Уровни организации живых систем.

Живые организмы являются открытыми, неравновесными, самовоспроизводящимися и саморегулирующимися системами, проходящими путь необратимого развития. Эти системы имеют восемь уровней организации. Первый и второй мы уже рассмотрели - это молекулярный и клеточный уровни. На этих уровнях все живые организмы удивительно сходны построению и функционированию. Третий уровень – тканевый. Ткань – это совокупность сходных по строению клеток, выполняющих общую функцию. На этом уровне также сохраняется сходство всего живого: 5 основных тканей образуют организмы многоклеточных животных и 6 - органы растений. Следующий уровень – системно- органный. Системы органов образуются совместно функционирующими клетками, относящимися к разным тканям. Организменный уровень связан с деятельностью всего организма как целого. Эта деятельность у животных управляется двумя системами – нервной и гуморальной (последняя – это совокупность гормонов, растворимых органических веществ, являющихся, как правило, специфическими белками). Единицей этого уровня является особь – живая система с момента ее зарождения до смерти. На организменном уровне проявляется удивительное разнообразие всего живого.

Шестой уровень организации - популяционно-видовой – связан с совокупностью организмов одного вида, объединенных общим местом обитания и составляющих популяцию. Видом называют совокупность особей, сходных по строению, физиологическим и биохимическим свойствам, имеющих общее происхождение, способных свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство. Седьмой уровень - экосистемный. Экосистемой называется совокупность всех живых организмов, населяющих однородный участок земной поверхности и связанных трофическими ( пищевыми) цепями, вместе со средой их обитания.

Любая экосистема (лес, река, луг, болото) является единым природным комплексом. Характерными свойствами экосистем являются их устойчивость и способность к самовоспроизведению.

Последний – восьмой уровень - биосферный. Биосфера – это совокупность всех экосистем Земли, система высшего порядка, занимающая все геосферные земные оболочки. Учение о биосфере было разработано выдающимся русским ученым В.И. Вернадским, о нем будет сказано отдельно. Только при комплексном изучении жизненных явлений на всех уровнях можно получить целостное представление о биологической форме существования материи.

Таким образом, биология прошла путь от терминологической, описательной науки, какой она была в ХУШ веке, к подлинному лидеру в естествознании, каким она стала к концу ХХ века.

Контрольные вопросы:

Что такое прокариоты и эукариоты ?

Кто был основоположником микробиологии ?

Кто создал клеточную теорию и в чем ее суть ?

Литература:

2, 5, 9, 21,

Лекция 13. Биологическая эволюция и генетика

Эволюция - это любой длительный процесс изменения каких-либо параметров (происходит от латинского слова, обозначающего «развертывание»). Например, первый миллиард лет, до появления жизни, на Земле шла химическая эволюция. Идею биологической эволюции, т.е. мысль о том, что сложные организмы произошли от более простых, примитивных впервые предложил в начале Х1Х века французский биолог Ж.Б. Ламарк. К этому времени в разных областях естествознания - геологии, палеонтологии, эмбриологии - накопились данные, указывающие на изменяемость органического мира. Тем не менее, многие натуралисты и философы того времени не признавали идею эволюции, их аргументы сводились к тому, что никто экспериментально не наблюдал превращения одних видов в другие. Между видами, как правило, отсутствуют промежуточные формы. Ламарк правильно заметил, что живым организмам свойственна наследственность и изменчивость, но неверно указал механизм, движущую пружину эволюции. Согласно его представлениям, любые качества, приобретенные организмом при жизни, он передает своим потомкам, поскольку всему живому свойственно стремление к самоусовершенствованию. А конкретным воплощением этого стремления является упражнение (или неупражнение) органов : если организм тренирует, упражняет свой орган, то он развивается, если нет - атрофируется и исчезает. Пример с жирафами.

Многие биологи стали ревностными последователями Ламарка и ожесточенно критиковали появившееся в середине Х1Х века эволюционное учение английского ученого Ч. Дарвина. Проведя пять лет в кругосветном плавании и сделав многочисленные наблюдения, он пришел к выводу, что движущей пружиной биологической эволюции является борьба за существование (внутривидовая, межвидовая и борьба с неблагоприятными природными условиями). Результатом этой борьбы является естественный отбор. На Земле рождается гораздо больше различных живых организмов, чем может выжить; в результате естественного отбора выживают наиболее приспособленные к конкретным, сегодняшним условиям существования. Если изменятся условия, будут выживать другие виды, наиболее приспособленные уже к новым условиям. Результатом многолетних исследований Ч. Дарвина явилась его книга «Происхождение видов путем естественного отбора». Из основных четырех идей Дарвина две совпадают с положениями Ламарка о наследственности и изменчивости. Третья идея - это мысль об общности происхождения живых существ ( Ламарк считал, что каждый организм или вид имеет независимую эволюционную линию). Наконец, четвертый краеугольный камень дарвиновского учения - это теория естественного отбора.

