Теория стационарного состояния - жизнь существовала всегда, также как и Вселенная. Виды живого существовали всегда и у них есть только две возможности: либо изменение численности, либо вымирание.
Теория панспермии - жизнь на Землю занесена из других частей Галактики или Вселенной. В 1865 году немецкий ученый-медик Г. Рихтер утверждал, что зародыши предков организмов могли быть занесены с метеоритами и космической пылью. Эта гипотеза широко распространена среди ученых, наиболее видными ее сторонниками являются У. Томсон, Г. Гельмгольц, В.И. Вернадский. В 1907 г. шведский естествоиспытатель С. Аррениус выдвинул сходную гипотезу, которая и получила название панспермии: во Вселенной вечно существуют «семена жизни», которые, попадая в благоприятные условия, рождают жизнь.
Теория биохимической эволюции - жизнь возникла в результате физико-химических процессов. В 1924 г. А.И. Опарин (биохимик) опубликовал книгу «Происхождение жизни», в которой изложил гипотезу возникновения жизни на Земле.
В современной биологии все теории делятся на две большие группы: голобиоза и генобиоза.
Голобиоз - методологический подход, признающий первичность структур типа клеточной, способных к элементарному обмену веществ при участии ферментов. Появление нуклеиновых кислот - завершение эволюции.
Генобиоз признает первичность молекулярной системы со свойствами генетического кода. Дж. Холдейн высказал предположение: первичной была макромолекулярная система, подобная гену и способная к саморепродукции, так называемый «голый ген».
Имеются и промежуточные варианты: белковые и нуклеиновые молекулы появились одновременно и подверглись коэволюции, т.е. одновременной и взаимосвязанной эволюции. Контраргумент: белковые и нуклеиновые макромолекулы структурно и функционально настолько различны, что нереально их одновременное появление и сосуществование. К 1980-м гг. усилились позиции генобиоза.
Очевидно на современном уровне исследования, что в определении жизни должны быть зафиксированы функциональные и субстратные моменты. Жизнь - высшая из природных форм движения материи, для которой характерны самообновление, саморегуляция, самовоспроизведение разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения.
3. Уровни организации живой материи и ее свойства
Выделяют несколько уровней организации живой материи:
Молекулярный - на этом уровне обеспечиваются все важнейшие процессы жизнедеятельности организма (обмен веществ, сохранение энергии и т.п.);
Клеточный - клетка является структурной и функциональной единицей всего живого;
Тканевой - совокупность сходных по строению клеток, которые объединены общими функциями;
Органный. Органы - это структурно-функциональное объединение нескольких видов тканей.
Организменный имеет два уровня: одноклеточный и многоклеточный, представляющий собой целостную систему органов, специализирующихся на выполнении различных функций.
Популяция - совокупность организмов одного вида, объединенная общим местом обитания.
Биогеоценоз - совокупность организмов разных видов и различной сложности со всеми факторами среды обитания; взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов.
Биосфера - система высшего порядка, охватывает все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходят превращение веществ, круговорот веществ и превращение энергии.
Свойства живой материи:
Единство химического состава. В состав живого организма входят те же элементы, что и в состав неживой природы, однако соотношение их разное. В живом организме 97% химического состава приходится на углерод, водород, кислород, азот, фосфор, серу. В неживой природе широкое распространение имеют кремний, железо, магний, натрий.
Обмен веществ (метаболизм). В неживой природе также существует обмен веществами, однако они просто переносятся с одного места на другое или меняется их агрегатное состояние (например, смыв почвы, превращение воды в пар или лед).
Размножение - способность к самовоспроизведению.
Наследственность - способность передавать свои признаки, особенности развития из поколения в поколение. Она обусловлена ДНК.
Изменчивость - способность организмов приобретать новые признаки. Она создает разнообразный материал для естественного отбора. Связана с наследственностью.
Рост и развитие.
Раздражимость - активная реакция организма на внешнее воздействие.
Ритмичность - повторение одного и того же состояния через определенные промежутки времени. Обусловлено различными космическими или планетарными системами.
