Принципы самоорганизация в открытых системах

1. Система должна быть открытой.

2. Система должна находиться достаточно далеко от точки термодинамического равновесия.

3. Упорядочивающим принципом для системы является эволюция в сторону увеличения их энтропии или усиления их беспорядка (принцип Больцмана).

4. Флуктуации, или случайные отклонения системы от некоторого среднего положения, в самом начале подавляются и ликвидируются системой.

5. На принципе отрицательной обратной связи, основывается управление и сохранение динамического равновесия систем.

6. Опора на положительную обратную связь.

7. Процессы как и переходы от одних структур к другим, сопровождаются нарушением симметрии.

8. Самоорганизация может начаться лишь в системах, обладающих достаточным количеством взаимодействующих между собой элементов и, следовательно, имеющих некоторые критические размеры.

10. Нестационарность Вселенной означает:

1. Во Вселенной не существует каких-либо выделенных точек и направлений, т. е. ее свойства не зависят от направления.

2. Вселенная не может находиться в неизменном состоянии, а должна либо расширяться, либо сжиматься.

3. Нестационарность характеризует распределение в среднем вещества во Вселенной, что часто называют космологическим постулатом.

Раздел 4. Естественнонаучная картина мира в биологии и экологии

Тема 1. Естественнонаучные теории в биологии и экологии

Лекция 10.

«Концепция уровней биологических структур и организации живых систем»

План лекции:

1. Введение.

2. Молекулярно-генетический уровень биологических структур.

3. Онтогенетический уровень живых систем.

4. Уровни организации живых систем.

5.Выводы по лекции.

1. Введение. Придерживаясь принципов системного подхода, будем рассматривать разнообразие форм и явлений живой природы с точки зрения уровня определяющих их биологических структур. Такое изучение дает возможность теоретически представить, как могли возникнуть живые системы на Земле и как шла эволюция от простейших к системам более сложным.

Исторически биология развивалась как описательная наука о формах и видах растительного и животного царства. Поэтому важное место в ней заняли методы анализа, систематизации и классификации эмпирического материала.

Первые классификации, система растений К. Линнея (1707-1778) и классификация животных Ж. Бюффона (1707-1788), носили искусственный характер, т.к. не учитывали происхождения и развития организмов. Тем не менее, они способствовали объединению известного биологического знания, его анализу и исследованию причин и факторов происхождения-эволюции живых систем.

Без такого исследования невозможно было бы, перейти на новый уровень познания, когда объектами изучения биологов стали живые структуры.

Обобщение и систематизация знаний о видах и родах флоры-фауны требовали перехода от искусственных классификаций к естественным, где основой должен стать принцип генезиса, происхождения новых видов, а следовательно, разработка теории эволюции. Такие попытки естественной классификации, предпринимались Ж.Б. Ламарком (1744-1829) и Этьеном Жоффруа Сент-Илером (1772-1844). Их работы послужили вехой на пути создания первой научной теории эволюции живого Чарлзом Дарвином.

Описательная (эмпирическая) биология послужила тем фундаментом, на основе которого сформировался целостный взгляд на многообразный, но в то же время единый мир живых систем. Первые представления о системах и уровнях их организации были заимствованы из опыта изучения живой природы. Ведь прежде чем объяснить функционирование отдельных частей или элементов живых организмов, мы должны понять жизнедеятельность единого, целостного организма, а такое понимание первоначально достигаемой на описательном, эмпирическом уровне. Дальнейший теоретический шаг в понимании неизбежно связан с анализом живой системы, ее расчленением на отдельные подсистемы и элементы, изучением структуры системы, выявлением уровней организации.

2. Молекулярно-генетический уровень биологических структур. Представление о структурных уровнях организаций живых систем сформировалось под влиянием открытия клеточной теории строения живых тел. В середине XIX века клетка рассматривалась как последняя единица живой материи. Из клеток мыслились построенными все живые системы различного уровня организованности. Такие идеи высказывал, один из создателей клеточной теории Маттиас Шлейден (1804-1881). Биолог Эрнст Геккель (1834-1919) выдвинул гипотезу, согласно которой протоплазма клетки также обладает определенной структурой и состоит из субмикроскопических частей, т.е в живой системе можно выделить новый структурный уровень организации.

