивающими областями, способными поддерживать основные реакции электронного обмена ( окислительно-восстановительные ) для передачи энергии. [25]

Избирательно нейтральные сходства [ править ]

Сходства, не имеющие адаптивного значения, не могут быть объяснены конвергентной эволюцией , и поэтому они обеспечивают убедительную поддержку универсального общего происхождения. Такие доказательства пришли из двух областей: аминокислотных последовательностей и последовательностей ДНК. Белки с одинаковой трехмерной структурой не обязательно должны иметь идентичные аминокислотные последовательности; любое несущественное сходство между последовательностями свидетельствует об их общем происхождении. В некоторых случаях кодонов несколько.(Триплеты ДНК), повторяющие код одной и той же аминокислоты. Поскольку многие виды используют один и тот же кодон в одном и том же месте, чтобы указать аминокислоту, которая может быть представлена ​​более чем одним кодоном, это свидетельствует об их недавнем общем предке. Если бы аминокислотные последовательности происходили от разных предков, они были бы закодированы любым из повторяющихся кодонов, а поскольку правильные аминокислоты уже были бы на месте, естественный отбор не вызвал бы никаких изменений в кодонах, сколь бы сильно они ни были. время было в наличии. Генетический дрейфможет изменить кодоны, но крайне маловероятно, чтобы все повторяющиеся кодоны в целой последовательности точно совпадали по нескольким линиям. Точно так же общие нуклеотидные последовательности, особенно если они явно нейтральны, такие как расположение интронов и псевдогенов , предоставляют убедительные доказательства общего происхождения. [26]

Другие сходства [ править ]

Биологи часто [ количественно ] указывают на универсальность многих аспектов клеточной жизни в качестве подтверждающих доказательств более убедительных доказательств, перечисленных выше. Эти сходства включают в себя энергоноситель аденозинтрифосфат (АТФ) и тот факт, что все аминокислоты, обнаруженные в белках, являются левыми . Однако возможно, что эти сходства возникли из-за законов физики и химии, а не из-за всеобщего общего происхождения, и поэтому привели к конвергентной эволюции. Напротив, есть доказательства гомологии центральных субъединиц трансмембранных АТФаз.во всех живых организмах, особенно в том, как вращающиеся элементы связаны с мембраной. Это подтверждает предположение о LUCA как о клеточном организме, хотя первичные мембраны, возможно, были полупроницаемыми и позже эволюционировали до мембран современных бактерий, а также на втором пути к мембранам современных архей. [27]

Филогенетические деревья [ править ]

BacteriaArchaeaEucaryotaAquifexThermotogaCytophagaBacteroidesBacteroides-CytophagaPlanctomycesCyanobacteriaProteobacteriaSpirochetesGram-positive bacteriaGreen filantous bacteriaPyrodicticumThermoproteusThermococcus celerMethanococcusMethanobacteriumMethanosarcinaHalophilesEntamoebaeSlime moldAnimalFungusPlantCiliateFlagellateTrichomonadMicrosporidiaDiplomonad
Филогенетическое дерево на основе рибосомных РНК генов подразумевает единый источник для всей жизни.

Еще одно важное свидетельство - это подробные филогенетические деревья (то есть «генеалогические деревья» видов), отображающие предлагаемые подразделения и общих предков всех живых видов. В 2010 году Дуглас Л. Теобальд опубликовал статистический анализ имеющихся генетических данных [3], сопоставив их с филогенетическими деревьями, что дало «сильную количественную поддержку единству жизни посредством формального теста». [4]

Традиционно эти деревья строятся с использованием морфологических методов, таких как внешний вид, эмбриология и т. Д. В последнее время появилась возможность построить эти деревья с использованием молекулярных данных, основанных на сходстве и различиях между генетическими и белковыми последовательностями. Все эти методы дают практически одинаковые результаты, хотя большая часть генетических вариаций не влияет на внешнюю морфологию. То, что филогенетические деревья, основанные на различных типах информации, согласуются друг с другом, является убедительным свидетельством реального основного общего происхождения. [28]

Возможные возражения [ править ]

Древо жизни 2005 года показывает множество горизонтальных переносов генов , подразумевая множественное возможное происхождение.

