ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.06.2021
Просмотров: 206
Скачиваний: 1
Тема 8. Биологический уровень организации материи. Проблемы генетики
Лекция 8.
План:
1.Оособенности биологического уровня организации материи.
2. Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем. 3.Многообразие живых организмов – основа организации и устойчивости
Биосферы.
4.Генетика и эволюция.
5. Человек: физиология, здоровье, эмоции, творчество, работоспособность.
6.Биоэтика, человек, биосфера и космические циклы.
1.Оособенности биологического уровня организации материи.
Особенности биологического уровня организации материи связаны с принципиальным отличием живого от неживого.
В. И. Вернадский в работе «Биосфера и ноосфера» определил живое вещество как совокупность всех организмов Земли, находящихся на ней в данный момент времени.
Живое вещество существует только в биосфере, т. е. в поверхностной части Земли, доступной для солнечного излучения. Собственно биосфера состоит из косных тел (тел неживой природы) и биосферных тел (почвы, поверхностной пленки водоемов, болота), в которых живое и неживое фактически неразделимы. Между живым и неживым (косным) веществом Вернадский насчитал около 20 принципиальных различий, которые привели его к выводу о невозможности происхождения живого из неживого, а следовательно, к выводу о вечном параллельном существовании неживой и живой материи.
Основные 10 принципиальных различий между живым и неживым, по В. И. Вернадскому:
1.Живое существует только в биосфере, неживое существует везде.
2.Живое может произойти только от живого и всегда в конечном счете превращается в неживое (после смерти). Неживое происходит и из неживого, и из живого.
3.Живые тела морфологически и генетически представляют собой единое целое. Косные тела чрезвычайно разнообразны и никакой генетической и морфологической связью не обладают.
4.Произвольное саморегулируемое движение является признаком живого тела. Косные тела целенаправленно не передвигаются.
5.Через живые организмы проходит живое и неживое вещество и синтезируется огромное количество молекул отсутствующих в биосфере. В косных телах синтеза других химических соединений не происходит.
6. Число живых тел определяется размерами биосферы. Число косных тел не зависит от размеров планеты.
7.Живые организмы с течением времени изменяются (прогрессируют), косные тела остаются неизменными.
8.Минимальный размер живого организма определяется дыханием, он порядка 10-6 см. Максимальный размер никогда не превышает 104 см. Поэтому диапазон размеров живого организма небольшой - 10 10. Для косных тел диапазон составляет 1040 или больше (от размеров элементарных частиц до размеров биосферы в целом).
9.Химический состав живых организмов определяется их собственными свойствами. Химический состав косных тел определяется свойствами окружающей их среды.
1O.Количество химических соединений в живых телах достигает миллионов, а в косных телах ограничено несколькими тысячами.
Исходя из перечисленных различий, Вернадский выводит принцип, который он назвал принципом Гюйгенса, по фамилии голландского ученого, впервые сформулировавшего в XVII в. обобщение о том, что «жизнь есть космическое явление, в чем-то резко отличное от косной материи». В конце своей жизни Вернадский даже пришел к идее божественного происхождения мира, поскольку эволюционизм как происхождение более сложного из более простого не имел научного подтверждения.
Элементарная живая система, являющаяся основой строения и жизнедеятельности всех живых организмов это клетка. Именно она является мельчайшей системой, обладающей всей совокупностью свойств живого, в том числе и свойством, передавать наследственную информацию. Живая клетка является фундаментальной частицей структуры живого вещества. Клеточная теория была создана немецкими учеными Т. Шванном и М. Шлейденом. Жизненный цикл любой клетки завершается или делением и продолжением жизни в обновленном виде, или гибелью. Срок жизни клеток может не превышать нескольких дней, а может совпадать со сроком жизни организма. Клетка — основная структурная и функциональная единица организма. Размеры клеток обычно порядка нескольких микрометров 1 мкм - 0,001 мм; самые мелкие—от 0,5 до 1,2 мкм, что делает недоступными для изучения невооруженным глазом. Открытие исследование клетки тесно связано с изобретением и усовершенствованием микроскопа. Современные методы исследования позволяют учитывать взаимосвязь структуры и функции, т.е. изучать клетки в единстве с физиологией.
Вне клетки жизни нет.
Новые клетки возникают только путём деления ранее существовавших клеток.
2. Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем;
Рассматриваются следующие концепции возникновения жизни
Концепция креационизма. Согласно креационизму возникновение жизни на Земле не могло осуществиться естественным, объективным, закономерным образом; жизнь является следствием божественного творческого акта. Возникновение жизни относится к определенному событию в прошлом.
