Рассматриваются основные теоретические обобщения, к которым пришла биологическая наука на пути своего развития от Карла Линнея до настоящего времени. Популярно излагая эти обобщения, автор придал им форму двенадцати законов теоретической биологии
Скачать 0.6 Mb.
|
Закон целостности онтогенеза, или закон Дриша 1. Целостность организма — его внутреннее единство, относительная автономность, несводимость его свойств к свойствам отдельных его частей, подчиненность частей целому — проявляется в течение всех стадий онтогенеза. Таким образом, онтогенез представляет собой упорядоченное единство последовательно чередующихся состояний целостности. В целостности индивидуального развития проявляется органическая целесообразность. I 2. Целостность онтогенеза базируется на действии системно-регуляторных факторов: цитогенети-ческих, морфогенетических, морфофизиологических, гормональных, а у большинства животных также нейрогуморальных. Эти факторы, действуя по принципу обратной связи, координируют ход развития и жизнедеятельность организма как активного целого в тесной связи с условиями окружающей среды. ! 3. Свойство целостности имеет количественное выражение, неодинаковое для представителей разных видов, для разных особей, стадий и состояний организма. У растений целостность, как правило, выражена в меньшей степени, чем у животных. В процессе регенерации, т. е. восстановления утраченных частей или восстановления организма из части, целостность возрастает. Усложнение организации в процессе онтогенеза и филогенеза, усиление координирующей функции системно-регуляторных факторов организма означают возрастание целостности. 4. Филогенетические изменения суть изменения целостных онтогенезов, протекающие в условиях воздействия естественного отбора на системно-регу-ляторные факторы. Поэтому свойство целостности сохраняется организмами не только в их индивидуальном, но и историческом развитии. Изменения, разрушающие целостность, отметаются отбором. Закон теоретической биологии, который в истории науки связан с именем немецкого эмбриолога Ганса 27 I Дриша (1867—1914), гласит, что индивидуальное развитие организма есть целостный процесс и будущее состояние каждого развивающегося элемента есть функция его положения в целом. Конкретизируя и развивая в свете научных данных эту формулировку (в противовес ее идеалистической трактовке в витализме), мы и приходим к закону целостности онтогенеза — к закону, дающему материалистическое толкование одной из самых сложных сторон индивидуального развития организма. Обращаясь к истории открытия этого закона, отметим, что им обусловлен принцип корреляции, установленный Кювье и позволивший этому ученому реконструировать по отдельным остаткам строение многих ископаемых животных в целом. С этим же законом связано явление коррелятивной изменчивости, на которое обратил внимание Дарвин. Для понимания целостности онтогенеза существенное значение имело раскрытие И. П. Павловым и его учениками роли центральной нервной системы как регуляторного фактора, обеспечивающего целостность организма животных и человека. Системный характер процессов старения человека и животных показан в исследованиях А. В. Нагорного и его сотрудников. Целостность растительного организма в процессе его индивидуального развития исследовал М. X. Чайлахян и другие физиологи растений. Большое значение в раскрытии целостности онтогенеза имели эмбриологические исследования, у истоков которых стояли К- Ф. Вольф и К. М. Бэр. Глубокую эволюционную трактовку целостности организмов в их индивидуальном и историческом развитии дал И. И. Шмалыаузен, развивший идеи А. Н. Северцова по этому вопросу. Рассмотрим подробнее некоторые стороны тех обобщений, которые составляют основное содержание закона целостности онтогенеза. Известно, что индивидуальное развитие всех организмов носит стадийный характер. У вирусов стадии связаны с жизненным циклом, с их репродукцией и переходом из одной клетки в другую. Индивидуальное развитие одноклеточных включает фазы клеточного цикла — такие, например, как митоз, предсинтетическую фазу, фазу синтеза ДНК и постсинтетическую фазу. В онтогенезе многих растений выделяются хорошо различимые стадии чередования поколений (полового и бесполого). У растений и особенно живот- 28 ных четко разграничены стадии: эмбриональная, моло~ дости, зрелости и старости. Возможно и более дробное членение онтогенеза. Соответственно стадиям развития и уровню целостности следует различать: 1) цитогенетическое целое, присущее отдельной делящейся клетке; 2) эмбриональное целое, характеризующее фазы дробления яйца, диф-ференцировки, морфогенеза и роста зародыша в зародышевых оболочках; 3) постэмбриональное онтогенетическое целое, характерное для стадий молодости и зрелости; 4) инволюционное целое, отражающее системный характер инволюционного развития организма на стадии старости. Для каждого уровня целостности характерна своя