stringtranslate.com

Общее происхождение

Общий предок — это концепция в эволюционной биологии, применимая, когда один вид является предком двух или более видов позже во времени. Согласно современной эволюционной биологии, все живые существа могут быть потомками уникального предка, обычно называемого последним универсальным общим предком (LUCA) всей жизни на Земле . [1] [2] [3] [4]

Общее происхождение — это эффект видообразования , при котором несколько видов происходят от одной предковой популяции. Чем более поздняя предковая популяция у двух видов, тем они более тесно связаны. Самый поздний общий предок всех ныне живущих организмов — это последний всеобщий предок, [3] который жил около 3,9 миллиарда лет назад . [5] [6] Двумя самыми ранними доказательствами существования жизни на Земле являются графит, который оказался биогенным в метаосадочных породах возрастом 3,7 миллиарда лет, обнаруженных в западной Гренландии [7], и ископаемые остатки микробного мата , обнаруженные в песчанике возрастом 3,48 миллиарда лет, обнаруженном в Западной Австралии . [8] [9] Все ныне живущие на Земле организмы имеют общее генетическое наследие, хотя предположение о существенном горизонтальном переносе генов в ходе ранней эволюции привело к вопросам о монофилии (едином предке) жизни. [3] Было идентифицировано 6331 группа генов , общих для всех ныне живущих животных; они могли произойти от одного общего предка , жившего 650 миллионов лет назад в докембрии . [10] [11]

Универсальное общее происхождение через эволюционный процесс было впервые предложено британским натуралистом Чарльзом Дарвином в заключительном предложении его книги 1859 года «О происхождении видов» :

Есть величие в этом взгляде на жизнь с ее многочисленными силами, изначально заложенными в нескольких формах или в одной; и в том, что, пока эта планета продолжала вращаться в соответствии с неизменным законом гравитации, из столь простого начала развивались и продолжают развиваться бесконечные формы, самые прекрасные и самые замечательные. [12]

История

Идея о том, что все живые существа (включая те, которые наука считает неживыми) связаны между собой, является повторяющейся темой во многих коренных мировоззрениях по всему миру. [13] Позднее, в 1740-х годах, французский математик Пьер Луи Мопертюи пришел к идее, что все организмы имели общего предка и разошлись посредством случайных изменений и естественного отбора . [14] [15]

В 1790 году философ Иммануил Кант в « Критике способности суждения » писал , что сходство [a] форм животных подразумевает общий исходный тип и, следовательно, общего родителя. [16]

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

[Б]ыло бы слишком смело вообразить, что за долгий промежуток времени, прошедший с тех пор, как начала существовать Земля, возможно, за миллионы веков до начала истории человечества, было бы слишком смело вообразить, что все теплокровные животные произошли от одной живой нити, которую великая Первопричина наделила животностью, способностью приобретать новые части, сопровождаемые новыми наклонностями, направляемыми раздражениями, ощущениями, волями и ассоциациями; и, таким образом, обладать способностью продолжать совершенствоваться посредством своей собственной присущей деятельности и передавать эти улучшения посредством поколения своему потомству, миру без конца? [17]

Взгляды Чарльза Дарвина на происхождение от общего вида, изложенные в его труде « О происхождении видов» , заключались в том, что, вероятно, существовал только один предок для всех форм жизни:

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

Но он предваряет это замечание словами: «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 проводником». А в последующем издании [19] он скорее утверждает,

«Мы не знаем всех возможных переходных градаций между простейшими и наиболее совершенными органами; нельзя притворяться, что мы знаем все разнообразные способы распространения в течение длительного периода времени или что мы знаем, насколько несовершенна геологическая летопись. Как бы серьезны ни были эти многочисленные трудности, по моему мнению, они не опровергают теорию происхождения от нескольких созданных форм с последующей модификацией».

Теория общего происхождения получила широкое признание в научном сообществе после публикации Дарвина. [20] В 1907 году Вернон Келлог заметил, что «практически ни один натуралист, занимающий высокое положение и имеющий признанные достижения, не сомневается в теории происхождения». [21]

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

Ни одно надежное наблюдение не противоречило общему понятию общего происхождения. 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]

Доказательство

Общая биохимия

Все известные формы жизни основаны на одной и той же фундаментальной биохимической организации: генетическая информация, закодированная в ДНК , транскрибированная в РНК посредством действия белковых и РНК- ферментов , затем транслируемая в белки (очень похожими) рибосомами с АТФ , НАДФН и другими в качестве источников энергии. Анализ небольших различий в последовательностях широко распространенных веществ, таких как цитохром с, еще больше подтверждает универсальное общее происхождение. [23] Около 23 белков обнаружены во всех организмах, выступая в качестве ферментов, выполняющих основные функции, такие как репликация ДНК. Тот факт, что существует только один такой набор ферментов, является убедительным доказательством единого происхождения. [3] [24] Было идентифицировано 6331 ген, общий для всех ныне живущих животных; они могли возникнуть от одного общего предка , который жил 650 миллионов лет назад в докембрии . [10] [11]

