Теория четверикова биология кратко

Обновлено: 08.07.2024

Эта статья не была широко известна на Западе (хотя отдельные учёные перевели её только для своих лабораторий), поэтому в западных публикациях авторами указанной выше теории обычно называют западных биологов.

1) мутационный процесс происходит в природных популяциях;

2) большинство вновь возникающих мутаций понижает жизнеспособность, хотя изредка возникают мутации и повышающие жизнеспособность;.

5) по мере старения вида в нём накапливается всё большее число мутаций, при этом признаки вида расшатываются;

8) наиболее обычна пространственная изоляция, хотя может существовать временная и экологическая формы изоляции;

9) естественный отбор является антагонистом свободного скрещивания - панмиксии;

10) приспособительная эволюция без изоляции ведёт к полной трансформации вида, но не может привести к его распадению на два вида);

11) отбор, как и свободное скрещивание, ведёт к накоплению рецессивных аллелей в гетерозиготном состоянии;

12) свободное скрещивание - панмиксия ведёт к повышению полиморфизма вида, а отбор ведёт к мономорфизму;

13) отбор отбирает не только отдельный ген, контролирующий отдельный признак, но и благодаря множественности (плейотропности) действия генов влияет на всё генное окружение отбираемого гена - генотипическую среду.

В этой статье, равно как и в более ранних выступлениях, в работе с учениками Четвериков впервые показал пути использования генетических и эволюционных подходов для изучения изменчивости в природных популяциях.

Ученики и последователи С.С. Четверикова - Н.В. Тимофеев-Ресовский и Е.А. Тимофеева-Ресовская, Н.К. Беляев, Б.Л. Астауров, Е.А. Балкашина,
Д.Д. Ромашев, Н.П. Дубинин, П.Ф. Рокицкий, С.М. Гершензон,
Б.Н. Сидоров заложили в 1922-1928 гг. основы экспериментальной генетики популяций.

Синтетическая теория эволюции. Элементарные факторы эволюции. Исследования С.С. Четверикова. Роль эволюционной теории в формировании современной естественнонаучной картины мира.

Когда мы говорим от эволюции, то это понятие у нас всегда ассоциируется с именем Чарлза Дарвина. Жил ученый в 19 в, а споры по поводу эволюции ( в частности, эволюции человека) ведутся по сей день.

Кроме того, генетика, зародившаяся тоже примерно в 19 в, сейчас продвигается вперед просто семимильными шагами. Поэтому, логично было бы объединить имеющиеся знания и накопленный фактический материал в новую теорию эволюции — более современную.

Как и в классической, в синтетической теории эволюции были выдвинуты основные положения:

Основа эволюции — мутации, причем именно генные, т.к. они должны передаваться по наследству;
как и в классической теории, в синтетической теории эволюции основной движущий фактор — это естественный отбор ;
элементарная единица эволюции — популяция;
эволюция — длительный процесс — смена одной популяции за другой приводит, в конце концов, к образованию вида или нескольких видов (дивергентность);
вид — это замкнутое образование, при этом наблюдается поток генов — особи мигрируют из одной популяции в другую;
макроэволюция — результат микроэволюции, при этом все закономерности микроэволюции (на уровне вида) переходят и на более высокий уровень .

Человек, которые впервые объединил знания генетики и эволюционную теорию Дарвиина, — С.С. Четвериков.

Как и Дарвин, Четвериков понимал важность фактического материала — он экспериментально изучал наследование свойств у популяций животных в естественных условиях.

9 лет он работал научным руководителем отдела генетики Института экспериментальной биологии — одного из крупнейших институтов того времени.

В своих работах он показал, что между данными генетики и эволюционной теорией нет никакого противоречия. Напротив, данные генетики должны быть положены в основу учения об изменчивости и стать ключом к пониманию процесса эволюции. Четвериков доказал, что мутации в природных популяциях животных не исчезают, могут накапливаться в скрытом (гетерозиготном) состоянии и давать материал для изменчивости и естественного отбора.

Но, как известно из истории российской (советской) генетики, легкой жизнь наших ученых не была. В конце 30-х гг его осудили и сослали на 6 лет. После ссылки он продолжил свою работу, но уже не в столице, а в городе Горьком… но так же заведующим кафедры генетики Горьковского университета.

Основной вклад С.С. Четверикова состоит в доказательстве связи генетики и теории эволюции. В своей работе он показал, что популяция является особым уровнем организации живого мира, на котором проявляются элементарные эволюционные явления. Также Четвериков доказал, что в природе непрерывно происходят мутационные явления, которые накапливаются в популяциях и являются скрытым резервом наследственной изменчивости.

