Вопрос 30, 31 ПРОБЛЕМА ПРОИСХОЖДЕНИЯ И СУЩНОСТИ ЖИЗНИ В БИОЛОГИИ И ЕЕ СОВРЕМЕННОЕ РЕШЕНИЕ . КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ В БИОЛОГИИ , ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА И МИРОВОЗЗРЕНЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Возникновение жизни на Земле, по оценкам ученых, имело место 3-4 млрд. лет назад. В результате сложных космических и земных преобразований зародились простейшие формы жизни, которые положили начало почти миллиону видов животных и около 400 тыс. видов растений, конечное число которых неизвестно и сегодня. Проблема происхождения жизни на Земле — сложнейшая задача современной науки, интерес к которой никогда не ослабевал в связи с попытками человека проникнуть в собственную природу и историю. Решающая роль в прояснении тайны происхождения жизни отводится теоретическому познанию, изучению истории становления представлений о жизни и их философскому осмыслению. Первые идеи возникновения жизни ограничивались рамками мифологических представлений. В мифах рождались легенды о возникновении одушевленных форм из неодушевленных. Лишь по мере становления культуры, совершенствования средств познания, кристаллизации самосознания формируются два основополагающих взгляда на происхождение и развитие жизни. Это - креационизм и эволюционизм.

Креационизм — концепция, объясняющая происхождение многообразия форм органического мира как акт божественного творения. Название учения происходит от латинского слова creatio, creations — “создание”, “сотворение”. Креационизм исходит из того, что, несмотря на присущее человеку стремление разрешить вопрос о происхождении мира, он сам по себе не может добиться этого без помощи Бога, которому мир обязан своим существованием.

Креационистские представления о происхождении жизни и ее развитии господствовали в науке до возникновения эволюционного учения. Они являлись не только догмами официальной религии, их придерживалось подавляющее большинство естествоиспытателей. Отправляясь от факта многообразия форм органического мира, сторонники креационизма рассматривали это многообразие как результат Божественного творения. Они защищали идею неизменности видов и отрицали эволюцию.

Основу эволюционного подхода к проблеме возникновения жизни составляет идея развития, которая как методологический принцип познания живой природы начала оформляться в период XVII— XVIII веков. Однако первые попытки носили характер стихийных, гениальных догадок. Наука еще не располагала достаточным естественнонаучным материалом, метафизический взгляд на природу не позволял подойти к исследованию подлинных источников развития.
Проблема развития — важнейшая проблема философии. С решением ее на разных этапах связано преодоление кризисных состояний в становлении естествознания, что способствовало выходу науки о природе на новые уровни и открывало новые перспективы перед естествоиспытателями. Как известно, вопросы развития разрабатывались не только материалистами, идеалистическая философия также пыталась дать их решение со своих позиций. Естественно, что проблема развития является важной и для самой биологии. Более того, эта проблема, как свидетельствует история науки о жизни, выступает центром формирования основных положений и представлений современной биологии.

Теория самопроизвольного зарождения.

Религиозные учения всех времен и всех народов приписывали обычно появление жизни тому или другому творческому акту божества. Весьма наивно решали этот вопрос и первые исследователи природы. Даже для такого выдающегося ума древности, каким являлся Аристотель, принять представление о том, что животные — черви, насекомые и даже рыбы — могли возникнуть из ила, не представляло особых затруднений. Напротив, этот философ утверждал, что всякое сухое тело, становясь влажным, и, наоборот, всякое мокрое тело, становясь сухим, родят животных.

Согласно гипотезе Аристотеля о спонтанном зарождении, определенные “частицы” вещества содержат некое “активное начало”, которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.

Теория панспермии.

Пастера справедливо считают отцом науки о простейших организмах - микробиологии. Благодаря его работам был дан толчок к обширнейшим исследованиям невидимого простым глазом мира мельчайших существ, населяющих землю, воду и воздух.