Относительная энергозависимость. Живые организмы существуют только до тех пор, пока в них поступает энергия в виде пищи; прямо или косвенно они используют энергию Солнца.
Гомеостаз - саморегуляция, самоподдержание организма; способность сохранять стационарное состояние и выживать в условиях непрерывно меняющейся среды.
Противостояние энтропийным процесса (негэнтропийность)..
4. Клеточная теория. Единство органического мира
Представление о структурных уровнях организации живой материи сформировалось под влиянием клеточной теории строения живых тел. Клетка - это единица живого, мельчайшая система, которая обладает всеми свойствами живого и является носителем генетической информации.
В 1839 г. Т. Шванн и М.Я. Шлейден создали клеточную теорию. Ее основные положения:
· Клетки - основные элементы жизни, мельчайшие единицы, которые можно еще считать живыми.
· Все организмы состоят из одной или многих клеток, сходных по строению. Это является свидетельством единства происхождения и развития всего живого.
Современная клеточная теория дополняет эти положения следующими:
· Жизнь обеспечивается только клеткой.
· Новые клетки могут возникать из предсуществующих путем их деления.
· Целостность и системная организация многоклеточных организмов обеспечивается взаимодействием клеток.
Исследования в области цитологии показали, что клетки имеют общие свойства и в строении, и в функциях. Они реализуют обмен веществ, саморегуляцию своего состояния, передают наследственную информацию. Клетки существуют и как отдельные организмы (одноклеточные), и в составе многоклеточных организмов. Они имеют разный срок существования. Жизненный цикл клетки оканчивается делением или гибелью. Размеры клеток также очень разнообразны. Клетки образуют ткани, несколько типов тканей образуют органы. Однако в природе встречаются организмы, не имеющие клеточной структуры. Это вирусы.
Клетки делятся на два типа: безъядерные и ядерные. Безъядерные клетки называются прокариоты (бактерии, сине-зеленые водоросли) и исторически являются предшественниками вполне развитых, имеющих ядро клеток, появившихся около 3 млрд. лет тому назад, - эукариотов. Прокариоты имеют в своем составе нити молекул нуклеиновых кислот, которые выполняют функцию управления. Только расположены они в цитоплазме, а не в ядре. Безъядерные клетки выполняют все функции, свойственные типичным клеткам. У эукариотов нити управления внутриклеточным обменом находятся в ядре клетки, в очень длинных цепях молекул нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), исходной структурной единицей которых является ген. Это природное кибернетическое устройство, которое содержит инструкцию, информацию, коды, определяющие характер деятельности клетки по обмену веществ и самовоспроизводству. Гены обеспечивают важнейшие функции жизнедеятельности и клетки, и организма в целом.
Важнейшими свойствами клетки, обеспечивающими ее главные функции, являются метаболизм (обмен веществ) и гомеостаз (сохранение стабильности условий внутренней среды клетки).
Поток информации в клетке обеспечивается нуклеиновыми кислотами. Существует два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. ДНК входит в состав ядра, в состав хромосом. Хромосомы - материальная основа наследственности, представляющая собой ряд линейно сцепленных генов. Каждый ген отвечает за какой-то элементарный признак, поэтому наследственность дискретна. Поток веществ и информации в клетке нуждается, а энергии; процессы, обеспечивающие энергетические потребности клетки составляют поток энергии. Поток энергии в клетке регулируется законами биоэнергетики В. Скулачёва. В качестве источников клеточной энергии используются простые сахара (глюкоза), процессы дыхания (образуются углекислый газ и вода) и брожения (образуются спирт или молочная кислота). Большую роль в биоэнергетике клетки играют фотосинтез и хемосинтез.
Основные понятия темы:
Витализм - объяснение специфики жизни наличием в организмах особой «жизненной силы».
Редукционизм - сведение процессов жизнедеятельности к совокупности определенных химических реакций.
Композиционизм - признание межорганизменных связей основной причиной функционирования явлений жизни.
Функционализм - такой подход к определению живого, согласно которому природа и структура живого могут различаться, сходство же будет проявляться только в функциях.
