La relación entre el origen de la vida, la evolución biológica, la extinción biológica y el medio ambiente.
Específicos:
1 La variación del material genético es la causa interna de la evolución.
Existen cientos de millones de especies en la naturaleza, con diversas formas y tipos, y la diversidad de organismos está causada principalmente por diferentes materiales genéticos. La relativa estabilidad del material genético de una misma especie asegura la estabilidad y continuidad de la especie. Las variaciones en el material genético brindan la posibilidad de una evolución biológica.
1.1 Mutaciones genéticas y aberraciones cromosómicas
Después del análisis cuantitativo de macromoléculas biológicas, la teoría neutral cree que los genes producirán una gran cantidad de mutaciones neutrales en cualquier momento. En el caso de los genes estructurales que codifican proteínas, cuando se reemplaza un nucleótido (especialmente la tercera posición) en el código triplete, el tipo de aminoácido a menudo permanece sin cambios. Las sustituciones conservadoras en las proteínas también señalan que incluso si se cambia un solo residuo de aminoácido, el residuo está en la región variable y este cambio no afecta el valor de supervivencia del organismo vivo. Además, los genes estructurales son sólo una pequeña parte de toda la secuencia de ADN, y existe una gran cantidad de secuencias que no codifican proteínas, como genes reguladores, secuencias repetidas, intrones, pseudogenes, genes degenerados, etc. Por tanto, Kimura Motoo y otros concluyeron que los factores dominantes en la evolución biológica a nivel molecular son aquellos genes "neutrales" que no son ni beneficiosos ni perjudiciales para la supervivencia biológica. Pero cómo definir una mutación "absolutamente" neutral sigue siendo una cuestión compleja. Los genes de proteínas no codificantes, como los genes reguladores, los intrones, los genes repetitivos y los pseudogenes, no guían directamente la síntesis de proteínas, sino que se combinan con diversos factores ambientales para regular los procesos de transcripción y traducción. Las investigaciones muestran que los cambios de los simios a los humanos son principalmente cambios en los genes reguladores más que cambios en los genes estructurales [1]. Muchas evidencias experimentales también apoyan la hipótesis de Gilbert sobre la función de los intrones. Se cree que los genes estructurales se generan mediante la combinación de exones mediante recombinación entre secuencias de intrones, es decir, los intrones son residuos del proceso de recombinación de genes originales. Además, hasta donde se sabe hasta ahora, los intrones también tienen la función de regular la expresión genética; regular el empalme de ARN; codificar proteínas específicas y otras funciones [2]. Tanto el ARNr como el ARNt son genes repetitivos y tienen sus propias funciones en la traducción de proteínas. Los pseudogenes pueden adquirir función aceptando fragmentos de genes funcionales adyacentes o moviendo genes funcionales. Se han encontrado ejemplos de intercambio de exones entre pseudogenes y genes funcionales en ratón ψ a3 [3]. La sustitución de ciertos nucleótidos individuales puede no cambiar el tipo de aminoácido, pero no se puede ignorar su impacto en los nucleótidos adyacentes a través de enlaces químicos. Puede cambiar la tasa de sustitución de nucleótidos adyacentes. Por tanto, creo que no es apropiado definir determinadas mutaciones genéticas como absolutamente neutrales.
Las aberraciones cromosómicas incluyen cambios en la estructura y cantidad de los cromosomas, que juegan un papel importante en la evolución al igual que las mutaciones genéticas. Las aberraciones cromosómicas implican cambios extensos en las moléculas de ADN, que afectan el vínculo y el intercambio entre genes, cambian los patrones de expresión genética, crean mecanismos de aislamiento reproductivo y aceleran la diferenciación de especies.
1.2 Recombinación genética
La evolución de los virus es difícil de explicar por la acumulación gradual de mutaciones. Las mutaciones de salto causadas por la recombinación genética entre virus y huéspedes u otros virus juegan un papel importante. [4]. De hecho, la frecuencia de recombinación genética provocada por la transformación, conjugación y transducción entre microorganismos es 10.000 veces mayor que la de las mutaciones genéticas [5]. Por tanto, la recombinación genética es la principal forma en que evolucionan los virus y microorganismos. Para los organismos superiores, los ácidos nucleicos exógenos también se pueden obtener mediante la alimentación, la reproducción sexual y la mediación microbiana, proporcionando los elementos materiales necesarios para la recombinación genética. Zhang Guangming et al. [6] propusieron que los microorganismos pueden mediar eficazmente en la recombinación de genes, y la transposición generalizada de procariotas a eucariotas puede ser una forma importante para que los microorganismos median en la recombinación de genes. Los microorganismos primero infectan a un organismo y transportan el material genético de ese organismo, y luego infectan a otro organismo y transfieren el material genético que transportan al genoma del otro organismo. Debido a que otro organismo tiene en sí mismo un mecanismo genético completo y estable, la probabilidad de que dicha recombinación genética se exprese y se fije no es alta, pero es innegable que la recombinación genética juega un papel importante en la evolución biológica.