Согласно этой идее, зародыши простых организмов могли попасть в земные условия вместе с метеоритами и космической пылью и положить начало эволюции живого, которая в свою очередь породила все многообразие земной жизни. Концепцию панспермии раз­деляли такие крупные ученые, как С. Аррениус, Г. Гельмгольц, В.И. Вернадский, что способствовало ее широкому распро­странению среди ученых.

Теория возникновения жизни в результате биохимической эволюции.

В 1924 г. биохими­ком А. И. Опариным, а позднее английским ученым Дж. Холдейном (1929) была сформулирована гипотеза, рассматри­вающая жизнь как результат длительной эволюции углеродных соединений. Одним из необходимых условий возникновения жизни являет­ся, по мнению А. И. Опарина, ее отсутствие до момента возникнове­ния, и, следовательно, теперь, когда жизнь на Земле существует, она уже не может возникнуть на ней вновь, по крайней мере, таким же образом, каким она возникла изначально. Если бы даже подоб­ные вещества и образовались, то на определенной стадии своего развития они все были бы сплошь съедены, разложены бактериями и другими микроорганизмами, населяющими землю, воздух и воду.
Опарин сделал акцент на появлении жизни в жидкой среде путем «выпадения геля», что называется еще «коацерватной теорией». Гели, коагулянты, коацерваты — это мультимолекулярные образования с довольно сложной структурой. Именно на их уровне возникает жизнь, усложнение которой обеспечивается действием естественного отбора.

Опарин считал, что гетеротрофные организмы, питавшиеся орга­нической пищей, предшествовали по времени автотрофным орга­низмам, питавшимся неорганической пищей. Многие ученые пред­полагали, что последовательность возникновения этих организмов была противоположной, исходя из того, что двуокись углерода (не­обходимая для процесса фотосинтеза у автотрофных зеленых расте­ний) являлась основным строительным материалом, используемым живыми организмами. Опарин считал этот тезис сомнительным. Он основывался на том, что все организмы сначала были гетеротроф­ными, а когда запасы органической пищи сократились, произош­ло разделение организмов по способу питания.

Современные представления:

В современной науке принята гипотеза абиогенного (небиологического) происхождения жизни под действием естественных причин в результате длительного процесса космической, геологической и химической эволюции – абиогенез. Абиогенная концепция не исключает возможности существования жизни в космосе и ее космического происхождения на Земле. Понятно, что воспроизвести процессы, происходившие в момент зарождения жизни, невозможно, поэтому любые заключения по этому вопросу и любые интерпретации этой темы основаны на методе моделирования.

1этап: После возникновения Земля представляла собой раскаленный шар. Постепенное остывание планеты способствовало тому, что тяжелые химические элементы перемещались к ее центру, а легкие постепенно скапливались на поверхности. По мере остывания земной поверхности происходило сгущение водяных паров, что впоследствии привело к образованию огромных водоемов. Результатом активной вулканической деятельности на первых этапах эволюции нашей планеты стал выброс на ее поверхность различных карбидов – соединений углерода с металлами. Карбиды смывались в первичный океан, где вступали во взаимодействие с водой. В результате этих химических реакций образовались различные углеводородные соединения.

2этап: Второй этап возникновения живого связан с появлением белковых веществ. Присутствие в водах первичного океана большого числа углеродных соединений привело к возникновению концентрированного «органического бульона», в котором осуществлялся дальнейший процесс синтеза сложных органических молекул – белков и нуклеиновых кислот – из достаточно простых углеродных соединений.

3этап: Третий этап возникновения жизни связан с формированием у органических соединений способности к самовоспроизводству. Началом жизни следует считать возникновение стабильной самовоспроизводящейся органической системы с постоянной последовательностью нуклеотидов. Только после возникновения таких систем можно говорить о начале биологической эволюции.

Геологические эры:

• катархей (5 млрд – 3,5 млрд лет назад);

• архей (3,5 млрд – 2,6 млрд лет назад);

• протерозой (2,6 млрд – 570 млн лет назад);

• палеозой (570 млн – 230 млн лет назад);

• мезозой (230 млн – 67 млн лет назад);

• кайнозой (67 млн лет назад – до настоящего времени).

