 |
Уровни организации живых систем
|
|
|
|
Каждая живая система состоит из единиц
подчиненных ей уровней организации и
является единицей, входящей в состав
живой системы, которой она подчинена.
1. Молекулярный1 уровень. Основу всех
животных, растений и вирусов
составляют 20 аминокислот и 4
одинаковых оснований, входящих в
состав молекул нуклеиновых кислот. У
всех организмов биологическая энергия
запасается в виде богатой энергией
аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).
2.Клеточный уровень. Клетка является
основной самостоятельно
функционирующей элементарной
биологической единицей, характерной
для всех живых организмов. У всех
организмов только на клеточном уровне
возможны биосинтез и реализация
наследственной информации. 3.Тканевый
уровень. Совокупность клеток с
одинаковым типом организации
составляет ткань. Тканевый уровень
возник вместе с появлением
многоклеточных животных и растений,
имеющих различающиеся между собой
ткани. ^.Органный уровень. Совместно
функционирующие клетки, относящиеся к
разным тканям, составляют органы.
Б.Организменный уровень. Разнообразие
организмов, относящихся к разным
видам, а также в пределах одного вида,
объясняется не разнообразием
дискретных единиц низшего порядка
(клеток, тканей, органов), а усложнением
их комбинаций, обеспечивающих
качественные особенности организмов.
б.Популяционнно-видовой уровень.
Совокупность организмов одного вида,
населяющих определенную территорию,
составляет популяцию. 7Биоценотический
уровень. Биогеоценозы - исторически
сложившиеся устойчивые сообщества
популяций различных видов, связанных
между собой и окружающей средой
обменом веществ, энергии и информации.
8. Биосферный уровень. Совокупность
биогеоценозов составляют: биосферу и
обуславливают все процессы,
|
|
|
протекающие в ней.
44. Общая теория химической
эволюции и биогенеза
А.П. Руденко сформулировал и основной
закон химической эволюции: с
наибольшей скоростью и вероятностью
образуются те пути эволюционных
изменений катализатора, на которых
происходит максимальное увеличение его
абсолютной активности. Саморазвитие,
самоорганизация систем может
происходить только за счет постоянного
притока энергии, источником которой
является основная, т.е. оазисная реакция.
Из этого следует, что максимальные
эволюционные преимущества получают
каталитические системы, развивающиеся
на базе экзотермических реакций.
Временной период химической эволюции.
На ранних стадиях химической эволюции
мира катализ отсутствовал. Первые
проявления катализа начинаются при
понижении температуры до 5000° К и
ниже и образовании первичных твердых
тел. Полагают также, что когда период
химической подготовки, т.е. период
интенсивных и разнообразных
химических превращений сменился
периодом биологической эволюции,
химическая эволюция как бы застыла.
Прикладное значение эволюционной
химии. Эволюционная химия не только
помогает раскрыть механизм биогенеза
но и позволяет разработать новое
управление химическими процессами,
предполагающее применение принципов
синтеза себе подобных молекул и
создание новых мощных катализаторов, в
том числе биокатализаторов - ферментов,
а это, в свою очередь, является залогом
решения задач по созданию
малоотходных, безотходных и
энергосберегающих промышленных
процессов.
58.1 эволюционировать даже в пробирке. Условия для эволюции таких организмов наблюдаются при кристаллизации глины. Эти предположения основаны, в частности, на том, что при кристаллизации глин каждый новый слой кристаллов выстраивается в соответствии с особенностями предыдущего, как бы получая от него информацию о строении. Это напоминает механизм репликации РНК и ДНК. Таким образом, получается, что химическая эволюция началась с неорганических соединений, и первые биополимеры могли быть результатом автокаталитических реакций малых молекул алюмосиликатов глины.
|
|
|
53.Информация и энтропия.
Действительно, увеличение энтропии
соответствует переходу системы из болееупорядоченного в менее упорядоченное состояние. Такой переход сопровождается уменьшением информации, содержащейся в структуре системы. Беспорядок, неопределенность
можно трактовать как недостаток информации. В свою очередь возрастание количества информации уменьшает
неопределенность. Вспомним физический смысл энтропии. Все процессы, самопроизвольно протекающие в природе, необратимы и способствуют переходу системы 8 равновесное состояние, которое. всегда характеризуется тем, что: а) в процессе этого перехода всегда безвозвратно выделяется некоторая энергия и для совершения полезной работы она использована быть не может; б) равновесном состоянии элементы системы характеризуются наименьшей упорядоченностью. Отсюда следует, что энтропия является как мерой рассеяния энергии, так и, что сейчас для насглавное, мерой неупорядоченности системы.
62. Проблемы антропогенеза.
Основные этапы развития «человека
разумного»
Австралопитеки - сравнительно крупные, около 20-65 кг массой, 100-150 см ростом ходили на коротких ногах при выпрямленном положении тела, масса мозга - 450-550 г. Это были обитатели открытых пространств. Свободные руки служили для нападения и защиты. Австралопитеки широко использовали как
ударные орудия палки, камни, кости
копытных и т.д. Род Ногтю, появившийся
на Земле, продолжал претерпевать
эволюционные изменения. В настоящее
время известны несколько переходных
форм. 1. Человек умелый (Нолю НаЬШз). - 2 млн. лет назад. 2. Архактропы (Нота егекшз) - 2 млн. лет назад -140 тыс. лет
назад. 3. Палеоантропы (Ното
Меагк3егйта1епя5, неандертальцы) - от 250 до 40-25 тыс. лет назад. Последние
исследования показывают, что
неандертальцы - неоднородная группа. Интересно, что более древние по возрасту находки неандертальцев морфологически (т.е. по форме) более прогрессивны, чем более поздние формы. Поэтому нельзя воображать себе эволюцию как ствол, неукротимо тянущийся к некой вершине, — эволюция больше похожа на гигантский кустарник, покрывающий огромное поле и состоящий из множества более мелких, но тоже очсть сложных кустов.
|
|
|
58.Гипотеза Опарина-Холдейна. В 1923 г. появилась знаменитая гипотеза Опарина, сводившаяся к следующему: первые сложные углеводороды могли возникать в океане из более простых соединений, постепенно накапливаться и проводить к возникновению «первичного бульона». Эта гипотеза быстро приобрела вес теории. Надо сказать, что последующие экспериментальные исследования свидетельствовали о правомерности таких предположений. Так в 1953 г. С. Миллер, смоделировав предполагаемые условия древней Земли (высокая температура, ультрафиолетовая радиация, электрические разряды) синтезировал в лабораторных условиях 15 аминокислот, входящих в состав живого, некоторые простые сахара (рибоза). Позднее были синтезированы простые нуклеиновые кислоты (Орджел). В настоящее время синтезированы все 20 аминокислот, составляющих основу жизни.Опарин предполагал, что решающая роль в превращении неживого в живое принадлежит белкам. Белки способны образовывать гидрофильные комплексы: молекулы воды образуют вокруг них оболочку. Эти комплексы могут обособляться от водной фазы и образовывать так называемые коацерваты (<лат. сгусток, куча) с липидной оболочкой, из которой затем могли образоваться примитивные клетки. Существенный недостаток этой гипотезы – она не опирается на современную молекулярную биологию. Это вполне объяснимо, поскольку механизм передачи наследственных признаков и роль ДНК стали известны сравнительно недавно.(Английский ученый Холдейн (Кембриджский университет) в 1929 г. опубликовал свою гипотезу, согласно которой, живое также появилось на Земле в результате химических процессов в богатой диоксидом углерода атмосфере Земли, и первые живые существа были, возможно, «огромными молекулами». Он не упоминал ни о гидрофильных комплексах, ни о коацерватах, но его имя часто упоминается рядом с именем Опарина, а гипотеза получила название гипотезы Опарина-Холдейна.) Решающую роль в возникновении жизни впоследствии отводили появлению механизма репликации молекулы ДНК. Действительно, любая сколь угодно сложная комбинация аминокислот и других сложных органических соединений – это еще не жизнь. Ведь важнейшее свойство жизни – ее способность к самовоспроизведению. Проблема здесь в том, что сама по себе ДНК «беспомощна», она может функционировать только при наличии белков-ферментов (например, молекула ДНК-полимеразы, «расплетающая» молекулу ДНК, подготавливая ее к репликации). Остается открытым вопрос, как самопроизвольно могли возникнуть такие сложнейшие «машины» как пра-ДНК и нужный для ее функционирования сложный комплекс белков-ферментов.В последнее время разрабатывается идея возникновения жизни на основе РНК, т.е. первыми организмами могли быть РНК, которые, как показывают опыты, могут
|
|
|
Лимитирующие факторы.
В 1840 г. химик - органик Ю. Либих (1803-1873) выдвинул теорию минерального питания растений, в которой утверждается, что развитие растений зависит не только от тех химических элементов или веществ (факторов), которые присутствуют в достаточном для организма количестве, но и от тех, которых не хватает. Например, избыток воды или азота не заменяет недостатка бора или железа, которые обычно присутствуют в почве в малых количествах. Либих сформулировал «закон минимума» (называемый также «законом Либиха»), согласно которому необходимо увеличивать содержание в почве минерального вещества, находящегося в минимальном количестве. Разумеется, закон Либиха справедлив не только для растений.
Спустя 70 лет американский ученый В.Шелфорд доказал, что не только вещество или какой-либо другой фактор (например, температура, давление и т.п.), присутствующее в минимуме, может определять урожай или жизнеспособность организма, но и избыток какого-то элемента может приводить к нежелательным последствиям. Например, многие животные и растения могут поддерживать жизнедеятельность лишь в некотором узком диапазоне рн. Согласно В. Шел форду, факторы, присутствующие как в избытке, так и в недостатке по отношению к оптимальным требованиям организма, называются лимитирующими, а соответствующее правило получило название «закона лимитирующего фактора», или «закона толерантности» (толерантность = терпимость).
76, Симметрия и асимметрия живого
|
|
|
Современное естествознание пришло еще к одному важному открытию, связанному с симметрией и касающемуся отличия
живого от неживого- Дело в том, что
«живые» молекулы, т.е. молекулы
органических веществ, составляющих
живые организмы и полученные в ходе
жизнедеятельности, отличаются от
«неживых», т.е. полученных
искусственно, отличаются зеркальной
симметрией. Неживые молекулы могут
быть как зеркально симметричны, так и зеркально асимметричны, как, например, левая и правая перчатка. Это свойства зеркальной асимметрии молекул называется киральностью или
хиральностью (греч.спе!го5 - рука).
Неживые киральные молекулы
встречаются в Природе как в «левом» так и в «правом» варианте, т.е. они кирально нечистые. «Живые» молекулы могут быть только одной ориентации - «левой» или
«правой», т.е. здесь говорят о киральноЙчистоте живого. Например, молекула ДНК, как известно, имеет вид спирали, и эта спираль всегда правая. У глюкозы,
образующейся в организме
правовращающая форма, у фруктозы -
левовращающая. Следовательно,
важнейшая способность живых
организмов - создавать кирально чистые молекулы. По современным
представлениям именно киральность молекул определяет биохимическую границу между живым и неживым.
77. Нарушение симметрии как
источник самоорганизации
Взаимосвязь симметрии и асимметрии
рассматривается современной наукой в
различных аспектах, охватывающих
саморазвитие материи на всех ее
структурных уровнях. Так современное
синергегичеосое видение эволюции
Вселенной основано на идее о т.н.
спонтанном нарушении симметрии
исходного вакуума. Под исходным
вакуумом понимают состояние материидо большого Взрыва, когда вся материябыла представлена физическим
вакуумом. В настоящее время считается,что истинный физический вакуум - этосостояние материи с наименьшейэнергией. Идея спонтанного нарушениясимметрии исходного вакуума означаетотход от общепринятого представления о
вакууме как о состоянии, в котором
значение энергии всех физических полейравно нулю. Здесь признается
возможность существования состояний снаименьшей энергией при отличном отнуля значении некоторых физическихполей и возникает представление осуществовании вакуумных конденсатов -состояний с отличным от нуля средним
значением энергии. Спонтанное
нарушение симметрии означает, что приопределенных макроусловиях
фундаментальные симметрии
оказываются в состоянии неустойчивости, а платой за устойчивое состояние является асимметричность вакуума. (Для такого вакуума введен термин «ложный вакуум»).
|
|
|