Эти идеи, опережающие научные знания эпохи, встречали сопротивление последователей редукционизма, стремившихся свести процессы жизнедеятельности к совокупности определенных химических реакций, а также сопротивление защитников витализма, объяснявшие специфику живого наличием в них особой «жизненной силы» (от лат. vitalis − жизненный).

Идеи редукционистов находили поддержку со стороны представителей механистического и «вульгарного» материализма. Представители механистического материализма пытались объяснить закономерности живой природы с помощью простейших механических и физических понятий-принципов, а вторые − стремились редуцировать, свести законы к закономерностям химических реакций, происходящих в организме.

Некоторые представители «вульгарных» материалистов − Людвиг Бюхнер (1824-1899) и Якоб Молешотт (1822-1893), даже утверждали, что мозг порождает мысль подобно тому, как печень выделяет желчь.

Несмотря на эти философские дискуссии ученые-экспериментаторы пытались конкретно выяснить, от каких именно структур зависят специфические свойства живых организмов, и поэтому продолжали исследовать их на уровне не только клетки, но и клеточных структур. В первую очередь исследовали структуру белков и выяснили, что они построены из 20 аминокислот, которые соединены длинными палипептидными связями, или цепями. В состав белков человеческого организма входят все 20 аминокислот, но обязательны для него только 9 из них. Остальные, по-видимому, вырабатываются самим организмом.

Характерная особенность аминокислот, содержащихся во всех живых системах (животных, растениях и даже вирусах), состоит в том, что все они являются левовращающим плоскость поляризации изомерами (хотя существуют аминокислоты и правого вращения). Формы таких изомеров почти одинаковы между собой и различаются только пространственной конфигурацией, и поэтому каждая из молекул аминокислот является зеркальным отображением другой. Впервые это явление открыл французский ученый Луи Пастер (1822-1895). Он обнаружил, что такие вещества способны отклонять поляризованный луч и поэтому являются оптически активными, вследствие чего были впоследствии названы оптическими изомерами. У молекул неорганических веществ эта способность отсутствует и построены они совершенно симметрично.

На основе своих опытов Л. Пастер высказал мысль, что важнейшим свойством всей живой материи является их молекулярная асимметричность, подобная асимметричности левой и правой рук. Опираясь на эту аналогию, в современной науке это свойство называют молекулярной хиральностью (термин происходит от греч. cheir − рука).

Интересно заметить, что если бы человек вдруг превратился в свое зеркальное отображение, то его организм функционировал бы нормально до тех пор, пока он не стал бы употреблять пищу растительного или животного происхождения, которую он не смог бы переварить.

На вопрос, почему именно живая природа выбрала белковые молекулы, построенные из аминокислот левого вращения, до сих пор нет ответа. Сам Л. Пастер считал, что поскольку живое возникает из неживого, то необходимым условием для этого процесса должно стать превращение симметричных неорганических молекул в асимметричные. По его предположению, такое превращение могло быть вызвано различными космическими факторами, в частности, геомагнитными колебаниями, вращением Земли, электрическими разрядами и т.п. Экспериментально проверить гипотезу не удалось. Поэтому высказывались предположения и о чисто случайном характере возникновения первых живых молекулярных систем, образованных из аминокислот левого вращения. В дальнейшем эта особенность могла быть передана по наследству и закрепиться как неотъемлемое свойство всех живых систем.

Наряду с изучением структуры белка в последние полвека особенно интенсивно изучались механизмы наследственности и воспроизводства живых систем. Особенно остро этот вопрос встал перед биологами в связи с определением границы между живым и неживым. Большие споры возникли вокруг природы вирусов, которые обладают способностью к самовоспроизводству, но не в состоянии осуществлять процессы, которые мы обычно приписываем живым системам: обмениваться веществом, реагировать на внешние раздражители, расти и т.п. Очевидно, если считать определяющим свойством живого обмен веществ, то вирусы нельзя назвать живыми организмами, но если таким свойством считать воспроизводимость, то их следует отнести к живым телам.

Так возникает вопрос: какие свойства или признаки характерны для живых систем? На этот вопрос ученые отвечали по-разному в различные этапы развития естествознания в зависимости от достигнутого уровня исследований.

