6.Сходство потомства с родителями обусловлено еще одной замечательной особенностью живых организмов - передавать потомкам заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размножения. Эта информация содержится в генах - единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах. Вот почему потомки похожи на родителей.
7. Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни. Строение крота, рыбы, лягушки, дождевого червя полностью соответствует условиям, в которых они живут.
Обобщая и несколько упрощая сказанное о специфике живого, можно отметить, что все живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются в природе, а неживые тела не питаются, не дышат, не растут и не размножаются.
Из совокупности этих признаков вытекает следующее обобщенное определение сущности живого:
жизнь - есть форма существования сложных, открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению.
Фундаментальной основой, так сказать первокирпичиком живого мира, является клетка. Своего рода первокирпичики имеются на каждом из основных уровней организации природы. Так, на уровне, изучаемом физикой, роль таких первокирпичиков играют фундаментальные частицы - кварки, которые не имеют внутренней структуры. В сфере химических наук - уже более крупные частицы - атомы различных химических элементов. Есть подобная фундаментальная частица и в биологии. Это - живая клетка. Именно она является мельчайшей системой, обладающей всем комплексом свойств живого, в том числе и носителем генетической информации - важнейшей основы эволюционного развития живого мира.
Создание клеточной теории, основы которой были заложены немецкими учеными Т. Шванном и М.Я. Шлейденом, стало одним из крупнейших достижений биологии XIX в. Основное положение клеточной теории состоит в утверждении, что все растительные и животные организмы состоят из клеток, сходных по своему строению и свойствам. Так, клетки осуществляют обмен веществ, способны к саморегуляции своего состояния, могут передавать наследственную информацию. Вместе с тем выяснилось, что клетки весьма многообразны. Они могут существовать как одноклеточные организмы (амебы), а также в составе многоклеточных. У клеток разный срок существования. Так, некоторые клетки пищевода отмирают у человека через несколько дней после появления, а срок жизни нервных клеток может совпадать с продолжительностью жизни человека. Жизненный цикл любой клетки завершается или делением и продолжением жизни, но уже в обновленном виде, или гибелью. Размеры клеток колеблются от одной тысячной сантиметра до 10 см, что, правда, встречается очень редко.
Клетки образуют ткани (нервная, мышечная и т.д.), а несколько типов тканей — органы (сердце, легкие и пр.). Группы органов, связанные с решением каких-то общих задач, называют системами организма.
Клетка имеет сложную структуру. Она обособляется от внешней среды оболочкой, которая, будучи неплотной и рыхлой, обеспечивает взаимодействие клетки с внешним миром, обмен с ним веществом, энергией, информацией. Обмен веществ, обеспечиваемый клетками, — важнейшее свойство всего живого. Обмен веществ в биологической литературе называют метаболизмом клеток. Метаболизм в свою очередь служит основой для другого важнейшего свойства клетки — сохранения стабильности, устойчивости условий внутренней среды клетки. Это свойство клеток, присущее всей живой системе, называют гомеостазом, т.е. постоянством состава клетки, которое поддерживается обменом веществ, или метаболизмом.
Обмен веществ — сложный, многоступенчатый процесс, включающий доставку в клетку исходных продуктов, получение из них энергии и белков, выведение из клетки в окружающую среду выработанных полезных продуктов, энергии и "вредных отходов производства".
Но кто же в клетке обеспечивает управление всем этим сложным многоступенчатым процессом? Исчерпывающий ответ на этот вопрос пока не найден. Но общепризнанно, что все нити управления внутриклеточным обменом находятся в особых структурах, как правило, в ядре клетки, в очень длинных цепях молекул нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), исходной структурной единицей которых является ген. Это своего рода природное кибернетическое устройство, содержащее инструкцию, информацию, коды, определяющие характер всей деятельности клетки как по обмену веществ, так и по самовоспроизведению.
8.2 Принципы биологической эволюции
В развитии биологии выделяют три основных этапа:
1.систематики (К.Линней);
2. эволюционный (Ч. Дарвин);
3. биологии микромира (Г.Мендель).
