|
|
ОглавлениеГлава 1.3. Основные исторические этапы развития естествознания Раздел 2. Концепции классической науки. Глава 2.1. Механическая физическая картина мира Глава 2.2. Электромагнитная картина мира Глава 2.3. Классические концепции энергии и времени Раздел 3. Концепции неклассической науки. Глава 3.1. Теория относительности Глава 3.2. Современное естествознание о физической реальности и силах взаимодействия в природе Глава 3.3. Современные концепции происхождения Вселенной Глава 4.2. Биосфера, климат и строение Земли Глава 4.3. Живые системы и их особенности Глава 4.4. Основные концепции происхождения жизни и человека Глава 4.5. Человек, его будущее в свете достижений современного естествознания Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГлава 4.3. ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ ОСОБЕННОСТИОсновные понятия: уровни организации живого, существенные свойства живых систем, генетика, ген, генетический код, геном человека, клонирование, определения жизни 4.3.1. Наукой о живых системах является биологияДлительное время биология была описательной наукой. Начиная со второй половины прошлого века, она создала значительный теоретический и экспериментальный задел, который позволяет ей по-новому рассмотреть содержание таких фундаментальных понятий, как строение, состав, свойства живых систем, эволюция и ряд других. Большую роль в развитии биологии (науки предсказательной, теоретической) сыграла генетика и особенно работы по секвенированию (от соответ. латинского слова — следование) и расшифровке генома человека, начатые в 1988 г. по программе «Геном человека» Национального института здоровья (США), объединившей усилия ученых многих стран, включая некоторых ученых из нашей страны. В апреле 2003 г. ученые сообщили о полном черновом варианте расшифровки генома человека. Исследователи, изучающие отличие живого и неживого, сравнивают живое и неживое по трем основаниям: вещественным, структурно-организационным и функциональным. В вещественном сравнении живые организмы так же, как и неживые, состоят из атомов химических элементов и представляют собою дискретное в пространстве и времени вещество. Принадлежат ли живому какие-то особые поля, свойственные только живым системам, этот вопрос давно обсуждается. Однако естественными науками такие поля не обнаружены. В структурно-организационном плане живое существенно отличается от неживых систем. Все живые организмы являются сложными системами и имеют свойственные только им структурные и организационные особенности. Они имеют клеточное строение, исключая вирусы, обмен веществ. Они способны к размножению, изменению во времени. У всех живых систем имеется единая система записи генетической информации (генетический код). Генетическая информация — это программа свойств организма, получаемая от предков и заложенная в наследственных структурах в виде генетического кода. Генетическая информация определяет морфологическое строение, рост, развитие, обмен веществ, психический склад, предрасположенность к заболеваниям и генетические болезни организма (определение генетического кода дается ниже). Организмы представляют собой единство целостности и дискретности. Находясь в энергетической зависимости от окружающей среды, они способны защищаться от вредных воздействий на организм, угрожающих его существованию. Они имеют раздражимость в качестве общего механизма адекватного реагирования на изменения окружающей среды и поведения других организмов. Функция (лат. functio — исполнение) — совокупная деятельность организма, его существование. В функциональном сравнении живые организмы принципиально отличны от неживых тел. Они являются уникальными системами хранения, обработки и использования информации (лат. informatio — разъединение, изложение). Информация применительно к организмам означает передачу признаков и обмен сигналами от клетки к клетке, от организма к организму. Функциональное различие организмов и неживых тел интересно изложено в книге А. Шилейко и Т. Шилейко. «Информация и интуиция». 