Голобиоз - методологический подход к объяснению происхождения жизни, признающий первичность структур типа клеточной, способных к элементарному обмену веществ при участии ферментов и из которых появляются нуклеиновые кислоты, кодирующие генетическую информацию.
Генобиоз - методологический подход к объяснению происхождения жизни, признающий первичность молекулярной системы («макромолекулы») со свойствами генетического кода.
Жизнь - высшая из природных форм движения материи, для которой характерны самообновление, саморегуляция, самовоспроизведение разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения.
Гомеостаз - самоподдержание организма, способность сохранять стабильное состояние в любых ситуациях.
Клетка - единица живого, мельчайшая система, обладающая всеми свойствами живого и являющаяся носителем генетической информации.
Вирусы - организмы, не имеющие клеточной структуры.
Прокариоты - безъядерные клетки.
Эукариоты - клетки, имеющие ядра.
Ген - элементарная единица наследственности.
Хромосомы - материальная основа наследственности, представляющая собой ряд линейно сцепленных генов.
Тема 14. Генетика и эволюция
1. Концепции эволюционизма в биологии
Современные представления о характере и законах функционирования живых организмов были бы невозможны без эволюционного подхода к анализу природы.
Эволюция - это процесс исторического развития органического мира. Сущность этого процесса состоит в непрерывном приспособлении к разнообразным и постоянно меняющимся условиям окружающей среды, в возрастающем со временем усложнении организации живых существ. В ходе эволюции осуществляется преобразование одних видов в другие.
Главное в эволюционной теории - идея исторического развития от сравнительно простых форм жизни к более высокоорганизованным.
Формированию исторических взглядов на живую природу способствовали работы К. Линнея «Система природы», «Философия ботаники». Ученый изучил более 10 тысяч видов растений и 4200 видов животных. Разработанная им систематика была очень простой и удобной и получила высокую оценку ученых. Недостаток ее состоял в ее искусственности. Она позволяла распознавать растения, но не раскрывала их природу. Кроме того, К. Линней ошибочно считал количество видов неизменным (сколько их создал Бог).
Развитие ботаники и зоологии привело к возникновению идей эволюционного развития природы и отказу от представлений о неизменности видов.
Ж. Бюффон (Франция), Э. Дарвин (Англия), И. Гете (Германия) и другие натуралисты и мыслители высказывали научные догадки об эволюционном возникновении и развитии жизни на Земле. Однако они не были подкреплены фактами.
Наиболее полно по тем временам идея эволюции была изложена в работе видного французского биолога Ж.Б. Ламарка «Философия зоологии». Он выделяет две причины изменчивости видов: влияние и изменение условий жизни и наследственность. Постоянство видов, утверждает Ламарк, явление только кажущееся и связано оно с кратковременностью наблюдений за ними. По его мнению, несколько тысяч лет для природы - не более чем секунда. Ламарк считал, что высшие формы жизни произошли от низших в процессе эволюции. Он ошибочно полагал, что главная причина развития - это внутренне присущее живым организмам стремление к самосовершенству, заложенное в них творцом (Богом). Большое значение он придавал упражнению и неупражнению органов. Длинная шея у жирафа возникла, по мнению ученого, в результате постоянного упражнения этого органа несколькими поколениями по доставанию листьев с высоких деревьев и непосредственного закрепления этого изменения. Это в дальнейшем привело к очень распространенным, но научно совершенно необоснованным представлениям о наследовании признаков, приобретаемых под непосредственным воздействием среды.
В России мысли об изменчивости видов и возможности их эволюционного преобразования высказывал К.Ф. Рулье. Эти идеи поддерживал известный русский мыслитель А.И. Герцен.
Ошибки Ж.Б. Ламарка в понимании факторов эволюционного процесса преодолел Ч. Дарвин. В своей работе «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859), обобщив отдельные эволюционные идеи, онсоздал стройную теорию эволюции. Движущими силами эволюции он считал наследственную изменчивость и естественный отбор, а элементарной единицей эволюции - вид.
