Биологический уровень и биологические концепции формирования материи

Возникновение элементарных эволюционных изменений в популяциях зависит от целого ряда эволюционных факторов, в том числе от строения новых генов, являющихся носителями наследственности, от волн популяции, от случаев изолирования и от естественного отбора. Создание новых генов или происходящие процессы мутации формируют основу для индивидуального разнообразия в популяциях. Не смотря на это, этот процесс нельзя считать решающим фактором эволюции. Этот процесс, опирающийся на случай, также не определяет направления эволюции. Те же слова можно сказать о резких изменениях, происходящих за счёт индивидуумов по различным природным факторам (сбор урожая, засухи, морозы и т.д.), другими словами это можно сказать о популяционных волнах. Этот фактор также не обуславливает направление эволюции. Дарвин показал, что основными факторами как естественного, так и искусственного отбора являются два основных господствующих в природе явления – наследственность и изменчивость. По мнению Дарвина причиной изменчивости являются пища, свет, температура, влага, являющиеся факторами внешней среды. Однако изменчивость ещё более зависит от самой природы организма. Изменчивость – это свойство организма реагировать на влияние факторов внешней среды. Факторы, являющиеся причиной изменчивости, оказывают влияние на различных этапах индивидуального развития организма. Дарвин доказал, что в живом мире невозможно найти два совершенно одинаковых индивидуума. Даже дети одних и тех же родителей, индивидуумы одного и того же вида, один и те же семена в коробочке мака отличаются друг от друга по морфологическим, физиологическим, биохимическим и другим особенностям. Соприкасаясь с показателями и свойствами организмов, изменчивость порождает разнообразие.

Дарвин дал следующую классификацию изменчивости: определенная изменчивость, неопределенная изменчивость, коррелятивная изменчивость, комбинационная изменчивость.

Определенная изменчивость. Под этим термином Дарвин понимал изменения, происходящие в природе как результат влияния на организм природных факторов – пищи, температуры, влаги, рельефа и других причин. Такого вида изменения не передаются по наследству. В современной терминологии под определенной изменчивостью понимается кодификационная изменчивость. Говоря языком генетики факторы, порождающие определенную изменчивость, несмотря на то, что меняет фонотип организма, не меняют его генотип. Подобного рода изменчивость изменяет все индивидуумы живых групп, подвергающихся влиянию этих же факторов, носящих общий характер. Например, в случае когда пища бывает в достатке члены группы хорошо развиваются, постепенно их вес увеличивается, когда пищи не хватает, наоборот, живые существа плохо развиваются, их вес уменьшается и т.д.

Неопределенная изменчивость. Дарвин неопределенной изменчивостью называл изменчивость, которая происходит неожиданно не во всей группе, а у некоторых входящих в неё индивидуумов и которая в большинстве случаев передается по наследству. Неопределенная изменчивость в современной биологии соответствует мутационной изменчивости. Например, Дарвин показывает, что рождение в одном стаде овец только одного ягнёнка с короткими и кривыми конечностями является неопределенной изменчивостью. Несмотря на то, что для всего стада условия проживания являются одинаковыми, однако, конкретный фактор, явившийся причиной короткости ног, нам не известен. В большинстве случаев неопределенная изменчивость, которая может передаваться по наследству, дает богатый материал, как для естественного, так и для искусственного отбора и тем самым приобретает большое значение в процессе эволюции.

Коррелятивная изменчивость. Между отдельными органами организма существует определенная связь и зависимость. Изменчивость, происходящая в одном их этих органов, распространяется на другие связанные с ним органы и более или менее их изменяет. Эту распространяющуюся изменчивость называют коррелятивной или неопределенной изменчивостью.

Комбинационная изменчивость. Организмы согласно наследственным основам бывают разными. У организмов, размножающихся половым путем, оплодотворение двух половых клеток имеет своим результатом получение нового рода. У живых индивидуумов, принадлежащих к одному виду, к одному полу существует определенное различие в наследственных основах. Поэтому дитя, появляющихся после их оплодотворения, по тому или иному показателю отличается от своих родителей. Эта изменчивость, реализуемая посредством скрещивания, явится комбинационной изменчивостью.

