Особенности биологии XX в

3

Московский институт Международных

Экономических отношений

Факультет:     Бухгалтерский учет и аудит

Курсовая работа

Дисциплина:     Концепции современного естествознания

Тема:                       Особенности биологии XXв.

                        Выполнила:

Москва

2003 г.

План

Введение

I. Век генетики

1.      Хромосомная теория наследственности

2.      Создание синтетической теории эволюции

3.      Революция в молекулярной биологии

II. МИР ЖИВОГО.

1. Особенности живых систем

1.1. Существенные черты живых систем

1.2. Основные уровни организации живого

2. Возникновение жизни на Земле

2.1. Развитие представлений о происхождении жизни

3. Развитие органического мира

3.1. Основные этапы геологической истории Земли

3.2. Начальные этапы эволюции жизни

3.3.Образование царства растений и царства животных

3.4. Завоевание суши

3.5. Основные пути эволюции наземных растений

3.6. Пути эволюции животных

Вывод

Используемая литература

Введение

В XX в динамичное развитие биологического познания позволило открыть молекулярные основы живого и непосредственно приблизиться к решению величайшей проблемы науки — раскрытию сущности жизни. Радикально изменились и сама биология, и ее место, роль в системе наук, отношение биологической науки и практики Биология постепенно становится лидером естествознания

Выражением этой тенденции являются следующие процессы, укрепление связи биологии с точными и гуманитарными науками; развитие комплексных и междисциплинарных исследований, увеличение каналов взаимосвязи с теоретическим познанием и со сферой практической деятельности, прежде всего с глобальными проблемами современности.  Мы отдаем себе отчет в том, что ощущаем влияние,   пока еще не разрешенных глобальных проблем человечества, отсюда и необходимость изучения данной дисциплины, составным компонентом которой является сам человек.

I. Век генетики

1.      Хромосомная теория наследственности

Вступление в XX в. ознаменовалось в биологии бурным развитием генетики. Важнейшим исходным событием явилось новое открытие законов Менделя. В 1900 г. законы Менделя были переоткрыты неза­висимо сразу тремя учеными — Г. де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии. Далее последовала лавина эмпирических открытий и построение различных теоретических мо­делей. За относительно короткий срок (20—30 лет) в учении о наслед­ственности был накоплен колоссальный эмпирический и теорети­ческий материал.

Начало XX в. принято считать началом экспериментальной гене­тики, принесшей множество новых эмпирических данных о наслед­ственности и изменчивости. К такого рода данным можно отнести:

открытие дискретного характера наследственности; обоснование представления о гене и хромосомах как носителях генов; представ­ление о линейном расположении генов; доказательство существова­ния мутаций и возможность вызывать их искусственно; установление принципа чистоты гамет, законов доминирования, расщепления и сцепления признаков; разработка методов гибридологического ана­лиза, чистых линий и инцухта, кроссинговера (нарушение сцепления генов в результате обмена участками между хромосомами) и др. Важно, что все эти и другие открытия были экспериментально под­тверждены, строго обоснованы.

В первой четверти XX в. интенсивно развивались и теоретичес­кие аспекты генетики. Особенно большую роль сыграла хромосо­мная теория наследственности, разработанная в 1910—1915 гг. в трудах А. Вейсмана, Т. Моргана, А. Стертеванта, Г.Дж. Меллера и др. Она строилась на следующих исходных абстракциях: хромосома состоит из генов; гены расположены на хромосоме в линейном порядке; ген — неделимая корпускула наследственности, «квант»; в мутациях ген из­меняется как целое. Эта теория была первой обстоятельной попыт­кой теоретической конкретизации идей, заложенных в законах Мен­деля.

Первые 30 лет XX в. прошли под знаком борьбы представителей различных концепций наследственности.

2.      Создание синтетической теории эволюции

Преодоление противоречий между эволюционной теорией и генети­кой стало возможным с созданием синтетической теории эволюции, которая выступает основанием всей системы современной эволюци­онной биологии.

Принципиальные положения синтетической теории эволюции были заложены работами С. С. Четверикова (1926), а также Р. Фише­ра, С. Райта, Дж. Холдейна, Н.П. Дубинина (1929-1932) и др. Непо­средственными предпосылками для синтеза генетики и теории эво­люции выступали: хромосомная теория наследственности, биомет­рические и математические подходы к анализу эволюции, закон Харди — Вейберга для идеальной популяции (гласящий, что такая популяция стремится сохранить равновесие концентрации генов при отсутствии факторов, изменяющих его), результаты эмпиричес­кого исследования изменчивости в природных популяциях и др.