совокупность системно-регуляторных факторов. Однако, появившись на одной стадии развития, конкретный фактор может сохраняться в той или иной форме и на последующих, интегрируясь с новыми регуляторными системами. В цитогенетическом целом, отдельно делящейся клетке, основное регуляторное значение имеет цитоплазма-тический контроль, а затем взаимодействие ДНК, РНК и белков. Генетическая информация в процессе матричного синтеза переходит с ДНК на РНК, а с РНК на белки. В свою очередь, осуществляя обратную связь, белки-ферменты и метаболиты-эффекторы играют роль регуляторов функционирования ДНК. Другую сторону целостности клетки составляет свойство раздражимости, проявляющееся в ее структурном и функциональном реагировании на воздействия среды. В эмбриональном целом вступают в действие морфо-генетические системы регуляции, проявляющиеся в клеточном и тканевом взаимодействии при посредстве белков, играющих роль индуцирующих факторов эмбриогенеза. При этом имеют значение и другие факторы, обусловливающие целостность эмбрионального развития. Например, его пространственно-временная организация, фиксация каждого элемента развивающейся системы во времени и пространстве, полярность и самоорганизация системы, взаимная самонастройка, коадаптация ее элементов. У высшего растения большое значение имеет взаимодействие листьев и корня со стеблем, на котором формируются генеративные органы. Помимо потоков питатель- 29 ных веществ, взаимодействие осуществляют системы гормональной регуляции и раздражимости растений. У животных на постэмбриональных стадиях ведущее значение для поддержания целостности имеют нейрогу-моральная и гормональная регуляции. Вместе с тем действуют механизмы более частной морфофизиологическон регуляции: непосредственное взаимодействие органов, тканевое и клеточное взаимодействие. На протяжении всех стадий онтогенеза у растений и животных функционируют внутриклеточные системы регуляции. Системно-регуляторные факторы обеспечивают сохранение относительного постоянства, самотождествеи-ности организма и в то же время обусловливают его поступательное развитие. Наряду с этими проявлениями системной самоорганизации, характерными для восходящей ветви развития, на нисходящей ее ветви, в стадии старости, имеет место системная дезорганизация. Роль системно-регуляторных факторов, обеспечивающих целостность развития, все конкретнее и полнее раскрывается в экспериментальных аналитических исследованиях молекулярной биологии развития организма. Сложность возникающих при этом проблем обусловлена тем фактом, что ход развития организма во всей полноте этого процесса не предопределен ДНК клетки, а обусловлен развивающимся целым (цитогенетическим, эмбриональным и т. д.). Поэтому аналитическое расчленение факторов развития, определение их только структурой ДНК недостаточны для познания закономерностей онтогенеза. Этот подход, весьма сложный сам по себе, должен быть интегрирован в научном анализе, основанном па системно-историческом осмыслении экспериментальных фактов индивидуального развития организма как целого. Это усложняет задачу исследователя, но только таким путем, через анализ системных факторов развития, можно раскрыть целостность онтогенеза, без чего невозможно познать его в полной мере Физиологе - биохимическая сущность жизни изиология, биологическая и биофизическая химия тесно соприкасаются с теоретической биологией, поскольку совместно с ней решают вопрос о биохимических критериях и физиолого- ________ биохимической сущности жизни. Именно к этой общей области указанных наук относятся излагаемые ниже закон химического состава живого вещества, и закон системной организации биохимических процессов. В основе этих законов лежит предложенное Энгельсом определение: «Жизнь — это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь»3. Энгельс не считал свое определение исчерпывающим, и рассматривая физиолого-биохимическую сущность жизни, мы должны расширить рамки этого определения с учетом более поздних обобщений и формулировок, учитывающих последующее развитие науки в этой области. Закон химического состава живого вещества, или первый закон Энгельса 1. Материальную основу живых тел составляют органические соединения углерода, которые в процессе жизнедеятельности организма претерпевают биохимические превращения. Суть этих превращений — процессы ассимиляции и диссимиляции, т.е. в конечном счете построение живого тела из поступающих извне питательных веществ и разложение органических веществ с выделением энергии, используемой в процессах жизнедеятельности. Совокупность ассимиляции и диссимиляции составляет обмен веществ организма, или его метаболизм. 2. В обмене веществ фундаментальная роль 3 Энгельс Ф. Диалектика природы. — С. 616, 31 принадлежит белкам-ферментам как катализаторам и регуляторам биохимических реакций. Кроме того, белки выполняют структурообразующие, двигательные, транспортные, иммунологические и энергетические функции. 