Что такое эволюционная биология
Эволюционная биология
Из Википедии — свободной энциклопедии
Эволюцио́нная биоло́гия — раздел биологии, изучающий происхождение видов от общих предков, наследственность и изменчивость их признаков, размножение и разнообразие форм в ходе эволюционного развития. Развитие отдельных видов обычно рассматривается в контексте глобальных преобразований флор и фаун, как компонентов биосферы. Эволюционная биология начала оформляться в качестве раздела биологии с широким признанием идей об изменчивости видов во второй половине XIX века.
Эволюционная биология — междисциплинарная область исследований, поскольку она включает в себя как полевые, так и лабораторные направления различных наук. Вклад в эволюционную биологию вносят исследования в таких узкоспециальных областях, как териология, орнитология или герпетология, которые обобщаются для получения ясной картины развития всего органического мира. Палеонтологи и геологи анализируют окаменелости, чтобы получить сведения о темпах и формах эволюции, а популяционная генетика исследует эти же вопросы теоретически. Экспериментаторы используют селекцию дрозофил для лучшего понимания многих проблем эволюционной биологии, например эволюции старения. В 1990-х годах биология развития вернулась в эволюционную биологию после длительного забвения в виде новой синтетической дисциплины — эволюционной биологии развития.
Эволюционная биология
Вы будете перенаправлены на Автор24
Определение эволюционной биологии
Эволюционная биология является неотъемлемой частью биологии в целом и теории эволюции организмов, в частности. Эволюционная биология занимается изучением происхождения видов через генетическую вариацию и естественный отбор, а также общего происхождения видов от общих предков.
Хотя концепция эволюции, основанная на трудах Дарвина, восходит к временам публикации его работы «О происхождении видов» в 1859 году, современная эволюционная биология возникла из современного эволюционного синтеза только в 1930-1940-х годах, и только в 1970-х и 1980-х годах университеты начали создавать кафедры с термином «эволюционная биология» в качестве части их названий. Огромное количество ископаемых останков, открытых в начале и середине 20-го века, позволило легко проследить эволюцию многих организмов с течением времени.
Задачи эволюционной биологии
Эволюционная биология стремится проследить происхождение современных организмов как можно дальше, видя, как они развились из иногда менее сложных прародителей. Например, все современные млекопитающие, как полагают, произошли от небольшой группы мезозойских тетрапод под названием терапсид. Эти животные жили на протяжении всего периода динозавров, полных 180 миллионов лет. Иначе современных млекопитающих не существовало бы. Крупный прорыв в эволюционной биологии произошел, когда, опираясь на ископаемые свидетельства, сложилось общее мнение, что современные птицы произошли от динозавров.
Готовые работы на аналогичную тему
Цели эволюционной биологии
Эволюционная биология преследует две цели:
Практически вся биология держится на этом понимании причин эволюции и, в свою очередь, понимание процессов эволюции информируют каждую область биологии.