2 El efecto de inducción y detección del medio ambiente sobre la variación del material genético
Desde un punto de vista ecológico, cualquier organismo existe en un entorno ecológico general estable y en constante cambio, y hay un intercambio de materia, energía e información en el medio ambiente. El medio ambiente es la causa externa de la evolución biológica, induce al material genético a mutar y lo selecciona, y logra la evolución biológica mediante la acumulación del tiempo. El medio ambiente aquí incluye el medio biológico y el medio abiótico, y el macroambiente y el microambiente se refieren a todos los factores externos que afectan al sujeto de investigación.
2.1 Variación del material genético inducida por el ambiente
En lo que respecta al ambiente químico, los organismos absorben diversas sustancias del ambiente, las descomponen y absorben, para luego enviarlas a las células. . Ciertos componentes y elementos químicos de estas sustancias pueden reaccionar o alterar la estructura del material genético. Algunas sustancias químicas actúan directamente sobre la superficie de los organismos y también pueden causar daños a las células de la superficie y mutar el material genético.
El factor más importante del entorno físico que puede provocar variación del material genético es la radiación. Los seres vivos que viven en la Tierra están expuestos a la radiación de los rayos cósmicos y a los materiales radiactivos de la Tierra todo el tiempo. Los científicos han elaborado estadísticas que indican que la radiación que una persona recibe cada año en el cuerpo humano puede romper los enlaces químicos de alrededor de mil millones de moléculas. Las moléculas de ADN representan una proporción muy pequeña del cuerpo humano. El resultado calculado es que cada persona destruye una media de aproximadamente 200 moléculas de ADN al año [7]. Si un organismo se expone accidentalmente a rayos de mayor energía, es más probable que provoque mutaciones.
Muchos científicos utilizan ahora la tecnología de ingeniería genética para cambiar artificialmente algunos segmentos de ADN para cultivar nuevas variedades que sean beneficiosas para la producción y la economía. Si se promueven animales, plantas y microorganismos transgénicos, se brindarán ciertas posibilidades materiales para la evolución de dichos organismos. La hibridación de nuevas variedades con especies silvestres relacionadas puede propagarse y fijar segmentos de genes modificados artificialmente. Esto es más común en las plantas. También se puede decir que este es el impacto del entorno creado por el hombre en la evolución biológica. La recombinación genética mediada por microbios provoca la evolución biológica y el entorno biológico natural provoca cambios en el material genético.
La cuestión de si los rasgos adquiridos pueden heredarse siempre ha sido un foco de debate en la investigación de la evolución biológica. Si el rasgo adquirido es hereditario, esto sugeriría además que el ambiente puede causar variación en el material genético. Los biólogos han descubierto muchos ejemplos de herencia epigenética. Por ejemplo, después de que una enzima elimina la pared celular de Bacillus subtilis, pueden continuar reproduciéndose bajo ciertas condiciones de crecimiento y su descendencia no tiene fronteras. Este estado puede heredarse de manera estable. Sólo exponiéndolas a otras condiciones de crecimiento las paredes celulares vuelven a crecer [8]. El descubrimiento de la transcriptasa inversa también confirmó la posibilidad de adquisición genética. Los estudiosos de la "teoría del equilibrio entre la vida y el medio ambiente" creen que si las condiciones ambientales de la vida cambian, la vida cambiará, entonces los animales y las plantas adoptarán rasgos adaptados a sus vidas y, en el caso de que este rasgo siempre exista, los factores genéticos lo harán. también cambiar en consecuencia. Pero debe pasar por una unidad de tiempo tan larga como la edad geológica. Cada vez hay más pruebas de que la posesividad es hereditaria, pero no se puede considerar que sea la principal forma de evolución biológica. Porque el ritmo de la evolución biológica no se detuvo por completo durante mucho tiempo sin grandes cambios en las condiciones ambientales. La evolución biológica es el resultado de una variedad de factores. En última instancia, deben ser cambios en el material genético. Sólo así los cambios pueden transmitirse de generación en generación. El medio ambiente sólo puede ser la causa externa de la evolución.
Además, algunos científicos creen que la mayoría de las mutaciones son espontáneas y completamente aleatorias, lo cual no es exhaustivo. La cadena de ADN se encuentra dentro de la célula, por lo que debe vivir en el ambiente intracelular. La eliminación, sustitución y adición de residuos de aminoácidos van acompañadas de la rotura de enlaces peptídicos, lo que requiere el intercambio de energía y materiales, y estos cambios están estrechamente relacionados con el entorno intracelular.