Каждый из них связан с изменением представлений о мире живого. На протяжении тысячелетий господствовало объяснение, согласно которому все виды организмов были созданы однажды в их нынешних формах и больше никогда не изменялись. Так сказано в Библии, таких же взглядов придерживался Аристотель. Именно под влиянием этой идеи о неизменности всего живого биологическая парадигма долгое время сводилась лишь к описанию многочисленных видов животных и растений. Причем это описание ограничивалось характеристикой только внешних, бросающихся в глаза признаков. Такова была и наиболее совершенная для своего времени, но оставшаяся в рамках старой парадигмы и потому во многом искусственная, классификация, предложенная знаменитым шведским естествоиспытателем К. Линнеем.
Используя рациональные методы, ряд ученых, например Бюффон во Франции, Э. Дарвин (дед Ч. Дарвина) в Англии, И.В. Гете в Германии, М.В. Ломоносов в России пришли к выводу, что организмы, населяющие Землю, не неизменны, а претерпевают эволюцию. Этот вывод позволили им сделать обнаруженные в разных местах Земли ископаемые остатки странных животных и растений, совершенно не похожие на современных. Парадигма искусственной систематизации сменилась принципами естественной классификации, основанной на теории эволюции и исходившей не только из внешнего сходства форм, но и из общности происхождения, родства. Интенсивное проникновение эволюционной идеи в биологию началось в конце XVIII века, благодаря работам выдающегося французского биолога Ж.Б. Ламарка Он известен не только тем, что предложил впервые термин "биология". Ламарк объяснил изменчивость видов двумя факторами: влиянием внешней среды (питание, климат, упражнение органов) и наследственности.
Проблемы, поставленные Ламарком, были успешно решены Ч. Дарвином. В своей знаменитой работе "Происхождение видов путем естественного отбора", вышедшей в 1859 г., он, обобщив отдельные эволюционные идеи, создал стройную, развернутую теорию эволюции.
Современная физика обосновывает концепцию универсальной эволюции. Согласно этой теории развитие Вселенной предстает как ряд последовательных эволюционных этапов, начиная с так называемого Большого взрыва через период эволюции неживой материи к биологической эволюции, а от нее к этапу исторической эволюции человека и общества.
С точки зрения теории эволюции, все многообразие живой природы является результатом действия трех взаимосвязанных факторов: наследственности, изменчивости и естественного отбора.
Эти выводы теории эволюции, или ее основные принципы, базируются на следующих трех наблюдениях.
1. В любой популяции, виде животных наблюдается изменчивость составляющих ее особей. В этом можно убедиться, сравнивая, например, одного человека с другим.
2 .Некоторые из этих изменений имеют генетическую основу, т.е. унаследованы от родительских особей, получены уже при рождении, а другие являются результатом приспособления к окружающей среде, приобретены в течение жизни.
3. Рождается, как правило, значительно большее число организмов, чем доживает до размножения; многие гибнут на стадии семян, зародышей, птенцов, личинок. Причем выживают те организмы, которые обладают сочетанием генов, повышающих вероятность их выживания и размножения, а также вырабатывают в течение своей жизни некоторые признаки, способствующие выживанию.
Отсюда вытекает главный вывод, что весь ход эволюции видов ведет к тому, что генетические и иные признаки, обеспечивающие выживание, встречаются от поколения к поколению все чаще в данном виде, определяя главное направление его развития. Механизм действия факторов эволюции лучше всего виден на примере развития уровня популяции живых организмов.
Популяция — это длительно существующие группы особей, устойчиво сохраняющиеся на протяжении жизни многих поколений. Популяции могут занимать территории разной протяженности, в зависимости от размеров особей и их численности. Виды, как правило, состоят из нескольких популяций.
Появление элементарных эволюционных изменений в популяции, т.е. ее новых устойчивых признаков, передающихся по наследству через несколько поколений, зависит от следующих эволюционных факторов: перестройки носителей наследственности - генов, популяционных волн (резких колебаниях численности особей из-за различных природных колебаний), изоляции и естественного отбора.
Естественный отбор является основным фактором, направляющим эволюционные изменения. Именно он определяет магистральную линию исторического развития живого, формирует у живых организмов оптимальные способности к выживанию и самовоспроизведению. Причем отбор закрепляет и те особенности, которые полезны данному виду как целому. Эти признаки могут быть вредны для особи, но полезны для популяции: отгоняя врага, ужалившая его пчела гибнет, но спасает пчелиную семью, семейный запас меда.
Таким образом, весь ход эволюция видов ведет к тому, что генетические и иные признаки, обеспечивающие выживание, встречаются от поколения к поколению в данной популяции все чаще, определяя направление развития вида. Т.е. эволюция есть направленный процесс исторического изменения живых организмов.