Тема 6. Формы и уровни жизни.

1.Молекулярно-генетический уровень. Генетика прошла в своем развитии семь этапов.

Этап I. Грегор Мендель (1822-1884) открыл законы наследственности. Скрещивая гладкий и морщинистый сорта гороха, он получил в первом поколении только гладкие се­мена, а во втором поколении - 1/4 морщинистых семян. Он дога­дался: в зародышевую клетку поступают два наследственных задат­ка - от каждого из родителей. Если они не одинаковые, то у гиб­рида проявляется один доминантный (преобладающий) признак - гладкость. Рецессивный (уступающий) остается как бы в скрытом состоянии. В следующем поколении признаки распределятся в соотношении 3:1.

Результа­ты исследований Менделя, опубликованные в 1865 г., не обратили на себя никакого внимания и были «переоткрыты» только после 1900 г.

Этап II. Август Вейсман (1834-1914) показал, что половые клет­ки обособлены от остального организма и поэтому не подвержены влияниям, действующим на соматические ткани.

Этан III. Гуго де Фриз (1848-1935) открыл существование на­следуемых мутаций, составляющих основу дискретной изменчи­вости. Он предположил, что новые виды возникали вследствие мутации. Мутация - это частичное изменение структуры гена. Конечный ее эффект - изменение свойств белков, кодируе­мых мутантными генами. Появившийся в результате мутации при­знак не исчезает, а накапливается. Мутации вызываются радиа­цией, химическими соединениями, изменением температуры, на­конец, могут быть просто случайными.

Этап IV. Томас Морган (1866-1945) создал хромосомную тео­рию наследственности, в соответствии с которой каждому биологи­ческому виду присуще свое строго определенное число хромосом.

Этап V. Г. Меллер в 1927 г. установил, что генотип может изменяться под действием рентгеновских лучей. Отсюда берут свое начало индуцированные мутации и то, что впоследствии было назва­но генетической инженерией с ее грандиозными возможностями и опасностями вмешательства в генетический механизм.

Этап VI. Дж. Бидл и Э. Татум в 1941 г. выявили генетичес­кую основу процессов биосинтеза.

Этап VII. Джеймс Уотсон и Френсис Крик предложили мо­дель молекулярной структуры ДНК и механизма ее репликации.

2. Воспроизводство жизни. Три самых важных составляющие процесса развития организма:

- оплодотворение (слияние половых клеток) при половом размножении);

- воспроизводство в клетке по данной матрице определен­ных веществ и структур;

- деление клеток, в результате которого организм растет из одной оплодотворенной яйцеклетки.

Существуют два способа деления клеток. Митоз - это такое деление клеточного ядра, при котором образуются две дочерние клетки с наборами хромосом (части ядер клеток), идентичными на­борам родительском клетки. Мейоз - это деление клеточного ядра с образованием дочерних клеток, каждое из которых содер­жит вдвое меньше хромосом, чем исходное ядро. Первый способ характерен для всех клеток, кроме половых, второй - для половых клеток.

Воспроизводство себе подобных и наследование признаков осу­ществляется с помощью наследственной информации, материаль­ным носителем которой являются молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты. ДНК состоит из двух цепей, идущих в противопо­ложных направлениях и закрученных одна вокруг другой наподобие электрических проводов (напоминает винтовую лестницу).

В клетке человека ДНК распределена на 23 пары хромосом и содержит около 1 млрд пар оснований; длина ее около 1 м.

Участок молекулы ДНК, слу­жащий матрицей для синтеза одного белка, называют геном (зна­менитая гипотеза «один ген - один фермент»). Гены расположены в хромосомах.

Процесс воспроизводства состоит из трех частей, называющихся тремя ключевыми словами: репликация, транскрипция, трансляция. Репликация - это удвоение молекулы ДНК, необходи­мое для последующего деления клеток.

Как происходит репликация? ДНК распределяется на две цепи, а затем из нуклеотидов, свободно плавающих в клетке, формиру­ется вдоль каждой цепи еще одна цепь. Так как каждая клетка много­клеточного организма возникает из одной зародышевой клетки в результате многократных делений, все клетки организма имеют одинаковый набор генов.

Вторая часть процесса воспроизводства - транскрипция - представляет собой перенос кода ДНК путем образования одноцепочечной молекулы информационной РНК на одной нити ДНК (информационная РНК - копия части молекул ДНК, одного или группы рядом лежащих генов, несущих информацию о струк­туре белков, необходимых для выполнения одной функции).

РНК отличается от ДНК тем, что вместо дезоксирибозы со­держит рибозу, а вместо азотистою основания тимина содержит урацил.

Третья часть процесса воспроизводства – трансляция - это синтез белка на основе генетического кода информационной РНК в особых частях клетки рибосомах, куда доставляет амино­кислоты транспортная РНК.