Дисциплины эволюционной биологии
Эволюционная биология включает в себя множество дисциплин, которые различаются по своему предмету и методам. Некоторые из основных дисциплин:
Поведенческая эволюция (также называемая поведенческой экологией). Поведенческие эволюционисты изучают эволюцию адаптаций, таких как брачные системы, поведение ухаживания, механизмы побега хищников и сотрудничество. Поведенческие характеристики развиваются во многом так же, как и структурные особенности. Изменения в нервной, гормональной системах и механизмы, лежащие в основе поведения, также являются объектами эволюционного изучения, как и адаптивные различия между видами в памяти, паттернах обучения и других когнитивных процессах, некоторые из них отражаются на различиях в структуре мозга. Поведение, физиология, структура, и картины истории жизни часто развиваются согласованно;
Эволюционная биология развития. Эта область стремится понять эволюционные изменения в процессе, которых переводится генетическая информация, содержащаяся в ДНК организма (его генотип) в его анатомические и другие характеристики (его фенотип). В частности, она направлена на описание изменений на генетическом уровне, которые приводят к изменению характеристик, которые влияют выживание и размножение. Возможно, его величайшее значение заключается в его способности раскрыть степень, в которой процессы развития смещают, ограничивают или облегчают эволюцию фенотип;
Эволюционная экология. Это область рассматривает, как история жизни, питания и другие экологические особенности эволюции видов влияют на состав и свойства сообщества и экосистемы, и как виды эволюционируют в ответ друг на друга;
Эволюционная генетика. Эволюционная генетика (которая включает популяционную генетику) является центральной дисциплиной в изучении эволюционных процессов. Она использует как молекулярный, так и классический генетические методы для понимания происхождения вариации путем мутации и рекомбинации. Описывает закономерности генетической изменчивости внутри и между популяциями и видами и использует как эмпирическое исследование, так и математическую теорию, чтобы обнаружить, как эта вариация влияет на такие процессы, как генетический дрейф, поток генов и естественный отбор. Математическая теория эволюционная генетика необходима для интерпретации генетических вариаций и прогнозирования эволюционные изменения при взаимодействии многих факторов. Она также обеспечивает прочную основу для понимания эволюции специальных классов характеристик, таких как структура генома и история жизни;
Эволюционная палеонтология. Эта область, часто называемая палеобиологией, обращается к крупномасштабным эволюционным закономерностям. В ней рассматриваются происхождение и судьбы родословные, эволюционные тенденции и другие изменения в анатомии во времени. Она также стремится понять физические и биологические процессы и уникальные исторические события, которые сформировались в ходе эволюции.
Эволюционная биология это подполе биология который изучает эволюционные процессы (естественный отбор, общее происхождение, видообразование), который произвел разнообразие жизни на земной шар. В 1930-х годах эволюционная биология возникла благодаря тому, что Джулиан Хаксли называется современный синтез понимания, из ранее не связанных областей биологических исследований, таких как генетика и экология, систематика и палеонтология.
Диапазон текущих исследований расширился и теперь включает генетическая архитектура адаптации, молекулярная эволюция, и различные силы, которые способствуют эволюции, такие как половой отбор, генетический дрейф, и биогеография. Более того, новая область эволюционная биология развития («эво-дево») исследует, как эмбриогенез, развитие эмбриона, контролируется, что приводит к более широкому синтезу, объединяющему биология развития с областями исследования, охваченными более ранним эволюционным синтезом.
Содержание
Подполя
Совсем недавно слияние биологической науки и прикладных наук привело к появлению новых областей, которые являются продолжением эволюционной биологии, включая эволюционная робототехника, инженерия, [1] алгоритмы, [2] экономика, [3] и архитектура. [4] Основные механизмы эволюции применяются прямо или косвенно для разработки новых проектов или решения проблем, которые трудно решить другим способом. Исследования, проводимые в этих прикладных областях, в свою очередь, способствуют прогрессу, особенно благодаря работе над эволюцией в Информатика и инженерные области, такие как машиностроение. [5]
История
Идея эволюция к естественный отбор был предложен Чарльз Дарвин в 1859 г., но эволюционная биология как Академическая дисциплина сам по себе, возник в период современный синтез в 1930-1940-х гг. [6] Только в 1980-х годах во многих университетах были факультеты эволюционной биологии. в Соединенные Штаты, во многих университетах созданы кафедры молекулярная и клеточная биология или же экология и эволюционная биология, вместо старых отделов ботаника и зоология. Палеонтология часто группируется с науки о Земле.
Микробиология тоже становится эволюционной дисциплиной, теперь, когда микробная физиология и геномика лучше поняты. Быстрый время поколения бактерий и вирусы Такие как бактериофаги дает возможность исследовать эволюционные вопросы.
Многие биологи внесли свой вклад в формирование современной дисциплины эволюционной биологии. Феодосий Добжанский и Э. Б. Форд установил программу эмпирических исследований. Рональд Фишер, Сьюэлл Райт и Дж. С. Холдейн создали прочную теоретическую основу. Эрнст Майр в систематика, Джордж Гейлорд Симпсон в палеонтологии и Г. Ледьярд Стеббинс в ботаника помог сформировать современный синтез.Джеймс Кроу, [7] Ричард Левонтин, [8] Дэн Хартл, [9] Маркус Фельдман, [10] [11] и Брайан Чарльзуорт [12] подготовил поколение эволюционных биологов.
