Несмотря на бурное развитие биологических наук, применение физико-химических методов исследований, методов молекулярной биологии, генной и клеточной инженерии, электронной микроскопии и сложной вычислительной техники, сущность жизни до сих пор остается загадочной для человечества. Современная наука не способна искусственно создать даже самый живой организм, неизвестны точные причины старения и смерти, причины появления жизни на нашей планете. Поэтому до сих пор определение жизни имеет описательный характер и состоит из перечисления его основных форм и свойств:
Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и неживые тела. В отличие от неживой природы, процентное соотношение химических элементов во всех живых существах практически одинаковое. Четыре органогенные элементы (Карбон, кислород, водород, азот) составляют до 98% биомассы; около 1,9% приходится на 8 макроэлементов (фосфор Сера, хлор, калий, натрий, кальций, магний, Ферум), а 0,1% – на долю более 30 микроэлементов (Алюминий, медь, цинк, молибден, кобальт, никель, стронций, йод Селен, Флуор, Бром, Бор и др.).
Живые существа состоят из особых, преимущественно высокомолекулярных, органических соединений, воды и других неорганических веществ. Среди органических веществ основные – это белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды. Из неорганических веществ исключительное значение имеет вода, составляет 60-99% биомассы различных организмов, а также соли и неорганические кислоты.
Обмен веществами и энергией с окружающей средой – необходимое условие существования живых систем. Две его стороны – ассимиляция и диссимиляция, взаимно вривноважуючись, обеспечивают динамическую устойчивость строения и свойств внутренней среды биологических систем (гомеостаз), что составляет основу их способности к саморегуляции.
Живая материя характеризуется различными взаимозависимыми уровнями организации: молекулярный, клеточным, организмов, популяционно-видовым, экосистемным или биогеоценотический и биосферным. Интеграция взаимодействий отдельных составляющих каждого уровня уменьшается от низшего к высшему.
Живой материи свойственна дискретность. Это означает, что на любом уровне организации обязательно существуют структурно-функциональные единицы – молекулы, клетки, организмы, популяции, биогеоценозы.
Живые существа способны к размножению, росту и индивидуального развития. Непрерывность жизни обеспечивают жизненные циклы. Все новые клетки и организмы образуются, несмотря на разнообразие способов размножения, исключительно из материнских клеток.
Наследственная информация (генотип) закодирована в виде определенной последовательности нуклеотидов молекул нуклеиновых кислот (ДНК или вирусной РНК). При делении клетки она или полностью (митотическое деление), либо частично (мейотическое деление) передается каждой из дочерних клеток.
Генотип реализуется в фенотипе во время матричного синтеза белков и может изменяться за счет мутаций и рекомбинаций. Фенотип формируется за счет взаимодействия генотипа организма с факторами окружающей среды.
Процессы жизнедеятельности клеток обеспечиваются органелл, а большинства многоклеточных организмов – еще и тканями и органами. Для всех живых существ характерна раздражительность; функции большинства многоклеточных животных регулируют нервная (путем рефлексов), эндокринная (с помощью гормонов и других биологически активных веществ) и иммунная системы, тогда как у растений и грибов – биологически активные вещества (фитогормоны и др.).
Эволюция – процесс возникновения адаптации организмов к изменениям окружающей среды в последовательных рядах поколений. Способность живых существ и надорганизмових живых систем приспосабливаться к условиям среды – показатель степени их экологической пластичности. Процесс адаптации происходит в элементарных эволюционных единицах (популяциях) в среде экосистем. Темпы эволюции зависят от скорости изменений условий окружающей среды; они резко возрастают во время биоценотических кризисов. Процесс эволюции необратим.
Биологический прогресс любого вида зависит от его способности поддерживать оптимальную густоту (гомеостаз) отдельных популяций. Вымирание или выживания вида при биоценотических кризисов зависит от его способности быстро приспосабливаться к изменениям среды (эволюционная пластичность). Поэтому историческое время существования как отдельного вида, так и надвидовых групп (родов и т. Д.) Не зависит от степени морфологического осложнения и частоты смены поколений.
Биопродуктивность и биоразнообразие биосферы в периоды между. кризисами является относительно стабильными показателями. их определяют максимально возможная производительность автотрофов и максимально полное усвоение продуктов их ассимиляции в цепях питания.
Живые системы всех уровней организации могут нормально функционировать только при условии поддержания их гомеостаза. Нарушение гомеостаза хотя бы на одном из этих уровней ведет к структурно-функциональных изменений на всех остальных.