3. Биосинтез белков происходит при участии нуклеиновых кислот, полимерная структура которых определяет порядок чередования аминокислот в молекулах синтезируемых белков. Обладая способностью к передаче генетической информации, нуклеиновые кислоты играют уникальную роль в явлениях наследственности, биосинтезе белка и индивидуальном развитии организма. Наряду с белками нуклеиновые кислоты составляют первооснову жизни. 4. Помимо белков и нуклеиновых кислот, в живом теле присутствуют многие другие органические соединения, в частности липиды и углеводы, несущие особые структурообразующие и энергетические функции, а также универсальный накопитель химической энергии — аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Из неорганических веществ живого тела особое значение имеет вода, в отсутствие которой жизнедеятельность невозможна. Определяя жизнь как форму существования белковых тел, Энгельс тем самым подчеркнул уникальную роль белков в качестве биохимической первоосновы жизни. В настоящее время общеизвестно, что белки-ферменты катализируют и регулируют биосинтез всех органических веществ, образуемых в клетке, и всех других происходящих в ней биохимических процессов. Белки составляют структурную основу органоидов клетки, обусловливают раздражимость клетки и другие проявления жизнедеятельности. Определяя физиолого-биохимическую сущность жизни, современные ученые называют в качестве ее первоосновы, помимо белков, нуклеиновые кислоты — ДНК » РНК. Такое дополнение вполне обоснованно, поскольку, как выяснилось, нуклеиновым кислотам принадлежит определяющая роль в биосинтезе белков и передаче наследственных свойств. Таким образом, материальную первооснову жизни составляют высокоспецифичные полимерные вещества — белки и нуклеиновые кислоты, образующие вместе с другими компонентами элементар- 32 пую структурно-функциональную единицу жизни — клетку. Очевидно, следует различать материальную первооснову жизни и живое вещество в целом. В первом случае имеются в виду ключевые химические компоненты клеток, определяющие процессы биосинтеза и репродукции, а во втором — вся совокупность клеточного и межклеточного вещества живого тела. В структурно-функциональной организации клетки роль липидов связана в основном с их участием в формировании плазматических мембран, на поверхности которых протекают биохимические процессы, а также в образовании запасов питательных веществ. Различные углеводы выполняют метаболические функции, являются первичными продуктами фотосинтеза, запасным питательным веществом, составляют значительную часть биомассы растений, входя в состав клеточных оболочек. Что касается АТФ, то это вещество, присутствующее в каждой живой клетке, играет центральную роль в энергетическом обмене. Другие органические компоненты живого вещества не имеют столь универсального значения и поэтому специально не названы. Включение воды в состав живого вещества объясняется тем обстоятельством, что она содержится как обязательный компонент в любом живом теле. Это та среда, в которой протекают биохимические процессы. Кроме того, как химический реагент вода участвует в гидролизе органических веществ, фотосинтезе и других процессах. В водном растворе происходит ионизация неорганических веществ, участвующих в биохимических реакциях. Содержание воды в клетке составляет обычно 60—• 80% и более, что обусловливает также механические свойства живого тела. Уникальность органических соединений углерода, особенно белков и нуклеиновых кислот, обусловливает всеобщий характер закона химического состава живого вещества. Закон системной организации биохимических процессов, или закон Берталанфи 1. Любой организм представляет собой открытую, неравновесную, самообновляемую, саморегулируемую, саморазвивающуюся, самовоспроизводя- 33 щуюся активную систему. Протекающие в ней биохимические процессы характеризуются пространственно-временной упорядоченностью и направлены на самообновление и воспроизведение системы в целом. 2. Открытость живой системы проявляется в ее обмене веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Неравновесность живой системы выражается в ее неизбежном изменении. 3. Самообновляемость живой системы заключается в постоянной замене разрушаемых веществ живого тела вновь синтезируемыми. Этот процесс обеспечивает самосохранение системы. Саморегулируемость выражается в поддержании в живом теле условий, необходимых для ее самосохранения. 4. Способность живой системы к саморазвитию и самовоспроизведению, как и любые другие ее свойства, подконтрольна действию естественного отбора. Она определяет структурно-функциональную организацию живого тела, его общебиологические и конкретные свойства, обеспечивающие самосохранение биологических систем в их индивидуальном и историческом развитии. 