В основе этой теории лежит представление о том, что элементар­ной «клеточкой» эволюции является не организм и не вид, а популя­ция. Именно популяция — та реальная целостная система взаимосвя­зи организмов, которая обладает всеми условиями для саморазвития, прежде всего способностью наследственного изменения в смене био­логических поколений. Элементарной единицей наследственности выступает ген (участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кисло­ты — ДНК, отвечающий за развитие определенных признаков орга­низма). Наследственное изменение популяции в каком-либо опреде­ленном направлении осуществляется под воздействием ряда эволю­ционных факторов (изменяющих генотипический состав популя­ции): мутационный процесс (поставляющий элементарный эволюционный материал), популяционные волны (колебания чис­ленности популяции в ту или иную сторону от средней численности входящих в нее особей), изоляция (закрепляющая различия в наборе генотипов и способствующая делению исходной популяции на не­сколько самостоятельных), естественный отбор — процесс, опреде­ляющий вероятность достижения индивидами репродукционного возраста. Естественный отбор является ведущим эволюционным фактором, направляющим эволюционный процесс.

3.      Революция в молекулярной биологии

Во второй половине 40-х гг. в биологии произошло важное событие — осуществлен переход от белковой к нуклеиновой трактовке природы гена. Предпосылки новых открытий в области биохимии складыва­лись раньше. В 1936 г. в СССР А. Н. Белозерский получил из растения тимонуклеиновую кислоту, которая до тех пор выделялась лишь в животных организмах, что доказало тождество животных и расти­тельных миров на молекулярном уровне. Важные идеи, открывавшие новые широкие ориентиры познания, намного опередившие свое время, были выдвинуты Н. К. Кольцовым. Так, еще в 192"7 г. он выска­зал мысль о том, что при размножении клеток осуществляется мат­ричная ауторепродукция материнских молекул. Правда, Кольцов считал, что эти процессы осуществляются на белковой основе, по­скольку в то время генетические свойства ДНК не были известны. Именно вследствие незнания наследственных свойств ДНК биохи­мия развивалась относительно независимо от генетики до середины 40-х гг. Скачок в направлении их тесного взаимодействия произошел после того, как биология перешла от белковой к нуклеиновой трак­товке природы гена. (В начале 40-х гг. впервые появился термин «молекулярная биология».)

В 1944 г. американскими биохимиками (О. Эвери и др.) было установлено, что носителем свойства наследственности является ДНК.

Но расшифровка структуры молекулы ДНК была лишь первым шагом на пути выявления механизма наследственности и изменчи­вости. Далее за относительно непродолжительный срок времени были получены другие важнейшие результаты: выяснена роль транспортной-РНК и информационной-РНК; расшифрован генетический код; осуществлен синтез гена; теоретически решена проблема био­синтеза белка; расшифрована аминокислотная последовательность многих белков и установлена пространственная структура для неко­торых из них; на этой основе выяснен принцип и особенности функ­ционирования ферментативных молекул, химически синтезирован ряд ферментов; получены важные результаты в плане понимания организации вирусов и фагов, характер их биогенеза в клетке; зало­жены основы генной инженерии, содержанием которой является активное вмешательство человека в природу наследственности и ее изменение в соответствии с потребностями человека, общества (это имеет и свои нравственно-ценностные аспекты). В последние 40 лет молекулярная биология развивалась исключительно быстрыми тем­пами, открытие следовало за открытием. Общее направление этих открытий — выработка представлений о сущности жизни, о природе ее фундаментальных черт — наследственности, изменчивости, обме­не веществ и др.

II. МИР ЖИВОГО.

1. Особенности живых систем

1.1. Существенные черты живых систем

Жизнь на Земле чрезвычайно многообразна. Она представлена ядерными и доядерными одно- и многоклеточными существами Богатейший мир многоклеточных су­ществ представлен тремя царствами — грибами, растениями и животными. Каждое из них в свою очередь представлено разнообразными типами, классами, отрядами, се­мействами, родами, видами, популяциями и особями. Все эти таксоны являются ре­зультатом исторического развития мира живого, его эволюции.

Число видов ныне существующих растений достигает более 500 тыс., из них цветковых примерно 300 000. Царство животных не менее разнообразно, чем царство растений, а по числу видов животные превосходят растения. Описано около 1 200 000 видов животных (из них около 900 000 видов — членистоногих, 110 000 — моллюсков, 42 000 — хордовых животных).

