Зарипова Концепции

Нуклеиновые кислоты - помимо углеводов, содержат кислород, водород, азот и фосфор. В клетках находятся дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая кислоты (ДНК и РНК). ДНК и РНК являются носителями генетической информации.

Митоз

Клетка размножается путем деления (митоз, мейоз).

Интерфаза

Ее часто неправильно называют стадией покоя. Продолжительность интерфазы различна и зависит от функции данной клетки. Это период, во время которого клетка обычно синтезирует органеллы и увеличивается в размерах. Ядрышки хорошо видны и активно синтезируют рибосомный материал. Непосредственно перед клеточным делением ДНК и гистоны каждой хромосомы реплицируются. Каждая хромосома представлена теперь парой хроматид, соединенных друг с другом центромерой. Вещество хромосом окрашивается и носит название хроматина, но сами эти структуры увидеть трудно.

Ядерная оболочка

Нити хроматина

Ядрышко

Центриоли

Цитоплазма

Клеточная мембрана

Рис.14.5. Интерфаза.

Профаза

Обычно самая продолжительная фаза клеточного деления. Хроматиды укорачиваются (до 4% своей первоначальной длины) и утолщаются в результате их спирализации и конденсации. При окрашивании хроматиды четко видны, но центромеры не выявляются. В разных парах хроматид центромера располагается по-разному. В животных клетках и у низших растений центриоли расходятся к противоположным полюсам клетки. От каждой центриоли в виде лучей расходятся короткие микротрубочки, образующие в совокупности звезду. Ядрышки уменьшаются, так как их нуклеиновая кислота частично переходит в определенные пары хроматид. К концу профазы ядерная мембрана распадается и образуется веретено деления.

151

Звезда

Центриола

Ядерная оболочка Ядрышко

Пара хромосом Центромера

Рис.14.6.Профаза.

Метафаза

Пары хроматид прикрепляются своими центромерами к НИТЯМ веретена (микротрубочкам) и перемещаются вверх и вниз по веретену до тех пор, пока их центромеры не выстроятся по экватору веретена перпендикулярно его оси.

Нити веретена

Центромера на экваторе веретена

Рис.14.7. Метафаза.

Анафаза

Это очень короткая стадия. Каждая центромера расщепляется на две, и нити веретена оттягивают дочерние центромеры к противоположным полюсам. Центромеры тянут за собой отделившиеся одна от другой хроматиды, которые теперь называются хромосомами.

Телофаза

Хромосомы достигают полюсов клетки, деспирализуются, удлиняются, и их уже нельзя четко различить. Нити веретена разрушаются, а центриоли реплицируются. Вокруг

152

хромосом на каждом из полюсов образуется ядерная оболочка. Вновь появляется ядрышко. За телофазой может сразу следовать цитокинез (разделение всей клетки на две).

Анафаза- дочерние хромосомы растаскиваются в стороны веретеном деления

Центриоли

Ядрышко

Нити хроматина Ядерная оболочка

Телофаза

Рис. 14.8. Анафаза и телофаза.

Обмен веществ или метаболизмсложный, многоступенчатый процесс. Он включает доставку в клетку исходных продуктов, получение из них энергии, синтез белков, выведение из клетки в окружающую среду выработанных полезных продуктов, энергии и « вредных отходов».

Метаболизм также обеспечивает сохранение устойчивости, стабильности внутренней среды клетки. Это свойство клеток, а также всего организма называется

«гомеостаз».

Особая роль в управлении всеми процессами в клетке приходится находящимся в ядре клетки нуклеиновым кислотам. Однако, исчерпывающего ответа, как именно обеспечивается управление многоступенчатыми процессами, происходящими в клетке пока не имеется.

Говоря о сложных и нерешенных вопросах, связанных со строением и функционированием клеток, необходимо еще остановиться на проблеме, обусловленной асимметрией живых организмов.

"Жизнь, каковой она предстает перед нами является функцией асимметрии Вселенной и следствий этого факта".Луи Пастер

1.Свойство объекта не совпадать со своим зеркальным отображением называется

хиральностью.

2.Понятие правого и левого объектов (резьба болта, рука человека) Объекты, совпадающие со своим зеркальным отображением, называют зеркально симметричными, или ахиральными.

153

Подчеркнем, что не только предметы, но и процессы, например химические реакции, могут проявлять зеркальную асимметрию. Наш обычный опыт говорит, что человек обладает структурной хиральностью: сердце у него находится слева, а печень - справа. Кроме того, у человека имеется и функциональная хиральность: люди делятся на правшей и левшей.

