 |
Структурные уровни организации живой материи
|
|
|
|
Мир живого есть совокупность живых систем различной степени сложности и организации. По этому критерию выделяют следующие уровни организации живых систем:
1. молекулярный. Представлен белками и нуклеиновыми кислотами, которые лишь в своей совокупности несут отдельные признаки жизни. Таким образом, живой является не отдельная молекула ДНК, РНК или белка, а их система в целом.
2. клеточный уровень. Представляет собой сложную целостную систему, компонентом которой являются молекулярные образования.
3. органно-ткакневый. Ткань – совокупность сходных по строению клеток, выполняющих общие функции. Совместно функционирующие клетки, относящиеся к разным тканям, составляют органы.
4. организменный. Представлен организмом как целостной системой взаимодействия его компонентов, выполняющих специфические функции.
5. популяционно-видовой – сообщество особей одного вида, которое связаны между собой общим местом обитания и генофондом, скрещиваются и воспроизводят себя в потомстве.
6. биоценозы – комплекс живых и неживых компонентов, занимающих определенную территорию – экосистема.
7. биосфера – совокупность всех живых организмов планеты вместе с окружающей средой.
КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ
1. Долгое время существовало представление о возможности зарождения живого из неживого: креационизм (божественное происхождение жизни, в результате акта божественного творения).
2. Концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества. Но в 60-е годы 19-го века Луи Пастор своими опытами доказал невозможность спонтанного самозарождения простейших организмов. После этого появляются теории вечности жизни: в частности, концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда.
|
|
|
3. Концепция панспермии – внеземное происхождение жизни – зародыши живых организмов занесены на Землю из космоса метеоритами и космической пылью – Рихтер. В 20 веке идею космического происхождения живого на Земле и вечности существования жизни в космосе развивал Вернадский.
4. Биохимические концепции происхождения живого. В современной науке принята гипотеза абиогенного (небиологического) происхождения жизни под действием естественных причин. В результате длительной эволюции – химической, а затем биохимической, зародилось живое. В основе этой концепции гипотеза Опарина
Возраст Земли – 5-6 млрд. лет. Жизнь существует на Земле 3,5 млрд. лет.
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЖИЗНИ
1. Образование простых органических соединений. На начальных этапах своей истории Земля представляла собой раскаленную планету (4 000 – 8 000 градусов). Но по мере ее остывания тяжелые химические элементы перемещались к центру, и впоследствии образовали земную кору, а легкие элементы (кислород, водород, углерод, азот) скапливались на поверхности и стали взаимодействовать друг с другом. Когда температура поверхности Земли приблизилась к 1000С, произошло сгущение водяных паров и образование больших водоемов. В результате активной вулканической деятельности и из внутренних слоев Земли на поверхность выносились различные карбиды (металл + углерод). Они смывались в первичный бульон, где вступали во взаимодействие с водой. В результате образовались различные углеводородные соединения.
2. Возникновение сложных органических соединений. На этом этапе, благодаря высокой температуре, грозовым разрядам, ультрафиолетовому излучению простые молекулы органических соединений при взаимодействии с другими веществами усложнялись и образовывались белки, нуклеиновые кислоты, жиры, аминокислоты, углеводы. Одним из условий для синтеза биополимеров было отсутствие в первичной атмосфере кислорода, так как органические вещества гораздо легче создаются в восстановительной среде, чем в атмосфере, богатой кислородом. Согласно гипотезе Опарина разрозненные соединения смешивались с образованием коацевратных капель, по мнению Опарина коацерваты являются предшественниками клеток. Коацерваты обладают рядом свойств, которые сближают их с простейшими живыми системами (первоначальный обмен веществ, увеличение в размере и др.).
|
|
|
3. Возникновение простейших форм живого. Завершение процесса биогенеза связано с возникновением у более стойких коацерватов способности к самовоспроизведению со стороны частей, переходом к матричному синтезу белка, характерному для живых организмов. В ходе предбиологического отбора выживали те коацерваты, у которых способность к обмену веществ сочеталась со способностью к самовоспроизведению. На этом этапе завершился процесс добиологической эволюции и начался период биологической эволюции.
Эта концепция происхождения жизни не является единственно возможной и нуждается в экспериментальном подтверждении.