5. Непосредственные причины, определяющие способность живой системы к саморазвитию и самовоспроизведению, — структурно-функциональные особенности нуклеиновых кислот и белков, старение и обновление живого тела, процесс обмена веществ в целом. 6. Активность живой системы проявляется в ее избирательности по отношению к внешним источникам питательных веществ, энергии и информации, в раздражимости (активной, в частности двигательной, реакции на внешние воздействия), в образовании адаптивных ферментов, иммунологических реакциях, активных формах поведения. 7. Превращение веществ в живом теле выражается в многоступенчатых каталитических процессах, которые образуют линейные и разветвленные цепи, замкнутые циклы и сети биохимических реакций живого тела. Упорядоченность системы этих реакций обеспечивается механизмами генетического контроля метаболизма путем индукции и репрессии биосин!еза ферментов. Наряду с этим—прост- 34 ранственной разделенностью биохимических реакций в клетке, регуляцией активности ферментов путем изменения концентрации субстратов, активаторов и ингибиторов, мультиферментной организацией многоступенчатых реакций, гормональной и нейро-гуморальной регуляцией ферментативного катализа. Функционирование этих системно-регуляторных факторов метаболизма, действующих в основном по принципу обратной связи, подчинено сохранению и развитию организма как целого. Если первый закон Энгельса характеризует субстанциональные, вещественные свойства живой материи, то закон Берталанфи касается функциональных особенностей живых тел, наиболее общих свойств тех физиолого-биохимических процессов, которые в них протекают. Вслед за Людвигом фон Берталанфи (1901 — 1972), рассматривая организм как открытую систему, мы прежде всего имеем в виду, что для ее существования необходим обмен со средой веществом и энергией. В связи с этим напомним некоторые общие представления и факты. К питательным веществам автотрофных организмов относятся неорганические соединения, главным образом СОз, ионы аммония, азотной, фосфорной кислот, калия, кальция, натрия, соединения, содержащие так называемые микроэлементы, необходимые в сравнительно небольших количествах (Fe, Mg, Mn, В, Си, Zn и др.). Основную группу автотрофных организмов составляют зеленые растения. Энергетическим источником для них служит световая энергия Солнца. Поэтому их называют также фототрофными организмами. Кроме зеленых растений, к ним принадлежат синезеленые водоросли и фо-тосинтезирующие бактерии. Особую группу автотрофных организмов составляют хемотрофные бактерии, которые получают энергию в процессе превращения неорганических соединений. Для питания гетеротрофных организмов нужны органические соединения: белки, жиры, углеводы, витамины. Эти организмы, как и автотрофные, нуждаются также в неорганических соединениях калия, кальция, натрия и микроэлементов. К гетеротрофным организмам принадлежат все животные, грибы и многие микроорганизмы. Надо отметить, что белки, жиры и сложные углеводы в пищеварительном тракте животных под действием 35 ферментов расщепляются на составные части — аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды, которые и поступают в кровь. Из этих соединений в клетках организма происходит биосинтез веществ живого тела. Энергетическим источником для гетеротрофных организмов служит химическая энергия питательных веществ, подвергаемых в организме биологическому окислению. У большинства животных и растений биологическое окисление происходит при участии молекулярного кислорода, в котором нуждаются все аэробные организмы. У них процесс биологического окисления происходит в форме дыхания. Существуют, однако, обширные группы организмов, у которых источником кислорода для биологического окисления являются органические кислородсодержащие соединения, главным образом углеводы. В этом случае биологическое окисление происходит в форме брожения, сущность которого раскрыл Луи Пастер. Организмы, не нуждающиеся в свободном кислороде, называют анаэробными. К ним принадлежат многие микроорганизмы и некоторые паразитические животные. Следует иметь в виду, что биологическое окисление без участия молекулярного кислорода как звено метаболизма происходит и в аэробных организмах. Кроме того, имеются факультативные анаэробы, у которых в зависимости от условий биологическое окисление происходит тем или иным способом. Основной источник азота для гетеротрофных организмов — белки, для автотрофных — соли азотной кислоты и аммония. Однако некоторые микроорганизмы способны к усвоению молекулярного азота. К ним относятся клубеньковые бактерии, азотобактер, азотфикси-рующие синезеленые водоросли. Необходимость поступления в организм воды, очевидно, не нуждается в комментариях. Обезвоживание организма часто приводит к смерти. Однако многие виды выдерживают значительное обезвоживание, сохраняя жизнеспособность. Такое состояние, при котором жизнедеятельность резко затухает, но жизнеспособность сохраняется, называют анабиозом. Помимо обезвоживания, состояние анабиоза может вызвать понижение температуры. Анабиозу подвержены микроорганизмы, растения умеренного и холодного климата, многие животные как беспозвоночные, так и позвоночные. У многих видов анабиоз —: нормальный этап жизненного цикла. 