Текущие темы исследований
Текущие исследования в области эволюционной биологии охватывают различные темы и включают идеи из разных областей, таких как молекулярная генетика и Информатика.
Во-первых, некоторые области эволюционных исследований пытаются объяснить явления, которые плохо учтены в современный эволюционный синтез. К ним относятся видообразование, [13] то эволюция полового размножения, [14] эволюция сотрудничество, то эволюция старения, и эволюционируемость. [15]
Во-вторых, биологи задают самый простой эволюционный вопрос: «что случилось и когда?». Сюда входят такие поля, как палеобиология, а также систематика и филогенетика.
В-третьих, современный эволюционный синтез был разработан в то время, когда никто не понимал молекулярную основу генов. Сегодня биологи-эволюционисты пытаются определить генетическая архитектура интересных эволюционных явлений, таких как приспособление и видообразование. Они ищут ответы на такие вопросы, как количество задействованных генов, насколько велико влияние каждого гена, насколько взаимозависимы эффекты разных генов, что делают гены и какие изменения с ними происходят (например, точечные мутации против. дупликация гена или даже дупликация генома). Они пытаются примирить высокий наследственность видел в исследования близнецов с трудностью определить, какие гены ответственны за эту наследуемость, используя полногеномные ассоциации исследований. [16]
Одна из проблем в изучении генетической архитектуры заключается в том, что классический популяционная генетика что послужило катализатором современный эволюционный синтез необходимо обновить, чтобы учесть современные молекулярные знания. Это требует значительных математических разработок, чтобы связать данные о последовательности ДНК с теорией эволюции как часть теории молекулярная эволюция. Например, биологи пытаются определить, какие гены подверглись сильному отбору, обнаруживая выборочные зачистки. [17]
В-четвертых, современный эволюционный синтез предполагает согласие о том, какие силы способствуют эволюции, но не об их относительной важности. [18] Текущее исследование пытается определить это. Эволюционные силы включают естественный отбор, половой отбор, генетический дрейф, генетический проект, ограничения развития, предвзятость мутации и биогеография.
Эволюционный подход является ключевым во многих современных исследованиях в области биологии организмов и экология, например, в теория истории жизни. Аннотация генов и их функция во многом зависит от сравнительных подходов. Поле эволюционная биология развития («эво-дево») исследует, как работают процессы развития, и сравнивает их у разных организмов, чтобы определить, как они развивались.
Много врачи не имеют достаточного опыта в эволюционной биологии, что затрудняет их использование в современной медицине. [19]
Устойчивость к лекарствам сегодня
Журналы
Немного научные журналы специализируемся исключительно на эволюционной биологии в целом, включая журналы Эволюция, Журнал эволюционной биологии, и BMC Эволюционная биология. Некоторые журналы освещают узлы эволюционной биологии, например, журналы Систематическая биология, Молекулярная биология и эволюция и его родственный журнал Геномная биология и эволюция, и Кладистика.
В других журналах аспекты эволюционной биологии сочетаются с другими смежными областями. Например, Молекулярная экология, Труды Лондонского королевского общества, серия B, Американский натуралист и Теоретическая популяционная биология пересекаются с экологией и другими аспектами биологии организма. Пересечение с экологией также заметно в обзорных журналах. Тенденции в экологии и эволюции и Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики. Журналы Генетика и PLoS Genetics пересекаются с вопросами молекулярной генетики, которые не носят явно эволюционного характера.
Эволюция живой природы. Эволюционная теория. Движущие силы эволюции.
Эволюция живых систем
Эволюционное учение
Эволюционное учение (теория эволюции) — наука, изучающая историческое развитие жизни: причины, закономерности и механизмы. Различают микро- и макроэволюцию.
Микроэволюция — эволюционные процессы на уровне популяций, приводящие к образованию новых видов.
Макроэволюция — эволюция надвидовых таксонов, в результате которой формируются более крупные систематические группы. В их основе лежат одинаковые принципы и механизмы.