4.3.2. Уровни организационной сложности живых системЖивые системы или организмы существуют в виде огромного многообразия одноклеточных и многоклеточных организмов. Живое вещество, как утверждал В. И. Вернадский, есть самая мощная геологическая сила биосферы, растущая с ходом времени. Оно не случайно и независимо от нее. Оно есть проявление физико-химической организованности биосферы. Сложность строения и организации живых систем проявляется на уровнях организации живого. Молекулярный. Как бы ни была сложна живая система, организм, он состоит из определенных химических элементов и органических молекул. На этом уровне происходят многообразные биохимические процессы жизнедеятельности организма (обмен веществ и превращение энергии, запись, кодирование наследственной информации и др.). Этот уровень является биохимической основой таких свойств организмов, как онтогенез, или индивидуальное развитие конкретного организма, филогенез (эволюционное развитие), единство целостности и дискретности организмов. Все организмы, начиная с одноклеточных организмов, состоят из относительно обособленных элементов. Элементы организма тесно взаимосвязаны между собою организационно и подчиняются определенным законам, которые образуют живое как единое целое. Организация, организованность являются важнейшими свойствами живого. Тканевый уровень (система тканей, их строение и функции). Органный уровень (изучается строение, функции органов живой системы). Организмический уровень (изучаются свойства и признаки организмов). Популяционно-видовой уровень (исследуются особи одного вида, включая генетические аспекты). Биоценотический уровень (взаимодействие видов на одной территории). Биосферный уровень (самый высокий уровень организационной сложности взаимодействия живых систем на Земле). Ноосферный уровень по В. И. Вернадскому: «Все человечество, вместе взятое, представляет ничтожную массу вещества планеты. Мощь его связана не с его материей, но с его мозгом, с его разумом и направленным этим разумом трудом... Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью свою жизнь». Учение В. И. Вернадского о биосфере и его учение о ноосфере оказали большое влияние на развитие современной концепции происхождения жизни и на развитие биологии. Он сформулировал ряд важных принципов и правил взаимодействия подсистем биосферы: принцип целостности, принцип гармонии, правило инерции (распространение живого в биосфере) и другие. 4.3.3. Единство химического состава всего живогоВ состав всех живых тел входят те же химические элементы, что и в неживые тела. Однако их соотношение различно. Основными химическими элементами живых тел являются водород, углерод, кислород, азот, фосфор. В клетку живого организма входит более 80 химических элементов, но среди химических элементов, из которых состоят все клетки живых организмов, нет химических элементов, характерных только для живого. В сухой массе клетки живого содержится: кислород — 65—75%, углерод — 15—18%, водород — 8—10%, азот — 1,5—3%, кальций — 0,04—2%, фосфор — 0,20—1%. Леонардо да Винчи называл живой организм одушевленной водой. В определенном смысле он был прав: вода занимает от 75 до 85% общей не сухой массы клетки. Далее идут белки — 10—20%, жиры — 1—5%, углеводы — 0,2—2%, нуклеиновые кислоты — 1—2%, низкомолекулярные органические соединения — 0,1—0,5% и, наконец, неорганические вещества — 1—2%. Человек весом 65 кг содержит в своем теле 40 л воды в составе клеток, внеклеточных жидкостей, свободном состоянии и т. д. Кровь человека на 80% состоит из воды, мозг — на 89%, мышца — на 70%, кости — на 20%. Человек потребляет за всю свою жизнь (средний показатель) более 25 т пресной воды. Потеря воды организмом человека на 20—25% ведет к смерти. Тело 3-месячного эмбриона человека состоит на 95% из воды, новорожденного ребенка — на 70%. Вода в живых организмах выполняет множество функций (растворитель, терморегулятор, реагент в реакциях, источник водорода и т. д.). Все организмы состоят из органических соединений, основой которых является углерод. Углерод обладает уникальной способностью образовывать с большинством химических элементов молекулы самого различного состава и строения (цепного, циклического, с простыми и кратными связями с другими атомами). Среднее содержание углерода в растениях животных организмов около 18%. Углерод занимает четвертое место после водорода, гелия и кислорода на Солнце. Ученых давно интересует вопрос: существует ли какой-то другой абиогенный химический элемент для образования живого вещества, отличный от углерода? Одним из претендентов на роль такого абиогенного химического элемента выдвигается кремний. Почти вся масса земнойкоры (97%) состоит из кремнезема и силикатов (соединений кремния). Однако соединения кремния не способны образовывать слабые вторичные связи с другими химическими элементами, что характерно для углеродных соединений. Углерод в соединениях кремния обнаруживается при температуре плавления геологической породы более 1000° С, а углерод в органических соединениях обнаруживается при температуре около 400° С. Следовательно, если взять грунт с Марса и сжечь его в специальных печах, то можно сказать, есть ли жизнь на Марсе. 