Пока не существовало развитых методов биологического исследования и ясных теоретических концепций, сущность живого сводили к наличию «жизненной силы», которая отличает живое от неживого. Такое определение не раскрывало ни подлинной причины, ни механизма отличия живого от неживого, а все сводило к иррациональной, непознаваемой способности живых организмов. На этом основании сторонников такого взгляда обычно называют виталистами.

Если первые виталисты ограничивались простой констатацией различия между живым и неживым, то их последователи использовали недостатки и ограниченность физико-химических представлений о жизни для подкрепления своей позиции. Наиболее интересной в этом отношении представляется попытка немецкого биолога и философа Ханса Дриша (1867-1941), который возродил существовавшее еще у Аристотеля понятие энтелехии для объяснения целесообразности живых систем.

Основываясь на своих опытах по регенерации морских ежей, которые восстанавливают удаленные части тел, Дриш утверждал, что все живые организмы обладают особой способностью к целесообразным действиям по сохранению-поддержанию своей организации и жизнедеятельности, которую он назвал энтелехией. Энтелехия ничем не отличается от «жизненной силы» виталистов, хотя в духе своего времени (XX век) Дриш вводит степени ее градации для разных организмов. На упреки в том, что энтелехию невозможно установить никакими эмпирически методами, он отвечал, что магнитную силу также нельзя увидеть непосредственно.

Несмотря на критику виталистов, биологи-экспериментаторы продолжали кропотливую работу по анализу структуры и функций живых систем.

Долгое время в связи с изучением синтеза органических веществ внимание ученых было сосредоточено на исследовании той части клеточной структуры, которая образована из белков. Тогда казалось, что именно белки составляют фундаментальную основу жизни, и поэтому пытались свести свойства живых систем к свойствам и структуре белков.

По-видимому, именно опираясь на это, Фридрих Энгельс (1820-1895) выдвинул свое известное определение жизни как способа существования белковых тел, которое продолжали некритически повторять в нашей литературе, несмотря на исследования, выяснившие, что ни сам белок, ни его составные элементы не уникальны в химическом отношении.

В связи с этим дальнейшие исследования были направлены на изучение механизмов воспроизводства и наследственности в надежде обнаружить специфическое, что отличает живое от неживого.

Наиболее важным открытием на этом пути было выделение из состава ядра клетки богатого фосфором вещества, обладающего свойствами кислоты и названного впоследствии нуклеиновой кислотой. В дальнейшем удалось выявить углеводный компонент этих кислот, в одном из которых оказалась D-дезоксирибоза, а в другом − D-рибоза. Соответственно этому первый тип кислот стали называть дезоксирибонуклеиновыми кислотами, или сокращенно, ДНК, а второй тип − рибонуклеиновыми, или кратко, РНК кислотами. Прошло почти сто лет, прежде чем была расшифрована роль нуклеиновых кислот в хранении и передаче наследственности, участии в синтезе белка и обмене веществ.

Роль ДНК в хранении и передаче наследственности была выяснена после того, как в 1944 г. американским микробиологам удалось доказать, что выделенная из пневмококков свободная ДНК обладает свойством передавать генетическую информацию. В 1953 г. Джеймсом Уотсоном (р. 1928) и Фрэнсисом Криком (р. 1916) была предложена и экспериментально подтверждена гипотеза о строении молекулы ДНК как материального носителя информации. В 1960-е гг. французскими учеными Ф. Жакобом (р. 1920) и Ж. Моно (1910-1976) была решена одна из проблем генной активности, раскрывающая фундаментальную особенность функционирования живой природы на молекулярном уровне. Они доказали, что по своей функциональной активности все гены разделяются на " регуляторные", кодирующие структуру регуляторного белка, и " структурные гены", кодирующие синтез метаболитов, в том числе ферментов.

Дальнейшими исследованиями была установлена прямая зависимость синтеза белков (ферментов) от состояния генов (ДНК). Оказалось, что если воздействовать на генетический аппарат микроорганизмов определенными физическими факторами (ультрафиолетовые, рентгеновские и др. лучи), то они перестают синтезировать необходимые им метаболиты, в частности белки. Было доказано, что основная функция генов состоит в кодировании синтеза белков.

В связи с этим возник вопрос: каким образом осуществляется передача информации от ДНК к морфологическим структурам?