2.2 Cribado ambiental del material genético
A nivel molecular, el medio ambiente juega un papel constructivo en la selección natural del material genético. Un sitio de la cadena de ADN está rodeado por otros sitios de genes. Si este sitio sufre una mutación, otros genes que se encuentran alrededor de este sitio lo limitarán e interferirán. Además, está regulado por diversas sustancias químicas del entorno nuclear y por histonas (sólo en eucariotas) y proteínas no histonas en los cromosomas.
En resumen, en las primeras etapas de la evolución de un nuevo genotipo, se seleccionarán mutaciones ventajosas para aumentar la aptitud del individuo. Ohta de Japón (1979) dijo que el papel principal de la selección natural a nivel molecular es mantener la función actual de una molécula y protegerla de mutaciones dañinas [8].
Cuando las variaciones en el material genético superan la selección natural a nivel molecular, deben ser probadas a un nivel superior. Independientemente de si el sitio de mutación en el ADN guía directamente la síntesis de proteínas o indirectamente regula y afecta el proceso de transcripción y traducción, la mayoría de las variaciones en el material genético se reflejan en última instancia en cambios en las proteínas. Los cambios en uno o más residuos de aminoácidos en una cadena polipeptídica pueden afectar la conformación espacial y la función de la proteína. Al plegar la cadena peptídica se sigue el principio de energía mínima. La cadena peptídica completamente plegada debe tener una conformación espacial que conduzca a su mejor funcionamiento. Si los cambios en los residuos de aminoácidos provocan cambios en la función de las proteínas, las funciones de las proteínas modificadas permitirán que el cuerpo se adapte mejor al medio ambiente y mejoren su capacidad de supervivencia. Estos incluyen la selección natural a nivel celular y a nivel de tejidos y órganos relacionados con la función de las proteínas. Estas selecciones detectan cambios en las proteínas causados por variaciones en el material genético.
Cuando las variaciones en el material genético finalmente se manifiestan en diferencias fenotípicas, el papel del medio ambiente es similar a la teoría de la selección natural de Darwin. Pero según la moderna teoría de la evolución biológica, el objeto de la selección natural no son los individuos, sino los grupos. El valor de la selección natural radica en los cambios en las frecuencias genéticas en el acervo genético de una población.
Como se mencionó anteriormente, algunas mutaciones parecen ser neutrales y sin sentido. Pero cuando las condiciones ambientales cambian, es probable que estas mutaciones dejen de ser “neutrales” [9]. Estas mutaciones de reserva se manifiestan sólo cuando cambian las condiciones ambientales. En los últimos años, los experimentos han demostrado que existen algunos mecanismos moleculares representados por la proteína de choque térmico HSP90, que pueden ocultar hasta cierto punto los cambios fenotípicos causados por mutaciones genéticas [10]. En otras palabras, el entorno puede seleccionar algunas mutaciones, permitiendo que se expresen y dejando otras ocultas temporalmente. Con estas mutaciones de respaldo ocultas, los individuos tienen mayores posibilidades de adaptarse a entornos cambiantes.
3 Respuestas al medio ambiente tras la evolución biológica
Hace unos 2.700 millones de años aparecieron algas primitivas, como las algas pedernal, las algas verdiazules, etc. Contienen clorofila y pueden realizar la fotosíntesis. , pertenece a la vida autosuficiente. El oxígeno liberado por la fotosíntesis de estas algas entra a la atmósfera y comienza a cambiar la composición de la atmósfera [11]. La aparición y la creciente concentración de oxígeno libre en la atmósfera tiene importantes implicaciones biológicas. Los patrones metabólicos de los organismos comienzan a sufrir cambios fundamentales, de la vida anaeróbica a la vida aeróbica. Los cambios en los patrones metabólicos desempeñan un papel en la evolución y el desarrollo de los organismos. Los eucariotas unicelulares aparecieron hace aproximadamente entre 1 y 1.500 millones de años, y luego gradualmente se formaron organismos multicelulares y comenzó a aparecer la reproducción sexual. Se puede observar que la evolución de los organismos tiene una fuerte respuesta al medio ambiente, provocando cambios en el medio ambiente. Las condiciones ambientales cambiantes tienen un significado orientador para la dirección de la evolución biológica. Los seres humanos tienen una gran capacidad para transformar y utilizar la naturaleza. Los humanos tienen un mayor impacto en el medio ambiente natural que cualquier otro ser vivo.
El origen y la extinción también son el resultado de que los organismos no se adaptan al medio ambiente y son eliminados por el medio ambiente.
De hecho, es lo mismo que la evolución, pero los resultados son diferentes.
Espero que te ayude.