Филогенетический анализ облаков обмена генами [ править ]

Теобальд отметил, что существенный горизонтальный перенос генов мог произойти на ранней стадии эволюции. Бактерии сегодня остаются способными к обмену генами между отдаленно родственными линиями. Это ослабляет основное предположение филогенетического анализа о том, что сходство геномов подразумевает общее происхождение, потому что достаточный обмен генами позволил бы клонам разделять большую часть своего генома, независимо от того, имели ли они общего предка (монофилия) . Это привело к вопросам о едином происхождении жизни. [3]Однако биологи считают очень маловероятным, что совершенно не связанные между собой протоорганизмы могли обмениваться генами, поскольку их разные механизмы кодирования привели бы только к искажению, а не к функционированию систем. Позже, однако, многие организмы, произошедшие от одного предка, могли легко иметь общие гены, которые работали одинаково, и, похоже, они так и были. [3]

Конвергентная эволюция [ править ]

Если бы ранние организмы управлялись одними и теми же условиями окружающей среды, чтобы конвергентно развить сходную биохимию , они могли бы независимо приобрести сходные генетические последовательности. Соответственно, «формальный тест» Теобальда подвергся критике со стороны Такахиро Йонезава и его коллег [29] за то, что он не учитывал конвергенцию. Они утверждали, что теста Теобальда было недостаточно, чтобы различать конкурирующие гипотезы. Теобальд защищает свой метод от этого утверждения, утверждая, что его тесты различают филогенетическую структуру и простое сходство последовательностей. Таким образом, утверждал Теобальд, его результаты показывают, что «настоящие универсально консервативные белки гомологичны ». [30] [31]

См. Также [ править ]

  • Рассказ предков
  • Урметазоан

Библиография [ править ]

  • Кромби, AC ; Хоскин, Майкл (1970). «Научное движение и распространение научных идей, 1688–1751». В Бромли, Дж. С. (ред.). Возвышение Великобритании и России, 1688–1715 / 25 . Новая Кембриджская современная история . 6 . Лондон: Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-0-521-07524-4. LCCN  57014935 . OCLC  7588392 .
  • Дарвин, Чарльз (1859). О происхождении видов путем естественного отбора или о сохранении благоприятных рас в борьбе за жизнь (1-е изд.). Лондон: Джон Мюррей . LCCN  06017473 . OCLC  741260650 .Книгу можно найти на сайте The Complete Work of Charles Darwin Online . Проверено 23 ноября 2015.
  • Дарвин, Эразмус (1818 г.) [Первоначально опубликовано в 1794 г.]. Зоономия; или Законы Органической Жизни . 1 (4-е американское изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Эдвард Эрл. Зоономия; или Законы органической жизни: в трех частях (Том 1) (1818 г.) из Интернет-архива, получено 23 ноября 2015 г.
  • Харрис, К. Леон (1981). Эволюция: Бытие и Откровения: с чтениями от Эмпедокла до Вильсона . Олбани, штат Нью-Йорк: Государственный университет Нью-Йорка . ISBN 978-0-87395-487-7. LCCN  81002555 . OCLC  7278190 .
  • Кант, Иммануил (1987) [Первоначально опубликовано в 1790 году в Пруссии как Kritik der Urteilskraft ]. Критика суждения . Перевод с введением Вернера С. Плухара; предисловие Мэри Дж. Грегор . Индианаполис, Индиана: Издательская компания Hackett . ISBN 978-0-87220-025-8. LCCN  86014852 . OCLC  13796153 .
  • Сокровище, Джеффри (1985). Создание современной Европы, 1648-1780 гг . Нью-Йорк: Метуэн . ISBN 978-0-416-72370-0. LCCN  85000255 . OCLC  11623262 .