Развитие эволюционных идей
Учение Дарвина сводится к следующему:
Факторы эволюции по Ч. Дарвину — это
Наследственность — способность организмов передавать из поколения в поколение свои признаки (особенности строения, развития, функции).
Изменчивость — способность организмов приобретать новые признаки.
Борьба за существование — весь комплекс взаимоотношений организмов с условиями окружающей среды: с неживой природой (абиотическими факторами) и с другими организмами (биотическими факторами). Борьба за существование не является «борьбой» в прямом смысле слова, фактически это стратегия выживания и способ существования организма. Различают внутривидовую борьбу, межвидовую борьбу и борьбу с неблагоприятными факторами окружающей среды. Внутривидовая борьба — борьба между особями одной популяции. Всегда идёт очень напряжённо, так как особи одного вида нуждаются в одних и тех же ресурсах. Межвидовая борьба — борьба между особями популяций разных видов. Идёт, когда виды конкурируют за одни и те же ресурсы либо когда они связаны отношениями типа «хищник – жертва». Борьба с неблагоприятными абиотическими факторами среды особенно проявляется при ухудшении условий среды; усиливает внутривидовую борьбу. В борьбе за существование выявляются наиболее приспособленные к данным условиям обитания особи. Борьба за существование ведёт к естественному отбору.
Естественный отбор — процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными в данных условиях наследственными изменениями.
На основе дарвинизма перестроились все биологические и многие другие естественные науки.
В настоящее время наиболее общепризнанной является синтетическая теория эволюции (СТЭ). Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и СТЭ дана в таблице.
Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и синтетической теории эволюции (СТЭ)
| Признаки | Эволюционная теория Ч. Дарвина | Синтетическая теория эволюции (СТЭ) |
| Основные результаты эволюции | 1) Повышение приспособленности организмов к условиям среды; 2) повышение уровня организации живых существ; 3) увеличение многообразия организмов | |
| Единица эволюции | Вид | Популяция |
| Факторы эволюции | Наследственность, изменчивость, борьба за существование, естественный отбор | Мутационная и комбинативная изменчивость, популяционные волны и дрейф генов, изоляция, естественный отбор |
| Движущий фактор | Естественный отбор | |
| Трактовка термина естественный отбор | Выживание более приспособленных и гибель менее приспособленных форм | Избирательное воспроизводство генотипов |
| Формы естественного отбора | Движущий (и половой как его разновидность) | Движущий, стабилизирующий, дизруптивный |
Возникновение приспособлений. Каждое приспособление вырабатывается на основе наследственной изменчивости в процессе борьбы за существование и отбора в ряду поколений. Естественный отбор поддерживает только целесообразные приспособления, которые помогают организму выживать и оставлять потомство.
Приспособленность организмов к среде не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания могут изменяться. Доказательством этого служат многие факты. Например, рыбы прекрасно приспособлены к водной среде обитания, но все эти адаптации совершенно непригодны для других сред обитания. Ночные бабочки собирают нектар со светлых цветков, хорошо заметных ночью, но часто летят на огонь и гибнут.
Элементарные факторы эволюции — факторы, изменяющие частоту аллелей и генотипов в популяции (генетическую структуру популяции).
Выделяют несколько основных элементарных факторов эволюции:
• мутационный процесс;
• популяционные волны и дрейф генов;
• изоляция;
• естественный отбор.
Мутационная и комбинативная изменчивость.
Мутационный процесс приводит к возникновению новых аллелей (или генов) и их сочетаний в результате мутаций. В результате мутации возможен переход гена из одного аллельного состояния в другое (А→а) или изменение гена вообще (А→С). Мутационный процесс, в силу случайности мутаций, не обладает направленностью и без участия других факторов эволюции не может направлять изменение природной популяции. Он лишь поставляет элементарный эволюционный материал для естественного отбора. Рецессивные мутации в гетерозиготном состоянии составляют скрытый резерв изменчивости, который может быть использован естественным отбором при изменении условий существования.
Комбинативная изменчивость возникает в результате образования у потомков новых комбинаций уже существующих генов, унаследованных от родителей. Источниками комбинативной изменчивости являются перекрёст хромосом (рекомбинация), случайное расхождение гомологичных хромосом в мейозе, случайное сочетание гамет при оплодотворении.