32 вопрос
ГЕНЕТИКА КАК НАУКА И ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ЕЕ РАЗВИТИЯ

Генетика (от греч. genesis – происхождение) – это наука, изучающая законы наследственности и изменчивости биологических организмов и способы управления ими. Генетика – одна из самых молодых ветвей науки, хотя истоки знаний о наследственности весьма древние. Представления о наследственности начали складываться еще в эпоху античности. Долгое время вопрос о природе наследственности находился в ведении эмбриологии, в которой вплоть до XVII в. господствовали фантастические и полуфантастические представления.
Во второй половине XVIII в. учение о наследственности обогащается новыми данными – установлением пола у растений, а также отработкой методики гибридизации. Одним из основоположников этого направления является Й.Г. Кельрейтер, тщательно изучавший процессы оплодотворения и гибридизации.
Во второй половине XVIII – начале XIX в. наследственность рассматривалась как свойство, зависящее от количественного соотношения отцовских и материнских компонентов.
В первой половине XIX в. стали складываться непосредственные предпосылки учения о наследственности – генетики. Качественным рубежом здесь оказались два события. Первое – создание клеточной теории. Старая идея единства растительного и животного миров должна была получить конкретно-научное выражение в форме теории, которая базируется на том, что инвариантные характеристики органического мира должны иметь свое морфологическое выражение. Второе событие – выделение объекта генетики, т.е. явлений наследственности как специфической черты живого, которую не следует растворять во множестве свойств индивидуального развития организма. Такой подход сформулирован у О. Сажрэ и в полной мере получил свое развитие в творчестве Г. Менделя.
Создание клеточной теории было важнейшим шагом на пути разработки научных воззрений на наследственность и изменчивость. Познание природы наследственности предполагало выяснение вопроса, что является универсальной единицей структурной организации растительного и животного миров. Фундаментальной философской идеей, которая привела к открытию клетки, была идея единства животного и растительного миров.
Следующий шаг на этом пути состоял в том, чтобы от общей идеи единства органического мира прийти к выводу, что такое единство должно иметь свое морфологическое выражение, проявляться в определенной структурной гомологии организмов. Клетка была выведена как универсальная единица строения организма.
Важнейшим событием в генетике XIX в. было формулирование Менделем его законов. Мендель рассматривал не наследуемость всех признаков организма сразу, а выделял наследуемость единичных, отдельных признаков, абстрагируя эти признаки от остальных. При этом он применял вариационно-статистический метод, демонстрируя возможности математического моделирования в биологии. Открытие Менделем закономерностей расщепления признаков показало, что возникающие у организмов рецессивные мутации не исчезают, а сохраняются в популяции в гетерозиготном состоянии. Этим были разрушены старые натурфилософские концепции о слитном, непрерывном характере наследственности, при котором она рассматривалась как некое континуальное образование (наподобие некой жидкости).
Открытие Менделя опередило свое время. Новаторское значение открытых им законов наследственности не было оценено современниками: в сознании биологов еще не созрели необходимые предпосылки научного учения о наследственности; они сложились лишь в начале XX в.
Вступление в XX в. ознаменовалось в биологии бурным развитием генетики. Важнейшим исходным событием явилось новое открытие законов Менделя. 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.
Учеными был сделан ряд довольно важных открытий: открытие дискретного характера наследственности; обоснование представления о гене и хромосомах как носителях генов; представление о линейном расположении генов; доказательство существования мутаций и возможность вызвать ее искусственно; установление принципа чистоты гамет, законов доминирования, расщепления и сцепления признаков; разработка методов гибридологического анализа, чистых линий и инцухта, кроссинговера и др. Эти и другие открытия были экспериментально подтверждены и 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. По этой теории ген является неделимой корпускулой наследственности. Первые 30 лет XX в. прошли под знаком борьбы представителей различных концепций наследственности. Так, против хромосомной теории выступал У. Бэтсон, считавший, что эволюция состоит не в изменении генов под влиянием внешней среды, а в выпадении генов, в накоплении генетических утрат.
Тридцатые годы ХХ в. можно смело назвать расцветом теоретической генетики. Уже тогда было доказано существование генов, стало ясно, что они локализованы в хромосомах. В связи с этим следует назвать имена некоторых отечественных ученых, внесших значительный вклад в развитие генетической науки: Н.К. Кольцов, выдающийся организатор отечественной биологической науки, высказавший гипотезу о том, что при делении хромосомы сами себя повторяют в клетках (1928 г.); С.С. Четвериков – создатель эволюционно и популяционной генетики; А.С. Серебровский, выдвинувший идею о линейном строении и делимости генов; С.Н. Давиденков и С.Г. Левит – основатели медицинской генетики и др.
Признанным лидером этой плеяды ученых был Н.И. Вавилов. Во многом благодаря его энергии и таланту отечественная генетика и селекция занимала в то время одно из первых мест в мире. В 1934 г. по его инициативе был организован Институт генетики АН СССР, на основе которого в дальнейшем был создан Институт общей генетики имени Н.И. Вавилова.
С середины ХХ в. классическая генетика перестала получать большую часть новой информации о механизмах наследственности. Эту роль в современной науке заняла молекулярная биология и её раздел – молекулярная генетика, науки, имеющие дело с конкретными молекулами ДНК, о существовании которых классическая генетика могла лишь догадываться. В 1953 г. биологом Дж. Уотсоном и физиком Ф. Криком была открыта пространственная структура основного вещества наследственности –ДНК

