Сравнительная биохимия

Становление сравнительной биохимии

С развитием более точных методов анализа исследования в области биохимии позволили обнаружить новые данные, которые свидетельствуют в пользу эволюционной теории. На возможность существования биохимической гомологии, подобной морфологической гомологии, указывает наличие у всех организмов одинаковых веществ. Однако эти данные сами по себе не могут рассматриваться в качестве бесспорных доказательств существования эволюции, они лишь подкрепляют другие доводы.

Малейшие изменения, происходящие в генетическом коде ДНК, которые связаны с генными мутациями, вызывают изменения в общей структуре РНК. Это является основой для изучения филогенетических связей. Предположительно, чем различия в структуре какого-либо вещества меньше, тем меньше количество произошедших мутаций, и тем ближе степень родства между теми организмами, в которых это вещество содержится. Существенные различия в молекулярной структуре указывают на существенные различия в ДНК, и можно сделать вывод, что различия будут выявлены у организмов с сравнительно малым числом морфологических гомологий.

Эволюционное (сравнительное) направление в биохимии на протяжении длительного времени развивалось медленнее эволюционной морфологии животных. Это обусловлено трудностями методического характера. Но в конце ХХ века изучение ключевых вопросов эволюции биохимических структур, обмена веществ, процессов получило прочную экспериментальную основу благодаря развитию знаний о структуре клетки, а также благодаря достижениям генетики и молекулярной биологии.

Истоки сравнительной биохимии относятся к 19 веку. Проблема происхождения жизни и закономерности прогрессивной эволюции интересовала Ч. Дарвина, который использовал данные о единстве химического состава живых организмов при обосновании общности происхождения органического мира. таким образом, теория эволюции стала стимулирующим фактором для поиска связи между химическим составом организмов и их систематическим положением.

Развитие сравнительной биохимии

В 1913 году Г. Галлир предложил рассматривать биохимию растений как теоретическую науку, которая способна объяснить закономерности филогенеза и онтогенеза сложнейших органических веществ и изучить генеалогические отношения растений.

В 1852 году была установлена видовая специфичность формы кристаллов гемоглобина крови у различных видов позвоночных животных.

С изучением пигментов было связано решение филогенетических вопросов, поэтому исследованиям в этой области было уделено много внимания. Так, в результате исследований Г. А. Надсона было высказано предположение о сходстве животных и растительных пигментов. А сходство хлорофилла и гемоглобина указывало на единство растительного и животного мира.

В 1910 году А. С. Щепотьев систематизировал разнообразные данные из области биохимии и биологии.

В 20-40 годы 20 века шло накопление сравнительно-биохимического материала. Стремительно развивалась химическая эмбриология.

Прогресс сравнительной биохимии ускоряется в связи с исследованиями, направленными на изучение проблемы происхождения жизни на планете. В. И. Вернадский обнаружил глобальные закономерности в эволюции.

В этот период были выявлены закономерности в распределении ряда масел среди растений, а также зависимость состава масел в растениях от географического происхождения. Согласно исследованиям С. Л. Иванова, виды, состоящие в близком родстве, имеют большее число общих биохимических признаков.

В. И. Нилов обнаружил параллелизм в развитии химических процессов, в результате диапазон закономерностей биохимической эволюции существенно расширился. Открытая закономерность была подчинена закону гомологических рядов.

Исследования Дж. Нидхэма получили широкую известность. В своих исследованиях Нидхэм обосновал возможность приложения теории рекапитуляции к биохимическим структурам. Он показал, что в ходе эволюции белковый распад изменился: конечным продуктом азотистого обмена является:

• у беспозвоночных животных - аммиак,
• у птиц и рептилий – мочевая кислота,
• у рыб и амфибий – мочевина.

При том, по мнению Нидхэма, эмбрион курицы проходит все эти этапы. Изначально он ведет себя как аммониотелический организм, т. е как иглокожие, далее как уреотелический, т. е. как амфибии, затем как урикотелический.

В конце 20 века положение сравнительной биохимии изменилось, эволюционно-биохимическая проблематика стала темой обсуждения на международных конференциях и симпозиумах.

Сравнительная биохимия приобретает более прочную экспериментальную основу, связи с другими областями биологии становятся теснее.

Накоплены данные, позволяющие судить о возможных путях абиогенного синтеза аминокислот, которые входят в структуру белков, азотистых оснований, которые входят в состав нуклеиновых кислот, и т.д.

Исследования в области эволюции ферментов позволили продвинуться в понимании фотосинтеза. А изучение энергетического обмена мозга в филогенезе и онтогенезе обеспечило возможность сопоставить ход развития ферментных систем в передних отделах мозга, являющихся филогенетически более молодыми, и задних отделах головного мозга, которые филогенетически более древние. Выяснилось, что активность ферментов в передних отделах мозга в конце эмбрионального периода и начале постэмбрионального является очень низкой, а в продолговатом и спинном мозге процесс биохимического созревания идет быстрее.

Методы сравнительной биохимии

В сравнительной биохимии широко использовались методы серодиагностики. Реакция преципитации применялась для изучения филогенетических отношений и в ботанике, и в зоологии. Данные серодиагностики позволяли создавать целостные филогенетические системы, например, система растительного мира.

Принцип рекапитуляции широко применяется в современной сравнительной биохимии.

Многие сложные вопросы сравнительной биохимии помогает решить применение методов молекулярной биологии, быстро прогрессирует методы геносистематики.

Кроме этих методов, в сравнительной биохимии применяется множество методов исследования других областей наук.