Ксе, лекция 22
Концепции биологии
Кроме жидкого, газообразного, твердого и плазменного состояния вещество на Земле организовано ещё в особую форму, которую мы называем "живым" веществом. Живое вещество основано на углероде и его соединениях с другими атомами, в основном кислородом, азотом, фосфором и другими. Особенностью живого вещества, в отличие от других форм вещества является то, что молекулы живого вещества являются длинными цепочками из соединения углерода. Главным свойством живого является то, что молекулы живого вещества участвуют в целом цикле управляемых химических реакций, с этой точки зрения любой живой объект скорее похож не на воду или твёрдое тело, сколько на водопад, где в отличие от движения воды идут постоянно сменяющие друг-друга химические реакции, поддерживающие жизнь. Всё живое образует некоторое единство, которое называется биосферой. Живое существует на границе различных сред. Жизнь сосредоточена на поверхности Земли, она отсутствует на больших глубинах, присутствует в близлежащих к Земле слоях атмосферы и отсутствует на больших высотах, присутствует на небольших глубинах океана и отсутствует на большой глубине.
На Земле имеется порядка одного миллиона видов животных и 265 тысяч видов растений. Это намного больше разнообразия химических элементов. В этом смысле биосфера намного богаче. Большая часть животных (3/4) это членистоногие. Позвоночные составляют менее 4 %.
Живые организмы подразделяются следующим образом:
1. Вирусы. Они не имеют клеточного строения, по сути дела это молекулы ДНК или РНК. Форма вируса похожа на кристалл, имеющий шприц, с помощью которого он пронзает оболочку клетки и влезает внутрь, где потом размножается. Вирусы это паразитические существа, они не могут размножатся вне других организмов. Размеры вирусов от 20 до 300 нанометров (нанометр равен 10 в -9).
2. Одноклеточные организмы. Эти организмы состоят из клетки, которые состоят из ядра, оболочки и цитоплазмы., внутри ядра находится молекула ДНК. Простейшие одноклеточные организмы - бактерии. Размер бактерии 1 микрометр (10 в -6 метра).
3. Многоклеточные организмы. Растения, грибы, птицы - всё это многоклеточные. Типичный размер клетки - 1 микрон. (10 в -3 миллиметра.)
Жизнь основана прежде всего на солнечном свете. Энергия Солнца попадает на Землю в виде солнечных лучей, и в растениях под действием солнечного света в растениях происходит синтез органических веществ. Живые растения называются поэтому фотоавтотрофами. Живые организмы, питающиеся растениями, называются фаготрофами. Таким образом в растения синтезируют органические молекулы, которые потом используют другие организмы для своего существования. Но эти другие организмы рано или поздно погибают. Из их остатков растения синтезируют новые органические молекулы, которые, в свою очередь, поедаются другими фаготрофами. С этой точки зрения всё живое и вся биосфера представляет собой некое единство живых организмов и кладбища, что является основой для других организмов. Живые поддерживают друг друга, образуя некоторое экологическое единство.
Рассмотрим жизнь пруда. В воде существуют водоросли планктона, эти водоросли бывают разных типов - А и Б. Планктон типа А существует около поверхности в условиях когда имеется достаточное количество света. Планктон типа Б существует на больших глубинах, где света меньше. Планктоном питаются рыбы и водоплавающие птицы. Планктоном питаются рыбы и водоплавающие птицы. В обычных условиях планктона типа Б намного меньше, чем типа А. Но, предположим, что поверхность пруда начнёт зарастать лилиями, то планктон типа А погибает, но тогда планктон типа Б размножается намного сильнее. В результате рыбы и водоплавающие птицы продолжают жить, питаясь планктоном Б.
Молекулярная биология
В 1962 году английские учёные открыли двойную спираль ДНК. Всё живое от вируса до человека основано на этой двойной спирали. В этой двойной спирали, которая представляет собой последовательность соединений азота, углерода и водорода записана информация или программа для любого живого организма, то есть двойная спираль представляет собой некоторый текст типа большой книги или дискеты, на которой записана программа организма. Этот текст состоит из слов, предложений, разделённых знаками препинания, там имеются точки и запятые. Для человека такой текст ДНК содержит миллиард знаков. Текст записан с помощью четырёх букв - А, Ц, Т, Г. (Адемин, Циозин, ...) Расшифровано 10% текста. Отдельный участок ДНК называется геном. Информация, которая хранится на молекуле ДНК, затем переносится для синтеза нового организма с помощью молекул РНК. Различается информационную РНК и транспортную РНК. Информационное РНК, находящаяся вблизи ДНК. Информационное РНК это подвижные молекулы, которые передвигаются в область, которые называются рибосомы, где, согласно полученной информации, происходит синтез Белков. Согласно этой системе происходит образование нового организма. Молекулы сначала существуют в микромире, а образование нового организма происходит за счёт копирования. Копирование и размножение клеток происходит за счёт деления двойной спирали на две, присоединения к каждой одиночной спирали новой спирали, происходит размножение клеток. Организм очень быстро растёт.
Эволюция
Всё живое возникло 3,5 миллиарда лет назад. 4,5 миллиарда лет - возраст Земли. Главной загадкой происхождения жизни является проблема возникновения генетического кода, потому что только определённая последовательность четырёх букв приводит к живому организму. Любая другая последовательность не ведёт к новому организму. Всё живое основано на одной и той же последовательности. Если считать, что в некотором первоначальном океане молекулы углерода, водородаи азота случайно соединились должным образом, то вероятность возникновения жизни оказывается чрезвычайно маленькой - 10 в 3000. Хойл сказал, что вероятность возникновения жизни такая же, как если вихрь пронесётся над свалкой металлолома, то возникнет Боинг 747. Возникновению жизни предшествовала химическая эволюция, в результате которой возник генетический код. Благодаря открытиям палеонтологии известно, что 3,5 миллиарда лет назад возникли простейшие одноклеточные существа, остатки которых найдены в Австралии. 700 миллионов лет назад появились многоклеточные организмы. 60 миллионов лет назад возникли современные виды животных. Имел место Кайнозойский взрыв. 300 тысяч лет назад появился хомо-сапиенс - кроманьонский человек, мало отличающийся от современного человека.