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古籍修復模擬實驗

遺傳物質的變異是進化的內因,環境起著誘發和篩選遺傳物質變異的作用,進化出的生物對環境起著相反的作用。

具體:

1遺傳物質的變異是進化的內因。

自然界有數以億計的物種,形態多樣,種類繁多,而生物的多樣性主要是由不同的遺傳物質造成的。同壹物種遺傳物質的相對穩定性保證了這個物種的穩定性和連續性。遺傳物質的變異為生物進化提供了可能。

1.1基因突變和染色體畸變

生物大分子定量分析後,中性理論認為基因隨時會產生大量的中性突變。對於編碼蛋白質的結構基因,三聯體密碼中的1個核苷酸(尤其是第三位)被替換時,氨基酸類型往往不變。蛋白質的保守替代也指出,即使單個氨基酸殘基發生改變,殘基也在可變區,這種改變並不影響生命體的生存價值。另外,結構基因只是整個DNA序列的壹小部分,還有大量不編碼蛋白質的序列,如調控基因、重復序列、內含子、假基因、簡並基因等。因此,木村元夫等人得出結論,生物進化在分子水平上的主導因素是那些對生物生存既無益處也無危害的“中性”基因。但是如何定義“絕對的”中性突變仍然是壹個復雜的問題。調控基因、內含子、重復基因、假基因等非編碼蛋白基因並不直接指導蛋白質的合成,而是與各種環境因素結合,通過調控轉錄和翻譯的過程發揮作用。研究表明,從猿到人的變化主要是調控基因的變化,而不是結構基因的變化[1]。許多實驗證據也支持Gilbert關於內含子功能的假說,認為結構基因是通過內含子序列之間的重組,由外顯子組合產生的,即內含子是原基因重組過程的殘基。另外,就目前人們所知,內含子還具有調節基因表達的功能;調節RNA剪接;編碼特定的蛋白質;保護基因家族和其他功能[2]。rRNA和tRNA都屬於重復基因,在蛋白質翻譯中也有各自的功能。假基因可以通過接受相鄰功能基因的片段或移動功能基因來獲得功能。假基因和功能基因之間的外顯子交換的例子已經在小鼠ψ a3中發現[3]。某些單個核苷酸被取代後可能無法改變氨基酸的類型,但其通過化學鍵對相鄰核苷酸的影響不容忽視。它可以改變相鄰核苷酸的替換率。所以,我認為把某些基因突變定義為絕對中性是不合適的。

染色體畸變包括染色體結構和數量的改變,它和基因突變壹樣在進化中占有重要地位。染色體畸變涉及DNA分子的廣泛變化,影響基因間的連鎖和交換,改變基因表達方式,產生生殖隔離機制,加速物種分化進程。

1.2基因重組

病毒的進化很難用漸進式的突變積累來解釋,病毒與宿主或其他病毒的基因重組導致的跳躍性突變起了很大的作用[4]。事實上,微生物間的轉化、接合和轉導所引起的基因重組的頻率比基因突變高壹萬倍[5]。因此,基因重組是病毒和微生物進化的主要方式。對於高等生物來說,外源核酸也可以通過攝食、有性繁殖和微生物介導獲得,為基因重組提供必要的物質元素。張光明等[6]提出微生物可以有效地介導基因重組,原核生物向真核生物的廣泛轉座可能是微生物介導基因重組的重要方式。微生物先感染壹種生物,並攜帶該生物的遺傳物質,再感染另壹種生物,將攜帶的遺傳物質轉移到另壹種生物的基因組中。因為另壹種生物本身具有完善穩定的遺傳機制,這種基因重組被表達和固定的概率並不大,但不可否認基因重組在生物進化中的重要作用。

2環境對遺傳物質變異的誘導和篩選作用

從生態學的角度來看,任何生物都存在於壹個整體穩定且不斷變化的生態環境中,與環境存在著物質、能量和信息的交換。環境是生物進化的外因,誘導遺傳物質發生變異並對其進行篩選,通過時間積累實現生物進化。這裏的環境包括生物環境和非生物環境,宏觀環境和微觀環境是指所有對研究主體產生影響的外部因素。

2.1環境誘導的遺傳物質變異

就化學環境而言,生物從環境中攝取各種物質,分解吸收後送入細胞。這些物質中的某些化學成分和元素可能會與遺傳物質的組成發生反應,或者改變遺傳物質的結構。有些化學物質直接作用於生物體表面,也可能造成表面細胞的破壞,使遺傳物質發生變異。

物理環境能引起遺傳物質變異的最重要因素是輻射。生物生活在地球上,無時無刻不受到宇宙射線和地球上放射性物質的輻射。科學家曾做過統計,壹個人平均每年在人體內受到的輻射可以打開大約十億個分子的化學鍵。DNA分子在人體中所占的比例非常小。計算的結果是,每個人平均每年會破壞大約200個DNA分子[7]。如果壹個有機體意外暴露在更高能的射線下,它更有可能引起突變。