Ч.Дарвин разделил на два вида естественный и искусственный отбор.

Дарвин, изучая работы, проведенные селекционерами по созданию новых пород животных и сортов растений, пришел к выводу о том, что в создании новых пород животных и сортов растений основной движущей силой является отбор. Отбор опирается на явления наследственности и изменчивости. Люди, отмечая порождающие в живом разнообразие отборов, отбирают соответствующие их целями и интересам измененные организмы получают от них потомство, тех же, которые не соответствуют их цели, как правило, уничтожают.

Дарвин делил искусственный отбор на два вида: отбор бесплановый, проводимый стихийным путем, и плановый – проводимый методическим путем.

Используя материалы практики наблюдений, в том числе проводимых селекции в области сельского хозяйства в Англии и во всем мире, Дарвин объяснил источник, механизм создания отдельных пород и сортов растений, доказал, что появившиеся в результате проводимого в различных направлениях отбора более 100 пород кур берут свое начало от живущего в диком виде в настоящее время в Южной Азии вида курицы – Галлус банкива. Он показал, что все породы кур скрещиваются с дикими банкивскими курьями и дают породистые наследие. Более ста различных пород голубя свое начало берут от вида дикого голубя. Сегодня мы по тому же правилу выдвигаем мысль о происхождении различных свиней, баранов, лошадей, верим в истинность монофимтической теории Ч.Дарвина.

Монофимтическая теория также оправдывает себя в проблеме происхождения культурных сортов растений. В настоящее время все известные нам сорта капусты произошли от распространенного в бассейне Средиземного моря дикого вида капусты – Брассика олерджен.

Дарвин показал, что в происхождении различных сортов растений и пород домашних животных искусственный отбор, являющийся созидающей силой, опирается на два основных явления – изменчивость и наследственность. Если бы один из взятых из природы и прирученных диких видов животных сохранил бы стабильными свои наследственные показатели и свойства, продуктивность и не подвергся изменчивости, не было бы создано от его одного и того же вида столько разных пород и сортов. С другой стороны, если бы эти изменения, передаваясь от одного поколения к другому, не накапливались, то есть если бы не было наследственных, то человек не смог бы создать новые сорта растений и породы животных.

Дарвин, обнаружив отбор как порождающую разнообразие домашних животных и культурных растений созидающую силу, доказал, что движущей силой эволюции видов животных и растений в природе является отбор. Происходящий в природе отбор Дарвин называл естественным. Естественный отбор опирается на господствующие в природе явления изменчивости наследственности. В природе также происходит изменчивость с влияние факторов природной среды. Естественный отбор сохраняет передающуюся по наследству изменчивость, другими словами, естественный отбор в течении нескольких поколений собранные изменения живых существ, которые соответствовали биотическим и абиотическим условиям проживания, обеспечивал образование нового вида от другого вида. Дарвин, говоря о естественном отборе, понимал под ним процесс выживания и увеличение поколения организмов, приспосабливающихся к биотическим и абиотическим условиям, а также процесс постепенного исчезновения и невозможности увеличения поколения тех организмов, которые не приспособились к этим условиям.

Дарвин обнаружил борьбу, идущую в природе между живыми существами. Он, понимая борьбу за существование в широком, метафорическом значении, делил её на три вида: внутривидовая борьба, межвидовая борьба и борьба живых существ с не благоприятными факторами неорганической природы. Интересно, какова причина борьбы за существование, идущей между живыми существами? Дарвин объяснял это увеличением интенсивным способом в геометрической последовательности живых существ, недостаточном условий проживания и продуктов питания. Действительно, живые существа производят такое большое поколение, что если они все останутся жить и достигнут зрелого возраста, то за короткое время поколение только одной пары займет всю поверхность Земли и для проживания других видов не будет условий существования. Даже интенсивность размножения животных, рождающих малое количество детёнышей, была бы непостижимо большой. Однако в мире выживают вовсе не все рождающиеся живые существа. Победившие в борьбе за существование организмы живут и размножаются. Побежденные же в этой борьбе исчезают и передает свое место более сильным. Борьба за условия выживания (пища, пространство и другие), идущая между индивидуумами одного и того же вида, называется внутривидовой борьбой. У нового поколения вида способность к выживанию одинакова. Определенная его часть погибает, не способная противостоять влиянию различных абиотических факторов.

