Структурные уровни материи в биологии
Жизнь является совокупностью и деятельностью биосистем разных уровней. Клетка – это элементарная единица живой системы. Так она называется потому, что в природе нет более мелких систем, которые обладали бы всеми признаками жизни. Клетка обладает всеми свойствами живых систем: обменом веществ и энергии, ростом, размножением, передачей по наследству своих признаков, способностью двигаться.
Основные положения клеточной теории:
1. Клетка является основной структурной и функциональной единицей жизни. Все организмы состоят из клеток. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием его клеток.
2. Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям.
3. Все новые клетки образуются при делении свободных организмов.
Определена молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) – первокирпичек на молекулярном уровне. Открытие ее спиральной структуры в 1953 г. явилось одним из важнейших открытий, которое помогло понять механизмы наследственно-генетических процессов в живых системах.
Необходимость познать закономерности биологической эволюции (изменение и образование новых видов или признаков) приводит к рассмотрению популяции – первоосновы на уровне исторического развития живого. В центре представлений Ч. Дарвина об эволюции органического мира стоит понятие вида. Такая точка зрения сохранялась до 30-х годов ХХ в. Но более подробное изучение структуры вида, его неоднородности и очень неравномерное географическое распределение, мешающее свободному скрещиванию, привели к выделению более элементарной единицы эволюции – популяции.
|
|
|
Ее характерные признаки:
1. Достаточно высокая степень свободного скрещивания. Внутри популяции она выше, чем между популяциями.
2. Занимаемая популяцией территория зависит от географических условий, числа особей популяции и их размеров. Она может колебаться от сотен метров до сотен километров.
3. Довольно в широких размерах колеблется и число особей в популяциях (от тысяч до сотен тысяч). На численность популяции большое влияние оказывают условия среды обитания.
Каждая популяция эволюционирует независимо от других скрещиваний того же вида, обладая собственной эволюционной судьбой. Отдельный организм не может эволюционировать, так как обладает генотипом, уже определенным в момент зарождения. Его вклад в эволюцию состоит в том, чтобы передать гены своим потомкам. Популяция – наименьшее подразделение вида, представляющее собой элементарную единицу эволюции.
Глава VII
Эволюционные представления современности
7.1. 
Принцип развития природы
Развитие - всеобщий принцип объяснения природы, общества и познания как исторически протекающих событий. Ученые различают две формы развития: эволюционную, связанную с постепенными количественными изменениями объекта, и революционную, характеризующуюся качественными изменениями в структуре объекта. Главным отличием развития от других динамических процессов, например, от процесса роста, является качественное изменение во времени переменных, характеризующих состояние развивающейся системы. Рассматривая процесс роста, обычно выделяют количественное изменение этих переменных. Причем такое явление носит скачкообразный характер. В изучении развития материи современной наукой сделаны достаточно серьезные шаги, то есть следует говорить о превращении идеи развития, эволюции в норму научного мышления для целого ряда областей знания.
|
|
|
Термин «эволюция» имеет несколько значений, однако чаще всего учеными используется как синоним развития. Так, И. Шмальгаузен определяет эволюцию как закономерный процесс исторического развития организма. Иногда понятие «эволюция» употребляют в более узком смысле, воспринимая ее как одну из форм развития, которая противопоставляется революции. Эволюция в широком смысле есть представление об изменениях в природе и в обществе, их направленности, порядке, закономерностях. Определенное состояние какой-либо системы рассматривается как результат более или менее длительных изменений ее предшествовавшего состояния.
|
|
|
В более узком смысле это представление о медленном постепенном количественном изменении. Эволюция в биологии есть необратимое историческое развитие живой природы. Определяется изменчивостью, наследственностью и естественным отбором организмов. Сопровождается приспособлением их к условиям существования, образованием видов, преобразованием биогеоценозов и биосферы в целом.