Но мир живого имеет еще и структурно-инвариантный аспект:

живое обладает молекулярной, клеточной, тканевой и иной структур­ностью. Подавляющее большинство ныне живущих организмов (кроме вирусов и фагов) состоит из клеток. По признаку клеточного строения все живые организмы делятся на доклеточные и клеточ­ные. Доклеточные формы жизни — вирусы (открытые в 1892 г. рус­ским микробиологом Д.И. Ивановским) и фаги. Вирусы занимают промежуточное место между живым и неживым. Они состоят из бел­ковых молекул и нуклеиновых кислот; не имеют собственного обмена веществ; вне организма или клетки они не проявляют признаков жизни. Все клеточные подразделяются на четыре царства: безъядер­ные (бактерии, цианеи), растения (багрянки, настоящие водоросли, высшие растения), грибы (низшие и высшие) и, наконец, животные (простейшие и многоклеточные). Безъядерные, видимо, относятся к самым древним формам жизни на Земле. Кроме того, существует множество сообществ разной сложности, включающих как особей одного вида, так и особей, принадлежащих к разным видам.

Биология XX в. углубила понимание существенных черт живого, раскрыв молекулярные основы жизни. В основе современной биоло­гической картины мира лежит представление о том, что мир живо­го — это грандиозная СИСТЕМА высокорганизованных систем. Любая система (и в неорганической, и в органической природе) состоит из совокупности элементов (компонентов) и связей между ними (структуры), которые объединяют данную совокупность элементов в единое целое. Биоло­гическим системам свойственны свои специфические элементы и особенные типы связей между ними.

Всем живым системам свойственны следующие существенные черты: обмен веществ, подвижность, раздражимость, рост, размно­жение, приспособляемость. Каждое из этих свойств порознь может встречаться и в неживой природе и поэтому само по себе не может рассматриваться как специфическое для живого. Однако все вместе они никогда не характеризуют объекты неживой природы и свойст­венны только миру живого, и в своем единстве являются критериями, отличающими живое от неживого.

Живой организм — это множественная система химических про­цессов, в ходе которых происходит постоянное разрушение молеку­лярных органических структур и их воспроизводство. Современная молекулярная биология показала поразительное единство живой ма­терии на всех уровнях ее развития — от простейшего микроорганиз­ма до высшего млекопитающего. Выяснилось, что существует только два основных класса молекул, взаимодействие которых определяет то, что мы называем жизнью. Эго — нуклеиновые кислоты и белки. Взятые вместе, они и образуют основу живого.

Основой воспроизводства является синтез белков, который про­исходит в клетках организма при помощи нуклеиновых кислот ~ ДНК и РНК (рибонуклеиновая кислота). Белки — это очень сложные макромолекулы, структурными элементами которых являются ами­нокислоты. Структура белка задается последовательностью образую­щих его аминокислот. Причем характерно то, что из 100 известных в органической химии аминокислот в образовании белков всех орга­низмов используется только 20. Почему именно эта двадцатка амино­кислот, а не какие-либо другие синтезирует белки нашего органичес­кого мира, до сих пор так и не ясно.

Нуклеиновые кислоты обладают более простой структурой. Они образуют длинные полимерные цепи, звеньями которых выступают нуклеотиды — соединения азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кислоты. В ДНК основаниями служат аденин, гуанин, цитозин и тимин. Эти азотистые основания присоединяются к сахару по одному в разной последовательности. Аденин и гуанин являются пуринами, а цитозин, тимин иурацил—пирамидинами. В РНК тимин заменен урацилом, а сахар дезоксирибоза в ДНК — рибозой в РНК.

Сущность живого наиболее концентрированно выражена в заме­чательном явлении конвариантной редупликации. Конвариантная редупликация — «самовоспроизведение с изменениями», осущест­вляемое на основе матричного принципа синтеза макромолекул. В его основе — уникальная способность к самовоспроизведению основ­ных управляющих систем (ДНК, хромосом и генов), которые облада­ют относительно высокой степенью стабильности. Такая стабиль­ность и обеспечивает возможность идентичного самовоспроизведе­ния (явление наследственности). Все основные свойства живого не­мыслимы без наследственной передачи свойств в ряду поколений.

С другой стороны, при самовоспроизведении управляющих сис­тем в живых организмах происходит не абсолютное повторение, а воспроизведение с внесением изменений, что также определяется свойствами молекул ДНК. Абсолютной стабильности в природе не бывает. Любая достаточно сложная молекулярная структура, претер­певает структурные изменения в результате движения атомов и моле­кул. Если эти изменения не ведут к летальному исходу, они будут передаваться по наследству в результате самовоспроизведения по матричному принципу. Конвариантная редупликация означает воз­можность передачи по наследству мутаций, т.е. дискретных отклоне­ний от исходного состояния.