Во внутривидовой борьбе погибают те индивидуумы, которые не имеют своих показателей и свойств. Дарвин показывает, что внутривидовая борьба по сравнению с другими формами борьбы протекает более резко. Причиной этому служит то, что требования к условиям выживания и области проживания всех индивидуумов одного и того же вида должны быть одинаковыми.

Борьба за существование, идущая между индивидуумами отдельных видов в природе, называется межвидовой борьбой. В качестве примера межвидовой борьбы можно показать борьбу между индивидуумами отдельных видов растений и животных.

Межвидовая борьба может проходить в двух формах – прямым (непосредственным) и косвенным (посредственным) путем.

В качестве примера непосредственной борьбы можно показать борьбу, идущую между жизненными и травоядными, насекомыми и видами растений. В качестве примера косвенной борьбы может служить борьба между соболями и тюленями. В морях зрелые особи красные рыбы поедают тюлени, а соболи поедают красную рыбу, приходящую в реки для отложения икры и увеличения потомства. Тюлени и соболи на самом деле друг с другом не сталкиваются, однако в связи с тем, что у них одни и те же пищевые объекты, они ведут борьбу косвенным путем за один и тот же продукт пищи.

Под факторами неживой природы понимается температура, влажность, ветер, земля, рельеф почвы и другое. Жизнь живых существ зависит от факторов неживой природы. Если один этих факторов, изменившись, резко влияет на жизнь живых существ, тогда одни из них, выйдя победителями из борьбы, продолжают потомство, другие же уменьшаются в числе и погибают.

Живые существа в ходе длительного эволюционного процесса с неживыми природными факторами окружающей среды приспосабливаются к влиянию естественного отбора. Те же организмы, которые не могут приспособиться к среде, погибают. Таким образом, в условиях каждого географического климата мы видим живые существа, приспособившиеся к этим местам.

Дарвин с помощью дивергентной теории объяснил механизм происхождения видов. Согласно этой теории индивидуумы, принадлежащие к одному виду, отличаются друг от друга по определенным показателям. В результате различения этих показателей индивидуумы получают возможность ещё более приспособиться к различным условиям жизни. В такой ситуации внутри одного и того же вида долгое время идет отдаление друг от друга и после тысячи поколений у одного и того же вида рождаются разные виды. Например, все виды, принадлежащие к ряду синицы, появились за счет дивергенции одного и того же вида. Эта теория показывает, что виды появляются путем дивергенции друг от друга, то есть путем удаления друг от друга в различных направлениях и за счет влияния естественного отбора. Различные породы, принадлежащие к одному и тому же виду домашних животных, и различные сорта культурных растений появляются за счет искусственного отбора и происходящих дивергентным путем изменений.

Дарвин привнес в биологию исторический принцип. Согласно эволюционному учению мир живых существ появился как акт создания за один миг, начиная от молекулярного уровня до человека, этот процесс так описывали креационисты. Каждое живое существо и его показатели, все идущие в нем физиологические процессы были созданы в течении длительных исторических периодов путем естественного отбора под влиянием материальных факторов. За каждым существом стоит период его эволюции, длинная история, измеряющаяся миллионами лет. Движущий же силой этой эволюции органического мира является естественный отбор.

Эволюционное учение сформировались как одно обобщающее учение, появившееся за счет развития всех биологических дисциплин. В свою очередь это учение стало толчком для более быстрого развития таких дисциплин, как ботаника, зоология, сравнительная анатомия, эмбриология.

Генетика и закономерности механизма наследственности

Генетика – биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов, о способах управления ими. Генетика научная основа селекции, то есть разработки практических методов выведения необходимых человеку новых видов животных, растений и микроорганизмов.