Общий генетический код

Генетический код («таблица перевода», согласно которой информация ДНК переводится в аминокислоты , а значит, и в белки) практически идентичен для всех известных форм жизни, от бактерий и архей до животных и растений . Универсальность этого кода обычно рассматривается биологами как неоспоримое доказательство в пользу теории всеобщего общего происхождения. [23]

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

Избирательно нейтральные сходства

Сходства, не имеющие адаптивной значимости, не могут быть объяснены конвергентной эволюцией , и поэтому они обеспечивают убедительную поддержку универсального общего происхождения. Такие доказательства получены из двух областей: аминокислотных последовательностей и последовательностей ДНК. Белки с одинаковой трехмерной структурой не обязательно должны иметь идентичные аминокислотные последовательности; любое нерелевантное сходство между последовательностями является доказательством общего происхождения. В некоторых случаях существует несколько кодонов (триплетов ДНК), которые избыточно кодируют одну и ту же аминокислоту. Поскольку многие виды используют один и тот же кодон в одном и том же месте для указания аминокислоты, которая может быть представлена ​​более чем одним кодоном, это является доказательством их общего недавнего общего предка. Если бы аминокислотные последовательности произошли от разных предков, они были бы закодированы любым из избыточных кодонов, и поскольку правильные аминокислоты уже были бы на месте, естественный отбор не привел бы к каким-либо изменениям в кодонах, сколько бы времени ни было доступно. Генетический дрейф может изменить кодоны, но было бы крайне маловероятно, чтобы все избыточные кодоны в целой последовательности точно совпадали в нескольких линиях. Аналогично, общие нуклеотидные последовательности, особенно там, где они, по-видимому, нейтральны, такие как расположение интронов и псевдогенов , предоставляют убедительные доказательства общего происхождения. [26]

Другие сходства

Биологи часто [ количественно ] указывают на универсальность многих аспектов клеточной жизни как на подтверждающее доказательство более убедительных доказательств, перечисленных выше. Эти сходства включают в себя переносчик энергии 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 через универсальное общее происхождение, и, следовательно, привели к конвергентной эволюции. Напротив, есть доказательства гомологии центральных субъединиц трансмембранных АТФаз во всех живых организмах, особенно того, как вращающиеся элементы связаны с мембраной. Это подтверждает предположение о LUCA как о клеточном организме, хотя первичные мембраны могли быть полупроницаемыми и эволюционировали позже в мембраны современных бактерий, а также по второму пути в мембраны современных архей. [27]

Филогенетические деревья

BacteriaArchaeaEukaryotaAquifexThermotogaBacteroides–CytophagaPlanctomyces"Cyanobacteria"ProteobacteriaSpirochetesGram-positivesChloroflexiThermoproteus–PyrodictiumThermococcus celerMethanococcusMethanobacteriumMethanosarcinaHaloarchaeaEntamoebaeSlime moldsAnimalsFungiPlantsCiliatesFlagellatesTrichomonadsMicrosporidiaDiplomonads
Филогенетическое дерево, основанное на генах рибосомной РНК, предполагает единое происхождение всей жизни.

Другим важным доказательством являются подробные филогенетические деревья (т. е. «генеалогические деревья» видов), отображающие предполагаемые подразделения и общих предков всех ныне живущих видов. В 2010 году Дуглас Л. Теобальд опубликовал статистический анализ имеющихся генетических данных, [3] сопоставив их с филогенетическими деревьями, что дало «сильную количественную поддержку, посредством формального теста, единству жизни». [4]

Традиционно эти деревья строились с использованием морфологических методов, таких как внешний вид, эмбриология и т. д. Недавно стало возможным строить эти деревья с использованием молекулярных данных, основанных на сходствах и различиях между генетическими и белковыми последовательностями. Все эти методы дают по сути схожие результаты, хотя большинство генетических вариаций не оказывают влияния на внешнюю морфологию. То, что филогенетические деревья, основанные на различных типах информации, согласуются друг с другом, является убедительным доказательством реального общего происхождения. [28]

Возражения

Древо жизни 2005 года демонстрирует множество горизонтальных переносов генов , что подразумевает множественные возможные источники происхождения.

