Владимир Соломатин - Система гуманитарного и социально-экономического знания
Изучение элементного химического состава протоплазмы подтвердило единство всей природы. Химические элементы, которые принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выраженной биологической активностью, называются биогенными. Белки (протеины) составляют от 50 до 85 % органических соединений, входящих в состав живых организмов. Белки включаются в состав всех клеток, клеточных организмов и межклеточных жидкостей. Н. Любавин установил, что белки состоят из аминокислот. В настоящее время известно более двадцати аминокислот.
Молекула белка – типичный полимер, в ней аминокислоты следуют одна за другой. Каждый вид организмов отличается своей специфичностью белков. Даже в одном организме белки различных органов неодинаковы. Аминокислоты в белковой молекуле имеют определенное пространственное расположение. Первичной структурой белковой молекулы является полипептидная цепь. Внутримолекулярные силы заставляют белковую цепь изгибаться, и возникает вторичная структура. Большинству молекул белка присуща третичная структура (глобулярная), в ряде случаев образуется и четвертичная.
В клетке белки выполняют структурные (основной строительный материал цитоплазмы, наружной и внутренней мембраны и т. д.), сократительные (обеспечивают явление раздражимости и движение), ферментативные функции (катализируют все реакции, протекающие в клетке).
Нуклеиновые кислоты были открыты швейцарским врачом И. Мишером в 1870 году. С нуклеиновыми кислотами связаны процессы синтеза белка, а этим, в свою очередь, определяются характер обмена веществ, закономерности роста и развития, явления наследственности и изменчивости. В состав нуклеиновых кислот входят углерод, кислород, водород, азот и фосфор. Известны две группы этих кислот – РНК и ДНК. Они отличаются химическим составом и биологическими свойствами. Нуклеиновые кислоты – биополимеры, мономерами которых служат нуклеотиды.
Основная биологическая функция белка заключается в хранении, постоянном самовозобновлении, самовоспроизведении (репликации) и передаче генетической (наследственной) информации в клетке.
Биологическая роль РНК связана преимущественно с синтезом белка, т. е. с реализацией наследственной информации.
Способность ДНК к авторепродукции вытекает из особенностей ее строения. Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных нитей. Порядок расположения оснований одной цепи определяет их порядок в другой. Авторепродукция молекул ДНК происходит под воздействием фермента полимеразы. Предполагается, что при этом коплементарные цепи молекул ДНК раскручиваются и расходятся. Затем каждая из них начинает синтезировать новую. Поскольку каждое из оснований в нуклеотидах может присоединить другой нуклеотид только строго определенного строения, происходит точное воспроизведение «материнской» молекулы. В многообразных комбинациях нуклеотидов нитей ДНК закодирована программа синтеза множества белков.
РНК не имеет двойной спирали и построена подобно одной из цепей ДНК. Различают три вида РНК: рибосомальную, информационную и транспортную.
Синтез белков происходит следующим образом. Специальный фермент – полимераза, двигаясь по ДНК, создает одноцепочную молекулу и-РНК, в которой нуклеотиды расположены по принципу комплементарности (дополнительности) одной нити ДНК. Последовательность расположения нуклеотидов в и-РНК определяет последовательность расположения аминокислот в белках. Генетический код, заложенный в ДНК, записывается на язык и-РНК. Молекула и-РНК проникает через мембрану ядра и в рибосомах осуществляет расшифровку кода с языка нуклеотидов на язык аминокислот. В синтезе белка принимает участие и транспортная РНК, которая доставляет к рибосомам аминокислоты. Структура рибосом определяется третьим видом РНК (рибосомная РНК).
Обмен веществ и энергии (метаболизм) – это процесс, лежащий в основе явлений жизни. Поток вещества и энергии, наблюдаемый в организме, обусловливает самовозобновление и самовоспроизведение. Совокупность процессов, соответствующих ассимиляции и приводящих к образованию веществ, которые входят в состав организма, получила название анаболизма. Совокупность процессов, соответствующих диссимиляции и приводящих к расщеплению сложных органических соединений организма, называется катаболизмом. По характеру ассимиляции все организмы делятся на гетеротрофные, автотрофные и миксотрофные. Гетеротрофные организмы нуждаются в готовых органических веществах, автотрофные синтезируют органические соединения своего тела из более простых, неорганических; миксотрофы занимают промежуточное положение.
