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.
|
38 Генетике - кибернетическая сущность жизни обширной области генетики и биологической кибернетики мы попытаемся выделить основные обобщения, без которых невозможно построить современную теорию общей биологии. Рамки генетики ограничены изучением наследственности и изменчивости. Что же касается биологической кибернетики, то ее границы более неопределенны. Оперируя понятиями управления и информации, биологическая кибернетика касается таких областей биологии, как генетика, эволюционная теория, физиология, биохимия, биогеоценология. Как и в предыдущих главах, мы формулируем сделанные выводы в виде двух законов. Закон информационной обусловленности биологических явлений, или закон Уоддингтона 1. Системно-регуляторные факторы, определяющие развитие и жизнедеятельность организма, факторы, контролирующие процессы обмена веществ и энергии, можно рассматривать как совокупность управляющих сигналов, несущих информацию о данной живой системе и окружающей среде. В зависимости от источника поступления следует различать генетическую (внутреннюю) и экологическую (внешнюю) информацию. В совокупности они составляют биологическую информацию организма как открытой системы, являющейся результатом эволюции. 2. На основе генетических и биохимических исследований были выявлены вещества — основные носители биологической информации, которые можно назвать информатидами, или семантидами. К ним относятся высокоспецифические полимерные вещества, в первичной структуре которых заключена информация, определяющая признаки и свойст- ва организма. Информатиды принадлежат к нуклеиновым кислотам (ДНК, РНК) и белкам. 3. Перенос информации с помощью информатид осуществляется путем их воспроизведения на основе матричного синтеза и передачи от материнских клеток к дочерним или по иным каналам связи. При этом возможен перенос информации с ДНК на ДНК (репликация), с ДНК на РНК (транскрипция), с РНК на ДНК (обратная транскрипция), с РНК на белки (трансляция). Обратная трансляция, т. е. передача структурной информации с белков на РНК или ДНК, по всей вероятности, невозможна, как и синтез белка в организме, вне процесса трансляции, 4. В типичном случае первичные информатиды (ДНК) выполняют функции передачи генетической информации последующим поколениям, а также переноса ее на РНК. Промежуточные информатиды (РНК) обеспечивают передачу информации ос ядра к рибосомам и специфический биосинтез белков. Роль последних как конечных информатид проявляется в реализации генетической и экологической информации в свойствах и признаках организма. 5. Экологическая информация оказывает адекватное воздействие на белки-информатиды, что наблюдается в таких фактах, как образование адаптивных ферментов и антител. У большинства видов животных экологическая информация воспринимается также через нервную систему, определяющую их целостность. При этом роль носителей информации, т. е. информатид, играют нейроны (нервные клетки). 6. Возникающие в структуре ДНК спонтанные изменения (мутации) могут быть стимулированы внешними воздействиями и, если не приводят к летальным последствиям, передаются потомству, составляя элементарный материал эволюции. Биологические популяции содержат резерв разнообразных мутаций, находящихся в рецессивном, подавленном состоянии. При повышении концентрации этих мутаций в популяции создаются условия для их проявления и включения в процесс естественного отбора. 39 Один из основоположников теоретической биологии, английский ученый Конрад Хэл Уоддингтон (1905— 1975) считал необходимым в определение сущности жизни ввести понятие информации, широко интерпретированное им. Биологическая информация — это отпечаток наследственных свойств и условий онтогенетического развития организма в структуре его информатид, запоминающих устройствах нервной системы и, возможно, иных системно-регуляторных факторов. Исходную программу развития организма составляет генетическая информация, закодированная в структуре ДНК. В ходе развития на эту программу наслаивается экологическая информация, которая программирует ход дальнейшего развития в границах, определяемых наследственностью. Эти границы составляют так называемую норму реакции, изменение которой обусловливается мутациями, затрагивающими структуру ДНК- Понятие экологической информации наиболее отчетливо выявляется на примерах, связанных с воздействием внешней среды на память животных, т. е. на запоминающие механизмы их нервной системы. В более широком плане понятие экологической информации можно иллюстрировать на примере восприятия организмом био-геоценотических факторов. Напомним, что в отличие от компонентов биогеоценоза его факторы не привносят вещество и энергию, однако существенно влияют на его компоненты. Такие факторы, как температура, чередование дня и ночи, гравитация, рельеф местности и т. п.,—• наглядный пример факторов биогеоценоза, которые воздействуют на организм в ходе его онтогенеза и представляют элементарные источники экологической информации. Особую группу источников экологической информации составляют биотические факторы развития организма, выявляемые, например, во взаимоотношениях хищника и жертвы, насекомоопыляемых растений и их опылителей и т. п. В понятие источников экологической