В ходе исследований ученого было установлено, что борьба за существование наглядно проявляется в живой природе, при этом ареной для нее выступают экосистемы, а основной единицей эволюции являются популяции.

Таким образом, благодаря усилиям С.С. Четверикова и других ученых в 1920—1930-е гг. был заложен комплексный генетико-экологический подход к изучению теории эволюции, благодаря чему удалось преодолеть кризисную ситуацию в эволюционной науке и создать основу для формирования синтетической теории эволюции, или современного дарвинизма.

Синтетическая теория эволюции

Современная теория эволюции является синтезом результатов, полученных в ходе исследований в разных областях биологических наук.

Основные положения синтетической теории эволюции

1. Элементарным эволюционным материалом являются мутации, при этом они носят ненаправленный и случайный характер.

2. Основная движущая сила эволюции — естественный отбор, который является следствием борьбы за существование и главным направляющим творческим фактором эволюции.

3. Наименьшая единица эволюции — популяция.

4. Эволюция имеет дивергентные свойства, т.е. отдельно взятый таксон (например, вид) может являться предком нескольких таксонов, при этом каждый рассматриваемый таксон будет иметь лишь один предковый вид.

5. Эволюция происходит постепенно и длительно.

6. Элементарным эволюционным процессом является изменение генофонда популяции, при этом элементарными эволюционными факторами (предпосылками) могут быть мутации, естественный отбор, дрейф генов, популяционные волны, изоляции и миграции — все они способствуют постепенному изменению генофонда.

7. Для живой природы характерны микроэволюции (изменение в рамках популяции, вида) и макроэволюции (появление новых и изменение старых систематических групп).

Открытие мутаций и другие успехи генетики в начале ХХ века показали, что изменения фенотипа происходят внезапно. Ранее считали эволюционные изменения длительным процессом, как это следовало из учения Дарвина (рис. 1). Во времена создателя учения о происхождении видов были неизвестны материальные носители информации — гены, хромосомы.

Рис. 1 Основные результаты эволюции

Развитие популяционной генетики и смежных наук привели к формированию, в середине ХХ века, синтетической теории эволюции. Вклад в создание комплекса из дарвинизма и генетики внесли ученые А. Н. Северцов, И. И. Шмальгаузен, С. С. Четвериков, Д. Симпсон, Э. Майр, Д. Холдейн, С. Райт и другие исследователи из разных стран.

Сначала, появление новых работ вызвало кризис учения Дарвина. Понимание сути изменчивости породило идею о том, что эволюция не зависит от факторов внешней среды. Однако, считать основной причиной только возникающие мутации тоже ошибочно.

Выдающийся генетик Т. Морган разрешил возникшую проблему. Ученый доказал, что изменения в геноме постоянно возникают под действием мутагенных факторов. Накопление даже небольших, точечных мутаций важно для последующих преобразований вида, эволюции.

Объединение ведущих положений дарвинизма и генетики привело к созданию синтетической теории эволюции. Именно СТЭ дает наиболее глубокое и точное представление о процессе видообразования.

Согласно синтетической теории:

естественный отбор — направленный фактор эволюции, определяющий ее ход;
отбор способствует избирательному выживанию и преимущественному размножению более приспособленных организмов;
видообразование начинается и происходит под давлением отбора;
механизмы естественного отбора действуют благодаря существованию исходного материала, поставляемого наследственной изменчивостью;
естественный отбор проявляется в рамках борьбы за существование.

Эволюция носит дивергентный характер. Это означает, что один биологический вид может дать начало нескольким подвидам и видам. В то же время, у каждого вида имеется только один предок — популяция, вид.

Эволюция имеет постепенный характер, длительна во времени. Основным этапом является видообразование — смена одной популяции другой. Кроме микроэволюции, происходящей на уровне вида, существуют макроэволюционный процесс. Он не имеет своих особых механизмов, подчиняется тем же законам, что и микроэволюция.

Организмы, относящиеся к одной систематической группе, могут процветать (рис. 2). Это состояние называют биологическим прогрессом. Он достигается благодаря ароморфозам, идиоадаптациям или общей дегенерации Вымирание, исчезновение групп особей с лица Земли — биологический регресс.

Рис. 2 В далекие геологические эпохи процветали рептилии

Эволюция носит необратимый характер. Происходит преимущественно усложнение форм жизни, развиваются приспособления видов к среде обитания. Процесс, согласно научным взглядам, не имеет направления, конечной цели.