Согласно модели Уотсона и Крика, наследственную информацию в молекуле ДНК несет последовательность четырех оснований: два пуриновых и два пиримидиновых. Между тем в белках содержится 20 аминокислот и поэтому необходимо объяснить, как четырехбуквенная запись структуры ДНК может быть переведена в 20-буквенную запись аминокислот белков.

Первое гипотетическое объяснение механизма такого перевода дал физик-теоретик Г. Гамов, предположив, что для кодирования одной аминокислоты требуется сочетание из трех нуклеотидов ДНК. Спустя семь лет его гипотеза была подтверждена экспериментально и тем самым был раскрыт механизм считки генетической информации.

Однако существуют и другие механизмы изменчивости, важнейшим из которых являются " генетические рекомбинации". В случаях, называемых «классическими», они не приводят к увеличению генетической информации, что наблюдается у высших организмов. В других, «неклассических» случаях рекомбинация сопровождается увеличением информации генома клетки. При этом фрагменты хромосомы клетки-донора могут включаться в хромосому клетки-реципиента, а могут оставаться в латентном, скрытом, состоянии, но под влиянием внешних факторов они становятся активными и поэтому могут соединиться с клеткой-реципиентом.

Дальнейшее исследование «неклассических» форм генетических рекомбинаций привело к открытию целого ряда переносимых или «мигрирующих» генетических элементов. Важнейшими из них являются автономные геноэлементы, названные плазмидами, являющиеся активными переносчиками генетической информации. На основе этих результатов высказано предположение, что " мигрирующие" геноэлементы вызывают более существенные изменения в геномах клеток, чем мутации. Все это поставило вопрос, работает ли естественный отбор на молекулярно-генетическом уровне?

Появление «теории нейтральных мутаций» еще больше обострило ситуацию, поскольку она доказывает, что изменения в функциях аппарата, синтезирующего белок, являются результатом нейтральных, случайных мутаций, не оказывающих влияния на эволюцию. Хотя такой вывод и не является общепризнанным, но хорошо известно, что действие естественного отбора проявляется на уровне фенотипа, т.е. живого, целостного организма, а это связано уже с более высоким уровнем исследования.

3. Онтогенетический уровень живых систем. Термин «онтогенез» ввел в науку немецкий биолог Э. Геккель, автор биогенетического закона, согласно которому онтогенез в краткой форме повторяет филогенез. Это означает, что отдельный организм в своем индивидуальном развитии в сокращенной форме повторяет историю рода.

Поскольку минимальной самостоятельной живой системой можно считать клетку, то и изучение онтогенетического уровня следует начать именно с клетки. В зависимости от характера структуры и функционирования все клетки можно разделить на два класса: прокариоты-клетки, лишенные ядер; эукариоты, появившиеся позднее, − клетки, содержащие ядра. При глубоком исследовании оказалось, что эти два класса клеток обладают существенными различиями в структуре и функционировании генетического аппарата, строении клеточных стенок и мембранных систем, характере механизмов синтеза белков и т. п.

Соответственно тому, из каких клеток построены живые системы, их можно разделить на две обширные группы или два живых царства. К первому принадлежат многочисленные виды таких одноклеточных организмов, как бактерии, сине-зеленые водоросли, грибы и др. Все остальные одноклеточные, а тем более многоклеточные организмы, начиная от низших и кончая высшими, построены из позднее возникших эукариотных клеток. Эту классификацию пришлось пересмотреть после открытия архебактерий, особенность которых состоит в том, что их клетки в чем-то сходны, с одной стороны, с прокариотами, а с другой − с эукариотами. Поэтому сегодня различают три типа онтогенетического уровня организации живых систем, или три линии развития живого мира: 1) прокариоты, или эубактерии; 2) эукариоты и 3) архебактерий.

По-видимому, все эти три линии развития исходят из единой первичной минимальной живой системы − протоклетки. Предполагают, что она обладала всеми основными свойствами, характерными для живых организмов. К ним относят способность к обмену с окружающей средой − признак, присущий всем открытым системам. С нею непосредственно связана способность протоклетки к метаболизму, т.е. осуществлению биохимических реакций, сопровождающихся усвоением необходимых для роста клетки веществ и удалением использованных продуктов реакций. Дальнейшее функционирование и развитие клетки предполагает также наличие у нее способности к делению и отпочкованию. К этим признакам многие исследователи добавляют дополнительные свойства. Все ученые признают, что протоклетка отнюдь не была какой-то бесструктурной массой, а представляла собой достаточно организованную целостность, которую можно охарактеризовать как первичную живую систему. Предполагают также, что протоклетка по важнейшим своим структурно-функциональным свойствам не была подобна современным одноклеточным прокариотам, а обладала некоторыми признаками, аналогичными свойствам эукариотных клеток.