Наименее интегрированные и, соответственно, уязвимы для внешних воздействий популяционно-видовой, экосистемный, или биогеоценотический и биосферный уровни. Снижение биоразнообразия приводит к дестабилизации экосистем, разрушение цепей питания и в конце концов приводит к биоценотическом кризиса. В свою очередь это может вызвать биосферный кризис. Губительное влияние на стабильность надорганизмових биологических систем факторы, интенсивность действия которых непериодически меняется и выходит за пределы выносливости биологических систем, в первую очередь антропогенные.
Возможности и перспективы применения достижений биологии в обеспечении существования человечества. Биологические исследования необходимы для создания научных основ прогнозирования и планирования развития стабильного процветающего человеческого общества будущего. Для этого необходимо отвернуть имеющуюся угрозу биосферной кризиса, который в прессе часто называют «экологической». Специфичность угрозы современной биоценотическом кризиса, как и всех будущих, – в изменениях биосферы, вызванных хозяйственной деятельностью человека.
Для создания экологически стабильного общества, то есть ноосферы, человечество должно в ближайшем будущем взять под контроль стремительный рост народонаселения; вместо использования невосполнимых ресурсов эксплуатировать восстановительные; внедрить экологически обоснованные технологии увеличения производства продуктов питания; прекратить уничтожение первичных лесов и перейти к промышленному использованию вторичных и искусственных лесонасаждений с последующим их восстановлением; уменьшать объемы сточных вод, вводить надежные способы очистки и постоянный контроль за их качеством, создавать замкнутые системы водоснабжения промышленных и энергетических объектов; осуществлять эффективную защиту и восстановление природных экосистем.
Одна из важных задач биологии – это изучение биоразнообразия существ нашей планеты. Оно далеко не завершено: ученые-систематики считают, что неизвестными науке остаются менее миллиона видов ныне существующих живых организмов.
В будущем селекционеры будут еще шире применять искусственные мутации для получения высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных растений и промышленных штаммов микроорганизмов. Искусственные мутации также необходимы для разработки генетических методов контроля численности популяций вредных организмов, что в будущем сделает невозможным массовое размножение этих видов в агроценозах и людских поселениях.
Весьма перспективно генетическая (генная) инженерия. Помимо практических направлений (повышение производительности штаммов микроорганизмов, перенос в клетки прокариот генов эукариот, которые отвечают за синтез важных соединений – витаминов, гормонов, ферментов и т.д.), в будущем она сможет решать глобальные проблемы. Так, в области борьбы с наследственными заболеваниями будут найдены методы извлечения из хромосомы и, сом аллельных генов – носителей информации об этих заболеваниях, с заменой на безопасные аллели, и другие способы соответствующих изменений генотипа, а также искусственные антимутацийни средства для снижения частот новых, прежде вредных, мутаций. Перенос генов клубеньковых бактерий, которые определяют способность к фиксированию атмосферного азота, в кариотипа высших растений дало бы возможность значительной экономии средств, расходуемых на производство и внесение азотных удобрений, а также снизило бы опасность загрязнения окружающей среды нитратами. Для дальнейшего развития генетической инженерии создают банки генов – коллекции генов различных организмов, встроенных в плазмиды.
Широко применять в будущем генетически изменены, так называемые трансгенные или генетически модифицированные, организмы. Методами генетической инженерии в геном растений вводят определенные гены, которые обеспечивают устойчивость к действию пестицидов, вредителей, других неблагоприятных факторов окружающей среды и тому подобное. Так, созданы сорта картофеля, в кариотипа которых были присоединены бактериальные гены, что делает это растение несъедобной для колорадского жука. Генетически измененные организмы часто характеризуются высокой производительностью и плодовитостью, что может помочь решить проблему обеспечения человечества продуктами питания. Впрочем, широкое применение таких организмов требует дополнительных исследований.
Многие ожидают в будущем от такой области биотехнологии, как клеточная инженерия. Вследствие искусственного сочетания соматических клеток организмов разных видов, которые могут принадлежать к разным семействам и рядов, будет получено много высокопродуктивных гибридов. Гибридизация соматических клеток позволяет создавать препараты, которые повышают устойчивость организма к различным инфекциям, высокопроизводительные популяции породы, сорта и штамма промышленных и сельскохозяйственных организмов и тому подобное.
Благодаря выделению соматических клеток из организма и переносу на питательные среды уже создают культуры клеток (тканей) для получения ценных веществ, что значительно уменьшит себестоимость и прекратит изъятие целебных растений и других организмов из природы. Кроме того, поскольку соматические клетки содержат всю наследственную информацию, присущую особи, существует возможность выращивания из них значительного количества потомков с идентичными наследственными свойствами, то есть клонирование.
Применение стволовых клеток в медицине позволит лечить различные заболевания, в том числе онкологические, восстанавливать поврежденные органы, омолаживать организм и тому подобное.
(No Ratings Yet)
Загрузка...