Примечания [ править ]

  1. ^ Теперь называется гомологиями .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Вайс, Мадлен С .; Sousa, Filipa L .; Мрнявац, Наталья; Нойкирхен, Синье; Рёттгер, Мэйо; Нельсон-Сати, Шиджулал; Мартин, Уильям Ф. (25 июля 2016 г.). «Физиология и среда обитания последнего универсального общего предка» . Природная микробиология . 1 (9): 16116. DOI : 10.1038 / nmicrobiol.2016.116 . ISSN 2058-5276 . PMID 27562259 . S2CID 2997255 .   
  2. ^ Фортер, Патрик; Грибальдо, Симонетта; Брошье, Селин (октябрь 2005 г.). «[Лука: последний универсальный общий предок]» . Médecine / Sciences . 21 (10): 860–865. DOI : 10.1051 / medsci / 20052110860 . ISSN 0767-0974 . PMID 16197904 .  
  3. ^ a b c d e f g Теобальд, Дуглас Л. (13 мая 2010 г.). «Формальный тест теории всеобщего общего предка». Природа . 465 (7295): 219–222. Bibcode : 2010Natur.465..219T . DOI : 10,1038 / природа09014 . PMID 20463738 . S2CID 4422345 .  
  4. ^ a b Сталь, Майк ; Пенни, Дэвид (13 мая 2010 г.). «Истоки жизни: проверка общих предков». Природа . 465 (7295): 168–169. Bibcode : 2010Natur.465..168S . DOI : 10.1038 / 465168a . PMID 20463725 . S2CID 205055573 .  
  5. ^ Дулиттл, У. Форд (февраль 2000 г.). «Искоренение древа жизни» (PDF) . Scientific American . 282 (2): 90–95. Bibcode : 2000SciAm.282b..90D . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0200-90 . PMID 10710791 . Архивировано из оригинального (PDF) 07 сентября 2006 года . Проверено 22 ноября 2015 .  
  6. ^ Глансдорф, Николас; Инь Сюй; Лабедан, Бернард (9 июля 2008 г.). «Последний всеобщий общий предок: возникновение, конституция и генетическое наследие неуловимого предшественника» . Биология Директ . 3 : 29. DOI : 10.1186 / 1745-6150-3-29 . PMC 2478661 . PMID 18613974 .  
  7. ^ Ohtomo, Yoko; Какегава, Такеши; Исида, Акизуми; и другие. (Январь 2014). «Доказательства биогенного графита в метаосадочных породах Исуа раннего архея». Природа Геонауки . 7 (1): 25–28. Bibcode : 2014NatGe ... 7 ... 25оС . DOI : 10.1038 / ngeo2025 .
  8. ^ Borenstein, Сет (13 ноября 2013). «Старые ископаемые найдено: Встретить вашу микробной мама» . Yahoo News . Ассошиэйтед Пресс . Проверено 22 ноября 2015 .
  9. ^ Ноффке, Нора; Кристиан, Даниэль; Уэйси, Дэвид; Хазен, Роберт М. (16 декабря 2013 г.). "Осадочные структуры, вызванные микробами, регистрирующие древнюю экосистему в формации Дрессера возрастом около 3,48 миллиардов лет, Пилбара, Западная Австралия" . Астробиология . 13 (12): 1103–1124. Bibcode : 2013AsBio..13.1103N . DOI : 10.1089 / ast.2013.1030 . PMC 3870916 . PMID 24205812 .  
  10. ^ a b Циммер, Карл (4 мая 2018 г.). «Самое первое животное появилось на фоне взрыва ДНК» . Нью-Йорк Таймс . Дата обращения 4 мая 2018 .
  11. ^ a b Папс, Хорди; Голландия, Питер WH (30 апреля 2018 г.). «Реконструкция генома предкового многоклеточного животного показывает увеличение геномной новизны» . Nature Communications . 9 (1730 (2018)): 1730. Bibcode : 2018NatCo ... 9.1730P . DOI : 10.1038 / s41467-018-04136-5 . PMC 5928047 . PMID 29712911 .  
  12. Перейти ↑ Darwin 1859 , p. 490
  13. ^ Кромби и Hoskin 1970 , стр.  62-63
  14. ^ Сокровище 1985 , стр. 142
  15. Перейти ↑ Harris 1981 , p. 107