Вопрос 33

Основные понятия и термины современной генетики

Генетика - это наука, изучающая механизмы и закономерности
наследственности и изменчивости живых организмов, методы
управления этими процессами.

Генетика человека- раздел генетики, в котором изучается применение законов насследственности и изменчивости к человеку с учётом его специфических особенностей как биологического и социального существа.

Наследственность- это свойство всех живых организмов
передавать свои признаки и свойства из поколения в
поколение.
Изменчивость- это свойство всех живых организмов
приобретать в процессе индивидуального развития новые
признаки.

Модификационная изменчивость- это изменчивость фенотипа, которая является реакцией конкретного генотипа на изменившиеся условия среды.

Мутационная изменчивость- наследственная изменчивость генотипа, обусловленная мутациями.

Ген- единица наследственного материала; участок молекулы
ДНК и РНК, содержащий информацию о первичной структуре
одного белка.
Генотип- это совокупность всех наследственных свойств
особи, наследственная основа организма, составленная
совокупностью генов.
Геном – это совокупность генов, характерных для
гаплоидного набора хромосом одного вида организма;
совокупность генов и генетических элементов, определяющих
все признаки организма.
Геномика– наука, которая изучает структурно-
функциональную организацию генома.
Генофонд– совокупность генов группы особей.

Фенотип- это совокупность внешних и внутренних признаков
и свойств организма.

Гибридологический метод– это скрещивание организмов,
отличающихся друг от друга какими либо признаками, и
последующий анализ характера наследования этих признаков
у потомства.

Моногибридное скрещивание- это скрещивание родительских
организмов, различающихся по одному признаку.
Дигибридное скрещивание- это скрещивание родителей,
отличающихся по двум признакам.

Аллели– это различные состояния гена, определяющие
различные формы одного и того же признака.
Аллельные гены- это гены, ответственные за развитие
одного признака.

Гомозигота - это зигота, имеющая одинаковые аллели данного гена.

Гомозиготные организмы- это организмы, содержащие два
одинаковых аллельных гена.

Гомогаметный пол- равногаметнй пол, у которого половые хромосомы одинаковы.

Гетерозигота - это зигота, имеющая разные аллели данного гена.
Гетерозиготные организмы- это организмы, содержащие
различные аллельные гены.