Мы постараемся дать краткое резюме зарождение развития генетики. Основу генетики формирует закон наследственности, открытый австрийским биологом Грегором Менделином (1833-1884).

Наследственность – способность родителей передавать последующему поколению свои приметы и свойства. Еще во второй половине XVIII века немецкий ботаник И.Кельрейтер (1733-1806) проводил опыты по гибридизации растений. В XIX веке подобные исследования, которые приобрели важное значение в животноводстве и растеноводстве, начали увеличиваться. О.Самре и Ш.Ноден во Франции, А.Гертнер в Германии, Т.Найт в Англии получили очень ценные сведения из проводимых по межвидовому и внутривидовому скрещиванию исследований. В этот период во Франции П.Люк собрал ценные сведения о различных показателях человеческой наследственности. Однако Г.Мендель достиг большего результат в опытах изучение сортов гороха: он открыл основной закон наследственности. Мендель прививая гладкий и морщинистый виды гороха, на первом этапе получил урожай только морщинистого гороха, на втором же этапе одна четвертая часть урожая была морщинистым горохом. Он объяснил причину этого так: от каждого родителя в клетку зародыша входят два наследственных семени и они одинаково проявляют в гибриде один показатель – гладкость. Мендель победившие показатели назвал доминантными, оставшиеся скрытыми показатели – рецессивными. В следующем поколении соотношение показателем было 3:1. Таким образом Мендель открыл закон распада показателей гибридизации и за счет этого открытия в последствии появилась теория генов и хромосом.

Август Вейсман (1834-1914) показал, что в связи с тем, что половые клетки обусловлены со стороны самого организма они не подвергаются влиянию факторов, которые могут изменить семена организма. Отметим, что несмотря на то, что проверка опытов Вейсмана создала определенные трудности, сторонники академика Лиценкова в советской биологии категорически отказались называть генетику целиком вейсманизм – морганизмом. В условиях, когда идеология победила в науке, многие представители генетики, в том числе известный советский ученый академик Н.И. Вавилов, были подвергнуты репрессии.

Томас Морган (1866-1945) создал хромосомную теорию наследственности. Согласно этой теории численность каждого биологического вида должна содержать определенное количество хромосом.

В 1927 году Г.Миллер определил, что генотип может меняться под влиянием рентгеновского излучения. Индукциированные мутации и позднее названная  генной инженерией наука взяли свое начало от открытия Миллера.

Дж. Бидл и Э. Татул в 1941 году определили генетические основы процессов биосинтеза.

Джеймс Вотсон и Френсис Крик (1953) предложили модель молекулярной структуры дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) и механизм репликации. То, что дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) являются, носителями наследственной информации было выяснено в 40-х годах нашего века.

В период после открытия законов генетики Г.Менделем развитие этой науки прошло 5 этапов:

Первый этап охватывает период с 1900-го года до 192 года. В этот период после применения законов Менделя к отдельным объектам, была еще раз доказана их правдивость. В 1906 году англичанин В. Бетсон ввел в науку термин «генетика», в 1909 году датчанин В.Норенсон ввел в науку также понятия как «генотип, фенотип, ген». В этот период также привлекают внимание работы Г-де Фриза, Г.Лотцина, К.Тимирязева. Они пытались объяснить дарвинизм на основе материалов генетики.

Второй этап: охватывает период с 1912 года до 1925 года. В этот период была создана хромосомная теория наследственности Т.Морганом и его последователями – А.Стертенвонт, К.Бридглес и Г.Меллер. Эта теория, превратившаяся в важное событие в развитии биологии, стала мощным толчком в развитии не только генетики, но и ситологии, эмбриологии, молекулярной биологии. Среди проведенных нв этом этапе работ важную роль сыграли работа Нельсона Эле, относящаяся к изучению количественных показателей законов наследственности, работа Н.Вавилова, относящаяся к открытию закона гомологических рядов, работа И.В.Мигулина, относящаяся к междувидовой гибридизации, и другие работы.