Генный обмен облаками филогенетический анализ

Теобальд отметил, что существенный горизонтальный перенос генов мог произойти в ходе ранней эволюции. Бактерии сегодня остаются способными к обмену генами между отдаленно связанными линиями. Это ослабляет основное предположение филогенетического анализа о том, что сходство геномов подразумевает общее происхождение, поскольку достаточный обмен генами позволил бы линиям делиться большей частью 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 неродственные протоорганизмы могли обмениваться генами, поскольку их различные механизмы кодирования привели бы только к искажению, а не к функционирующим системам. Позже, однако, многие организмы, все произошедшие от одного предка, могли легко иметь общие гены, которые все работали одинаково, и, похоже, так и было. [3]

Конвергентная эволюция

Если ранние организмы были вынуждены под воздействием одних и тех же условий окружающей среды конвергентно эволюционировать в схожей биохимии , они могли бы независимо приобрести схожие генетические последовательности. «Формальный тест» Теобальда был соответственно раскритикован Такахиро Ёнезавой и коллегами [29] за то, что он не учитывал конвергенцию. Они утверждали, что тест Теобальда был недостаточен для различения конкурирующих гипотез. Теобальд защищал свой метод от этого утверждения, утверждая, что его тесты различают филогенетическую структуру и простое сходство последовательностей. Поэтому, утверждал Теобальд, его результаты показывают, что «реальные универсально сохраняющиеся белки гомологичны ». [30] [31]

Мир РНК

Выше упоминалась возможность того, что все живые организмы могут произойти от исходного одноклеточного организма с геномом ДНК , и что это подразумевает единое происхождение жизни. Хотя такой всеобщий общий предок мог существовать, такая сложная сущность вряд ли возникла спонтанно из неживого, и поэтому клетка с геномом ДНК не может обоснованно считаться источником жизни. Чтобы понять происхождение жизни, было высказано предположение, что клеточная жизнь на основе ДНК произошла от относительно простых доклеточных самореплицирующихся молекул РНК, способных подвергаться естественному отбору . В ходе эволюции этот мир РНК был заменен эволюционным возникновением мира ДНК. Мира независимо самореплицирующихся геномов РНК, по-видимому, больше не существует (РНК-вирусы зависят от клеток-хозяев с геномами ДНК). Поскольку мир РНК, по-видимому, исчез, неясно, как научные доказательства могут быть использованы для ответа на вопрос о том, существовало ли единое событие происхождения жизни, от которого произошла вся жизнь.

Смотрите также

Библиография

Примечания

  1. ^ Теперь это называется гомологией .