По характеру диссимиляции организмы делятся на аэробные (использующие свободный кислород для процессов окисления) и анаэробные (у которых процессы диссимиляции происходят в бескислородной среде). Постоянно совершающийся процесс перехода химических элементов из одних соединений в другие, из состава земной коры в живые организмы, далее расщепление их на неорганические соединения и химические элементы и снова переход в состав земной коры называется круговоротом вещества и энергии.
Современная биология невозможна без теории эволюции. Идеи постепенного и непрерывного изменения всех видов растений и животных высказывались задолго до Ч. Дарвина многими учеными. В частности, Ж.-Б. Ламарк считал, что эволюция живых организмов происходит под направляющим влиянием условий окружающей среды, а все приобретенные живыми организмами благоприятные признаки оказываются наследственными и поэтому определяют ход дальнейшей эволюции. В первой половине XIX века уже был собран огромный материал из различных областей естествознания (геологии, палеонтологии, биогеографии, эмбриологии, сравнительной анатомии, учения о клеточном строении организмов, селекции), свидетельствующий в пользу эволюции. Создать эволюционную теорию смог Дарвин. Принципы его теории сводятся к следующим.
• Изменчивость свойственна организмам любого уровня, является общебиологическим свойством. Причину изменчивости Дарвин видел во влиянии окружающей среды. Он различал определенную и неопределенную виды изменчивости. Определенная изменчивость проявляется однотипно у особей, подвергшихся какому-либо определенному воздействию (модификационная изменчивость, происходящая в пределах нормы реакции). Неопределенная изменчивость (с современной точки зрения – это мутация) проявляется лишь у отдельных особей и происходит в различных направлениях. Эволюция связана именно с неопределенной изменчивостью.
• Изменчивость невозможна без наследственности. Если изменчивость обеспечивает разнообразие организмов, то наследственность – передачу изменений потомкам.
• Выделение в эволюционном процессе борьбы за существование в природе. Дарвин обратил внимание, что в природе рождается намного больше особей, чем может выжить. Все виды организмов имеют тенденцию к размножению в геометрической прогрессии, но выживает и достигает зрелости лишь небольшая часть потомства, поскольку развертывается борьба за выживание. «Борьба за существование» – метафорическое выражение, характеризующее различные отношения между организмами, начиная от сотрудничества внутри вида против неблагоприятных условий окружающей среды и кончая конкуренцией между организмами в добывании пищи, лидерстве и т. д. (внутривидовая и межвидовая борьба).
• В природе существует особый механизм отбора, который приводит к избирательному уничтожению организмов, оказавшихся неприспособленными к существующим или изменившимся условиям окружающей среды. Отсюда, выживание наиболее сильных и гибель наиболее слабых.
Самым уязвивым местом теории Дарвина были представления о наследственности. «В результате скрещивания особей с полезными признаками с другими особями, которые ими не обладают, они передадут эти признаки потомству в ослабленном виде. В конце концов в течение ряда поколений случайно возникшие полезные изменения должны постепенно ослабнуть, а затем и вовсе исчезнуть»[92]. Принцип естественного отбора был обоснован недостаточно убедительно, прежде всего относительно передачи наследственных признаков.
Современная теория эволюции отличается от дарвиновской по ряду положений:
• выделена элементарная структура, с которой начинается эволюция – популяция (а не отдельная особь или вид, как было у Дарвина);
• устойчивое изменение генотипа популяции – элементарное явление эволюции;
• Дарвин выделял изменчивость, наследственность и борьбу за существование как факторы эволюции. Современная концепция добавляет к этим факторам и другие, которые оказывают действенное влияние на эволюционный процесс. Среди ведущих факторов эволюции в настоящее время выделяют мутационные процессы, популяционные волны численности и изоляцию.