Луи Пастер (1848) впервые внимание на то, что живые организмы не обладают зеркальной симметрией: в них преобладают либо правые (D - Dextro), либо левые (L - Levo) молекулы-изомеры, т.е. асимметричны.

Действительно, белки состоят из 20 аминокислот, и для всех этих аминокислот (за исключением глицина) существуют L- и D- изомеры. Однако почти все белки построены из L- аминокислот (за исключением специальных пептидов).

В нуклеиновых кислотах присутствует только правый изомер сахара и поэтому, как правило, ДНК и РНК образуют правую спираль.

Таким образом, асимметричность – свойство, которое отличает живое от неживого.

154

Глава 15. Концепции организации живых систем

Популяционно-видовой уровень живого

Элементарной единицей эволюции живого является популяция, т.е. сообщество особей одного вида, обладающее единой совокупностью генов и занимающее определенную территорию.

Признаки:

1.Активная или пассивная подвижность всех компонентов популяции.

2.Популяции могут быть разного ранга: временные или сезонные группировки; независимые географические.

3.Для популяций характерно совместное существование и функциональное единство, единообразие приспособлений к среде, морфофизиологическая общность и генетическая индивидуальность.

4.Высокая численность и устойчивость достигается только в тех популяциях, которые имеют сложную пространственно-иерархическую структуру.

5.Для популяции характерны «волны жизни» (периодические колебания численности), плотность населения, соотношением возрастных группировок и полов, рождаемостью, смертностью и т.д.

Биоценоз, биогеоценоз

Биоценоз - совокупность животных, растений и микроорганизмов, населяющих участок среды с однородными условиями жизни (лес, луг, болото). Термин «биоценоз» предложен в 1977 году К.Мебиусом. Термин «биоценоз» упрочился главным образом в отечественной биологической литературе, в то время как в зарубежной используется близкий термин «сообщество»

Внутри биоценозов совершается круговорот в виде трофических цепей. Организмы, составляющие такие трофические цепи, можно классифицировать

следующим образом:

1.Продуценты — в большинстве своем зеленые растения, трансформирующие световую энергию в потенциальную химическую - Эта энергия сосредоточивается в сложных органических соединениях (белках, жирах, углеводах), созданных из неорганических веществ, которые поставляются окружающей абиотической средой.

2.Консументы — организмы, питающиеся уже созданными - сложными органическими веществами. Консументы разделяются на три группы:

а) консументы первого порядка, существующие непосредственно за счет продуцентов. Прежде всего это растительноядные животные, которые поедают ткани продуцентов, а также животные . паразиты зеленых растений;

б) консументы второго порядка, питающиеся консументами первого порядка. К ним принадлежат плотоядные, питающиеся растительноядными;

в) консументы третьего порядка, живущие за счет консументов второго порядка. Это плотоядные, питающиеся плотоядными же.

3.Биоредуценты — осуществляющие разложение органического вещества. Они питаются трупами или экскрементами и разлагают их, осуществляя тем самым постепенную минерализацию органической материи и ее возврат в неорганический мир.

155

Сюда относится огромное количество сапрофагов: всевозможные бактерии, грибы, животные, принадлежащие к самым разнообразным систематическим группам.

Пищевые цепи хищников. Они начинаются продуцентами, ассимилирующими минеральные вещества из абиотической среды, продолжаются растительноядными организмами, поедающими продуцентов и, в свою очередь, служащими кормом мелким хищникам, которых пожирают более крупные, и т. д.

Пищевые цепи паразитов. Они начинаются организмами относительно крупного размера и продолжаются более мелкими.

Пищевые цепи сапрофагов начинаются мертвым органическим веществом и продолжаются организмами, чаще всего микроскопическими, до полного разложения исходных органических веществ. Согласно закону экологической пирамиды с одного трофического уровня на другой переходит в среднем не более 10% энергии. Потеря энергии при переходах от нижнего трофического уровня к верхнему обусловлена вторым началом термодинамики.

Биоценозы являются компонентами очередного, третьего надорганизменного уровня - биогеоценозов (от греческого био - жизнь, гео - Земля и койнос- - общий). Они характеризуются определенными биологическими - в виде биоценозов - и абиологическими факторами среды или их ещѐ называют экосистемы. Термин «биогеоценоз» предложен в 1940 году русским ботаником В. Н. Сукачевым, «экосистема» английским ботаником А.Тенсли в 1935 году.

В. Н. Сукачев определял биогеоценоз как совокупность на некотором протяжении земной поверхности однородных природных явлении (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира, микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющую свою особую специфику взаимодействия этих слагающих ее составных частей и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и другими явлениями природы. В англоязычной литературе аналогом термина «биогеоценоз» выступает термин «экосистема», который все чаще используется в наших учебных пособиях.