Элементарные факторы эволюции

Так называют события и процессы, приводящие к изменению частоты аллелей и генотипических признаков популяции. К элементарным факторам эволюции относятся мутации, популяционные волны, дрейф генов, изоляция и естественный отбор (рассмотрен выше).

Мутационный процесс

В популяциях возникают преимущественно рецессивные мутации. Они накапливаются в гетерозиготах, составляя резерв наследственной изменчивости. Свободное скрещивание гетерозигот приводит к переходу рецессивных аллелей в гомозиготное состояние. Частота таких переходов довольно значительная — 25%.

Благодаря мутациям поддерживается генетическая неоднородность популяции. Непрерывно возникают новые варианты генов. Внешние и внутренние факторы приводят к появлению разных типов мутаций — генных, хромосомных, геномных.

Генные мутации происходят на уровне элементарных носителей наследственной информации — генов. В большинстве случаев они рецессивные. Хромосомные мутации обусловлены потерей или переносом участков одних хромосом на другие. Геномные мутации сводятся к появлению организмов с кратным или некратным увеличением числа хромосом.

Комбинативная изменчивость

Процесс обеспечивает появление новых комбинаций (объединений) генов в генотипе. Повышается вероятность формирования новых фенотипов. Этот фактор вносит свой вклад в эволюционный процесс. Количество вариантов комбинаций зависит от количества хромосом.

Популяционные волны

Дрейф генов

Изоляция

Этот фактор способствует закреплению возникших изменений генетической структуры. Изоляция происходит вследствие появления барьеров — географических, репродуктивных, экологических, поведенческих. Они затрудняют или делают невозможным свободное скрещивание особей, принадлежащих к одному виду. Изоляция в одиночку не создает новые формы организмов. Сохраняются генетические различия между популяциями, что подхватывается естественным отбором.

Исследования С.С. Четверикова

Рис. 3 Дрозофила — объект генетических исследований

Исследователь выявил множество рецессивных мутаций. В гетерозиготной форме они не приносят явный вред организму, но снижают приспособленность к среде обитания. Среди мутаций есть такие, которые на данный момент существования вида не имеют адаптационного значения, но могут оказаться полезными впоследствии. Это резерв наследственной изменчивости. Четвериков выяснил, почему в результате эволюционных изменений доминантная аллель исчезает, а ее рецессивная мутантная аллель сохраняется.

Не менее важны исследования в области динамики популяций. Четвериков заложил основы учения о популяционных волнах. Еще студентом он опубликовал в 1905 году статью о причинах и последствиях массового размножения насекомых. Такие вспышки наносят большой ущерб сельскому и лесному хозяйству. Необходимы меры по быстрому снижению численности.

Роль эволюционной теории в формировании современной естественнонаучной картины мира

Трудно переоценить значение дарвинизма в развитии всех отраслей естествознания, особенно общей биологии и частных дисциплин, антропологии, палеонтологии. Впервые, во времена Дарвина, получили материалистическое объяснение причины и механизмы исторического развития жизни на Земле (рис. 4).

Рис. 4 Основные направления эволюции органического мира на Земле

Теория естественного отбора дала подлинно научное обоснование биологической эволюции. Дарвин при ее создании опирался на материалы, собранные в экспедициях, полевых условиях. Это не были умозрительные заключения, которые излагали в своих трудах его предшественники и некоторые современники.

Эволюционная теория Дарвина с момента своего появления вызвала массу дискуссий. В спорах рождалась истина. Обогатилось содержание общей биологии, ботаники, зоологии. Был дан толчок развитию генетики, селекции, антропологии, палеогеографии.

Синтетическая теория эволюции — не окончательный этап развития учения о происхождении видов. Это отправная точка для дальнейшего совершенствования в XXI веке.

_{Источники изображений:
Рис. 4 — Чернов И. Эволюционное древо. — Дрофа: 2002 г}

Сергей Сергеевич Четвериков – выдающийся русский биолог, генетик-эволюционист, родился 24 апреля (6 мая) 1880 г. в Москве в семье фабриканта – владельца сукновальной фабрики. Его отец, Сергей Иванович, был образованным, либерально настроенным человеком. Мать, Мария Александровна, происходила из семьи Алексеевых. Ее брат, Николай Александрович Алексеев, долгое время был городским головой Москвы, а двоюродный брат Константин Сергеевич Алексеев (Станиславский) – основатель Художественного театра.

