ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Современное состояние биологических наук позволяет сформулировать обобщения, основанные на достижениях этих наук

Современное состояние биологических наук позволяет сформулировать обобщения, основанные на достижениях этих наук, а именно:

1. Жизнь является качественно особой высшей формой движения материи, в основе которой лежит самообновление в виде самовоспроизведения. Ее начальные формы возникли в результате длительного химического процесса из неорганических веществ (необиогенеза).

В основе современной теории происхождения жизни лежат представления о том, что жизнь является результатом исторического одностороннего развития в виде усложнения органических субъединиц и развития их в сложные системы, обладающие свойствами живого.

Живая материя (живые организмы) состоит из множества органических соединений, которые представляют собой соединения углерода в виде крупных молекул (биологических макромолекул). Будучи просты по строению, биологические макромолекулы являются строительными блоками, из которых построены все современные организмы. Специфика организмов любого вида определяется набором присущих только им белков, которые в сочетании с нуклеиновыми кислотами в виде нуклеопротеидов выполняют роль субстрата жизни. Более простые молекулы, из которых состоят макромолекулы, выполняют в клетках несколько функций. Например, аминокислоты служат не только строительными блоками белков, но и являются предшественниками многих гормонов животных, алкалоидов и пигментов растений, а также других макромолекул, тогда как нуклеотиды, являющиеся строительными блоками нуклеиновых кислот, могут служить коферментами и переносчиками энергии.

2. Жизнь дискретна. Она проявляется на многих уровнях, однако элементарными структурно-функциональными единицами жизни являются только клетки, т. к. они представляют собой крайние живые структуры, из которых состоят организмы и с которых начинается жизнь. Поскольку за пределами клеток жизни нет, то воспроизводство клеток заключается в том, что они происходят только от клеток, т. е. все живое происходит только от живого. Формируя многоклеточные организмы, клетки характеризуются сходством строения, различаясь между собой лишь по размерам, форме и функциональной специализации. Все они обладают клеточной мембраной у животных или клеточной стенкой у растений, мембранной системой, ядром, митохондриями (хлоропластами в клетках растений), рибосомами и другими органеллами. Живые клетки представляют собой структуры (изотермические системы органических молекул), способные к самосборке, саморегуляции и самовоспроизводству. Протекающие в клетках реакции синтеза и распада ускоряются ферментами, продуцируемыми самими клетками. Самовоспроизводство клеток контролируется генетически. Исключение по сравнению со свойствами клеток одноклеточных и многоклеточных организмов составляют вирусы, которые представляют собой неживые внеклеточные надмолекулярные структуры, способные к размножению лишь в клетках, где они подчиняют биохимический аппарат клетки с целью производства новых вирусных частиц.

3. Размножение и дифференцировка клеток составляют основу роста и размножения организмов.

Современные экспериментальные разработки показали, что оплодотворение возможно в пробирке, причем яйцеклетки могут быть оплодотворены не только мужскими половыми клетками, но и ядерным материалом, происходящим из соматических клеток. В последнем случае это означает, что генетическая программа яйцеклеток может быть перепрограммирована и что половое размножение высших животных в эксперименте может быть заменено бесполым размножением. Это есть одно из современных доказательств происхождения полового размножения из бесполого.

4. Для всех организмов характерно единство метаболических процессов. Рост и развитие организмов обеспечиваются свободной энергией, которую они поглощают из окружающей среды и которая способна совершать определенную работу. При этом организмы возвращают в среду менее полезную энергию, например, в форме тепла, которая легко рассеивается во Вселенной, превращаясь в энергию хаотического (беспорядочного) движения. Степень рассеивания (обесценивания) энергии определяется энтропией.

Метаболизм есть совокупность катализируемых ферментами процессов, заключающихся, в основном, в обеспечении клеток энергией, получаемой преобразованием энергии солнечного света или расщеплением пищи, поступающей в организм, переводе молекул пищи в блоки, используемые затем для образования макромолекул, сборке биологических макромолекул, а также в синтезе (анаболизме) и распаде (катаболизме) биологических макромолекул, выполняющих специфические функции тех или иных клеток.

Живые организмы являются открытыми системами. Главным источником энергии для живых организмов является лучистая энергия солнечного света, которую улавливают клетки зеленых растений и в процессе фотосинтеза преобразуют эту энергию в химическую энергию углеводов (пищи). Химическая энергия углеводов пищи преобразуется в клетках организмов-гетеротрофов в электрическую, механическую и другие виды энергии. Зеленые растения являются первичными преобразователями энергии Солнца, а фотосинтез зеленых растений и хемосинтез, осуществляемый микроорганизмами отдельных видов, являются одним из этапов в энергетическом обеспечении живого мира. Все живые организмы (кроме растений) обеспечиваются энергией в результате потребления продуктов фотосинтеза или хемосинтеза.