現在很多科學家利用基因工程技術,人為改變DNA的壹些片段,培育出有利於生產經濟的新品種。如果轉基因動植物和微生物得到推廣,將為這種生物的進化提供壹定的物質可能。新品種與相關野生種的雜交,可能會傳播和固定人工修飾的基因片段。這在植物中更常見。也可以說這是人為環境對生物進化的影響。微生物介導的基因重組使生物進化,自然生物環境使遺傳物質發生變化。

後天性狀能否遺傳壹直是生物進化研究中爭論的焦點。如果獲得的性狀是可遺傳的,則可以進壹步說明環境可以引起遺傳物質變異。生物學家已經發現了許多後天遺傳的例子。比如枯草芽孢桿菌的細胞壁被壹種酶去除後,它們可以在壹定的生長條件下繼續繁殖,它們的後代是無邊界的,這種狀態可以穩定遺傳。只有將它們置於另壹種生長條件下,細胞壁才會再次生長[8]。逆轉錄酶的發現也證實了遺傳獲得的可能性。“生命-環境平衡論”的學者認為,如果生命的環境條件發生變化,生命就會發生變化,那麽動物和植物就會采用適應其生命的性狀,而在這種性狀永遠存在的情況下,遺傳因素也會相應發生變化。但它必須經歷地質年齡這樣壹個漫長的時間單位。越來越多的證據證明占有欲是可以遺傳的,但不能認為占有欲是生物進化的主要方式。因為在環境條件沒有發生巨大變化的情況下,生物進化的步伐並沒有完全停止很久。生物進化是多種因素* * *的結果,歸根結底壹定是遺傳物質發生了變化,只有這樣變異才能代代相傳。環境只能是進化的外因。

另外,也有科學家認為大多數突變是自發的,完全隨機的,這是不全面的。DNA鏈在細胞內,所以它必須生活在細胞內環境中。氨基酸殘基的脫落、置換和添加都伴隨著肽鍵的斷裂,需要能量和物質的交換,而這些變化與細胞內環境密切相關。

2.2遺傳物質的環境篩選

在分子水平上,環境在遺傳物質的自然選擇中起著建設性的作用。DNA鏈上的壹個位點被其他基因位點包圍,如果這個位點發生突變,就會受到這個位點周圍其他基因的約束和幹擾。此外,還受核環境中各種化學物質和染色體上組蛋白(僅真核生物)和非組蛋白的調節。簡而言之,在新基因型進化的早期,將選擇有利的突變來提高個體的適應度。日本的太田(Ohta,1979)說,自然選擇在分子水平上的主要作用是維持壹個分子的現有功能,保護其免受有害的突變[8]。

當遺傳物質的變異在分子水平上通過了自然選擇,就要在更高的水平上進行檢驗。無論DNA上的突變位點是直接指導蛋白質合成,還是間接調控和影響轉錄和翻譯的過程,大多數遺傳物質的變異最終都體現在蛋白質的變化上。多肽鏈中壹個或多個氨基酸殘基的改變會影響蛋白質的空間構象和功能。肽鏈折疊時追求能量最小原則,完全折疊的肽鏈要使其空間構象有利於其更好的發揮功能。如果氨基酸殘基的改變引起蛋白質功能的改變,改變後的蛋白質所發揮的功能會使機體更好地適應環境,提高生存能力。這些包括細胞水平的自然選擇和與蛋白質功能相關的組織和器官水平的自然選擇。這些選擇將篩選由遺傳物質變異引起的蛋白質變化。

當遺傳物質的變異最終體現為表型差異時,環境的作用就類似於達爾文的自然選擇理論。只是根據現代生物進化論,自然選擇的對象不是個體,而是群體。自然選擇的價值在於群體基因庫中基因頻率的變化。

如前所述,有些突變似乎是中性的,無意義的。但當環境條件發生變化時,很有可能這些突變不再是“中性的”[9]。這些儲備突變只有在環境條件改變時才能表現出來。近年來有實驗表明,存在以熱休克蛋白HSP90為代表的壹些分子機制,可以在壹定程度上隱藏基因突變引起的表型變化[10]。換句話說,環境可以選擇壹些突變,讓他們表達,讓其他的暫時隱藏。通過這些隱藏的備份突變,個體有更大的機會適應變化的環境。

3生物進化後對環境的反應

大約27億年前,出現了原始藻類,如燧石藻、藍綠藻等,它們含有葉綠素,能進行光合作用,屬於自養生命。這些藻類光合作用釋放的氧氣進入大氣後開始改變大氣的成分[11]。大氣中遊離氧的出現和濃度的增加對生物學具有重要意義。生物的代謝模式開始發生根本性的變化,從厭氧生活轉變為有氧生活。代謝方式的改變對生物的進化和發展起了作用。單細胞真核生物大約出現在10 ~ 15億年前,之後逐漸形成多細胞生物,有性生殖開始出現。可見生物的進化對環境有著強烈的反應,引起環境的改變。變化的環境條件對生物進化的方向具有指導意義。人類有很強的改造和利用自然的能力。人類對自然環境的影響比任何其他生物都大。

起源和滅絕也是生物不適應環境,被環境淘汰的結果。

其實和進化是壹回事,只是結果不壹樣。

希望對妳有幫助。