Третий этап: охватывает период с 1925-го по 1940-ой год. На этом этапе было открыто явление мутации – изменений, происходящих в организме внезапно и скачкообразно. В этой области особенно ценны исследования г-де Фриза и Вейсмана. В последующие годы за счет исследований Г.Меллера, В.В.Сахарова, Э. Лобачева были обнаружены физический рентгеновское излучение (a - лучи и другие), и химические мутагены, создающие сильные мутации в живых организмах. В этот период изучение генетических процессов в эволюции было связана исследованием С.С.Четвернова, Р.Фишера, С.Файта.

Четвертый этап: охватывает период с 1940-го по 1955-ый год. На этом этапе с помощью проведенных экспериментов по физиологическим и биологическим показателям была изучена генетика вирусов и микроорганизмов. Американские генетики Д.Бидл и Э.Тетум выдвинули формулу «один ген – один белок». О.Эвери обнаружил генетическую трансформацию в бактериях. После длительных и упорных поисков английский физик Ф.Крик и американский химик Д.Уотсон в 1953 году представили модель вещества ДНК.

Пятый этап: начался с середины 1950-х годов и продолжается до настоящего периода. Генетические исследования на этом этапе уже проводились на молекулярном уровне. В 1969-ом году в США Г.Хорона впервые смог синтезировать ген. После этого фундаментального открытия, заложившего основу генной инженерии, в медицине стали интенсивно применяться генетические исследования, расширяющие границы.

В связи с историй развития генетики из вышесказанного четко видно, что несмотря на то, что формирование и зарождение этой науки связано с XIX веком, в основном её развитие происходило в ХХ веке. В ХХ веке генетика превратилась в исключительную область науки биологии не случайно стала стремительно развиваться, это развитие в основном было обусловлено следующими причинами:

1) Научной важностью собранных генетических материалов о существовании живых организмов. Как мы уже отмечали выше, согласно тому, что гены являются носителями наследственной информации, их существование является важным свойством всех живых существ.

2) Изменчивостью стал основным фактором эволюции, развития и разнообразия живого мира.

3) Открытием законов подчинения механизма наследственности в конце XIX века. Эти открытия сделали возможной целенаправленную селекцию растений и животных.

Центральное понятие генетики – понятие «ген». Ген – элементарная единица, характеризующая наследственностью и целым рядом других характерных показателей. Ген по своему уровню внутриклеточная молекулярная структура, по составу дезоксирибонуклеиновые кислоты, играющие основную роль в азот и в фосфоре. Гены, как правило расположены в ядре клетки и число их в больших организмах исчисляется миллиардами. Согласно выполняемой функции гены являются «центром мозга» клетки и поэтому всего организма.

В ХХ веке основными направлениями исследований факторов, действующих в области генетики, были следующие:

1) Изучение хранителей генетической информации в каждом виде живых существ, материальных структур, считающихся единицей наследственности – молекул нуклеиновых кислот.

2) Исследование механизма и закономерностей передачи из поколения в поколение генетической информации.

3) Изучение реализации генетической информации в конкретных показателях организма (например, реализацией животных и других продуктов сильного хозяйства).

4) Выяснение причин и механизма изменения генетической информации на различных этапах развития организма.

Генетика решает эти проблемы на различных уровнях формирования живой природы – молекулярном, клеточном, организма, популяции. Сегодня генетика – определение продуктивных методов отбора и оптимальной системы гибридизации важных проблем, решаемых в тесной связи факторов селекционер – практики, и управление наследственными показателями. В области медицины же генетика разрабатывает мероприятия по охране человека от влияния вредных мутагенов окружающей среды.

