Разнообразие в даден вид

Целият процес на естествен отбор, до известна степен, се основава на това, че в рамките на всяка популация от видове има някакви генетични промени. Да кажем, че имаме представители на един вид. Нека един от тях е в този цвят, а друг пък ще бъде в този цвят, a в друг цвят – този, този и този. Понякога, по различни причини, не са налице външни фактори, които да предпоставят оцеляването и възпроизвеждането на някой от тези индивиди в дадената среда, но понякога може да се появи фактор, който да стане причина този индивид да е по-подходящ за възпроизводство. И така, по някаква причина този индивид може да се възпроизвежда по-често, а тези индивиди – по-рядко. Някои от тях умират или са изядени от птици, или каквото и да е, или те просто не са в състояние да се възпроизвеждат по някаква причина и може би тези индивиди са нещо като междинни. С течение на времето, честотата на различните белези в тази популация ще се променя. И ако промените са достатъчно драстични, може би тези индивиди ще станат доминантни и ще започнем да говорим за тях като за нещо различно от всичко останало. Можем да намерим различни причини. Този би могъл да се превърне в различен вид. Най-очевидният въпрос е: какво води до тези различия? В популацията това води до следното – всъщност дори и в нашата популация – един човек има руса коса, друг има кестенява коса, трети има черна коса, а спектърът за тена на кожата е почти безкраен. Какви са причините за това? Искам да отбележа, че го споменахме в урока за ДНК, това е понятието "мутация". Научихме, че ДНК е последователност от бази. Да кажем, че имаме аденин (А), гуанин (Г), три тимина (Т). Още един аденин (А) и няколко цитозина (Ц). Този код, ако имаме достатъчно от тези бази, може да се състои от няколкостотин или няколко хиляди от тях, това е код за протеини, или за регулатор на протеините, но може да стане някаква промяна в него. По някаква причина може този цитозин (Ц) да стане гуанин (Г) или може тези да отпаднат, това би било промяна в ДНК. Можеш да си представиш, че ако използвам нечий компютърен код и произволно започна да променям символите и да вмъквам нови, без да знам какво правя, най-вероятно ще повредя компютърната програма. В по-голямата част от времето, няма да стигна доникъде. Няма да направя нищо, например, ако вляза в нечия компютърна програма и просто добавя няколко интервала или нещо друго, което може би няма да промени програмата, но ако премахна точки и запетаи и започна да променям числа и пр., то вероятно ще повредя компютърната програма. Така че или нищо няма да стане, или всъщност ще загиват организми през повечето време. Мутации: понякога те могат да накарат клетката да "обезумее" (ние ще направим няколко урока за рака) и така самата тя да вреди на организма като цяло, въпреки че ако се появи, след като организма се е възпроизвел, това може да бъде нещо, което не подлежи на селекция и няма да бъде предадено в поколението. Както и да е, няма да се спирам на това. Цялата работа е, че мутациите не изглежда да са задоволителен източник за поява на промени. Те могат само частично да допринесат за различията, но трябва да има нещо по-добре застъпено, което да създава разнообразието, дори само в рамките на една популация. И отговорът е право пред нас. Това е едно от най-основните неща в биологията и е толкова фундаментално, че много от хората дори не си задават въпроса защо е така. И това е половото размножаване. Като казвам полово размножаване, това е понятие което важи за голяма част от организмите, които имат ядра и ги наричаме еукариоти. Може би ще направя цял урок за еукариотите и прокариотите, но ако се вгледаш, например, в растенията, не всички, но ако се вгледаш в клетките, които имат ядра, то почти навсякъде има както мъжки, така и женски. При някои организми може един индивид да бъде едновременно мъжки и женски, но общата идея тук е, че индивидите произвеждат вариант на генетичния си материал, който се смесва с вариантите на генетичния материал на