А теперь, пожалуйста, ответьте на такой вопрос: какой из двух типов клеточного деления – митоз или мейоз – имеет эволюционное значение? Иначе говоря, какой тип деления способствует развитию жизни на нашей планете?
В клетках существуют структуры, обладающие собственной ДНК, иначе говоря – имеющие персональную наследственную информацию. Это митохондрии и хлоропласты.
Митохондрии представляют собой своеобразные энергетические станции клетки. Обычно в клетке содержится около двух тысяч митохондрий, общий объем которых может доходить до четверти объема всей клетки. Митохондрии имеют сферическую или эллипсоидную форму. Внешняя мембрана митохондрии гладкая, а внутренняя – складчатая, образующая множество поперечных перегородок, называемых «кристами».
Строение митохондрии
В митохондриях подвергаются окислению органические вещества, поступающие в клетку извне. При этом образуются молекулы аденозинтрифосфата (АТФ), накапливающие энергию в своих химических связях. Молекула АТФ – это своего рода клеточный аккумулятор, при возникновении потребности в энергии ее можно расщепить.
Хлоропласт в разрезе
Митохондрии есть как в животных, так и в растительных клетках, а хлоропласты только в растительных. Хлоропласты осуществляют фотосинтез – процесс преобразования энергии видимого света в энергию химических связей органических веществ. Их зеленая окраска обусловлена высоким содержанием хлорофилла, основного пигмента фотосинтеза.
Благодаря наличию собственной ДНК митохондрии и хлоропласты способны самостоятельно синтезировать определенные белки. Однако информация о большей части белков митохондрий и хлоропластов содержится в клеточном ядре. Полной самостоятельностью эти органеллы не обладают.
Каким образом митохондрии с хлоропластами смогли получить индивидуальные молекулы ДНК, объясняет симбиотическая теория, согласно которой митохондрии и хлоропласты являются потомками бактерий, бывших симбионтами эукариотической клетки-праматери. Давайте вспомним, что симбиозом называется форма взаимоотношений между живыми организмами, при которой оба партнера-симбионта или только один из них извлекает пользу из другого
[14]. Внедрились мелкие симбионты в крупную клетку-партнера и постепенно стали ее неотделимой частью…
Обратите внимание на то, что гены, содержащиеся в ДНК митохондрий и хлоропластов, в геном обычно не включают. Понятие генома охватывает только ядерную ДНК.
ОТВЕТ НА ВОПРОС. Разумеется, эволюционное значение имеет мейоз, ведь из образующихся в ходе него половых клеток образуются новые организмы с уникальными индивидуальными наборами признаков. Значение митоза «замыкается» на уровне одного отдельно взятого организма, обновляющего свои клетки в течение жизни. А мейоз можно назвать «глобальным процессом».
Глава 4
Нюансы приспособления к условиям окружающей среды
Почему у жирафа такая длинная шея?
Так и хочется ответить: «Для того, чтобы дотягиваться до высоко расположенных на деревьях листьев и плодов». Эту гипотезу, кстати говоря, предложил в XIX веке французский биолог Жан-Батист Ламарк, автор весьма популярной в свое время эволюционной концепции, названной ламаркизмом.
Нет, мы не переключились на эволюцию. Мы продолжаем вести разговор о тайнах и законах генетики, а именно о том, каким образом происходит наследование приобретенных признаков. Это очень важный, можно сказать – принципиальный вопрос, своеобразный камень преткновения, о который в былые времена споткнулось множество ученых, а кое-кто продолжает спотыкаться о него и в наши дни.
Ламаркизм был первой стройной и целостной теорией эволюции живого мира. Ламарк признавал, что на форму и организацию живых организмов влияют факторы окружающей среды, которые он называл «обстоятельствами». Это совершенно верно. В процессе своего индивидуального развития, которое по-научному называется онтогенезом, все живое постоянно находится под воздействием различных факторов окружающей среды. Невозможно обитать в среде и быть свободным от ее влияния. Особи с одинаковым генотипом могут иметь разные фенотипы, если они обитают в разных условиях и на них воздействуют разные факторы окружающей среды.
Образно генотип можно сравнить с записью музыки на каком-либо носителе, а фенотип – с самой музыкой, которую мы слышим. Одна и та же музыка может звучать по-разному в зависимости от устройства, на котором она воспроизводится, к музыке могут примешиваться посторонние шумы, электромагнитные волны могут вызывать изменения звучания и т. п.
Варианты фенотипа в пределах одного и того же генотипа называют модификациями. Модификации могут носить приспособительный характер. Пожалуй, самыми распространенными и наиболее наглядными примерами приспособительной (или, как еще говорят, адаптивной) модификации у человека являются развитие, увеличение объема мышц при регулярной физической нагрузке и загар – потемнение кожи под воздействием ультрафиолетовых лучей, вследствие образования и накопления в ней пигмента меланина
[15].
Одно и то же растение может выглядеть по-разному в зависимости от того, растет оно высоко в горах или же в долине. Горные растения обычно низкорослые, с глубоко уходящими в почву корнями. Низкорослость и сильно развитая корневая система являются следствием низкого содержания питательных веществ в почве. Также на рост горного растения влияют такие условия, как более холодная температура воздуха и недостаток влаги. В долинах, где почва питательнее, влаги больше и воздух теплее, растения вырастают выше своих горных «собратьев», а вот их корневая система развита хуже. А зачем ее интенсивно развивать, если в поверхностном слое почвы достаточно питательных веществ и достаточно воды? Если растение растет в тени, то оно будет иметь более крупные, чем обычно, листья, чтобы улавливать как можно больше солнечного света, необходимого для фотосинтеза. А вот если растение растет в засушливой местности, то его листья будут мельче обычного размера, для того чтобы сохранить как можно больше воды (с поверхности листа испаряется вода). Рыбы, обитающие в крупных водоемах, где много пищи, заметно превосходят размерами своих собратьев из мелких, небогатых пищей водоемов.
Ошибка Ламарка заключалась в том, что он считал возможным передачу приобретенных в ходе жизни признаков по наследству. Если признак «упражняется», то есть активно используется, то он закрепится в потомстве, считал Ламарк. А если не «упражняется», то исчезнет. Жираф приспособился поедать высоко расположенные ветви, и потому у него удлинилась шея. Жираф ежедневно тянется к высоко растущим листьям, то есть постоянно «упражняет» свою шею, поэтому «длинношеесть» жирафа передается потомству. Вроде бы и логично, но в корне неверно.
