Таким образом, популяции образуют
первичный надорганизменный уровень
организации биоты, который тесно связан с онтогенететическим
и молекулярным уровнями ее, но качественно
отличается по характеру взаимодействия
составляющих элементов, т.к. в этом взаимодействии
они выступают как целостные общности
организма. По современным представлениям
именно популяции являются элементарными
единицами биологической эволюции. Примерами
популяций могут быть стада пастбищных
животных, колонии грызунов и насекомых,
волчьи стаи и др.
Следующий, второй надорганизменный
уровень организации биоты Земли составляют
различные системы популяций, которые
называют биоценозами, которые
являются более обширными объединениями
живых существ и в значительно большей
мере зависят от небиологических (абиотических)
факторов развития. Примером таких
совокупностей растений, животных и микроорганизмов,
населяющих участок природной среды с
однородными условиями жизни, например,
луг, озеро, берег реки, лес и т.п. является
биота относительно изолированных
территорий.
Изучением популяций и биоценозов занимается
отрасль биологической науки, называемая
популяционной биологией. Одна из основных
проблем, которую она решает, состоит в
определении пространственной структуры
и объёмов популяций. Установить границу
между популяциями чрезвычайно трудно,
т.к. в силу подвижности элементов популяции,
т.е. составляющих ее организмов, происходит
непрерывное перемешивание её населения.
Затрудняет анализ также, и наличие внутри
популяций разных групп и существование
популяций различных рангов. В рамках
популяционной биологии исследуются важные
проблемы метаболического взаимодействия
между популяциями и биоценозами, которые
относятся, прежде всего, к изучению их
пищевых (трофических) связей. Именно на
этой основе, происходит разграничение
популяций и биоценозов. Оно состоит в
том, что популяции представляют собой
открытые метаболические системы, которые
могут существовать и развиваться
только при взаимодействии с другими популяциями,
а биоценозы являются относительно замкнутыми
метаболическими системами, в которых
обмен и круговорот веществ могут осуществляться
между входящими в биоценоз популяциями.
Однако, эта замкнутость имеет ограниченный
и относительный характер, т.к. взаимодействуют
между собой очень разные биоценозы.
Для характеристики трофического
взаимодействия популяции биоценозов,
большое значение имеет общее правило,
согласно которому, чем длиннее и сложнее
пищевые связи между организмами и популяциями,
тем более жизнеспособной и устойчивой
является живая система любого надорганизменного
уровня. Отсюда ясно, что с биологической
точки зрения на таком уровне организации
живого решающее значение приобретает
трофический характер взаимодействия
между составляющими живую систему элементами.
Третий, надорганизменный уровень
организации биосистем, содержит в качестве
элементов разные биоценозы, и в ещё большей
степени, характеризуется зависимостью
от многочисленных земных и абиотических
условий своего существования: географических,
климатических, гидрологических, атмосферных
и др. Для обозначения этого, еще более
обширного, по объему биомассы и территории
уровня, академик В.Н.Сукачев, в середине
20 века, ввел термин биогеоценоз. Примерами
таких образований являются биоты
земных регионов, подобно приполярным
тундрам, тайге, зонам степей и пустынь,
африканской саванне и полярным областям
и т.п.
Наконец, последний, четвертый
надорганизменный уровень организации
земной биоты, возникает из
объединения самых разнообразных биогеоценозов и называется биосферой, которая является
глобальной системой биологических образований
на всей территории Земли, включающей
нижнюю часть атмосферы, гидросферу и
литосферу.
Таким образом, в существующей
живой природе нашей планеты, очевидно, проявляется
её целостность и системность, которые
реализуются в существовании иерархических
уровней её организации, неразрывно взаимосвязанных
и взаимодействующих между собой. При
этом каждый новый уровень характеризуется
особыми свойствами и закономерностями,
качественно не сводимыми к свойствам
и закономерностям низшего, структурного
уровня.
