Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ

2499-9962

54138

Общая биофизика

General biophysics

Общая биофизика

Biological evolution as a hierarchy of evolution of active media

Биологическая эволюция как эволюция иерархий активных сред

Сидорова

А Э

Sidorova

A E

sky314bone@mail.ru

Твердислов

В А

Tverdislov

V A

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ru Lomonosov Moscow State University ru

25 06 2017

2 1 151 156 20 06 2017 20 06 2017

https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54138/view

На основе представлений о самоорганизации в иерархически сопряженных активных средах рассмотрена биофизическая модель эволюции биосферы. Такой аналитический подход позволяет по-новому рассмотреть идеи бифуркационного и, как следствие, сальтаторного развития популяций, сообществ организмов и биосферы в целом. Движущей силой эволюции биосферы - «нагнетающим насосом» - служит иерархия распределенных активных сред, составленных мозаикой биоценозов. В целом, активная среда создает фронтальное «давление естественного отбора». Иерархия активных сред определяет "векторность", т.е. направленность эволюционного развития. С гигантскими флуктуациями, формирующимися в неравновесной системе активных сред, как раз и «работает» внешний пассивный фильтр естественного отбора, позволяющий выйти данной ветви эволюции на устойчивую траекторию развития и закрепиться на ней. В отличие от классического филогенетического древа, отражающего принцип вертикальной эволюции биосферы, в данном подходе биосфера - единый организм - сопряженная система, эволюционирующая по законам, определяемым отбором, переносом генов, конвергенцией и дивергенцией - классическими механизмами эволюции. Трехмерная сеть прямых и обратных связей модели позволяет рассматривать эволюционирующую биосферу как иерархиюсопряженных активных сред.

A biophysical model of the evolution of the biosphere is considered on the basis of ideas of self-organization in hierarchically conjugate active media. This analytical approach allows us to re-examine the ideas of the bifurcation and, as a consequence, the saltatory development of populations, communities of organisms and the biosphere as a whole. The driving force behind the evolution of the biosphere - the "pumping pump" - is the hierarchy of distributed active media composed of a mosaic of biocenoses. In general, the active environment creates a frontal "pressure of natural selection". With these giant fluctuations, the external passive filter of natural selection, which allows to exit this branch of evolution to a stable development trajectory and to gain a foothold on it, just "works". Unlike the classical phylogenetic tree, which reflects the principle of the vertical evolution of the biosphere, in this approach the biosphere is a single organism, the conjugate system evolving according to the laws determined by selection, gene transfer, convergence and divergence-the classical mechanisms of evolution. The three-dimensional network of direct and inverse connections of the model allows us to consider the evolving biosphere as a hierarchy of conjugate active media

иерархия активных сред автоволны биосфера эволюция

hierarchy of active media autowaves biosphere evolution

Сидорова А.Э., Твердислов В.А. Самоорганизация в иерархии активных сред как движущая сила эволюции биосферы. ВМУ. Серия 3. Физика. Астрономия, 2012, № 2, с. 65-69. [Sidorova A.E., Tverdislov V.A. Self-Organization as the Driving Force for the Evolution of the Biosphere. Moscow University Physics Bulletin, 2012, vol. 68, no. 5, pp. 405-410. (In Russ.)]

Sidorova A.E., Tverdislov V.A. Samoorganizaciya v ierarhii aktivnyh sred kak dvizhuschaya sila evolyucii biosfery. VMU. Seriya 3. Fizika. Astronomiya, 2012, № 2, s. 65-69. [Sidorova A.E., Tverdislov V.A. Self-Organization as the Driving Force for the Evolution of the Biosphere. Moscow University Physics Bulletin, 2012, vol. 68, no. 5, pp. 405-410. (In Russ.)]

Kondepudi D., Prigogin I. Modern Thermodynamics: From Heat Engines to Dissipative Structures. Wiley, 1998, 508 p.

Твердислов В.А., Сидорова А.Э., Яковенко Л.В. Биофизическая экология. Монография. М.: УРСС, 2011, 544 с. [Tverdislov V.A., Sidorova A.E., Yakovenko L.V. Biophysical ecology. Monograph. M.: URSS, 2011, 544 p. (In Russ.)]

