Методы изучения и доказательства макроэволюции

Макроэволюция – эволюционные процессы, приводящие к формированию надвидовых структур (родов, семейств, отрядов, классов). Для изучения и доказательства существования процессов макроэволюции применяются методы различных наук и данные биохимии и молекулярной биологии, сравнительной анатомии, эмбриологии, палеонтологии и биогеографии.

1. Биохимические и молекулярно-генетические доказательства макроэволюции:

-все живые организмы сходны на уровне элементарного состава;

-основными органическими веществами всех живых организмов являются белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК, АТФ);

-основным носителем наследственной информации в клетках живых организмов является ДНК (у вирусов (неклеточных форм жизни) – или ДНК, или РНК (у ретровирусов)); в последовательности триплетов ее нуклеотидов зашифрована информация о последовательности аминокислот в молекулах белков организма;

-АТФ у всех организмов является основным универсальным веществом-макроэргом, аккумулирующим энергию, которую затем организм тратит на процессы жизнедеятельности;

-в основе жизненно важных веществ живых организмов (переносчики О₂, «ловушки» энергии и т.п.) лежат гетероциклические соединения - порфириновые циклы (гемоглобин, гемоцианин, хлорофилл);

-наблюдается сходство в протекании основных биохимических процессов, на которых базируются основные физиологические отправления организмов (питание, дыхание, выделение, рост, развитие и т.п.) - брожение, гликолиз, цикл Кребса, расщепление жирных кислот, биосинтез белка, репликация ДНК, фотосинтез у растений и т.п.;

-все биохимические реакции катализируются белками-ферментами; ферменты высоко специфичны: каждая реакция катализируется отдельным ферментом;

-у всех живых организмов существуют сходные механизмы переноса веществ через мембрану клеток: пассивный транспорт (без затрат энергии) и активный транспорт (с затратами АТФ и с помощью специальных белков-переносчиков).

Перечисленные биохимические и молекулярно-генетические доказательства макроэволюции приводят к выводу о биохимической универсальности жизни на Земле (В.И. Вернадский) и свидетельствуют об общности происхождения и развития всего живого на Земле.

Современные молекулярно-генетические и биохимические методы изучения макроэволюции весьма разнообразны. В первую очередь, это прямое изучение генетической совместимости сравниваемых форм и анализ цитогенетических особенностей организмов. Большое значение при этом имеет изучение повторных инверсий в определенных хромосомах у представителей близкородственных видов, с их помощью можно проследить ход микрофилогенеза таких групп. Анализ числа и особенностей строения хромосом в группах близких видов часто дает возможность выявить направления возможной эволюции геномов таких форм, то есть выявить их эволюционные взаимоотношения. В современной биологии широко применяются методы анализа строения нуклеиновых кислот и белков, так как на молекулярном уровне процесс эволюции связан с изменениями в составе нуклеотидов (в ДНК или РНК) и аминокислот (в белках). При сравнении ряда организмов можно установить степень сходства и различия (следовательно, и степень родства) между ними, положительным моментом является то, что возможно сравнение и сколь угодно далеких организмов. При этом необходимо помнить, что существуют наиболее универсальные, стабильные белки, структура которых повторяется почти неизменно у разных групп организмов, а есть высоко специфичные белки. Поэтому для более точного установления родства групп организмов необходимо исследовать по возможности большее количество белков, особенно специфических. Еще одним методом является метод гибридизации ДНК. Расщепленная на отдельные нити молекула ДНК одного организма «гибридизируется» с молекулой ДНК другого вида, при этом, чем ближе структуры ДНК, тем большие участки захватываются гибридизацией. Например, ДНК человека оказалась гомологичной ДНК макаки на 66%, быка – на 28%, крысы – на 17%, лосося – на 8%, а бактерии кишечной палочки – на 2%. Большой интерес представляют иммунологические методы. При сравнении белков крови используется способность организмов вырабатывать на чужеродные белки антитела, которые затем можно выделить из сыворотки крови и определить, при каком разведении эта сыворотка будет реагировать с другой, сравниваемой сывороткой (реакция преципитации). Таким методом было показано близкое родство человека с высшими человекообразными обезьянами и отдаленность группы лемуров, большую филогенетическую близость птиц к крокодилам, чем крокодилов к змеям, глубокие различия между хвостатыми и бесхвостыми амфибиями и черты сходства между хордовыми и иглокожими. Подобные методы исследования применимы и к растениям.