Дарвин сформулировал следующие положения:
Во-первых, изменчивость свойственна любой группе животных и растений, и организмы различаются во многих отношениях. Во-вторых, число организмов каждого вида, рождающихся на свет, больше того их числа, которое может найти пропитание и выжить, однако численность каждого вида в естественных условиях довольно постоянна. В-третьих, поскольку рождается больше особей, чем может выжить, происходит борьба за существование, конкуренция в борьбе за пищу и место обитания. В-четвертых, изменения организма, облегчающие его выживание в определенной среде, дают своему обладателю преимущество перед другими организмами, менее приспособленными к внешним условиям; идея выживаемости наиболее приспособленных организмов является ядром теории естественного отбора. В-пятых, выживающие особи дают начало следующему поколению, благодаря чему «удачные» положительные изменения передаются последующим поколениям.
Параллельно с теорией Дарвина развивались концепции, которые частично или полностью строились на других идеях. Так, в конце XIX - начале XX вв. сложился неоламаркизм, представленный тремя основными течениями: ортоламаркизм, механоламаркизм и психоламаркизм.
Представители ортоламаркизма считали, что направленность эволюции обусловлена внутренними изначальными свойствами организмов. Сторонники механоламаркизма объясняли эволюционные преобразования организмов их изначальной способностью целесообразно реагировать на изменение внешней среды. Психоламаркизм трактовал эволюцию как постепенное увеличение роли сознания в развитии от примитивных существ до разумных форм жизни.
Кроме этих концепций, не согласующихся с идеями Дарвина, можно также назвать телеогенез, сальтационизм, генетический антидарвинизм.
Вместе с тем, эволюционная теория Дарвина имела своих сторонников, которые примыкали к двум направлениям: классический и ортодоксальный дарвинизм. Классический дарвинизм прилагал усилия для того, чтобы, во-первых, подтвердить истинность эволюционных представлений, и, во-вторых, сочетать их с современными научными воззрениями. Ортодоксальный дарвинизм имел место в советской биологии 30 - 50-х годов XX века. Его представители абсолютизировали принципы эволюционной теории. Исходя из идеи о решающей роли внешней среды, советские ученые доказывали возможность радикального изменения природы растения (например, превращение озимой пшеницы в яровую).
Дарвиновский принцип «борьбы за существование», сформулированный для мира растений и животных, был перенесен в сферу социальных отношений. Так, английский социолог Г. Спенсер, разрабатывая «органическую теорию», трактовал социальные конфликты как естественную форму выражения дарвиновского принципа.
Таким образом, с появлением теории Дарвина началось развитие подлинно научных представлений об эволюции органического мира. Вторая половина XIX в. прошла под флагом борьбы за дарвинизм. В конце XIX в. эволюционные идеи начали проникать в конкретные биологические дисциплины.
2. Эволюция как основа многообразия и единства живых организмов
Микроэволюция и макроэволюция
Самым слабым местом в эволюционном учении Ч. Дарвина были представления о наследственности, которые подвергались серьезной критике его противниками. Действительно, если эволюция связана со случайным появлением полезных изменений и наследственной передачей приобретенных признаков потомству, то каким образом они могут сохраняться и даже усиливаться в дальнейшем? Этот недостаток дарвиновской теории был преодолен возникшей в XX в. новой наукой - генетикой.
Еще во второй половине XIX в. австрийский естествоиспытатель Грегор Мендель, применив статистические методы для анализа результатов гибридизации (скрещивания) сортов гороха, сформулировал законы наследственности. В первом законе Менделя утверждается идея единообразия первого поколения гибридов, то есть проявления у них признаков 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: ѕ особей будут иметь доминантный признак, а ј - рецессивный. Следовательно, рецессивный признак у гибридов первого поколения не исчез, а был только подавлен и проявился 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 или более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга во всех возможных сочетаниях. Таким образом, Г. Мендель сформулировал важнейший принцип не возникшей еще генетики - принцип дискретности. Он гласит: признаки организма определяются отдельными (дискретными) факторами. Известность к Менделю пришла в 1900 г., когда его законы были переоткрыты К. Корренсом, Э. Чермаком, Х. де Фризом.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26