Рис.15.1. Схема экосистемы.

156

Ограниченность пространства, занятого биогеоценозом, вызывает у организмов борьбу за расширение местообитания. Весьма существенна конкуренция за пищевой объект, включающая различные способы подавления конкурентов. У растений и бактерий пищевая конкуренция включает конкуренцию за питательные вещества.

Существенное значение для организмов, входящих в состав биогеоценозов, имеют связи типа взаимоотношений цветковых растений и насекомых-опылителей. В этом случае растения конкурируют между собой в способах привлечения насекомых, а насекомые — в эффективности сбора пыльцы и нектара.

Большой интерес представляют связи между организмами, получившие название симбиоза, т. е. сожительства. Типичным примером симбиоза служит лишайник, представляющий собой результат сожительства гриба и водоросли. С грибами также сожительствуют многие высшие растения. При этом грибы образуют микоризу, развивающуюся на корнях этих высших растений.

Кроме связей непосредственных — пищевых, прямой конкуренции за пищевой субстрат или местообитание, члены биоценоза неизбежно связаны между собой в процессе своей жизнедеятельности. Так, в зимний период в водоемах, покрытых льдом, в итоге деструктивных процессов нередко создается дефицит кислорода, который непосредственно отражается на жизнедеятельности всех аэробных организмов. Вместе с тем усиленное развитие микроскопических водорослей при недостатке солей азота и фосфора затрудняет деструкцию органического вещества микроорганизмами и т. д.

Наличие разнообразных связей между организмами приводит к тому, что биогеоценозы приобретают элементы целостности, устойчивости, относительной независимости в развитии. Эти качества биогеоценозов или экосистем проявляются, в частности, в способности противостоять различным внешним воздействиям.

(круговоротов). Речь идет о циркуляции химических элементов абиотического происхождения, которые попадают из окружающей среды в организмы и из организмов в окружающую среду. Неорганические элементы вносятся в ткани растений и животных в процессе их роста и развития и там входят в состав органических веществ. После смерти организма эти элементы подвергаются сложным реакциям, после чего попадают в новые организмы. К главным циклам, имеющим место в биогеоценозах (экосистемах), относят биогеохимические циклы углерода, воды, азота, фосфора, серы, биогенных катионов.

Для экосистемы характерны три основных отличительных признака: 1) осуществление полного цикла трансформации вещества, от создания органического вещества до его разложения на неорганические составляющие; 2) экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов; 3) относительная устойчивость, обусловленная структурой абиотических и биотических компонентов. Движущей силой потоков вещества и энергии в биосфере является излучение Солнца.

Концепция биосферы

Термин биосфера введен австрийским палеонтологом и геологом Эдуардом Зюссом в 1875 году и обозначал сферу жизни или совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете.

157

Однако, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она зависит и сама действует на нее. Подобное представление о концепции биосферы дано в трудах В.И.Вернадского (1863-1945).

Рис. 15.2 .В.И.Вернадский (1863-1945).

Основные выводы учения Вернадского о биосфере сводятся к следующему:

1.Принцип целостности утверждает, что биосфера, жизнь существуют как единое целое. Жизнь является необходимой и закономерной частью стройного космического механизма.

2.Принцип гармонии биосферы заключается в ее организованности, стройности, неразрывной связи в ней живых и неживых компонентов.

3.Принцип значительности роли живого в эволюции Земли утверждает, что на земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей и более могущественной по своим конечным последствиям, чем организмы, взятые в целом. Облик Земли как небесного тела фактически сформирован жизнью.

4.Основная роль биосферы состоит в трансформации солнечной энергии в действенную энергию Земли. Космическая энергия вызывает развитие жизни, которое достигается размножением.

5.Правило инерции заключается в распространении жизни по земной поверхности из-за проявления ее геохимической энергии. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные.

6.Закон бережливости в использовании живым веществом простых химических тел утверждает, что раз вошедший в организм элемент проходит длинный ряд состояний и при этом организм вводит в себя только необходимое количество элементов.

7.Пределы жизни определяются физико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их неразрушимостью в определенных условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организмов. Верхний предел жизни обусловливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет озоновый щит.

158

8.Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Например, интервал температуры жизни в 430° (от -250 °С до +180 °С) является предельным тепловым полем.

9.Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат приспособленности в ходе времени.