По вопросу происхождения эукариотных клеток существуют две основные гипотезы. Сторонники аутогенной гипотезы считают, что такие клетки могли возникнуть путем дифференциации и усложнения слабо структурированных клеточных образований, подобных прокариотам. Защитники другой, симбиотической гипотезы полагают, что эукариотные клетки образовались путем симбиоза нескольких прокариотных клеток, геномы которых внедрились в клетку-хозяина, причем, по одной версии, они способствовали постепенному превращению последней в эукариотную клетку, а по другой − она уже обладала некоторыми свойствами эукариотов.

Структурный подход к анализу первичных живых систем на онтогенетическом уровне, о котором шла речь выше, нуждается в дополнительном освещении функциональных особенностей их жизнедеятельности и обмена веществ. Среди них особого внимания заслуживает исследование трофических, или пищевых, потребностей организмов. Для этого необходимо проследить взаимоотношения организмов с окружающей средой в рамках соответствующей экологической системы. Именно поэтому изучение структуры и основных типов питания уже давно привлекало внимание ученых. Они выделили, прежде всего, два главных типа питания.

К микотрофному (авотрофному) типу относились организмы, которые не нуждались в органической пище и могли жить либо за счет ассимиляции углекислоты (бактерии), либо фотосинтеза (растения) − гетеротрофы, к типу принадлежали все организмы, которые не могли жить без органической пиши.

По вопросу о том, какой тип питания возник вначале становления живых систем, мнения расходятся. Одни ученые не без основания полагают, что сначала появился автотрофный тип, поскольку сложные органические вещества, необходимые для гетеротрофного питания, могли образоваться лишь после того, как автотрофные организмы создали для этого условия. Другие считают, что гетеротрофное питание появилось раньше автотрофного. Такого допущения, в частности, придерживается в своей гипотезе происхождения жизни А.И. Опарин, полагая, что уже первичный «бульон», в котором зародилась жизнь, содержал органические соединения как питательную среду для дальнейшего развития.

Первоначальная простая классификация основных типов питания и соответственно организмов на автотрофов и гипертрофов в дальнейшем подверглась уточнениям, где выявлялись такие важные факторы, как способность организмов синтезировать необходимые вещества для роста (витамины, гормоны и специфические ферменты), обеспечивать, себя энергией, источниками получения углерода, азота и водорода; зависимость от экологической среды и т.п.

Таким образом, сложный и дифференцированный характер трофических потребностей организмов свидетельствует о необходимости целостного, системного подхода к изучению живых систем и на онтогенетическом уровне.

Такая целостность, взаимосвязь и взаимодействие выступают в общей форме функциональной системности, которая находит выражение в согласованном функционировании различных компонентов одноклеточных и многоклеточных организмов. При этом отдельные компоненты содействуют и способствуют согласованному функционированию других, обеспечивая тем самым единство и целостность в осуществлении всех процессов жизнедеятельности всего организма. Подобная функциональная системность в специфических формах выступает и на других уровнях организации живых организмов.

4. Уровни организации живых систем. Онтогенетический уровень организации, относится к отдельным живым организмам − одноклеточным и многоклеточным. Популяционный уровень начинается с изучения взаимосвязи и взаимодействия между совокупностями особей одного вида, которые имеют единый генофонд и занимают единую территорию. Такие совокупности, или, скорее, системы живых организмов составляют определенную популяцию. Популяционный уровень выходит за рамка отдельного организма, а поэтому его называют надорганизменным уровнем организации.

Термин «популяция» был введен одним из основателей генетики − Вильгельмом Иогансеном (1857-1927), который с его помощью обозначал генетически неоднородную совокупность организмов от однородной, которую он называл «чистой линией». Многие современные ученые характеризуют популяцию не столько как простую совокупность отдельных организмов, сколько как их целостную систему, в которой они непрерывно взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой. Благодаря этому они оказываются способными к трансформациям, изменению своего ареала и, самое главное, к развитию.