Tverdislov V.A., Sidorova A.E., Yakovenko L.V. Biofizicheskaya ekologiya. Monografiya. M.: URSS, 2011, 544 s. [Tverdislov V.A., Sidorova A.E., Yakovenko L.V. Biophysical ecology. Monograph. M.: URSS, 2011, 544 p. (In Russ.)]

Koonin E.V., Makarova K.S., Arvind L. Annual Rev. Micbiol., 2001, vol. 55, pp. 709-742.

Richardspn A.O., Palmer J.D. Horizontal gene transfer in plants. Journal of Experimental Botany, 2007, vol. 58, pp. 1-9.

Kjeldbjerg A.L., Villsen P., Aagaard L., Pederen F.S. Gene conversion and purifying of a placenta-spectic ERV- V envelope gene during simian evolution. BMS Evolutionary Biology, 2008, vol. 8, p. 266.

Шестаков С.В. Роль горизонтального переноса генов в эволюции. Доклад на теоретическом семинаре геологов и биологов «Происхождение живых систем». 15-20 августа 2003 г. Горный Алтай. [Shestakov S.V. The role of horizontal gene transfer in evolution. Report on the theoretical seminar of geologists and biologists "The origin of living systems." August 15-20, 2003 Mountainous Altai. (In Russ.)]

Shestakov S.V. Rol' gorizontal'nogo perenosa genov v evolyucii. Doklad na teoreticheskom seminare geologov i biologov «Proishozhdenie zhivyh sistem». 15-20 avgusta 2003 g. Gornyy Altay. [Shestakov S.V. The role of horizontal gene transfer in evolution. Report on the theoretical seminar of geologists and biologists "The origin of living systems." August 15-20, 2003 Mountainous Altai. (In Russ.)]

Эйген М., Шустер П. Гиперцикл. Принципы самоорганизации макромолекул. М.: Мир, 1982, 270 с. [Eigen M., Schuster P. Hypercycle. Principles of self-organization of macromolecules. М. 1982, 270 p. (In Russ.)]

Eygen M., Shuster P. Gipercikl. Principy samoorganizacii makromolekul. M.: Mir, 1982, 270 s. [Eigen M., Schuster P. Hypercycle. Principles of self-organization of macromolecules. M. 1982, 270 p. (In Russ.)]

Марков A.В., Анисимов В.А., Коротаев А.В. Взаимосвязь размера генома и сложности организма в эволюционном ряду от прокариот к млекопитающим. Палеонтологический журнал, 2010, № 4, c. 3-14. [Markov A.V., Anisimov V.A., Korotaev A.V. Interrelation of the size of the genome and the complexity of the organism in the evolutionary series from prokaryotes to mammals. Paleontological Journal, 2010, no. 4, pp. 3-14 (In Russ.)]

Markov A.V., Anisimov V.A., Korotaev A.V. Vzaimosvyaz' razmera genoma i slozhnosti organizma v evolyucionnom ryadu ot prokariot k mlekopitayuschim. Paleontologicheskiy zhurnal, 2010, № 4, c. 3-14. [Markov A.V., Anisimov V.A., Korotaev A.V. Interrelation of the size of the genome and the complexity of the organism in the evolutionary series from prokaryotes to mammals. Paleontological Journal, 2010, no. 4, pp. 3-14 (In Russ.)]

10.

Whitney K.D., Garland T. Jr. Did Genetic Drift Drive Increases in Genome Complexity. PLoS Genetics, 2010, vol. 6, no. 8, p. e1001080.

11.

Пер Бак. Как работает природа: теория самоорганизованной критичности. Пер. с англ. Москва: УРСС: Либроком, 2013, 269 с. [Per Buck. How nature works: the theory of self-organized criticality. Moscow: URSS: Librocom, 2013, 269 p. (In Russ.)]

Per Bak. Kak rabotaet priroda: teoriya samoorganizovannoy kritichnosti. Per. s angl. Moskva: URSS: Librokom, 2013, 269 s. [Per Buck. How nature works: the theory of self-organized criticality. Moscow: URSS: Librocom, 2013, 269 p. (In Russ.)]