Ссылки

  1. ^ Вайс, Мадлен К.; Соуза, Филипа Л.; Мрнджавац, Наталия; Нойкирхен, Синье; Рёттгер, Майо; Нельсон-Сати, Шиджулал; Мартин, Уильям Ф. (2016-07-25). "Физиология и среда обитания последнего универсального общего предка". Nature Microbiology . 1 (9): 16116. doi :10.1038/nmicrobiol.2016.116. ISSN  2058-5276. PMID  27562259. S2CID  2997255.
  2. ^ Фортерре, Патрик; Грибальдо, Симонетта; Брошье, Селин (октябрь 2005 г.). «[Лука: последний универсальный предок]». Медицина/Науки . 21 (10): 860–865. дои : 10.1051/medsci/20052110860 . ISSN  0767-0974. ПМИД  16197904.
  3. ^ abcdefg Теобальд, Дуглас Л. (13 мая 2010 г.). «Формальная проверка теории всеобщего общего предка». Nature . 465 (7295): 219–222. Bibcode :2010Natur.465..219T. doi :10.1038/nature09014. PMID  20463738. S2CID  4422345.
  4. ^ ab Steel, Mike ; Penny, David (13 мая 2010 г.). «Происхождение жизни: общее происхождение подвергается испытанию». Nature . 465 (7295): 168–169. Bibcode :2010Natur.465..168S. doi : 10.1038/465168a . PMID  20463725. S2CID  205055573.
  5. ^ Дулиттл, У. Форд (февраль 2000 г.). «Выкорчевывание Древа Жизни» (PDF) . Scientific American . 282 (2): 90–95. Bibcode :2000SciAm.282b..90D. doi :10.1038/scientificamerican0200-90. PMID  10710791. Архивировано из оригинала (PDF) 2006-09-07 . Получено 2015-11-22 .
  6. ^ Глансдорф, Николас; Ин Сюй; Лабедан, Бернард (9 июля 2008 г.). «Последний универсальный общий предок: возникновение, конституция и генетическое наследие неуловимого предшественника». Biology Direct . 3 : 29. doi : 10.1186/1745-6150-3-29 . PMC 2478661. PMID  18613974 . 
  7. ^ Отомо, Йоко; Какегава, Такеши; Исида, Акизуми; и др. (январь 2014 г.). «Свидетельства наличия биогенного графита в метаосадочных породах раннего архея Исуа». Природа Геонауки . 7 (1): 25–28. Бибкод : 2014NatGe...7...25O. дои : 10.1038/ngeo2025.
  8. ^ Боренштейн, Сет (13 ноября 2013 г.). «Самая старая найденная окаменелость: познакомьтесь с вашей микробной мамой». Yahoo News . Associated Press . Архивировано из оригинала 2019-11-10 . Получено 2015-11-22 .
  9. ^ Ноффке, Нора ; Кристиан, Дэниел; Уэйси, Дэвид; Хазен, Роберт М. (16 декабря 2013 г.). «Микробно-индуцированные осадочные структуры, фиксирующие древнюю экосистему в формации Dresser возрастом около 3,48 миллиарда лет, Пилбара, Западная Австралия». Astrobiology . 13 (12): 1103–1124. Bibcode : 2013AsBio..13.1103N. doi : 10.1089/ast.2013.1030. PMC 3870916. PMID  24205812 . 
  10. ^ ab Zimmer, Carl (4 мая 2018 г.). «Самое первое животное появилось на фоне взрыва ДНК». The New York Times . Архивировано из оригинала 2022-01-01 . Получено 4 мая 2018 г.
  11. ^ ab Paps, Jordi; Holland, Peter WH (30 апреля 2018 г.). «Реконструкция генома предковых метазойных организмов выявляет 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. ↑ Дарвин 1859, стр. 490
  13. ^ Сотрудники, ICT (13 сентября 2018 г.). «Мы все связаны: коренные знания подтверждены оцифрованным древом жизни». Новости ICT . Получено 05.05.2021 .
  14. ↑ Кромби и Хоскин 1970, стр. 62–63.
  15. ^ Сокровище 1985, стр. 142
  16. ↑ Кант 1987, стр. 304: «Несмотря на все разнообразие этих форм, они, по-видимому, были созданы в соответствии с общим архетипом, и эта аналогия между ними усиливает наше подозрение, что они на самом деле родственны, созданы общей праматерью».
  17. ↑ Дарвин 1818, стр. 397 [§ 39.4.8]
  18. ↑ Дарвин 1859, стр. 484
  19. ^ Дарвин, CR 1860. О происхождении видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых рас в борьбе за жизнь. Лондон: Джон Мюррей. 2-е издание, второй выпуск, стр. 466
  20. ^ Крог, Дэвид. (2005). Биология: путеводитель по естественному миру . Pearson/Prentice Hall. стр. 323. ISBN 978-0321946768 «Происхождение с модификацией было принято большинством ученых вскоре после публикации Дарвином работы « Происхождение видов путем естественного отбора» в 1859 году. Ученые приняли ее, потому что она объясняла так много граней живого мира». 
  21. ^ Келлог, Вернон Л. (1907). Дарвинизм сегодня. Генри Холт и компания. стр. 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. ^ ab Knight, Robin; Freeland, Stephen J.; Landweber, Laura F. (январь 2001 г.). «Перенастройка клавиатуры: эволюционируемость генетического кода». Nature Reviews Genetics . 2 (1): 49–58. doi :10.1038/35047500. PMID  11253070. S2CID  12267003.
  24. ^ Than, Ker (14 мая 2010 г.). «Все виды произошли от одной клетки, согласно результатам исследования». National Geographic . Архивировано из оригинала 15 мая 2010 г. Получено 22 ноября 2017 г.
  25. ^ Эгель, Ричард (март 2012 г.). «Первичный эукариогенез: об общей природе доклеточных состояний, предков современной жизни». Life . 2 (1): 170–212. Bibcode :2012Life....2..170E. doi : 10.3390/life2010170 . PMC 4187143 . PMID  25382122. 
  26. ^ Шарма, Н. С. (2005). Непрерывность и эволюция животных. Mittal Publications. стр. 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+ доказательств макроэволюции: научный случай общего происхождения . Версия 2.89. Фонд TalkOrigins . Получено 20 ноября 2009 г.
  29. ^ Ёнэдзава, Такахиро; Хасэгава, Масами (16 декабря 2010 г.). «Было ли доказано существование всеобщего общего предка?». Nature . 468 (7326): E9. Bibcode : 2010Natur.468E...9Y. doi : 10.1038/nature09482 . PMID  21164432. S2CID  4318346.
  30. ^ Теобальд, Дуглас Л. (16 декабря 2010 г.). "Ответ Теобальда". Nature . 468 (7326): E10. Bibcode : 2010Natur.468E..10T. doi : 10.1038/nature09483 . S2CID  4317014.
  31. ^ Теобальд, Дуглас Л. (24 ноября 2011 г.). «Об универсальном общем предке, сходстве последовательностей и филогенетической структуре: грехи P-значений и достоинства байесовских доказательств». Biology Direct . 6 (1): 60. doi : 10.1186/1745-6150-6-60 . PMC 3314578. PMID  22114984 . 

Внешние ссылки