Самые большие открытия современной генетики связаны с воссозданием генов, с определением способности изменчивости. Это свойство гена (изменение генной информации) называется мутацией (от латинского слова mutation - изменение). Влияние мутаций на организм может быть полезным, вредным и нейтральным. В результате влияния мутации на организм может родится новый вид организма – мутант. Необходимо отметить, что причины мутации ещё до конца не изучены. Несмотря на это причины, порождающие мутацию, уже известны науке. Это мутагены, порождающие изменчивость. Например, стало известно, что мутации могут порождаться целым рядом присущих организму условий, в том числе питанием организмов, температурным режимом и другими факторами. Таким образом не зависят от целого ряда экстремальных факторов, например, влияния ядовитых веществ, радиоактивных элементов. Размеры мутации прямо пропорциональны силе влияния этих факторов, в особых случаях превышать в 100 раз. Принимающие это во внимание селекционеры с целью обеспечения полезных мутаций используют различные химические мутагены. Однако в последнее время в результате сверхвысокого загрязнения окружающей среды, увеличения радиационного фонда в составе атмосферы увеличивается количество стихийных вредных мутации у всех живых существ, в том числе и у людей. Каждый год из 75 млн. рождающихся детей, 1,5 млн. т.е. 2% рождается с порождаемыми мутациями наследственными болезнями. Рак, туберкулёз и другие болезни также могут передаваться по наследству. Дефекты, связанные с первой системой и психикой (умственная недостаточность, эпилепсия, шизофрения и другие) порождаются теми же факторами. Международная организация здравоохранения (МОЗ) отметила более 1000 существенных человеческих аномалий, проявляющихся в форме различных уродств и разложения важных жизненных процессов, продолжаемых влиянием мутагенов.

Самым опасным видом мутагенов являются вирусы (от латинского слова virus - яд). Вирусы сами маленькие живые существа, их можно наблюдать только под электронным микроскопом. У вирусов нет клеточного строения, они могут получить необходимые для жизнедеятельности вещества и энергию проникновением в живую клетку. У вирусов, которые в 1000 раз больше простых белков молекул, имеется голова и спиральный хвост. Раня своим хвостом к месту, вирус становиться причиной того, что из этой клетки выходят миллионы вирусов, способные порождать новые клетки. Этот процесс образно можно сравнить с происходящим в обществе переворотом.

Генетика научно доказывает, что каждый из нас в себе несет информацию умерших предков, и в общем, всей природы. В нас навеки поселилась вся природа. Это в свою очередь увеличивает чувство ответственности, которое мы несем перед природой.

Вирусы порождают в человеке различные болезни, в том числе групп и СПИД. СПИД (синдром приобретенного иммунного дефицита) – опасная болезнь, порождаемая особыми вирусами. Зараженные попадающими в клетки крови и мозга вирусами СПИДа люди становится беззащитными перед информацией. До настоящего времени разработан теоретический подход по очищению клеточного аппарата человека от вирусов СПИДа. Вирусы СПИДа передаются половым путем, во время инфекции, во время родов и контактов с ребенком, от органов донора и через кровь. В настоящее время проводятся комплексные мероприятия против СПИДа, считающегося одной из глобальных проблем человечества.

Целый ряд выдающихся на достижения современной генетики, внесли вклад в развитие селекции, вырастили новые виды растений и животных, приобрели небывалые достижения в борьбе с болезнями. Среди таких ученых можно назвать российских ученых Н.В.Иванова, И.В.Мичурина, Н.П.Дубинина, из азербайджанских ученых – известный академик И.Д.Мустафаев, академик Ф.А.Маликов, академик А.Гулиев и других.

1 См. Камшилов М.М. Эволюция биосферы. М., 1974.

2 См. Вилли К., Детье В. Биология. М., 1992, с. 778-793.

1 См. Югай Г.А. Общая теория жизни. М., 1985.

1 См. Энгельгардт В.А. Познание явлений жизни. М., Наука, 1984.

1 Дарвин Ч. Соч., т. 3, М-Л., 1939, с. 666.

1 Селье Г. От мечты к открытию. М., 1987, с. 32.

1 См. Пригожин И., Стенгера И. Порядок из хаоса, с. 209.

1 См. Физика бессмертия. Интервью с Ф.Триплером. Зеленый мир. Спец. вып. №29, 1996, с. 13.

1 См. Вернадский В.И. Биосфера. Избр. соч. т. 5, М., 1960, с.23.

1 См. Лункевич В.В. От Гераклита до Дарвина. М., 1940, т. 2, с. 336.

Страницы: 1, 2, 3