Концепция спонтанного зарождения жизни. Идея самозарождения получила широкое распространение в Средневековье и эпоху Возрождения, когда допускалась возможность самозарождения не только простых, но и довольно высокоорганизованных существ.
Концепция стационарного состоянии. Сторонники теории вечного существования жизни считают, что на вечно существующей Земле некоторые виды вынуждены были вымереть или резко изменить численность в тех или иных местах планеты из-за изменения внешних условий.
Концепция панспермии. Теория панспермии (гипотеза о возможности переноса жизни во Вселенной с одного космического тела на другие) не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни и переносит проблему в другое место Вселенной.
Концепция случайного однократного появления жизни. Получившая в настоящее время наиболее широкое признание. Она сформулированна советским ученым акад. А. И. Опариным и английским ученым Дж. Холдейном. Эта гипотеза исходит из предположения о постепенном возникновении жизни на Земле из неорганических веществ путем длительной абиогенной (небиологической) молекулярной эволюции. Теория А. И. Опарина представляет собой обобщение убедительных доказательств возникновения жизни на Земле в результате закономерного процесса перехода химической формы движения материи в биологическую.
Исторические этапы развития жизни.
История развития жизни на Земле подразделяется на Эры и периоды (системы), составляющие 3,5 млрд лет. Так, в Южной Африке найдены остатки, принадлежавшие уже оформившимся организмам, живших 3,1 млрд. лет назад. Это бактериоподобные образования. В более поздних отложениях (с возрастом в 2,7 млрд лет) в Южной Родезии (на территории современного государства Зимбабве) найдены водорослевые известняки, биогенное происхождение которых не вызывает сомнений. В отложениях с возрастом 1,9 млрд. лет в районе озера Онтарио (Канада) найдены хорошо сохранившиеся остатки растений, напоминающих сине-зеленые водоросли. С этого времени, относящегося к началу протерозойской эры (периоду Саян), начинается бурное развитие жизни. Но это все еще было время господства одноклеточных водорослей и бактерий.
А вот уже в период Енисей (1500-1200 млн лет назад) начали встречаться первые многоклеточные водоросли, вслед за которыми в синийский период (1200—570 млн лет назад) появились первые многоклеточные животные: медузы, губки, черви. Один миллиард лет назад жизнь на Земле была уже достаточно разнообразной.
В течение протерозоя (1900-570 млн лет назад) за счет фотосинтеза растений состав атмосферы Земли резко изменился: существенно увеличилось количество свободного кислорода и уменьшилась масса углекислоты, перешедшей в огромные отложения углекислого кальция (толщиной в несколько сотен метров), образовавшиеся при участии водорослей. Поскольку свободный кислород оказался сильнейшим ядом для неприспособленных к нему организмов, многие их виды вымерли. От тех же видов, которые приспособились к жизни в кислородной атмосфере, произошли все современные аэробные организмы.
Указанный исторический факт ярко демонстрирует, что биосфера как целостная система всех живых организмов вместе со средой их обитания обусловливает характер и направление эволюции отдельных видов. Более того, раз возникнув, биосфера наложила абсолютный запрет на новые попытки самозарождения жизни из неживой материи. Не менее показательно и то, что появление многоклеточных организмов тоже стало неодолимым препятствием на пути дальнейшего развития одноклеточных в том же направлении. Эволюция жизни необратима и неповторима. С появлением живых организмов полную силу набрал естественный отбор как ведущий фактор эволюции. По приблизительным расчетам американского палеонтолога Д. Симпсона, за всю историю Земли существовало примерно 500 млн видов организмов, а сейчас насчитывается (тоже примерно) 2 млн. Это значит, что к настоящему времени выжили лишь 0,4% всех когда-либо существовавших биологических видов.
Проследим дальнейший ход развития жизни. Палеозойская эра начинается с кембрия (570-480 млн лет назад), получившего название по месту первой находки остатков жизни этого периода. Суша в это время оставалась безжизненной (за исключением прибрежных мест, где пробивались водоросли и растения, похожие на мхи). В море обильно произрастали сине-зеленые и красные водоросли, обитали животные: первые членистоногие (трилобиты, некоторые длиной до полуметра), иглокожие (морские звезды, голотурии), черви, медузы, гидроидные полипы.