4.3.4. Единство органического строенияВсе живые системы состоят из макромолекул нескольких органических соединений: белков, нуклеиновых кислот, углеводов и жиров (липидов). Углеводы и жиры играют важную роль в живых системах, но не им принадлежит роль главная и определяющая. Углеводы, входящие в состав живого вещества, выполняют в основном энергетическую функцию. При сжигании углеводов организм получает основную часть необходимой энергии. Углеводы — органические соединения, состоят из одной или нескольких молекул простых сахаров. Кроме этого, углеводы в виде сахара дизоксирибоза и рибоза входят в состав нуклеиновых кислот. Липиды (жиры) — жироподобные органические соединения. Основные их функции: строительная (входят в состав мембран), гормональная, запасающая энергетическая, термоизоляционная (покрывает, например, шерсть животных), стабилизационная (участие в обмене веществ, обеспечение относительного постоянства химического состава всех частей организма). Белки. Сходство и различие организмов определяется характерным для них набором белков. Любой вид имеет только ему присущий набор белков, что составляет его видовые отличия. Набор белков, свойственный конкретному виду, обусловливает индивидуальную специфику организмов данного вида. Только монозиготные близнецы имеют одинаковый набор белков, у всех остальных людей белки не одинаковые. Белки определяют все признаки клетки и организма в целом. Монозиготные (от соответ. слов греческого языка — один и соединенный в пару) имеют один и тот же генетический тип, развились из одной и той же женской половой клетки, оплодотворенной одним и тем же сперматозоидом. Идентичны по многим признакам: группа крови на 100%, цвет кожи на 75% из 100 случаев и др. Белки — это полимеры (греч. polys — многий и meros — доля, часть), элементами которых являются мономеры. Мономеры белков — аминокислоты. Каждая аминокислота содержит одинаковые группировки атомов: аминогруппу — NH2 и карбоксильную группу — СООН. Различия между аминокислотами определяются входящими в них группами атомов, названных радикалами (R): разные их составы образуют различные аминокислоты. Общая структура аминокислоты выглядит таким образом: NуСНуСООН | R где Н2N — аминная группа, СООН — карбоксильная группа, радикал некоторого вида, СН — группа атомов связи. Радикалы (свободные) — это группа атомов или атомы с неспаренными электронами. Соединение аминокислот идет через общие для них группировки: аминная группа одной кислоты соединятся с карбоксильной группой другой кислоты. Эта связь называется пептидной (при переводе с греческого — сваренный), а результат этой связи называется пептидом. В широком смысле пептиды и белки — одно и то же. В узком смысле соединения до 10 аминокислот называют пептидами, а из более 10 аминокислот — белками или полипептидами. Размер отдельной аминокислоты равен в среднем приблизительно 0,3 нм. Известно более 300 различных аминокислот, однако в состав большинства белков входит всего лишь 20 различных аминокислот, которые называются основными для живого, и именно этими аминокислотами определяется биологическое разнообразие в живом мире. Важно иметь в виду, что различие между белками определяется не только составом и числом входящих в них аминокислот, но и последовательностью чередования в их соединениях. Некоторые заболевания связаны с присутствием в соединении другой аминокислоты или нарушением последовательности соединения аминокислот. С организационной и пространственной точки зрения белки имеют разные уровни организации: а) типа нити; б) закрученная нить в виде спирали; в) спираль, скрученная в клубок (глобулу) и г) структура из нескольких клубков. На молекулярном уровне сухая масса клетки состоит от 50 до 80% из белков. Организм человека образован из более 5 млн белков. Из белков состоят кости, ткани. Функции белков разнообразны: каталитическая, строительная (участвуют в образовании всех клеточных мембран и органоидов), двигательная (сокращение мышц и т. д.), защитная (антитела из белков распознают чужеродные организму вещества), транспортная (перенос, например, кислорода гемоглобином), регуляторная (участвуют в регуляции обмена веществ), энергетическая (при распаде 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж). Внимание! Авторские права на книгу "Концепции современного естествознания" (Лихин А.Ф.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