Популяционные волны и дрейф генов.
Популяционные волны (волны жизни) — периодические и непериодические колебания численности популяции как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Причинами популяционных волн могут быть периодические изменения экологических факторов среды (сезонные колебания температуры, влажности и т. д.), непериодические изменения (природные катастрофы), заселение видом новых территорий (сопровождается резкой вспышкой численности).
В качестве эволюционного фактора популяционные волны выступают в малочисленных популяциях, где возможно проявление дрейфа генов. Дрейф генов — случайное ненаправленное изменение частот аллелей и генотипов в популяциях. В малых популяциях действие случайных процессов приводит к заметным последствиям. Если популяция мала по численности, то в результате случайных событий некоторые особи независимо от своей генетической конституции могут оставить или не оставить потомство, вследствие этого частоты некоторых аллелей могут резко меняться за одно или несколько поколений. Так, при резком сокращении численности популяции (например, вследствие сезонных колебаний, сокращения кормовых ресурсов, пожара и т. д.) среди оставшихся в живых немногочисленных особей могут быть редкие генотипы. Если в дальнейшем численность восстановится за счёт этих особей, то это приведёт к случайному изменению частот аллелей в генофонде популяции. Таким образом, популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала.
Изоляция обусловлена возникновением разнообразных факторов, препятствующих свободному скрещиванию. Между образовавшимися популяциями прекращается обмен генетической информацией, в результате чего начальные различия генофондов этих популяций увеличиваются и закрепляются. Изолированные популяции могут подвергаться различным эволюционным изменениям, постепенно превращаться в разные виды.
Различают пространственную и биологическую изоляцию. Пространственная (географическая) изоляция связана с географическими препятствиями (водные преграды, горы, пустыни и др.), а для малоподвижных популяций и просто с большими расстояниями. Биологическая изоляция обусловлена невозможностью спаривания и оплодотворения (в связи с изменением сроков размножения, строения или других факторов, препятствующих скрещиванию), гибелью зигот (вследствие биохимических различий гамет), стерильностью потомства (в результате нарушения конъюгации хромосом при гаметогенезе).
Эволюционное значение изоляции состоит в том, что она закрепляет и усиливает генетические различия между популяциями.
Естественный отбор. Изменения частот генов и генотипов, вызванные рассмотренными выше факторами эволюции, носят случайный, ненаправленный характер. Направляющим фактором эволюции является естественный отбор.
Естественный отбор — процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными для популяции свойствами.
Отбор действует в популяциях, его объектами являются фенотипы отдельных особей. Однако отбор по фенотипам является отбором генотипов, так как потомкам передаются не признаки, а гены. В результате в популяции происходит увеличение относительного числа особей, обладающих определённым свойством или качеством. Таким образом, естественный отбор — это процесс дифференциального (выборочного) воспроизводства генотипов.
Действию отбора подвергаются не только свойства, повышающие вероятность оставления потомства, но и признаки, которые не имеют прямого отношения к воспроизводству. В ряде случаев отбор может быть направлен на создание взаимоприспособлений видов друг к другу (цветки растений и посещающие их насекомые). Также могут создаваться признаки, вредные для отдельной особи, но обеспечивающие выживание вида в целом (ужалившая пчела гибнет, но, нападая на врага, она сохраняет семью). В целом отбор играет творческую роль в природе, поскольку из ненаправленных наследственных изменений закрепляются те, которые могут привести к образованию новых групп особей, более совершенных в данных условиях существования.
Различают три основные формы естественного отбора: стабилизирующий, движущий и разрывающий (дизруптивный) (табл.).
Формы естественного отбора
Краткая история эволюции органического мира
Возраст Земли около 4,6 млрд лет. Жизнь на Земле возникла в океане более 3,5 млрд лет назад.
Краткая история развития органического мира представлена в таблице. Филогенез основных групп организмов отражен на рисунке.
Историю развития жизни на Земле изучают по ископаемым останкам организмов или следам их жизнедеятельности. Они встречаются в горных породах разного возраста.
Геохронологическая шкала истории Земли разделена на эры и периоды.