4.Биологическая
эволюция: её сущность и механизм.
Генетика как учение о наследственности
и изменчивости.
Синтетическая теория эволюции:
основные факторы, движущие силы
и закономерности развития биологических
систем.
Представление о структурных уровнях
организации живых систем стало формироваться
под влиянием открытия клеточной теории
строения живых организмов. В середине
прошлого века, клетка рассматривалась,
как последняя единица живой материи,
подобно атому неорганических тел. Из
клеток, мыслились построенными, все живые
системы (разного уровня организованности).
Такие идеи высказывал один из создателей
клеточной теории Маттиас Шлейден. Но
развитие этой идеи было бы невозможным
без понимания механизма естественного
процесса структурного усложнения живого,
перехода с одного уровня организации
на другой более высокий, т.е. без создания
теории биологической эволюции.
Идея эволюции как закономерного
прогресса, характеризующегося самопроизвольностью, необратимостью и направленностью
возникает только в Новое время. В древности
Средневековью и Возрождению были присущи
другие модели изменения мира: циклическая,
архитипическая (золотой век), телеологическая
(линейная история христианской мифологии).
Вначале, был осознан прогресс человеческих
знаний – на рубеже 16-17 веков Бекон и Декарт
предложили методы получения новых знаний,
не сводящихся к древней мудрости. В эпоху
Просвещения Кондорсэ предпринял попытку
установить закономерности развития
истории, её основные этапы и движущие
силы, продолженную в начале 19 века
Огюстом Контом и Гегелем. В конце 19 века
И.Кант выдвинул гипотезу о происхождении
солнечной системы из первичной туманности
естественным путем. В начале 19 века эволюционная
идея проникает в биологию. В 1809 году Жан
Батист Ламарк, в своей книге « Философия
зоологии», впервые заявил, что все
современные животные возникли путем
совершенствования более примитивных
форм через унаследование потомками признаков,
приобретенных их предками при жизни.
Отвергая такой механизм развития природы,
Жорж Кювье предложил концепцию геологических
катастроф как причин не возникновения
новых форм жизни, а вымирания старых видов,
некогда сотворенных Богом. Эта концепция,
в свою очередь была опровергнута английским
геологом Ч.Лайелем, который привел
неопровержимые факты в пользу того, что
геологические процессы идут с очень малой
скоростью, а их результаты обусловлены
огромной длительностью геологического
времени.
В 1859 году выходит книга «Происхождение видов» Чарльза
Дарвина, обобщившая огромный фактический
материал его собственных наблюдений
и предложившая разработанный им естественный
механизм, осуществляющий эволюцию, совершенствование
живых организмов, который включал в себя
три компонента: изменчивость, естественный
отбор и наследственность. Выделив
два типа изменчивости: индивидуальную (неопределенную),
передаваемую по наследству, и групповую (определенную),
обусловленную направленным действием факторов внешней
среды, он, в противоположность Ламарку,
именно случайные индивидуальные изменения,
признал определяющими в процессе эволюции.
Сейчас такие изменения называются мутациями и связаны они
с изменением генетического кода. Изменения же второго
типа (не наследственные) называются модификацией. Опираясь
на огромный фактический материал и практику
селекционной работы по выведению новых
сортов растений и пород животных, убедившись,
что в природе нет двух совершенно одинаковых
тождественных организмов, Дарвин сформулировал
исходный принцип своей эволюционной
теории – изменчивость является атрибутивным
свойством живого. Сочетание наследственности
и изменчивости создает возможность передачи
по наследству новых, измененных признаков.
Второй принцип раскрывал внутреннее противоречие в развитии
живой природы, состоящее в том, что все
виды организмов имеют тенденцию к избыточному
размножению в геометрической прогрессии,
но выживают и достигают зрелости лишь
небольшая часть потомства. Так, многие
растения дают десятки и сотни тысяч
семян, а рыбы мечут до миллиона икринок,
но выживают немногие – наиболее приспособленные.