  16. Перейти ↑ Kant 1987 , p. 304 : «Несмотря на все разнообразие этих форм, кажется, что они были произведены в соответствии с общим архетипом, и эта аналогия между ними усиливает наше подозрение, что они на самом деле родственны, произведены общей изначальной матерью».
  17. Перейти ↑ Darwin 1818 , p. 397 [§ 39.4.8]
  18. Перейти ↑ Darwin 1859 , p. 484
  19. ^ Дарвин, CR 1860. О происхождении видов посредством естественного отбора или о сохранении привилегированных рас в борьбе за жизнь. Лондон: Джон Мюррей. 2-е издание, второй выпуск, стр. 466
  20. ^ Крог, Дэвид. (2005). Биология: Путеводитель по миру природы . Пирсон / Прентис Холл. п. 323. ISBN 978-0321946768 «Происхождение с модификацией было принято большинством ученых вскоре после публикации книги Дарвина« О происхождении видов путем естественного отбора » в 1859 году. Ученые приняли ее, потому что она объясняла многие аспекты живого мира». 
  21. ^ Kellogg, Vernon L . (1907). Дарвинизм сегодня . Генри Холт и компания. п. 3
  22. ^ Грегори, Т. Райан (2008). «Эволюция как факт, теория и путь» . Эволюция: образование и пропаганда . 1 : 46–52. DOI : 10.1007 / s12052-007-0001-Z .
  23. ^ a b Рыцарь, Робин; Фриланд, Стивен Дж .; Ландвебер, Лаура Ф. (январь 2001 г.). «Перепрограммирование клавиатуры: эволюционируемость генетического кода». Природа Обзоры Генетики . 2 (1): 49–58. DOI : 10.1038 / 35047500 . PMID 11253070 . S2CID 12267003 .  
  24. ^ Тан, Кер (14 мая 2010 г.). «Все виды произошли от одной клетки, результаты исследования» . National Geographic . Проверено 22 ноября 2017 года .
  25. ^ Эгель, Ричард (март 2012 г.). «Первичный эукариогенез: о коллективной природе доклеточных состояний, предков современной жизни» . Жизнь . 2 (1): 170–212. DOI : 10,3390 / life2010170 . PMC 4187143 . PMID 25382122 .  
  26. Перейти ↑ Sharma, NS (2005). Преемственность и эволюция животных . Mittal Publications. С. 32–. ISBN 978-81-8293-018-6.
  27. ^ Лейн, Ник (2015). Жизненно важный вопрос: почему жизнь такая, какая она есть? . Профильные книги. ISBN 978-1781250365.
  28. ^ Теобальд, Дуглас Л. "Предсказание 1.3: Согласованность независимых филогений" . 29+ свидетельств макроэволюции: научное обоснование общего происхождения . Версия 2.89. Фонд TalkOrigins . Проверено 20 ноября 2009 .
  29. ^ Ёнэдзава, Такахиро; Хасэгава, Масами (16 декабря 2010 г.). «Была ли доказана универсальная общая родословная?». Природа . 468 (7326): E9. Bibcode : 2010Natur.468E ... 9Y . DOI : 10,1038 / природа09482 . PMID 21164432 . S2CID 4318346 .  
  30. Теобальд, Дуглас Л. (16 декабря 2010 г.). "Теобальд ответ". Природа . 468 (7326): E10. Bibcode : 2010Natur.468E..10T . DOI : 10,1038 / природа09483 . S2CID 4317014 . 
  31. ^ Теобальд, Дуглас Л. (24 ноября 2011 г.). «Об универсальном общем происхождении, сходстве последовательностей и филогенетической структуре: грехи P-значений и достоинства байесовских доказательств» . Биология Директ . 6 (1): 60. DOI : 10.1186 / 1745-6150-6-60 . PMC 3314578 . PMID 22114984 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Более 29 свидетельств макроэволюции: научное обоснование общего происхождения из архива TalkOrigins .
  • Веб-проект "Древо жизни"