други индивиди. Ако мутациите бяха единствен източник на изменчивост, тогава аз щях да произлизам от друг Сал. А може би някой Сал би произлизал от мен, и тогава случайно един Сал може би ще се отличава от всички останали. Както вече говорихме, през повечето време бихме имали много малко промени, много малко изменчивост, и дори да се появят такива поради някакъв шум, който се случва в този процес на пъпкуване, при който аз просто идентично се реплицирам, в повечето случаи промените биха били негативни. В голяма част от случаите това ще повреди организма. Какво става, ако имаме полово размножаване? Има смесване и съчетаване на всички възможни ДНК комбинации за даден вид. Нека го кажа по-конкретно. Първо ще изтрия рисунката, която направих. Всички имаме – ще разгледам как става при нас, хората. Имаме 23 двойки хромозоми и във всяка от тях имаме по една хромозома от нашата майка и по една от нашия баща. Нека го нарисувам. Ще нарисувам бащините хромозоми със синьо. Имаме 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 Мястото не ми стигна. Ще добавя още – 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, и ще напиша една ето тук, която е малко по-различна Ще я направя, приличаща на "Y" и ще поговоря малко повече за X и Y хромозомите. Имам 23 хромозоми от моята майка. Може да е стереотип, но ще го нарисувам в по-женски цвят. Да видим, имам 23 хромозоми от майка ми. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23. Какво става тук? Имам 23 хромозоми от майка ми и 23 хромозоми от баща ми. Всяка една от тези хромозоми, които нарисувах близо една до друга. Ще уголемя една част. Нека да погледнем хромозома номер – да кажем, че тази хромозома е номер 3. Ще приближа към хромозома номер 3. Ето тук имам една от майка ми. Всъщност ще я направя по този начин. Помни, хромозомите са просто големи... ако вземем например ДНК, ДНК е силно нагъната, като всъщност се обвива около всички онези протеини, създавайки структура, но тя е просто голяма – ако го погледнеш по този начин, може да кажеш: може би това е ДНК – но не. Може да има милиони базови двойки, затова по-скоро би изглеждала така. Това е плътно нагъната версия на... като се замисля, всъщност е дълга верига и често се рисува по този начин, макар това да не е начинът, по който изглежда и затова ще поговорим повече по тази тема. Рисува се плътно нагъната... ето така Да кажем, че тази е от майка ми, а тази е от баща ми. Сега и тази ще бъде хромозома номер 3. И двете са хромозома 3. Идеята тук е, че получавам различни белези от майка ми и от баща ми. Правя ужасно опростяване в случая, но това е само, за да добиеш представа какво точно се случва. Тази хромозома 3 може би съдържа генът за цвета на косата. Използвам реален пример в момента – баща ми е имал много права коса. Така че някъде в тази хромозома има ген за права коса. права коса. Това на практика е малка продобност. Имай предвид, че този ген може да има хиляди двойки азотни бази. но да кажем, че това кодира права коса. Значи версията от баща ми на този ген, той ми предава алел за права коса. Спомни си, че алелът е просто версия на един ген. Ще означа този алел като прав – алел за права коса. Другата хромозома, която получавам от майка ми, разбира се има и изключения, но най-често тя кодира същия ген, и затова ще ги поставя един до друг. Значи тук също има ген за права коса или ген за къдрици, но всъщност моята майка няма къдрава коса. Да кажем, че тук има ген за къдрава коса. Тази версия на гена, този алел е за къдрици. Генът означава просто, че тук е генът за това дали косата ще е къдрава или не. Всяка версия на гена се нарича алел. Алел за къдрици. Аз имам и двата алела в тялото си, или в клетките си. Те са във всяка клетка от моето тяло, освен когато говорим за първите секунди от оплождането, но всяка клетка, която не е репродуктивна, притежава този пълен набор от хромозоми, което е просто удивително. Но определени хромозоми... например тези гени са напълно безполезни в клетките на ноктите например. Там права или къдрава не е от значение. Това е опростено представено. Може да имат значение на някакво друго ниво. Но да приемем за простота, че те нямат значение на определени места. Така определени гени се експресират в определени части от тялото, но се съдържат във всички клетки на тялото. Това са т.