информации входит также состав питательных веществ и особенности энергетических ресурсов, используемых организмом в процессах его развития и метаболизма. Об этих компонентах среды можно без иносказаний утверждать, что они ассимилируются организмом, представляя входящий поток экологической информации. Наконец, к источникам экологической информации следует также отнести 40 внешние факторы отрицательного значения: источники болезней, различных повреждений и физиологических нарушений, токсические вещества и т. п. Рациональный смысл истолкования всех вышеуказанных экологических факторов развития и существования организма как элементарных источников информации, т. е. источников информационных сигналов, обусловлен тремя обстоятельствами. Во-первых, тем, что все эти факторы являются не только условиями реализации генетической программы, но и элементами онтогенетического программирования дальнейшего развития и существования организма. Во-вторых, генетическая информация по своей содержательной сущности в значительной мере может быть соотнесена с экологической информацией. Ведь и та и другая в их взаимодействии обусловливают одни и те же группы признаков и свойств целостного организма. В-третьих, в ходе исторического развития через механизм естественного отбора экологическая информация отражается в генетической, которая представляет, таким образом, ее отпечаток. Первичность отражаемого объекта и вторичность его отражения — основополагающий принцип материалистической диалектики. Этому принципу вполне отвечает трактовка генетической информации конкретного организма как отражения экологической информации, накопленной в процессе естественного отбора филогенетического ряда его предков. Вхождение экологической информации в филогенез, который кодирует себя в генетической информации, происходит в процессе естественного отбора мутаций и рекомбинаций, т. е. на популяционном уровне. Совершенно иной механизм вхождения экологической информации в онтогенез. Этот процесс происходит на организ-< менном, клеточном и молекулярном уровнях и носит не эволюционно-генетический, а физиолого-биохимический характер. В настоящее время еще нет законченной общебиологической теории этого процесса. Однако широко признается, что он не затрагивает первичную структуру ДИК и РНК- Что касается структуры белков, в том числе, возможно, в какой-то мере и их первичной структуры, то под непосредственным воздействием источников экологической информации она может меняться адекватным 41 образом. Об этом свидетельствует такой факт, как обра-зование адаптивных ферментов в результате изменения состава питательной среды в культурах микроорганизмов. У высших организмов о молекулярных изменениях I, специфическом синтезе белков под действием экологической информации ^свидетельствует индуцированное образование антител. При этом иногда могут образоваться белки (ферменты и антитела) заведомо новой структуры, совсем не характерной для предшествующих поколений организма, подвергаемого воздействию принципиально новой экологической информации. Такие случаи отмечаются при введении в состав питательной среды микроорганизмов нового искусственно синтезированного пещества, разлагаемого под действием индуцированного им фермента. Сходное явление может наблюдаться при использовании искусственных антигенов, не имеющих аналогов в природе и индуцирующих образование специфических к ним антител. Элементарный механизм вхождения экологической гнформации в онтогенез через запоминающие механизмы нервной системы — образование условных рефлексов. Безусловные рефлексы — пример вхождения экологической информации в филогенез. Закреплению в филогенезе подложат лишь те мутации, которые обеспечивают изменения нормы реакции, соответствующие изменениям в экологической информации. Поэтому филогенетическая изменчивость идет в направлении отбора, и таким образом экологическая информация преобразуется в генетическую. Закон дискретности и непрерывности биологической информации, или закон Моргана—Эфрусси 1. Расчлененность наследственного основания на гены, соединенные в группы сцепления — хромосомы, а генов — на нуклеотидные триплеты, мо-лекулярно-дискретная организация и качественная определенность белков организма как конечных ин-форматид, обусловленность нервной деятельности отдельными рефлексами — все это выражает дискретность (прерывность) биологической информации. 2. Внутреннее единство, целостность биологиче- ской информации любого организма, несводимость этой информации к простой сумме ее элементарных единиц выражают свойство ее непрерывности. В конкретной экспрессии (реализации) биологической информации ее дискретность и непрерывность проявляются одновременно, обусловливая единый процесс информационной детерминации (определения) развития и функционирования организма. 