Популяции представляют собой первый надорганизменный уровень организации живых существ, хотя и тесно связан с их онтогенетическим и молекулярными уровнями, но качественно отличается от них по характеру взаимодействия элементов, в этом взаимодействии они выступают как целостные общности организмов. По современным представлениям, именно популяции служат элементарными единицами эволюции.

Второй надорганизменный уровень организации живого составляют различные системы популяций, которые называют биоценозами. Биоценозы являются более обширными объединениями живых существ и в значительно большей мере зависят от абиотических факторов развития.

Третий надорганизменный уровень организации содержит в качестве элементов разные биоценозы и в еще большей степени характеризуется зависимостью от многочисленных абиотических условий существования (географических, климатических, гидрологических, атмосферных и т.п.). Для его обозначения академик В.Н. Сукачев (1880-1967) ввел термин биогеоценоз.

Четвертый надорганизменный уровень организации возникает из объединения разнообразных биогеоценозов и теперь называется биосферой.

Таким образом, в функционировании и развитии живой природы особенно наглядно и убедительно выступают ее целостность и системность, которые проявляются в существовании различных иерархических уровней ее организации. При этом каждый новый уровень характеризуется особыми свойствами и закономерностями, не сводимыми к закономерностям прежнего, низшего уровня. Основу надорганизменных уровней организации живого составляют популяции, целесообразно подробнее остановиться на их характеристике.

Изучением популяций и биоценозов занимается интенсивно развивающаяся наука − популяционная биология. Одна из основных проблем, которую она призвана решить, заключается в установлении пространственной структуры и объемов популяций. Определить границу между популяциями трудно, т.к. в силу подвижности составляющих ее организмов, происходит непрерывное перемешивание ее населения.

Другая трудность − в наличии внутри популяций различных группировок и существовании популяций разных рангов.

В рамках популяционной биологии исследуются также важные проблемы метаболического взаимодействия между популяциями и биоценозами, которые относятся прежде всего к изучению их трофических (пищевых), связей. Именно на этой основе происходит разграничение популяций и биоценозов. Популяции представляют собой незамкнутые, открытые метаболические системы, которые могут существовать и развиваться только при взаимодействии с другими популяциями. В отличие от них биоценозы − относительно замкнутые метаболические системы, в которых обмен и круговорот веществ могут осуществляться между входящими в биоценоз популяциями. Однако эта замкнутость имеет ограниченный и относительный, арактер, хотя бы потому, что разные биоценозы взаимодействуют между собой.

Для характеристики трофического взаимодействия популяций и биоценозов существенное значение имеет общее правило: чем длиннее и сложнее пищевые связи между организмами и популяциями, тем более жизнеспособной и устойчивой является живая система любого (надорганизменного) уровня. Отсюда ясно, что с биологической точки зрения на надорганизменном уровне, решающее значение приобретает трофический характер взаимодействия между составляющими живую систему элементами.

Основные понятия и термины
Аминокислоты	Эукариоты
Белок	Биоценоз
Витализм	Вирус
Генетическая информация	Геном
Классификация	Живая структура
Клетка	Метаболизм
Мутации	Молекулярный уровень
Нуклеиновые кислоты	Прокариоты
(ДНК, РНК)	Редукционизм
Хиральность	− −

5. Выводы по лекции. Исторически биология развивалась как описательная наука о формах и видах растительного и животного царства. Поэтому важное место в ней заняли методы анализа, систематизации и классификации эмпирического материала. Обобщение и систематизация знаний о видах и родах флоры-фауны требовали перехода от искусственных классификаций к естественным, где основой должен стать принцип генезиса, происхождения новых видов, а следовательно, разработка теории эволюции.

Представление о структурных уровнях организаций живых систем сформировалось под влиянием открытия клеточной теории строения живых тел. В середине XIX века клетка рассматривалась как последняя единица живой материи. Биолог Эрнст Геккель (1834-1919) выдвинул гипотезу, согласно которой протоплазма клетки также обладает определенной структурой и состоит из субмикроскопических частей, т.е в живой системе можно выделить новый структурный уровень организации.