Это понятие, кстати, включает в себя не
только эгоистическую внутривидовую конкуренцию
особей, но и проявление группового альтруизма,
способствующего более благоприятные
условия существования популяции или
вида в целом.
Третий принцип, раскрывающий
движущую силу эволюции, является
принципом естественного отбора новых измененных признаков, полезных
с точки зрения процесса эволюции. С его
помощью удалось объяснить, почему из
громадного потомства живых организмов
выживает и достигает зрелости лишь небольшое
количество особей. Дарвин выдвинул гипотезу
общего характера, согласно которой в
природе существует фундаментальный механизм
отбора, который приводит к избирательному
уничтожению организмов, оказавшихся
не приспособленными к существующим или
изменившимся условиям окружающей среды.
Дарвиновское учение было разработано
почти за сто лет до открытия генетического
механизма наследственности, что и определило
в нем самое слабое место, подвергнутое
серьезной критике его оппонентами. Действительно,
если эволюция связана со случайным появлением
полезных признаков и их передачей потомству,
то, на первый взгляд, непонятно, каким
образом они могут сохраняться и даже
усиливаться в дальнейшем, Ведь, при скрещивании
особей обладающих такими признаками,
с другими особями, таковыми не обладающими,
эти признаки должны передаваться потомству
в ослабленном виде и в конце концов исчезнуть,
как бы раствориться. Сам Дарвин признал
эти доводы весьма убедительными и даже
неопровержимыми при существовавших тогда
представлениях о наследственности. Вот
почему, в последние годы жизни он стал
все больше подчеркивать воздействие
на эволюцию направленных изменений, происходящих
под влиянием факторов внешней среды,
что означало переход на позиции Ламарка,
не нуждавшихся в принципе естественного
отбора. В дальнейшем, были выдвинуты и
другие недостатки теории Дарвина, нуждавшиеся
в дальнейшей разработке с учетом новых
достижений в биологии. Так, например,
казалось бы, непреодолимые затруднения
классической теории эволюции в объяснении
механизма сохранения, закрепления приобретенных
признаков были преодолены после открытия
законов наследственности основателем
генетики Г.Менделем, установившим, что
наследственные признаки родителей при
скрещивании не дробятся и не сливаются,
а комбинируются, оставаясь в первоначальном
виде. На языке генетики это означает
передачу наследственной информации в
виде генов, являющихся не делимой дискретной
единицей наследственности.
Генетика, являясь ключевой отраслью
современной биологии, является
наукой о наследственности и
изменчивости организмов. Она призвана раскрыть законы воспроизведения
живого по поколениям,
появления у организмов новых
свойств, законы индивидуального развития
особи и материальный базис преобразования
организмов в процессе эволюции. Объектами
генетики являются вирусы, бактерии, растения, животные и человек.
Открытие клетки и
клеточного строения
всего живого, исследование молекулярной
структуры клетки и стало тем
фундаментом на основе которого, возникла
генетика.
Основным веществом клетки являются - белки, молекулы которых, обычно содержат
несколько сот аминокислот, похожих на
бусы, состоящие из главной и боковой
цепей. У всех живых видов имеются свои
особые белки, воспроизводимые в ядре
клетки генетическим аппаратом. Механизм
защиты производства специфических для
организма белков обеспечивается иммунной
системой - блуждающими клетками, которые
уничтожают вредные для организма бактерии,
вирусы, обеспечивая необходимую структуру
данного организма. Попадающие в организм
белки, расщепляются на аминокислоты,
которые затем используются им для построения
собственных белков. Нуклеиновые кислоты
создают ферменты, управляющие реакциями.
Например, для процесса брожения необходимо
двенадцать ферментов, каждый из которых
управляет одной реакцией и действует
только на строго определенный вид молекул.
Все ферменты являются белками и в каждой
клетке несколько тысяч таких ферментов,
управляющих сложнейшими процессами в
организме.