Эволюционная идея зародилась и развилась в XIX в. на основе оппозиции представлению о неизменности мира. Ярким представителем последней концепции был французский ученый Ж. Кювье (1769-1832),который исходил из своей теории постоянства и неизменности видов и ее двух основных принципов - принципа корреляций и принципа условий существования. Неизменность вида входила, согласно Кювье, в организованность, упорядоченность природы. Его идею катастроф, или смену фаун и флор, в данной органической области можно назвать теорией эволюции при неизменности видов, процессом нарушения гармонии природы только в результате катастрофических событий общеземного масштаба. Теория типов, теория гармонии природы и теория неизменности видов логично объединились друг с другом и составляли фундамент естествознания первой половины XIX в.
|
|
|
Эволюционная идея Ж.-Б. Ламарка не нашла отклика у его современников и только Ч. Дарвину удалось заинтересовать ученых эволюционной концепцией развития живого. Принцип гармонии природы, теория типов и представление об устойчивости вида отошли в сознании людей на задний план, а многим казались опровергнутыми. С течением времени, однако, полное обоснование эволюционной идеи породило свою противоположность. В науке XX в. вновь возродилась идея устойчивости. Именно благодаря В. Вернадскому удалось раскрыть на уровне биосферы в целом взаимодействие эволюционного процесса и идеи устойчивости живой природы.
Переводя теорию Дарвина на язык кибернетики, И.Шмальгаузен показал, что само преобразование органических форм закономерно осуществляется в рамках относительно стабильного механизма, лежащего на биогеоценотическом уровне организации жизни и действующего по статистическому принципу. Это и есть высший синтез идеи эволюции органических форм с идеей устойчивости и идеей постоянства геохимической функции жизни в биосфере. Так в единстве оказались поднятыми на новый современный уровень концепции Кювье, Дарвина, Вернадского.
Основным направлением поиска в эволюционной теории послужила разработка целостных концепций, более адекватно отражающих системный характер изучаемых явлений. В науке активно дискутируется вопрос о том, можно ли считать атрибутом материи развитие. Этот тезис о развитии как атрибуте материи до недавнего времени трудно было соотнести с данными естествознания, где единственный закон, включающий направленность происходящих изменений, - это второе начало термодинамики, свидетельствующее скорее о тенденции к деградации.
Второе начало является одним из естественно-научных выражений принципа развития, определяющим эволюцию материи. Поскольку принцип увеличения энтропии отражает необратимость всех реальных процессов и тем самым означает необратимое изменение всех известных форм материи, т.е. их переход в какие-то иные формы, для которых уже будут недействительны существующие законы, то его можно считать естественно-научным выражением философского принципа развития.
Второе начало имеет тот же статус, что и первое начало (закон сохранения энергии), и его действие не противоречит развитию Вселенной. Напротив, сам принцип развития находит свое естественно-научное обоснование во втором начале термодинамики. Принцип возрастания энтропии рассматривается как одна из естественно-научных конкретизаций принципа развития, отражающая образование новых материальных форм и структурных уровней в неорганической природе.
Таким образом, практика современной научно-исследовательской деятельности выдвигает новые задачи в понимании эволюционных процессов. Поэтому формируется особый слой знаний, не имеющий статуса отдельной науки, но составляющий важный компонент культуры мышления современного ученого.
7.2. эволюционная теория
Эволюционная теория Ч. Дарвина построена на трех «китах» – изменчивости, наследственности и естественном отборе. Изменчивость – это способность организмов приобретать новые свойства и признаки и изменять их по разным причинам. Именно изменчивость является первым и главным звеном эволюции. Наследственность – это способность живых организмов передавать свои свойства и признаки последующим поколениям. Естественный отбор является результатом борьбы за существование и означает выживание и успешное размножение наиболее приспособленных организмов.
Ч. Дарвин различал три вида борьбы за выживание: внутривидовую, межвидовую и борьбу с неживой природой. С помощью естественного отбора группы особей одного вида из поколения в поколение накапливают различные приспособительные признаки и в результате приобретают настолько существенные отличия, что превращаются в новые виды (принцип расхождения признаков). Так можно прийти к выводу, что все виды произошли от единого существовавшего когда-то источника жизни. Идея расходящейся эволюции была также одним из достижений учения Дарвина.
Следует заметить, что современная наука, (в частности генетика), достигла более глубокого понимания изменчивости и наследственности. Изменчивость животного и растительного мира может быть достигнута соблюдением двух условий: непосредственным воздействием внешней среды и посредством мутаций. При первом пути наследственный аппарат организма не изменяется, и изменения по наследству не передаются. Во втором случае (мутации) изменяется наследственный аппарат (гены, хромосомы) и эти полученные организмом изменения передаются по наследству.
В 1871 г. вышла новая книга Ч. Дарвина «Происхождение человека и половой отбор», в которой доказывается, что человек произошел от общего с обезьяной существа. В конце XIX в. успех теории Дарвина был огромен. Но уже в начале XX в. появляется генетика – наука о наследственности и изменчивости организмов, которая выразила сначала недоверие теории Дарвина. Однако к 30-м годам XX в. ситуация изменилась.
Генетика сама стала эволюционной, а ее связь с теорией Дарвина привела к современной (синтетической) теории эволюции (СТЭ). Наука установила природу наследственности и изменчивости. Основоположником ее является Г. Мендель. Этот ученый открыл законы наследственности, названные его именем. В первом законе Менделя утверждается единообразие первого поколения гибридов, т.е. проявление у них признака одного из родителей. Это явление Мендель назвал доминированием, а сам признак доминантным. Поэтому первый закон часто называют законом доминирования. Подавленный признак был назван рецессивным.
Второй закон Менделя гласит, что если потомков первого поколения, одинаковых по изучаемому признаку, скрестить между собой, то во втором поколении признаки обоих родителей проявляются в определенном числовом соотношении: ¾ особей будут иметь доминантный признак, а ¼ - рецессивный. Следовательно, рецессивный признак у гибридов первого поколения не исчезает, а становится только приниженным и проявляется во втором гибридном поколении. В связи с этим второй закон Менделя называется законом расщепления.
Третий закон Менделя – закон независимого комбинирования – подтверждает, что при скрещивании двух гомозиготных особей (одинаковых по генотипу), отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга во всех возможных сочетаниях.
Генетика в начале XX в. начинает бурно развиваться. И важнейшим ее принципом стал принцип дискретности, открытый Менделем, то есть признаки организма определяются отдельными (дискретными) факторами. В 1909 г. было введено понятие гена как элементарной единицы наследственности. Каждый ген отвечает за какой-то один наследственный признак.
Было доказано, что гены расположены в хромосомах, находящихся в ядрах клеток. Эти хромосомы состоят из молекул ДНК и белков. Ген представляет собой участок молекулы ДНК, которые являются носителем полной информации о наследственности. Если подытожить в какой-то мере выводы генетики на сегодня, наследственные признаки передаются следующим поколениям в виде дискретных единиц (генов).
Гены – отдельные минимальные участки молекул ДНК, находящиеся в хромосоме ядра. Они кодируют отдельные функционально важные белки по принципу однозначного соответствия (один ген – один белок или один фермент). Гены могут объединяться в организме, возникающем в результате оплодотворения, но затем расходиться (расщепляются), так что в репродуктивную клетку поступает для передачи следующему поколению либо один, либо другой ген.
Сегодня путь молекулярной биологии в какой-то мере напоминает способ проникновения физики в микромир и создание квантовой механики. На основе законов микромира физике удалось многое понять и объяснить в макро- и мегамире. В микробиологии сейчас накоплен огромный экспериментальный материал: открыта структура ДНК и РНК, выяснен механизм воспроизведения ДНК, роль РНК в синтезе белка, изучена структура, свойства и синтез многих белков, исследован процесс удвоения ДНК и многое-многое другое.
Генная инженерия – это метод синтеза и выделения генов. Так как гены кодируют ферменты, белковые гормоны, защитные белки и др. виды белков, то искусственный синтез всех этих веществ представляется захватывающим. Клеточная инженерия основана на соединении клеток разных видов растений и объединения их генетических программ. В результате этого можно получать ценные лекарственные и пищевые вещества, витамины, выращивать новые растения – гибриды, которые обычным путем не скрещиваются. В зародыши клеток животных уже научились вводить нужные гены и получать новые виды. Человечество способно сегодня создавать уникальные генетические программы и на этой основе получать новые виды веществ, растений и животных. Биотехнология означает использование принципов работы живых клеток для решения практических задач и создания промышленных технологий.
Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 16; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!