3. Отдельные стороны этого процесса составляют генная, геномная и надгеномная (эпигенетическая) детерминации. Любой признак организма при учете его полной причинно-следственной обусловленности определяется взаимодействием все/: этих сторон, в чем конкретно и проявляется единство дискретности и непрерывности биологической информации. Раскрытие дискретных свойств наследственного осно* вания стало возможным благодаря созданию хромосомной теории наследственности и выяснению природы ДНК. Крупнейшим этапом в этом направлении исследований были работы Томаса Хаита Моргана (1866—1945) и его школы. С другой стороны, изучение биохимической природы действия гена на признаки организма стало необходимой предпосылкой установления связи генетики с биологией развития, без чего невозможно раскрыть непрерывность биологической информации. Одним из первых ученых, исследовавших генетический контроль биохимических процессов, был Борис Эфрусси, работы которого позволили на некоторых конкретных примерах показать связь гена с морфологическими признаками через контроль синтеза определенных веществ. Закон дискретности и непрерывности биологической информации, или закон Моргана—Эфрусси, отражает оба эти направления исследований. Они привели к формированию современной генетики и биологии индивидуального развития, раскрывающих дискретность ч непрерывность биологической информации на молекулярном, клеточном и организменном уровнях. Дискретность генетической информации как выражение действия отдельных генов наглядно проявляется при внутривидовой гибридизации в комбинировании альтернативных признаков исходных форм у расщепляющегося потомства. Однако в ходе развития генетики выяснилось, что один ген может определять ряд признаков и, в 43 свою очередь, один признак может определяться многими генами. Это создало предпосылки для дополнения концепции генной детерминации представлением о целостной геномной детерминации, раскрывающей свойство непрерывности генетической информации. Если отдельный ген может определять, допустим, окраску цветка, то нельзя забывать, что для осуществления этой генной детерминации как минимум необходимо, чтобы этот цветок сформировался в процессе онтогенеза растения. Л это уже проявление действия многих генов, т. е. геномной, а также и надгеномной детерминации, зависящей от вхождения в онтогенез экологическиfi информации. Идея геномной детерминации может считаться важным принципом современной генетики, противостоящим упрощенному представлению об организме как мозаичной сумме независимых признаков, определяемых независимыми друг от друга генами. Надгеномную (эпигенетическую), или фенотипичее-кую, детерминацию по традиции большинство генетиков резко обособляют от геномной и генной. Такое обособление, однако, кажется не вполне правомерным. Ведь генетическая информация реализуется только в единстве с экологической информацией, поступающей в данный организм в процессе его индивидуального развития. Это соображение приводит многих биологов к выводу, что разграничение понятий генотип и фенотип при конкретном исследовании реальных фактов детерминации развития целостного организма не должно абсолютизироваться. Помимо других взаимосвязей между законами теоретической биологии, следует особо отметить частичную обусловленность закона Моргана — Эфрусси законом Дриша, поскольку в непрерывности биологической информации проявляется целостность онтогенеза. Что же касается дискретности биологической информации, то, кроме законов эволюции, это ее свойство обусловлено биохимическими законами, проявляющимися в особенностях строения информатид, расчленяемых на гены и иные структурные элементы закодированной в них информации. Таким образом, закон Моргана — Эфрусси не только эмпирическое обобщение, но в какой-то мере к логическое следствие других законов теоретической биологин. 14 Человек и жизнь планеты иологическая природа человека, его происхождение и место в таксономическом и геобиологической системах органического мира, факторы эволюции человека, особенности строения, функций и индивидуального развития человеческого организма, генетика человека, проблемы патологии и другие медицинские аспекты изучения человека, расовое и антропологическое разнообразие людей — таков неполный перечень проблем естественнонаучного изучения человека. Познание природы человека включает также широкий круг направлений в области исследования его социальной и духовной жизни, развития его интеллектуальной и предметной деятельности. Таким образом, человек — объект исследования широкого круга биологических, медицинских, общественных и гуманитарных дисциплин, формирующих комплексную науку о человеке — гуманистку. Изучение человека методами разных наук в целях комплексного его познания в последнее время привлекает особое внимание ученых. Показательны в этом отношении встречи и научные конференции философов, биологов, обществоведов, ученых других специальностей, посвященные проблеме изучения человека. Многие считают, что настало время объединить усилия разных наук по изучению человека в рамках единой комплексной программы, чему служит организация в СССР специального Института человека. В комплекс наук, изучающих данную проблему, входит и теоретическая биология, одна из важных задач которой — установление основных законов, касающихся эволюции человека, его биологической природы и планетарной роли. В настоящее время в рамках теоретической биологии можно выделить два крупнейших обобщения в этой области. Закон ведущей роли труда в становлении и развитии человека, или второй закон Энгельса, и закон биосферной роли разума, или второй закон Вернадского. Человек — часть и продукт развития не только при« |
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 |