Основной механизм, с помощью которого молекулярная био­логия объясняет передачу генетической информации, по существу, является петлей обратной связи. ДНК, содержащая в линейно упо­рядоченном виде всю информацию, необходимую для синтеза раз­личных протеинов (белков), участвует в последовательности реакций, в ходе которых вся информация кодируется в виде определенной последовательности различных протеинов.

Именно такие процессы позволяют объяснить, каким образом совершается переход от крохотных комочков ДНК к сложным живым организмам.

3. Биосферный уровень. Учение о биосфере – изучение жизни как целостного феномена в его тесной связи с окружающей природой.

Комплексное учение о биосфере разрабатывал русский ученый В.И. Вернадский. Он ввел понятие «живое вещество», под которым понимал совокупность всех живых организмов планеты. Вернадский, изучавший взаимодействие живых и неживых систем, выдвинул принцип неразрывной связи живого и неживого. Он понимал биосферу как сферу единства живого и неживого. Он считал, что биосфера на Земле была всегда, жизнь зародилась вместе с формированием планеты.

Под биосферой он понимал тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера располагается на стыке литосферы, гидросферы, атмосферы, располагаясь в диапазоне от 10 км вглубь Земли, до 30 км над Землей.

Биосфера – совокупность всех живых организмов вместе со средой их обитания, в которую входят: вода, нижняя часть атмосферы, верхняя часть земной коры, населенная микроорганизмами.

Живые организмы и среда обитания находятся в тесном органическом единстве и образуют целостную динамическую систему. Биосфера как глобальная суперсистема состоит из ряда подсистем.

Биоценозы – совокупность растений, животных и микроорганизмов в локальной среде обитания.

Экосистемы или биогеоценозы – это биоценозы в совокупности с окружающей средой обитания, с которой они обмениваются ресурсами (вещество, энергия, информация). Примеры биогеоценозов – море, озеро, лес, роща, луг, сад.

Биогеоценоз представляет собой естественную модель биосферы в миниатюре, включающую все звенья биотического круговорота. Все звенья биотического круговорота состоят из разных уровней питания экосистемы, их называют трофическими уровнями (греч. трофе – питание, пища). Первый трофический уровень образуют продуценты (грибы, растения), второй - первичные консументы (растительноядные животные), третий – вторичные консументы (плотоядные, поедающие растительноядных), четвертый - редуценты (микроорганизмы, черви, которые перерабатывают останки животных и растений). По Н.Ф. Реймерсу «волчок жизни» соотношение между разными типами организмов следующее: продуцентов 350000 видов, консументов 1500000 видов, редуцентов 75000 видов. Продуценты являются автотрофами – перерабатывают солнечную энергию в реакция фотосинтеза. Консументы – гетеротрофы получают энергию, питаясь готовой белковой пищей.

Биогеоценоз или экосистема является элементарной ячейкой биосферы.

Основные выводы из учения о биосфере В.И. Вернадского:

- Принцип целостности биосферы. Для существования жизни, биосфера должна соотвествовать строго определенным условиям (гравитация, температура, химических состав и др). Жизнь неотъемлема от среды обитания.

- Принцип гармонии биосферы и ее организованности. В биосфере все приспосабливается к условиям жизни.

- Принцип влияния жизни на биосферу. Живые организмы, особенно человек, непосредственно влияют на состояние биосферы.

Появление человека изменило не только биосферу. Постепенно происходил переход от простого биологического приспособления живых организмов к разумному и целенаправленному изменению окружающей природы человеком. Постепенно человек становится решающим фактором преобразования биосферы, человек создал техносферу.

На основе учения о биосфере было создано учение о ноосфере. Ноосфера – это оболочка разума, предполагает нравственную эволюцию человека, формирование экологического сознания.

Вопросы:

1. Что является носителем наследственной информации в живом организме?

2. Где расположены генетические факторы?

3. Чем отличаются ДНК и РНК?

4. Что означают механизмы: репликации, транскрипции, трансляции?

5. Чем отличаются митоз и мейоз?

6. Что такое кодон?

7. Что такое комплементарность?

8. Какие механизмы изменчивости вам известны?

9. Что такое автотрофы игетеротрофы?

10. Каково значение фотосинтеза?

11. Что является элементарными единицами эволюции жизни на Земле?

12. Какие механизмы обеспечивают кругооборот веществ в природе?

Задания:

1. Составить схему классификации структурных уровней организации живой материи по степени сложности уровня.

2. Описать уровни питания – трофические уровни в биотическом круговороте.

Литература:

Горелов.КСЕ. – 2004. – С. 132 – 144.

КСЕ под ред. Самыгина. – 2003. – С. 219-220.

Дубнищева. КСЕ. – 2003. – С. 564-586., С. 657-683. С. 397-419.

Дубинин Н.П. Очерки о генетике. – М. 1985.

Колчинский Э.И. Эволюция биосферы. - Л. – 1990.

Эйген М. Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул. – М. – 1973.

Кивенко Н.В. Принципы познания живого. – Киев. – 1991.

Афанасьев В.Г. Мир живого: системность, эволюция и управление. – М. – 1986.