нар. соматични клетки, които се различават от половите клетки, или клетките на ембриона, за които ще говорим по-късно. Значи това са клетките на тялото. Това са преобладаващите клетки в твоето тяло, които са различни от половите клетки. Половите клетки... ще го запиша ето тук, за мъжете това са сперматозоидите, а за жените това са айцеклетките. Но повечето наши клетки имат пълен набор хромозоми. Искам да обясня, че за всеки белег, ние всъщност имаме две версии: една от майката, и една от бащата. Тези хромозоми тук се наричат хомоложни. Винаги, когато видиш представката "хомо" в думата хомоложен, като в Homo Sapiens, или даже в думите хомосексуален или хомогенен, това означава едно и също, нали? Това се среща непрекъснато. Така че хомоложни означава, че те са почти еднакви. те съдържат предимно едни и същи гени, но не са идентични. Те всъщност може да кодират малко по-различни версии на един и същ ген. В зависимост от това какви версии съм получил, това, което ще се прояви при мен, т.е. моят фенотип... Ще въведа още едно понятие, знам, че понятията стават доста. Моят генотип представлява точно какви алели имам, какви версии на гена съм получил, коя версия на гена имам. Например имам петата версия на алела за къдрици. Може да има много версии на алела за къдрава коса в съвкупността от гени. И може да съм получил алел за права коса. Това е моят генотип. Моят фенотип е какъв цвят всъщност ще бъде косата ми. Например двама души може да имат различен генотип, но да имат еднакъв... може да има коса, която да изглежда по съвсем еднакъв начин, така че те имат еднакъв фенотип. Един фенотип може да съответства на множество различни генотипи. Това е едното нещо, което трябва да имаме предвид, и ние ще говорим много за него в бъдеще, сега исках просто да те запозная с това. Започнах този разговор, защото искам да обсъдим вариациите. Как се получават вариациите? Това се случва, когато... ще го представя по следния начин. Какво се случва, когато се репродуцирам? Аз вече съм го направил. Имам син. Аз предавам на моя син произволна комбинация от половината от тези гени. От всяка хомоложна двойка аз ще предам или хромозомата от моята майка, или тази, която съм получил от баща ми. Значи сперматозоидът, който е оплодил яйцеклетката на съпругата ми, да кажем, че е имал тази, тази, и може би, тази тук, по една хромозома от всички тези 23 двойки. Може би ще попиташ колко са възможните комбинации? За всяка комбинация мога да взема една от тези две хомоложни хромозоми, като това ще стане 23 пъти. 2 по 2, по 2... това е 2 на 23-та степен. Значи има 2^ 23 различни комбинации, които мога да предам на моя син или дъщеря, на всяко потенциално мое дете. Ще разгледаме какво се случва, когато говорим за мейоза и митоза. Когато се образуват моите сперматозоиди, взимам по една хромозома от всяка хомоложна двойка. Вместо 23 двойки хромозоми сперматозоидите съдържат само 23 хромозоми. Например ще взема по една от всички тези двойки, и в процеса на мейоза, който ще претърпят, ще се получат куп сперматозоиди. Всеки сперматозоид ще има една хромозома от всяка двойка, една версия от всяка от тези двойки. Тази хромозома може да е получена от баща ми, следващата хромозома може да е дошла от майка ми. После предавам още няколко... Трябваше да ги направя една до друга. После предавам още няколко от майка ми. После петата хромозома идва от баща ми, и така нататък. Има 2^23 комбинации, защото има 23 двойки, от които избираме. Яйцеклетката на съпругата ми е в същата ситуация. Има 2^23 комбинации на ДНК, които тя може да предаде само въз основа на хомоложните двойки, от които тя предава. Така възможните комбинации, които една двойка може да създаде, аз използвам себе си като