Эти идеи, встречали сопротивление последователей редукционизма, стремившихся свести процессы жизнедеятельности к совокупности определенных химических реакций, а также сопротивление защитников витализма, объяснявшие специфику живого наличием в них особой " жизненной силы" (от лат. vitalis − жизненный).

Идеи редукционистов находили поддержку со стороны представителей механистического и «вульгарного» материализма.

Ученые исследовали структуру белков и выяснили, что они построены из 20 аминокислот, которые соединены длинными палипептидными связями, или цепями. В состав белков человеческого организма входят все 20 аминокислот, но обязательны для него только 9 из них. Характерная особенность аминокислот, содержащихся во всех живых системах (животных, растениях и даже вирусах), состоит в том, что все они являются левовращающим плоскость поляризации изомерами (хотя существуют аминокислоты и правого вращения).

В последние полвека особенно интенсивно изучались механизмы наследственности и воспроизводства живых систем. Особенно остро этот вопрос встал перед биологами в связи с определением границы между живым и неживым. Большие споры возникли вокруг природы вирусов, которые обладают способностью к самовоспроизводству, но не в состоянии осуществлять процессы, которые мы обычно приписываем живым системам: обмениваться веществом, реагировать на внешние раздражители, расти и т.п. Очевидно, если считать определяющим свойством живого обмен веществ, то вирусы нельзя назвать живыми организмами, но если таким свойством считать воспроизводимость, то их следует отнести к живым телам.

Долгое время в связи с изучением синтеза органических веществ внимание ученых было сосредоточено на исследовании той части клеточной структуры, которая образована из белков. Дальнейшие исследования были направлены на изучение механизмов воспроизводства и наследственности в надежде обнаружить специфическое, что отличает живое от неживого. Наиболее важным открытием на этом пути было выделение из состава ядра клетки богатого фосфором вещества, обладающего свойствами кислоты и названного впоследствии нуклеиновой кислотой. Прошло почти сто лет, прежде чем была расшифрована роль нуклеиновых кислот в хранении и передаче наследственности, участии в синтезе белка и обмене веществ.

Переход на молекулярный уровень исследования во многом изменил представления о механизме изменчивости. Согласно доминирующей точке зрения, основным источником изменений и последующего отбора являются мутации, возникающие на молекулярно-генетическом уровне. Однако существуют и другие механизмы изменчивости, важнейшим из которых являются " генетические рекомбинации". Дальнейшее исследование «неклассических» форм генетических рекомбинаций привело к открытию целого ряда переносимых или «мигрирующих» генетических элементов. Появление «теории нейтральных мутаций» еще больше обострило ситуацию, поскольку она доказывает, что изменения в функциях аппарата, синтезирующего белок, являются результатом нейтральных, случайных мутаций, не оказывающих влияния на эволюцию. Хотя такой вывод и не является общепризнанным, но хорошо известно, что действие естественного отбора проявляется на уровне фенотипа, т.е. живого, целостного организма, а это связано уже с более высоким уровнем исследования.

Онтогенез в краткой форме повторяет филогенез. Это означает, что отдельный организм в своем индивидуальном развитии в сокращенной форме повторяет историю рода. Поскольку минимальной самостоятельной живой системой можно считать клетку, то и изучение онтогенетического уровня следует начать именно с клетки. В зависимости от характера структуры и функционирования все клетки можно разделить на два класса: прокариоты-клетки, лишенные ядер; эукариоты, появившиеся позднее, − клетки, содержащие ядра. Соответственно тому, из каких клеток построены живые системы, их можно разделить на две обширные группы или два живых царства. К первому принадлежат многочисленные виды таких одноклеточных организмов, как бактерии, сине-зеленые водоросли, грибы и др. Все остальные одноклеточные, а тем более многоклеточные организмы, начиная от низших и кончая высшими, построены из позднее возникших эукариотных клеток. Эту классификацию пришлось пересмотреть после открытия архебактерий, особенность которых состоит в том, что их клетки в чем-то сходны, с одной стороны, с прокариотами, а с другой − с эукариотами. Поэтому сегодня различают три типа онтогенетического уровня организации живых систем, или три линии развития живого мира: 1) прокариоты, или эубактерии; 2) эукариоты и 3) архебактерий.

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2017-04-12; Просмотров: 247; Нарушение авторского права страницы