36 Это биологическое приспособление к перенесению неблагоприятных для жизнедеятельности условий (например, зимой) или к распространению в пространстве (например, в форме спор или семян). В понимании системной организации биохимических процессов важное место принадлежит принципу регулирования на основе обратной связи. Под обратной связью понимают воздействие результатов функционирования системы на характер этого функционирования. В биохимических процессах обратная связь выражается в воздействии продуктов реакции на ход этой реакции. Особое значение в живых системах имеет отрицательная обратная связь, ослабляющая течение биохимического процесса под действием его продукта. Отрицательная обратная связь стабилизирует функционирование системы, делает ее работу устойчивой. Следует, однако, иметь в виду, что устойчивость биохимической системы организма неабсолютна. Напротив, такую систему можно характеризовать как находящуюся в состоянии устойчивого неравновесия. Один из видных теоретиков биологии, советский и венгерский ученый Э. С. Бауэр (1890—1942), сформулировавший принцип устойчивого неравновесия живых систем и построивший на нем концепцию теоретической биологии, писал: «Всем живым существам свойственно прежде всего самопроизвольное изменение своего состояния, т. е. изменение состояния, которое не вызвано внешними причинами, лежащими вне живого существа...» (Бауэр, 1935. — С. 22). Закон системной организации биохимических процессов логически связан с рассмотренными ранее законами биологической эволюции и индивидуального развития организма, так как системная организация познается исходя из принципа развития. Пониманию этого закона 'должен способствовать также анализ генетико-киберне-тической сущности жизни, к которому мы переходим в следующем разделе |
Похожие:
 | Анатомия опорно-двигательного аппарата; основные вопросы нормальной... Знание – понимание, сохранение в памяти и умение воспроизводить основные понятия, факты науки и вытекающие из них теоретические обобщения... | | 3. критерии, этапы и задачи изучения и обобщения передового педагогического опыта ... |
| Урок-практикум «Работа над сжатым изложением. Выделение главной информации в тексте» Научить сокращать текст разными способами (исключения, обобщения или сочетания исключения и обобщения) |  | Урок обобщения и систематизация знаний "Бессоюзные сложные предложения" Тип: вариативный урок обобщения и систематизации знаний на основе модульной технологии |
| Конспект урока по математике тема урока: Измерение времени. Час Цель урока: на основе обобщения личного опыта детей, использование компьютерной презентации познакомиться с единицами времени и их... | | Теоретические вопросы Контурная карта Образовательные: Создание условий для обобщения и закрепления изученного материала по теме, отработки полученных умений записывать... |
| Конспект урока на тему «Единицы времени. Час. Минута.». Горшкова... Цель урока: на основе обобщения личного опыта детей, использование компьютерной презентации познакомиться с единицами времени и их... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Действительные причастия настоящего времени. Гласные в суффиксах действительных причастий настоящего времени |
| Урок №30 Русский язык 7 класс Тема: Страдательные причастия настоящего времени Сначала записать предложения с действительными причастиями настоящего времени, затем с действительными причастиями прошедшего времени.... | | Приозерский политехнический колледж Разработка рефератов преследует цель углубить, систематизировать и закрепить теоретические знания студентов, а также привить навыки... |
| Урок обобщения изученного по теме «Лексика» Повторить основные понятия лексики: однозначные и многозначные слова; синонимы и антонимы, омонимы | | Рекомендации по реферативной работе студентов рефераты в учебном заведении Разработка рефератов преследует цель углубить, систематизировать и закрепить теоретические знания студентов, а также привить навыки... |
| Маралихинская специальная (коррекционная) общеобразовательная школа-интернат... Урок обобщения и повторения разработан в соответствии Рабочей программой по обществознанию, составленной учителем на основе Программой... | | Тест №1 Наука это Вы держите в руках справочное издание для тех, кто стоит перед выбором направления своего жизненного пути, профессиональной судьбы... |
| Программа элективного курса по биологии Знакомство с историей науки позволило не только обогатить знания учащихся по биологии, и, в частности, медицины, но и показать, что... | | Урок обобщения по теме: «Право в нашей жизни» Урок – обобщения по теме: «Право в нашей жизни». Для учащихся 11 «А» профильного класса |