Мать Сергея Сергеевича получила домашнее образование, знала три европейских языка, много читала. Детям в семье прививали уважение к любому труду. Гувернер, страстный натуралист, приучил детей к общению с природой, наблюдательности и бережному отношению ко всему живому. Любовь к природе Сергей Сергеевич пронес через всю жизнь.

Отец – Сергей Иванович и мать – Мария Александровна Четвериковы

Сергей был определен в частное реальное училище, которое блестяще окончил в 1897 г. Вопреки желанию отца в 1900 г. он поступил на естественное отделение физико-математического факультета Московского университета. В университете он увлекся биологией чешуекрылых (лепидоптерологией) и в 1902 г. опубликовал первые научные работы. В том же году он совершил свою первую большую зоологическую экспедицию с П.П. Сушкиным, во время которой коллекционировал бабочек Минусинского края и Западных Саян, а в 1904 г. участвовал в экспедиции на озеро Зайсан и горный хребет Тарбагатай.

Ко времени окончания университета Сергей Сергеевич был уже известным исследователем, автором десяти статей, представляющих интерес не только для специалистов, но и для биологов широкого профиля.

Во время первой мировой войны и революции Сергей Сергеевич занимался общими теоретическими проблемами биологии, эволюционного учения и генетики, продолжал изучать бабочек, главным образом восточного Крыма. Кроме того, в те годы Четвериков провел большую организационную работу по созданию Московского энтомологического общества.

В 1919 г. С.С. Четвериков начал работать в Московском университете в должности доцента кафедры экспериментальной зоологии, возглавляемой Н.К. Кольцовым. Наряду с большим практикумом по экспериментальной зоологии Сергей Сергеевич вел курсы биометрии и генетики. Не оставляя преподавания в МГУ, в 1921 г. С.С. Четвериков становится заведующим отделом генетики Института экспериментальной биологии.

В качестве объекта Четвериков использовал природные популяции плодовых мушек дрозофил. О результатах первых проведенных в этом направлении исследований С.С. Четвериков доложил в 1927 г. на V Международном генетическом конгрессе в Берлине. Доклад вызвал сенсацию и был встречен с большим интересом, как и другие доклады советских генетиков, посвященные важным вопросам генетики и селекции. Советские генетики занимали лидирующее положение на этом форуме.

Делегация советских генетиков на V Международном конгрессе в Берлине (1927)
Слева направо: С.С. Четвериков, А.С. Серебровский, Г.Д. Карпеченко, Н.И. Вавилов

Работая в Институте экспериментальной биологии, Сергей Сергеевич проявил себя не только как выдающийся ученый-генетик, но и прекрасный организатор и руководитель научного коллектива. Ему удалось объединить сотрудников в дружный коллектив единомышленников, создать свою научную школу. Среди его учеников были Б.Л. Астауров, Н.П. Дубинин, Н.К. Беляев, С.М. Гершензон, А.Н. Промптов, П.Ф. Рокицкий, Н.В. Тимофеев-Ресовский, Е.А. Тимофеева-Ресовская (Фидлер), В.П. Эфроимсон, Д.Д. Ромашов, Е.И. Балкашина и др.

В 1929 г. С.С. Четвериков был арестован и выслан на три года в Свердловск. Не имея разрешения на возвращение в Москву, он в 1932 г. переезжает во Владимир, где преподает в Учкомбове – учебном комбинате по борьбе с вредителями сельского хозяйства, а затем в сельскохозяйственном техникуме.

С 1935 по 1948 г. С.С. Четвериков заведовал кафедрой генетики и селекции Горьковского государственного университета.

В августе 1948 г., после сессии ВАСХНИЛ и постановления о перестройке преподавания биологических наук, С.С. Четвериков покинул университет. Несмотря на прогрессирующее ухудшение зрения, занимался исследованиями бабочек.

Выдающуюся роль в разработке проблем популяционной генетики сыграл ученик С.С. Четверикова Н.В. Тимофеев-Ресовский. Работая в Берлине, он с 1926 по 1941 г. опубликовал большую серию работ в этой области науки. В 1927 г. в его статье, написанной совместно с Е.А. Тимофеевой-Ресовской, впервые в иностранной литературе было изложено содержание основополагающей статьи С.С. Четверикова (1926). Сходные работы в области популяционной и эволюционной генетики были выполнены зарубежными исследователями Фишером, Холдейном и Райтом в 1930-х гг.

Значение работ С.С. Четверикова в биологии, особенно в области популяционной и эволюционной генетики, соизмеримо с такими выдающимися открытиями, как установление законов Менделя и создание хромосомной теории наследственности.