пример, но това се отнася за всичко. Това се отнася за всеки вид, който се размножава по полов път. Ако аз давам 2^23 комбинации от ДНК, и съпругата ми дава 2^23 комбинации от ДНК, то тогава се получават 2^46 комбинации. И само за да имаш представа колко голямо е това число – това е приблизително 12 000 пъти повече от хората, които живеят на планетата днес. Има огромен брой вариации, които може да създаде само една двойка. И ако мислиш, че това не е кой знае каво, оказва се, че между тези хомоложни двойки, като ние разглеждаме това, което се случва при мейозата, защото тогава всъщност може да се извърши рекомбинация на ДНК. Това означава, че когато тези хомоложни двойки при мейозата се подредят една до друга, се получава нещо, наречено кросингоувър, когато тази ДНК тук се кръстосва и се докосва тук, цялата ДНК се кръстова и се докосва там. Всичко това се случва тук и се случва там. И в края на процеса на кросингоувър, една част от хромозомата, която е дошла от майка ми, или аз си мисля, че е дошла от майка ми, сега е част от хромозомата, която съм наследил от баща ми, а част от тази на баща ми сега е парче от хромозомата на майка ми. Искам да използвам подходящ цвят. Идва от майка ми ето така. И това увеличава вариациите още повече. Така че сега, освен да разглеждаме различните хромозоми, които допринасят, като различни съвкупности от ДНК, за които говорихме, могат да се получат напълно различни комбинации на генно ниво, и вече може да си представиш безкрайния брой от вариации. Можеш да си представиш всички вариации, които се получават, когато започнеш да смесваш различните версии на един и същ ген в една популация. И това не се отнася само до един ген. Имам предвид, че в реалността самите гени рядко кодират конкретно... рядко има един ген, който е отговорен за кафява коса, или един ген, който е отговорен за интелигентността, или колко чаровен е някой. Обикновено това е цял набор от гени, които си взаимодействат по много сложен начин. Например косата може да е кодирана с цял набор от гени, в няколко хромозоми и това може да е кодирано с цял набор от гени в множество хромозоми. И тогава можеш да си представиш възможните различни комбинации. И изведнъж, може би някои комбинации, които не са съществували никога преди, се проявяват, и се оказват много успешни. Но ще те оставя да помислиш над това, защото тази комбинация може да бъде предадена, или може да не бъде предадена заради рекомбинацията. Но ще говорим повече за това в бъдеще. Исках само да ти представя идеята за половото размножаване, защото това наистина е основният източник на изменчивост в една популация. За мен това е една почти философска идея, защото ние имаме почти за даденост наличието на мъже и жени. Защото това е една почти универсална идея. Но аз направих проучване и се оказа, че половото размножаване се е появило преди около 1,4 милиарда години. Това е благоприятна характеристика, защото тя въвежда голям брой вариации и може да започне естествения отбор. Може да се каже, че когато имаме тази по-мощна форма на изменчивост, отколкото само мутациите, тогава може би е имало някаква примитивна форма на кросингоувър преди, но сега с половото размножаване се увеличават вариациите и естественият отбор е много по-ефективен. Видовете, които успяват да се репродуцират и да рекомбинират тяхната ДНК и да я смесват по този начин, могат да създадат много по-голямо разнообразие и да се извърши отбор в зависимост от средата по един по-ефикасен начин, така че те започнали да преобладават пред тези, които не могат, и това станало един вид универсална черта. Представи си свят, и всъщност има такива научнофантастични романи, посветени на това, където има три пола, където има един пол, два, три. Може да има десет пола. Просто тук на Земята съществуват само два пола, което се оказва много ефикасен и сигурен начин за въвеждане на изменчивост в популациите. Надявам се, че ти беше интересно. В следващия урок ще видим повече подробности за това какво представляват мейозата и митозата.