Гетерогаметный пол- разногаметнй пол, у которого половые хромосомы различны.

Доминантный признак- это признак, проявляющийся у
гибридов; подавляющий другой признак.
Рецессивный признак- это подавляемый у гибридов признак.

Альтернативные признаки- взаимоисключающие, контрастные признаки.

Мутации- это внезапно возникающие наследственные изменения генотипа.

Генные мутации- изменения, возникающие вследствие перестройки генов в молекуле ДНК чаще всего при замене одного или нескольких нуклеотидов в пределах гена.

Геномные мутации- изменения числа хромосом.

Хромосомные мутации- изменения структуры хромосом.

Мутагены– это факторы, воздействие которых на живые
организмы приводит к увеличению числа мутаций.

Закон расщепления: «при скрещивании двух потомков первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом соотношении: по фенотипу 3:1, по генотипу1:2:1»

Закон независимого комбинирования:

«при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях».

Закон Моргана

«Гены, расположенные в однойхромосоме , наследуются совместно».

Если скрестить мушку дрозофилу, имеющую серое тело и нормальные крылья (на рисунке самка), с мушкой, обладающей тёмной окраской и зачаточными(короткими) крыльями(на рисунке самец), то в первом поколении гибридов все мухи будуит серыми с нормальными крыльями(А). Это гетерозиготы по двум парам аллельных генов, причём ген, определяющий серую окраску брюшка, доминирует над тёмной окраской, а ген, обуславливающий развитие нормальных крыльев, - доминирует над геном недоразвыитых крыльев.

При анализирующем скрещивании гибрида F1 с гомозиготной рецессивной дрозофилой(Б) подавляющее большинство потомков F2 будет сходно с родительскими формами.

Гомозиготные организмы- это организмы, содержащие два
одинаковых аллельных гена.

Гомогаметный пол- равногаметнй пол, у которого половые хромосомы одинаковы.

Гетерозигота - это зигота, имеющая разные аллели данного гена.
Гетерозиготные организмы- это организмы, содержащие
различные аллельные гены.

Гетерогаметный пол- разногаметнй пол, у которого половые хромосомы различны.

Доминантный признак- это признак, проявляющийся у
гибридов; подавляющий другой признак.
Рецессивный признак- это подавляемый у гибридов признак.

Альтернативные признаки- взаимоисключающие, контрастные признаки.

Мутации- это внезапно возникающие наследственные изменения генотипа.

Генные мутации- изменения, возникающие вследствие перестройки генов в молекуле ДНК чаще всего при замене одного или нескольких нуклеотидов в пределах гена.

Геномные мутации- изменения числа хромосом.

Хромосомные мутации- изменения структуры хромосом.

Мутагены– это факторы, воздействие которых на живые
организмы приводит к увеличению числа мутаций.

Закон расщепления: «при скрещивании двух потомков первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом соотношении: по фенотипу 3:1, по генотипу1:2:1»

Закон независимого комбинирования:

«при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях».

Закон Моргана

«Гены, расположенные в однойхромосоме , наследуются совместно».

Если скрестить мушку дрозофилу, имеющую серое тело и нормальные крылья (на рисунке самка), с мушкой, обладающей тёмной окраской и зачаточными(короткими) крыльями(на рисунке самец), то в первом поколении гибридов все мухи будуит серыми с нормальными крыльями(А). Это гетерозиготы по двум парам аллельных генов, причём ген, определяющий серую окраску брюшка, доминирует над тёмной окраской, а ген, обуславливающий развитие нормальных крыльев, - доминирует над геном недоразвыитых крыльев.

При анализирующем скрещивании гибрида F1 с гомозиготной рецессивной дрозофилой(Б) подавляющее большинство потомков F2 будет сходно с родительскими формами.

Это происходит потому, что гены, отвечающие за серое тело и нормальные крылья - Сцепленные гены, также как и гены, отвечающие за тёмное тело и короткие крылья, т.е. они находятся в одной хромосоме. наследование сцепленных генов называют - сцепленное наследование.