Слабость гипотезы состоит в нерешенности главного вопроса всей проблемы – о движущих силах саморазвития химических систем и перехода от химической эволюции к биологической. Какова причина того таинственного толчка от неживой к живой природе? Ни одна из существующих гипотез не может объяснить возникновения механизма наследственности. Сегодня для объяснения перехода от предбиологической эволюции к биологической используется теория самоорганизации (синергетика), законы которой позволяют объяснить спонтанное возникновение новых структур в ходе взаимодействия открытой системы с окружающей средой.
ПРОБЛЕМЫ ГЕНЕТИКИ
Генетика – наука о наследственности и изменчивости организмов и способы управления ими.
1900 год – переоткрытие законов Менделя. Возникновение генетики связано с открытием в 1865 году законов наследственности Менделем. Но работы Менделя были незамечены. В 1900 году законы Менделя были открыты независимо 3-мя учеными (Де Фриз, Чермак, Корренс).
|
|
|
В 20 веке последовал целый ряд открытий, а именно, в 1912 году Морган разработал хромосомную теорию наследственности, в 1944 году американские биохимики Эвери и компания установили, что носителем наследственной информации является ДНК, в 1953 году расшифровано строение ДНК, которая показала, что молекула состоит из 2-ух полинуклеидных цепей, каждая из которой выступает в качестве матрицы для синтеза новых цепей. В последние десятилетия учеными была установлена зависимость синтеза белков от состояния генов, осуществлен синтез гена, расшифрована аминокислотная последовательность многих белков и т.д.
В конце 2000 года расшифрован геном человека. Геном – совокупность генов, сосредоточенных в единичном наборе хромосом данного организма. Геном человека содержит около 100 тыс. генов, содержащих около 3 млрд. единиц информации.
Это дало понимание причин и механизмов болезней и позволит выработать эффективные методы их лечения.
Но для того, чтобы установить функции всех генов нужно много времени.
Крупнейшее открытие современной генетики связано с установлением способностей генов.
Мутации – скачкообразные и устойчивые изменения генетического материала, передающегося по наследству.
По изменению генетического материала мутации подразделяются на:
1. Геномные – изменение числа хромосом. Потеря любой из 46 хромосом или добавление лишней ведет к тяжелым расстройствам развития. Например, лишняя хромосома в 21 паре приводит к болезни Дауна.
2. Хромосомные. Связаны с изменением структуры в зародышевых клетках ребенка.
3. Генные мутации связаны с изменением молекулярной структуры ДНК.
Мутации могут быть вредными, нейтральными и гораздо реже – полезными (повышение приспособляемости к жизни).
Факторы, вызывающие мутации называются мутагенными: радиация, химические изменения, изменение температур, вирусы, бактерии.
ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
Возникла в 70-80 годы 20 века. Генная инженерия – раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным конструированием новых несуществующих в природе сочетаний генов.
|
|
|
ЗАДАЧИ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ: расшифровка структуры генов, синтез генов биохимическим путем, клонирование генов, перенос выделенных или вновь синтезированных генов из одной клетки или организма в другую с целью направленного изменения их наследственных свойств, т.е. управление наследственностью. Путем вмешательства человека в конструкцию ДНК были улучшены или изменены свойства десятков животных и растений с целью повышения урожайности сельскохозяйственных культур и улучшения пород скота.
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ: в медицине1. связано с диагностикой заболеваний – разработаны диагностические препараты, позволяющие обнаружить генетические аномалии в период беременности. 2. лечение заболеваний. Разрабатываются методы лечения наследственных болезней путем введения генов с правильной информацией в клетки, содержащие дефектные гены или добавлением новых генов, в которых имеются вещества для борьбы с болезнью (генотерапия).
3.Профилактика. Одним из перспективных направлений генной инженерии является культивирование генов больных и здоровых людей в клетках других живых организмов с целью изучения молекулярных основ наследственных заболеваний человека.
Клонирование – процесс, в ходе которого живое существо производится от единственной клетки, взятой от другого живого существа.
Генная инженерия лежит в основе современной биотехнологии.
ПРИМЕНЕНИЕ: в медицине и фармацевтике (гормон роста, интерферон, клонирован ген инсулина, нейропиптиды – белки головного мозга, регулирующие такие биологические процессы как сон, память, боль ит.д.), получение пищевых продуктов из трансгенных растений (генетически измененные с заданными параметрами).
С 1996 года выращивают трансгенную картошку, кукурузу, сою, однако, далеко не все ученые уверены в их безопасности.
|
|
|