Как уже было сказано, у Дарвина оказалось много научных оппонентов. Одним из них был английский инженер и математик Дженкин, выдвинувший очень серьезное возражение против дарвиновской эволюции. Суть его заключалась в том, что при скрещивании двух особей их свойства усредняются, и внутри вида все особи примерно одинаковы по своим признакам, вследствие чего естественный отбор оказывается невозможным. Ответить на это возражение Ч. Дарвин так и не смог до конца своей жизни. Ответ содержался в недрах другого раздела биологии, прошедшего мучительный путь развития - генетики. Но прежде, чем мы перейдем к этой новой науке, родившейся в Х1Х, а стремительно развившейся в ХХ веке, науке, как локомотив вытащившей всю биологию из описательно-терминологических рамок на лидирующие позиции в естествознании, необходимо отметить, что учение Ч. Дарвина, о котором шла речь выше, следует рассматривать все же как научную гипотезу, а не как теорию : оно основано на косвенных доказательствах и ничего не предсказывает.

Основателем генетики был чешский монах-августинец Г. Мендель. Получив физико-математическое образование в Венском университете, он провел на монастырском огороде в городе Брно блестящие опыты по искусственному скрещиванию чистых линий цветов декоративного душистого горошка и на основании статистической обработки результатов более 6 тысяч скрещиваний сформулировал три закона генетики:

В первом поколении гибридов проявляются только доминантные (подавляющие) признаки (красный цвет цветков, желтый цвет горошинок). Рецессивные (подавляемые) признаки исчезают (белые цветки, зеленые горошины).

Во втором поколении гибридов наблюдается расщепление признаков в соотношении 3:1 (75% доминантных и 25% рецессивных), т.е. рецессивные признаки проявляются через поколение.

Расщепление признаков в указанном соотношении идет независимо по каждому признаку (цвет цветков, цвет и форма горошин).

Но главный вывод, к которому пришел Г. Мендель - это мысль о существовании дискретной единицы наследственности, впоследствии названной геном. При жизни Г. Менделя его труды были неизвестны научному миру; вторым рождением генетики считается 1900 год, когда его работа, сделанная в 1865 г., была опубликована в журнале «Natura».

Следующим этапом развития генетики были работы немецкого зоолога А. Вейсмана, показавшего, что половые клетки обособлены от остального организма и поэтому не подвержены влияниям, действующим на остальные (соматические) клетки.

Далее американский генетик Т. Морган в начале ХХ века создал хромосомную теорию наследственности. Хромосомы, содержащиеся в клеточных ядрах, как впоследствии выяснилось, состоят из молекул ДНК, обернутых белком – ферментом. Число и конфигурация хромосом в клетке определяют биологический вид.

На первых этапах развития генетики ее считали мощным аргументом против эволюционной теории: если существуют гены, носители наследственной информации, передающиеся из поколения в поколение, то эволюция невозможна.

Примирило идеи эволюции и генетики открытие голландским ученым Г. де Фризом наследуемых мутаций, составляющих основу дискретной изменчивости. Мутация - это передаваемое по наследству частичное изменение структуры гена. Понятие мутации в генетике аналогично понятию флуктуации в синэргетике. Это чрезвычайно редкое событие (у одной особи из тысячи под действием так называемых мутагенных факторов (радиации, изменения температуры, химических веществ, вирусов) может мутировать один ген). Но эти мутации накапливаются в популяциях и в конечном итоге обуславливают изменение их генофонда (совокупности все генов популяции).

В середине ХХ века на стыке классической генетики и дарвиновского учения об эволюции возникла современная синтетическая теория эволюции. Элементарной единицей в ней является популяция, именно в ее рамках происходят и накапливаются наследственные изменения генофонда. Если данная мутация повышает приспособляемость организмов к определенной среде обитания, она будет поддерживаться естественным отбором, если нет, то она ведет к вымиранию популяции и вида.

В середине ХХ века был открыт триплетный генетический код, универсальный для всех живых организмов Земли, и стало очевидно, что клеточное ядро – орган управления, содержащий всю информацию о клетке. Генетика свидетельствует, что мы несем в себе информацию о наших умерших предках, обо всей природе. В

В СССР в 20-е - 30-е годы ХХ века генетика развивалась очень успешно. Во главе ее стоял выдающийся ученый академик Н. И. Вавилов. В экспедициях по всему миру он собрал уникальную коллекцию злаков (более 20 тысяч видов), его работы были широко известны в научном мире. Однако, сторонники авантюриста Т.Д. Лысенко отрицали генетику, называли ее «буржуазной лженаукой». Советская власть поддержала Лысенко, в результате Н.И. Вавилов и многие другие генетики были репрессированы. Ныне трагедия отечественной генетики состоит в том, что был уничтожен не только сам Н.И. Вавилов, но и его школа. Однако благодаря усилиям энтузиастов – оставшихся в живых нескольких учеников Н.И. Вавилова - сохранилась его уникальная коллекция, пережившая репрессии генетиков, блокаду Ленинграда, последующие гонения. Многие виды злаков уже исчезли с лица Земли (см. далее раздел «Экология» ) и сохранились только в коллекции Н.И.Вавилова, и это - лучший памятник репрессированному ученому.