В самой сущности биологической
формы движения материи заложено свойство самовоспроизведения,
поддерживающее непрерывный процесс жизни
и ее развития на земле уже более четырех
миллиардов лет – следующие одно за другим
поколения организмов, воспроизводят
свои формы и функции в потомках. Процесс
развития организма включает в себя три
важнейших составляющих: оплодотворение при
половом размножении через слияние половых
клеток; воспроизводство в
клетке по данной матрице определенных
веществ и структур; деление клеток, в результате
которого, организм развивается из одной
оплодотворенной яйцеклетки.
Существует два способа деления
клеток. Митоз – это такое деление
клеточного ядра, при котором
образуются два дочерних ядра
с наборами хромосом (части ядер
клеток), идентичными наборам родительской клетки. Мейоз – это деление клеточного
ядра с образованием четырех дочерних
ядер, каждое из которых вдвое меньше хромосом,
чем исходное ядро. Первый способ характерен
для всех клеток, кроме половых, а второй
– для последних.
Воспроизводство себе подобных и наследование
признаков осуществляется с помощью наследственной
информации, материальным носителем которой,
являются молекулы дезоксирибонуклеиновой
кислоты (ДНК), которая состоит из двух
цепей идущих в противоположных направлениях
и закрученных одна вокруг другой наподобие
винтовой лестницы. В клетке человека
ДНК распределена на двадцать три пары
хромосом и содержит около одного млрд.
пар оснований общей длиной около одного
метра. Если составить цепочку из ДНК всех
клеток одного человека, то она сможет
протянуться через всю солнечную систему.
Носители информации – нуклеиновые
кислоты (НК)– содержат азот
и выполняют три функции: самовоспроизведение;
хранение информации; реализация
этой информации в процессе роста этих клеток. Мономеры нуклеиновых
кислот несут информацию, по которой строятся
аминокислоты – каждой аминокислоте,
входящей в белок, соответствует определенный
набор из мономеров НК (триплет). Генетическая
информация, содержащаяся в НК, проявляется
в образовании ферментов, которые управляют
строением живого тела.
Реализация информации о свойствах
организма происходит путем синтеза
различных белков согласно генетическому
коду. Сходство и различие тел
определяется набором белков. Чем более сходны белки, тем
ближе состоящие из них организмы.
Молекулы ДНК – это как бы
матрица, с которой воспроизводится
организм. Участок молекулы ДНК,
служащий матрицей для синтеза
одного белка, называют геном (согласно гипотезе «один ген - один фермент»).
Гены расположены в хромосомах и представляют
собой группу из нескольких тысяч пар
нуклеотидов, расположенных в строго определенном
порядке, как буквы в словах. Количество
разных генов, в совокупности составляющих геном, от сотен у бактерий
до десятков тысяч у высших растений и
животных и возрастает пропорционально
сложности организма. Смысл гена состоит
в записи строения одного из необходимых
для данного организма белков на языке
нуклеотидов четырех типов: А, Т, Ц, Г.
Процесс воспроизводства клетки
включает в себя три составляющих:
репликацию, транскрипцию и трансляцию. Репликация – это удвоение молекулы ДНК, необходимая
для последующего деления клетки, обусловленная
уникальным свойством ДНК самокопироваться,
подобно печатанию фотографий с негативов.
Репродуцированные хромосомы разделяются
с оригиналом, после чего клетка делится
на две идентичные. Так как каждая клетка
многоклеточного организма возникает
из одной зародышевой клетки в результате
многократных делений, все клетки организма
имеют одинаковый набор генов. Транскрипция – представляет
собой перенос кода ДНК путем образования
одноцепочечной молекулы информационной
РНК на одной нити ДНК (информационная
РНК – это копия части молекулы ДНК). Трансляция - это синтез
белка на основе генетического кода информационной
РНК в особых частях клетки – рибосомах,
куда доставляет аминокислоты транспортная
РНК.