В период ордовик (480-420 млн лет назад, по названию одного из кельтских племен) мир жизни пополнился морскими ежами, головоногими моллюсками, мшанками. Особо следует выделить появление панцирных рыб — первых представителей позвоночных животных. В систему (период) силура (420-400 млн лет назад; название тоже по имени одного кельтского племени) произошло важнейшее событие — массовый выход жизни на сушу. По суше распространились псилофиты — споровые растения, напоминающие плауны. Вслед за растениями на суше появились и животные, в частности огромные ракоскорпионы (до 3 м длиной). В девонской системе (400-320 млн лет назад; название по имени графства Девоншир в Южной Англии) распространились папоротники, хвощи, возникли предки всех современных форм рыб, несколько разнообразится животный мир суши (скорпионы, клещи, насекомые). К концу палеозоя, в периоды карбон и пермь уже существуют наземные позвоночные, питающиеся членистоногими.
Для самой возможности заселения жизнью суши необходимым условием явилось образование большого количества кислорода, превращавшегося в верхних слоях атмосферы в озон, слой которого защитил поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового облучения. Только после этого жизнь могла выйти из воды на сушу.
С триаса (225-185 млн лет назад) начинается мезозой, средняя эра. В этот период возникают настоящие костистые рыбы, происходит, как говорят, взрывное развитие пресмыкающихся. Это время динозавров, гаттерий, черепах, древних крокодилов, ихтиозавров и других рептилий. В юрский период (185-140 млн лет назад) продолжалось развитие рептилий. Некоторые динозавры достигали огромных размеров: диплодок — 30 м в длину, стегозавр — более 6 м в высоту. Пресмыкающиеся освоили и море, и сушу, и воздух. Появились первые птицы, продолжалось развитие и распространение млекопитающих.
В конце мезозоя (период мел, 140-70 млн лет назад) происходит резкое изменение живой природы. На суше вымирают все динозавры, летающие ящеры, многие водные пресмыкающиеся. Общепринятого и окончательного объяснения этого процесса нет. Допускается, что в данный период климат стал более континентальным и сухим. Растительный покров стал беднее, а он был основой существования растительноядных ящеров, вымирание которых обусловило вымирание и хищных динозавров. Продолжавшееся около 150 млн лет господство § этих гигантов сменилось выдвижением на первый план жизненного состязания млекопитающих. Произошла очередная крупная перестройка биосферы.
Эра новой жизни — кайнозой — приходится на последние 70 млн лет. Облик поверхности Земли приблизился к современному. Образовалось Тихоокеанское кольцо вулканов. В морях появились китообразные, ластоногие, крупные двустворчатые моллюски. Суша покрылась лиственными лесами, появились злаки, разнообразнее стал мир млекопитающих. Крупнейшие из них (индрикотерии) достигали 5 м высоты в загривке. 70 млн лет назад сформировались простейшие представители отряда приматов, в составе которого позже возникли высшие, человекообразные обезьяны (антропоиды). А 5 млн лет назад появились австралопитеки — обезьянолюди, эволюция которых примерно 2-3 млн лет назад привела к первым видам рода человеческого. Вид же современного человека (Ноmо sapiens, человек разумный), наделенного мышлением, языком (речью) и способностью создавать и систематически использовать искусственные орудия труда, имеет возраст в 40 тыс. лет (возможно, что раза в два больше).
Приведенная картина биологической эволюции в основном вполне достоверна, документирована палеонтологическими и археологическими находками.
3.Пути происхождения жизни согласно белково-коацерватной теории.
Согласно белково-коацерватной теории выделяют следующие этапы возникновения жизни на Земле:
1.Возникновение органических веществ;
2.Возникновение белков;
3.Возникновение белковых тел.
Астрономические исследования показывают, что как звезды, так и планетные системы возникли из газопылевого вещества. В некоторых случаях эта газопылевая материя объединяется в плотный, которые можно видеть невооруженным глазом. Химические исследования находящегося в галактике газопылевого вещества показали, что в нем наряду с металлами и их окислами обнаружено: водород, аммиак, вода и простейший углеводород – метан.
Второй этап – возникновение белков. Условия для начала процесса формирования белковых структур создались с момента создания первичного океана. Прежде всего в водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы. Известно, что белковая молекула состоит из отдельных звеньев – аминокислот, которые соединены между собой при помощи полиптеидных связей. Показано, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно синтезировать не только аминокислоты, но и другие биохимические вещества.
4. Биохимическая эволюция.
Среди астрономов, геологов и биологов принято считать, что возраст Земли составляет примерно 4,5-5 млрд. лет. По мнению многих биологов, в далеком прошлом состояние нашей планеты было мало похоже на нынешнее: по всей вероятности, температура ее поверхности была очень высокой (4000-8000°С), и по мере того, как Земля остывала, углерод и более тугоплавкие металлы конденсировались и образовали земную кору; поверхность планеты была, вероятно, голой и неровной, так как на ней в результате вулканической активности, непрерывных подвижек коры и сжатия, вызванного охлаждением, происходило образование складок и разрывов.