Пищевые вещества в клетках используются с помощью реакций с участием ферментов, причем освобождающаяся при этом энергия запасается в форме макроэргетических связей аденозинтрифосфата (АТФ), который служит в качестве источника энергии для обеспечения многих функций организмов, включая их рост и размножение. АТФ связывает в единое целое системы ферментативных реакций, которые обеспечивают сохранение поступающей из окружающей среды энергии фосфорилированием, с одной стороны, и биосинтез клеточных структур, механизм двигательных и сократительных процессов клеток, а также осмотическую клеточную работу, с другой стороны.

Метаболизм подвержен непрерывной генетической регуляции, которая осуществляется в клетках путем регуляции синтеза ферментов. В клетках синтезируется столько малых молекул, сколько их необходимо для синтеза нуклеиновых кислот, белков, липидов и углеводов. Это позволяет оценивать клетки в качестве чрезвычайно экономичных саморегулируемых химических систем.

5. Для жизни характерны непрерывность, устойчивость и материальная преемственность, которые обеспечиваются наследственностью и изменчивостью организмов. Элементарными единицами наследственности являются гены. Закономерности передачи генов от родителей к их потомству определяются двумя законами наследственности. В соответствии с первым законом (законом расщепления) гены в соматических клетках на их хромосомах содержатся в парах, которые расщепляются при гаметогенезе и расходятся в разные гаметы. В соответствии со вторым законом (законом независимого распределения генов или рекомбинации) расщепление одной пары генов и расхождение их в разные гаметы не зависят друг от друга, но при этом происходит рекомбинация генов, дающая начало организмам с рекомбинантными признаками. Законам наследственности подчиняется весь живой мир, включая человека.

Гены подвержены мутациям, которые сопровождаются изменением количественных и качественных признаков растений, животных и человека. В случае человека мутации проявляются в виде наследственных болезней. Для популяций организмов любого вида характерно генетическое равновесие, определяемое неизменностью содержания нормальных и мутантных генных аллелей. Мутантные организмы являются материалом для действия естественного отбора.

6. Генетическим материалом всех организмов является ДНК, сосредоточенная в основном в ядре клеток (в хромосомах). У эукарио-тов ДНК содержится также в митохондриях и хлоропластах клеток. Экстрахромосомная ДНК представлена плазмидами у бактерий. В ДНК в виде генетического кода зашифрована генетическая информация о структуре белков. Генетический код является триплетным, неперекрывающимся, вырожденным, универсальным. Передача и реализация генетической информации о синтезе белков осуществляется в два этапа, называемые транскрипцией и трансляцией. В период транскрипции информация переписывается с молекул ДНК в молекулы мРНК. Трансляция генетической информации происходит на рибосомах с участием тРНК. Признание такого пути передачи генетической информации (ДНК ® РНК ® белок) получило название центральной догмы биологии. Однако у отдельных организмов (вирусов) известна передача генетической информации по схеме РНК ® ДНК ® белок. В составе ДНК обнаруживают как уникальные, так и повторяющиеся последовательности азотистых оснований. Репликация ДНК является полуконсервативной, причем синтез дочерней цепи на одной цепи идет непрерывно, на другой — прерывисто, давая фрагменты, которые затем воссоединяются с помощью ферментов. Современная концепция гена заключается в положении «один ген — одна тРНК — один полипептид».

Цепи ДНК лишь относительно стойки, в результате чего в ДНК могут возникнуть повреждения в основном в виде тиминовых ди-меров. Однако эти повреждения доступны для репарации (восстановления), которая поддерживает стабильность ДНК.

7. Одним из важнейших обобщений биологических наук является теория эволюции, под которой понимают развитие организмов во времени или процесс исторического преобразования на Земле. Основы теории эволюции были заложены Ч. Дарвином. В рамках этой теории признается, что растения и животные в природных условиях подвергаются изменчивости, что их рождается больше, чем позволяют пищевые и другие ресурсы и что это ведет к борьбе за существование между особями, в которой выживают более приспособленные к изменяющимся условиям среды, т. е. происходит естественный отбор наиболее приспособленных. Помимо естественного отбора элементарными факторами эволюции являются также мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, дрейф генов, миграция, с действия которых начинаются процессы эволюции в популяции. Однако фактором, направляющим эволюцию, является естественный отбор, который отбирает организмы, свойства которых благоприятны для данной среды и которые дают достаточно многочисленное потомство.