Сцепление может нарушаться. Это доказывают особи В и Г на рисунке, т. е. если бы сцепление не нарушалось, то этих особей бы не существовало, однако они есть. Это происходит в результате кроссинговера, который и нарушает сцепленность этих генов.

Вопрос 34

Природа мутаций и ее решение в современной генетике

• Мутационная изменчивость. Мутационная изменчивость связана с процессом образования мутаций. Мутации - это внезапные скачкообразные, стойкие изменения в структуре генотипа. Организмы, у которых произошла мутация, называются мутантами. Мутационная теория была создана, как говорилось выше, Гуго де Фризом в 1901-1903 гг (Рис. 4). На основных ее положениях строиться современная генетика: мутации, дискретные изменения наследственности, в природе спонтанны, мутации передаются по наследству, встречаются достаточно редко и могут быть различных типов.

Различают «новые» мутации (возникающие de novo) и «старые» мутации. Старые мутации – это мутации, появившиеся в популяции задолго до начала их изучения; обычно о старых мутациях едет речь в генетике популяций и в эволюционной теории. Новые мутации – это мутации, появляющиеся в потомстве немутантных организмов (♀ АА × ♂ АА → Аа); обычно именно о таких мутациях идет речь в генетике мутагенеза.

Ученые давно обнадежили мир, рассказав, что аспирин помогает в борьбе с раком. Мало кто понимал механизм этой "помощи", но теперь известно, что аспирин замедляет накопление мутаций ДНК в аномальных клетках, - об этом говорится в исследовании, которое было опубликовано в этом месяце в интернет-журнале PLOS Genetics.

Аспирин и подобные ему нестероидные противовоспалительные препараты предотвращают развитие рака за счет снижения частоты мутаций ДНК - утверждают исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (США). Исследование продлилось более десяти лет и затронуло пациентов разного возраста и пола. Для того, чтобы узнать, как аспирин влияет на раковые клетки, ученые проанализировали ткани, полученные в результате биопсии 13 пациентов с предраковыми состоянием (синдром Барретта). Материалы для биопсии забирались несколько раз в течение многолетнего наблюдения.

Участвовавших в эксперименте пациентов разделили на две группы. Первая принимала аспирин ежедневно в течение нескольких лет, а после нет. Вторая группа начала принимать аспирин только при окончательном обследовании. Таким образом исследователи хотели отследить скорость мутаций ДНК в тканях.

35 вопрос ГЕНЕТИКА О СООТНОШЕНИИ БИОЛОГИЧЕСКОГО И СОЦИАЛЬНОГО В ЧЕЛОВЕКЕ

Биологическая и социальная формы движения материи «соседствуют» в эволюционной картине мира: в ходе поступательного развития материи на базе ее биологи­ческой формы возникает качественно новое явление — общество. Поэтому взаимодействие закономерностей этих уровней действительности создает сложный комплекс проблем, касающихся роли и места каждого из них в различных сферах социального.

Будучи биосоциальным существом, человек испытывает на себе взаимодействие генетической и социальной программ. Носителем генетических свойств служат молекулы ДНК, носителем же социальной программы является опыт человечества, который передается новым поколениям путем обучения и воспитания. Естественный отбор уже давно не имеет решающего значения в жизнедеятельности людей. Это обстоятельство погасило для них биологическую эволюцию в виде расо- и видообразования. Генетика свидетельствует о том, что наследственный потенциал человека неисчерпаем и может сохраняться неограниченно долгое время. В то же время социальные условия существования людей стали все больше определять их развитие и развитие общества.

Человек представляет собой целостноеединство биологического(организменного),психического и социального уровней, которые формируются из двух: природного и социаль­ного, наследственного и прижизненно приобретенного. При этом человеческий индивид ¾ это не простая арифметическая сумма биологического, психического и социального, а их интегральное единство, приводящее к возникновению новой качественной ступени – человеческой личности.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: