Тема 3. Химическое и биологическое описания Природы. Типы химических связей. Конденсированные среды. Основные обобщения биологических наук. Эволюция живых систем
Обычно принято считать биологию «наукой о жизни». Такое определение для нас имеет смысл лишь в том случае, если мы имеем известное представление о том, что такое жизнь и что такое наука. Характерными чертами жизни являются: рост, движение, обмен веществ, размножение и приспособление. Такое перечисление свидетельствует о том, что жизнь не может поддаваться простому определению. Поэтому естественными оказываются широта и глубина проблем, решением которых занимается биология. Первые живые существа появились на нашей планете, по различным оценкам, 2–4 миллиона лет назад. От этих ранних форм в результате многочисленных изменений и ветвлений возникло около миллиона видов животных и около 400 тысяч видов растений, живущих ныне на Земле, а также огромное число видов растений и животных, которые, появившись, процветали в течение некоторого времени, а затем вымирали. Чтобы как-то управляться с этим невообразимым множеством живых организмов, биологи старались объединить их в естественные группы форм, связанных единым происхождением, и выявить основные жизненные процессы, общие для всей живой природы.
Принято отделять изучение растений (ботаника) от изучения животных (зоология) или рассмотрение структуры организма (морфология или анатомия) от исследования его функций (физиология). Но так как у растений и животных, несмотря на все различия между ними, есть очень много общего и так как трудно, а иногда и невозможно отделить строение от функции, рассматривая функцию какого-либо органа без описания его структуры, то очень часто биологию подразделяют в соответствии с различными уровнями организации живого. При этом принято выделять высший уровень организации биологических систем – это уровень популяций и их взаимоотношений с окружающей средой, физической и биологической. Мы еще только начинаем понимать те многообразные формы, в которых проявляется взаимодействие популяций живых организмов между собой и с физической средой их обитания. Различного рода растения и животные не просто разбросаны по поверхности Земли, а объединены во взаимозависимые сообщества, в состав которых входят производители, потребители и разрушители органического вещества, а также некоторые неживые компоненты среды. Почему сообщества состоят именно из таких, а не из каких-либо других организмов, как они взаимодействуют друг с другом, и как человек может управлять ими с пользой для себя – таковы важнейшие проблемы в этой области, называемой экологией.
Одно из основных обобщений современной биологии состоит в том, что все явления жизни подчиняются законам физики и химии и могут быть объяснены с помощью этих законов. Вплоть до начала XX века большинство людей, в том числе и большая часть биологов, были убеждены, что жизненные процессы в самой своей основе чем-то отличаются от процессов, происходящих в неживых системах. Позднее в результате огромных успехов в понимании химических и физических явлений стало ясно, что и множество проявлений жизни, хотя они гораздо более сложны, можно объяснить в понятиях физики и химии, не привлекая для этого таинственной жизненной силы. Свойства живых клеток и организмов, казавшиеся в свое время столь загадочными, становятся вполне понятными. Многие сложные процессы, свойственные живым системам, уже можно при надлежащих условиях воспроизвести в пробирке.
Другое важнейшее обобщение биологии – клеточная теория. В ее современной форме эта теория утверждает, что все живые организмы – животные, растения и бактерии — состоят из клеток и из продуктов их жизнедеятельности. Новые клетки образуются путем деления существовавших ранее клеток. Все клетки в основном сходны по химическому составу и обмену веществ; активность организма как целого слагается из активности и взаимодействия отдельных клеток. По современным представлениям, клетка — это элементарная живая система, основа строения и жизнедеятельности всех животных и растений. Клетки существуют как самостоятельные организмы (например, простейшие, бактерии) и в составе многоклеточных организмов, в которых имеются половые клетки, служащие для размножения, и клетки тела (соматические), различные по строению и функциям (например, нервные, костные, мышечные, секреторные). Размеры клеток варьируются в пределах от 0,1 ¸ 0,25 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса в скорлупе). Живой организм состоит из миллиардов самых разнообразных клеток. Их форма колеблется от совсем простой до самой причудливой, напоминающей паука, снежинку, звездочку и все что угодно.. У человека в организме новорожденного 
клеток.
Способность клеток поддерживать высокую упорядоченность своей организации зависит от генетической информации, которая сохраняется в форме дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). ДНК – это вещество, из которого состоят гены. Размножение живых организмов, передача наследственных свойств изпоколение в поколение и развитие многоклеточного организма из оплодотворенной яйцеклетки возможны потому, что ДНК способна к самовоспроизведению. На языке молекулярной биологии — науки, изучающей молекулярные основы жизнедеятельности клетки, процесс самовоспроизведения ДНК называется репликацией. Генетическая информация записана в цепи ДНК в виде последовательности нуклеотидных остатков, содержащих одно из четырех гетероциклических оснований: аденин (А), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T). Предложенная Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 году модель строения ДНК в форме регулярной двойной спирали сразу же позволила понять принцип удвоения ДНК. Информационное содержание обеих цепей ДНК идентично, так как каждая из них содержит последовательность нуклеотидов, строго соответствующую последовательности другой цепи. Это соответствие достигается благодаря наличию водородных связей между направленными навстречу друг другу основаниями двух цепей – попарно G и C или A и T. В каждой клетке различают две основных части: ядро и цитоплазму. Клетки растений, как правило, покрыты твердой оболочкой. Структурными элементами ядра клетки являются хромосомы, содержащие молекулы ДНК, в которых заключена наследственная информация организма. В хромосомах в линейном порядке расположены гены. Ген – единица наследственного материала, ответственная за формирование какого-либо элементарного признака. Совокупность всех генов организма составляет его генетическую конституцию – генотип.
По-видимому, нет таких случаев, на которые не распространялось бы третье обобщение: все живое происходит только от живого. По существу, это логическое следствие клеточной теории, которое впервые четко сформулировал Рудольф Вирхов: «Все живые клетки возникают из предсуществующих живых клеток». Иными словами, самопроизвольное образование клетки из неживой материи невозможно. Представление о том, что даже такие довольно крупные организмы, как черви, лягушки и крысы, могут возникнуть путем самопроизвольного зарождения, оставалось широко распространенным вплоть до конца XVII века, пока оно не было, наконец, опровергнуто классическими экспериментами итальянцем ФранческоРеди в 1680 году. В последние годы стало ясно, что, хотя в настоящее время самопроизвольного зарождения жизни не происходит, оно все-таки, вероятно, произошло миллиарды лет назад, когда жизнь впервые появилась на нашей планете. И если в наше время самозарождение живых организмов в высшей степени маловероятно, то в ту первоначальную эпоху, в совершенно иных условиях среды оно, по-видимому, действительно происходило. Теория происхождения первых живых существ из неживой материи была выдвинута Порлюгером, Дж. Холдейном, Р. Бейтнером, но особенно детально она разработана советским биохимиком академиком А. И. Опариным в его книге «Возникновение жизни» (1936).
Дата добавления: 2016-01-04; просмотров: 34; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!