Чрезвычайное разнообразие живых форм (биоразнообразие) является результатом длительного процесса эволюции, причем способность организмов к жизни в различных условиях является результатом эволюции не только их самих, но и эволюции систем их органов. Эволюции нет «хорошей» и нет «плохой». Эволюция может быть лишь только успешной и безуспешной. Организмы, которые хорошо функционируют при определенных условиях и потому дают больше потомства, являются успешными. При других условиях эти же организмы могут быть эволюционно неудачными (безуспешными).

Фундаментальным следствием эволюции является признание того, что все организмы связаны между собой по происхождению, поскольку они происходят от общего предка. Современные доказательства эволюции настолько внушительны, что ее уже можно объяснить не теорией, а понимать как факт. Человек также является результатом эволюции. Эволюционный возраст человека составляет более 150 тыс лет. На ранних этапах эволюции человека действовали те же факторы эволюции, которые действуют в случае эволюции животных и растений, причем направляющим фактором также являлся естественный отбор. Однако как только человек увидел свое отличие от других живых существ, как только начали складываться общественные отношения, биологическая эволюция уступила место социальному совершенствованию человека. В настоящее время естественный отбор почти полностью прекратил свое действие.

8. Живые организмы связаны между собой не только происхождением, но и различными отношениями в процессе их жизни между собой и со средой, в которой они обитают, т.е. они связаны экологически. Эта связь заключается в том, что одни живые организмы (растения и животные) зависят от других организмов. Формируя сообщества, организмы вместе с абиотическими факторами среды образуют экологические системы. В этих системах одни организмы продуцируют органическое вещество (организмы-производители), другие потребляют его (организмы-потребители), а третьи разрушают его (организмы-разрушители).

Экологические системы являются результатом исторического развития природы. Их особенность заключается в том, что для них характерно постоянство, устойчивость и равновесие между компонентами системы. В биосфере непрерывно происходит обмен энергией и материей по схеме организм — среда — организм. Организмы в биосфере нуждаются в углероде, кислороде и азоте, которые необходимы для биосинтеза аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований, идущих на построение белков и нуклеиновых кислот. По этой причине в биосфере протекают гигантские круговороты углерода, кислорода и азота. Эти круговороты зависят от соотношений между организмами-производителями органического вещества и организмами-потребителями этого вещества. В свою очередь круговороты веществ сопровождаются гигантским круговоротом энергии. Используя энергию Солнца, автотрофные организмы синтезируют углеводы и другие органические соединения, богатые энергией, тогда как гетеротрофные организмы получают энергию из пищи, содержащей углеводы; для потока энергии в биосфере присуща направленность в одном направлении, в котором часть полезной энергии теряется, а количество бесполезной энергии растет.

9. Любое нарушение исторически сложившегося равновесия в природе сопровождается разрушением экологических систем. Следовательно, в основе нарушений в природе лежат нарушения экологического равновесия. В современную эпоху наиболее неблагоприятные воздействия на природу связаны с антропогенным фактором. В погоне за обеспечением собственного благополучия человек разрушает экологические системы, загрязняет природу, насыщает ее различными загрязнителями, в основном радиацией и химическими веществами, которые обладают свойствами мутагенных факторов, вызывая серьезные поражения в генетическом материале человека, сопровождающиеся наследственными болезнями. Между тем осознавая это, человек и дальше будет пользоваться природой, черпая в ней природные ресурсы. В связи с этим возникла гигантской значимости проблема сохранения окружающей среды (природы), необходимость разработки научных основ рационального природопользования, регулирования отношений между человеком и природой. Это регулирование имеет такую значимость в контексте будущего человечества, что позволяет считать его основой дальнейшего развития.

10. Важнейшее достижение в биологических науках относится к генетической инженерии, которое позволяет сделать ряд дополнительных обобщений. Во-первых, генетическая инженерия позволила подтвердить ценность существующих представлений о научной картине мира. Будучи эпохальным методическим достижением, генетическая инженерия не привела к ломке существующих представлений о жизни, но она показала, что эти представления являются справедливыми. Во-вторых, генетическая инженерия подняла на совершенно новый уровень биотехнологию, став ее совершеннейшей методической базой и превратив ее в полноправную сестру механической и химической технологий, созданных ранее. Благодаря генетической открылись невиданные ранее перспективы в сельском хозяйстве, промышленности и медицине.

Однако генетическая инженерия породила и ряд собственных экологических проблем. Признавая необходимость регулирования во взаимоотношениях человека с природой и в генетической инженерии, заключительное обобщение сводится к тому, что регулирование должно стать основной парадигмой развития в XXI в.