Биосфера, по В. И. Вернадскому, — это организованная, определенная оболочка

земной коры, сопряженная с жизнью. Пределы биосферы обусловлены, прежде всего, полем существования жизни. Биосфера — не просто одна из существующих оболочек Земли, подобно литосфере, гидросфере или атмосфере. Основное отличие биосферы состоит в том, что она — организованная оболочка. Быть живым — значит быть организованным, отмечал В. И. Вернадский, и в этом состоит суть понятия биосферы как организованной оболочки Земли.

По концепции Вернадского вещество биосферы разнородно по своему физикохимическому составу, а именно:

1.живое вещество — совокупность живых организмов;

2.биогенное вещество — непрерывный биогенный поток атомов из живого вещества в косвенное вещество биосферы и обратно;

3.косное вещество (атмосфера, газы, горные породы и пр.);

4.биокосное вещество, например почвы, илы, поверхностные воды, сама биосфера, т. е. сложные закономерные косно-живые структуры;

5.радиоактивное вещество;

6.рассеянные атомы;

7.вещество космического происхождения.

Устойчивость биосферы в целом, ее способность эволюционировать в значительной мере определяются тем, что она представляет собой систему относительно независимых биогеоценозов.

Биосфера представляет собой иерархически построенное единство, включающее в себя все уровни организации жизни: особь, популяцию, вид, биогеоценоз (экосистема). Каждый из перечисленных уровней обладает относительной независимостью, что обеспечивает возможность эволюции всей большой макросистемы — биосферы.

В своей последней работе «Несколько слов о ноосфере» В. И. Вернадский писал, что человек и его деятельность на планете в наши дни стали мощной геологической силой и поэтому они подлежат рассмотрению в биосферном аспекте. Это особенно важно для разработки долгосрочных прогнозов судеб человечества и соответствия его деятельности естественным законам развития природы.

Основные положения учения о ноосфере. Человек и биосфера

Ноосфера - сфера разума. Термин ноосфера введен в 1927 году французским математиком и философом Эдуаром Леруа. Развитие термин получил в трудах французского геолога и палеонтолога Пьер Тейяр де Шардена.

Центральной темой учения о ноосфере является единство биосферы и человечества. Вернадский в своих работах раскрывает корни этого единства, значение организованности биосферы в развитии человечества: «Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей

159

геологической силой». Это позволяет понять место и роль исторического развития человечества в эволюции биосферы, закономерности ее перехода в ноосферу.

Одной из ключевых идей, лежащих в основе теории Вернадского о ноосфере, является то, что человек не является самодостаточным живым существом, живущим отдельно по своим законам, он сосуществует внутри природы и является частью ее. Это единство обусловлено, прежде всего, функциональной неразрывностью окружающей среды и человека.

Но не только природа оказывает влияние на человека, существует и обратная связь. Резко меняются почвы, воды и воздух. Вернадский писал: "Эволюция видов переходит в эволюцию биосферы".

Заселяя все уголки нашей планеты, опираясь на государственно-организованную научную мысль и на ее порождение, технику, человек создал в биосфере новую биогенную силу, поддерживающую размножение и дальнейшее заселение различных частей биосферы. Причем вместе с расширением области жительства, человечество начинает представлять все более сплоченную массу, так как развивающие средства связи - средства передачи мысли окутывают весь Земной шар. "Этот процесс - полного заселения биосферы человеком - обусловлен ходом истории научной мысли, неразрывно связан со скоростью сношений, с успехами техники передвижения, с возможностью мгновенной передачи мысли, ее одновременного обсуждения всюду на планете".

Однако в трудах Вернадского нет законченного и непротиворечивого толкования сущности материальной ноосферы как преобразованной биосферы. В одних случаях он писал о ноосфере в будущем времени (она еще не наступила), в других в настоящем (мы входим в нее), а иногда связывал формирование ноосферы с появлением человека разумного или с возникновением промышленного производства- с техносферой.

Итак, что же ноосфера: утопия или реальная стратегия выживания? Труды Вернадского позволяют более обоснованно ответить на поставленный вопрос, поскольку в них указан ряд конкретных условий, необходимых для становления и существования ноосферы. Перечислим эти условия:

1.Заселение человеком всей планеты.

2.Резкое преобразование средств связи и обмена между странами.

3.Усиление связей, в том числе политических, между всеми странами Земли.

4.Начало преобладания геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере.

5.Расширение границ биосферы и выход в космос.

6.новых источников энергии.

7.Равенство людей всех рас и религий.

8.Увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики.

9.Свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских и политических построений и создание в государственном строе условий, благоприятных для свободной научной мысли.

10.Продуманная система народного образования и подъем благосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допустить недоедания и голода, нищеты и чрезвычайно ослабить болезни.

160