Организация открытых биологических систем в пространстве и во времени (хронотопобиология).

ВОПРОС1

Биология - наука о живых системах, закономерностях и механизмах их возникновения, существования и развитая. Предмет биологии. Биоло­гические науки, их задачи, объекты изучения.

Биология -- наука о жизни, одна из естественных наук, предметом которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. Биология изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой.

Как особая наука биология выделилась из естественных наук в XIX веке, когда учёные обнаружили, что живые организмы обладают некоторыми общими для всех характеристиками. В основе современной биологии лежат пять фундаментальных принципов: клеточная теория, эволюция, генетика, гомеостаз и энергия. В наше время биология -- стандартный предмет в средних и высших учебных заведениях всего мира. Ежегодно публикуется более миллиона статей и книг по биологии и медицине.

В биологии выделяют следующие уровни организации:

Клеточный, субклеточный и молекулярный уровень: клетки содержат внутриклеточные структуры, которые строятся из молекул.

Организменный и органно-тканевой уровень: у многоклеточных организмов клетки составляют ткани и органы. Органы же в свою очередь взаимодействуют в рамках целого организма.

Популяционный уровень: особи одного и того же вида обитающие на части ареала образуют популяцию.

Видовой уровень: свободно скрещивающиеся друг с другом особи обладающие морфологическим, физиологическим, биохимическим сходством и занимающие определённый ареал (район распространения) формируют вид.

Биогеоценотический и биосферный уровень: на однородном участке земной поверхности складываются биогеоценозы, которые, в свою очередь, образуют, биосферу.

Большинство биологических наук является дисциплинами с более узкой специализацией. Традиционно они группируются по типам исследуемых организмов: ботаника изучает растения, зоология -- животных, микробиология -- одноклеточные микроорганизмы. Области внутри биологии далее делятся либо по масштабам исследования, либо по применяемым методам: биохимия изучает химические основы жизни, молекулярная биология -- сложные взаимодействия между биологическими молекулами, клеточная биология и цитология -- основные строительные блоки многоклеточных организмов, клетки, гистология и анатомия -- строение тканей и организма из отдельных органов и тканей, физиология -- физические и химические функции органов и тканей, этология -- поведение живых существ, экология -- взаимозависимость различных организмов и их среды.

Передачу наследственной информации изучает генетика. Развитие организма в онтогенезе изучается биологией развития. Зарождение и историческое развитие живой природы -- палеобиология и эволюционная биология.

На границах со смежными науками возникают: биофизика (изучение живых объектов физическими методами), биометрия и т. д. В связи с практическими потребностями человека возникают такие направления как космическая биология, социобиология, физиология труда, бионика.

Биологов интересует величайшая тайна: как вообще жизнь впервые появилась на Земле и какие формы она имела. Поэтому они изучают все условия, необходимые для жизни. И точно так же, как детективное бюро ведет архив, они стараются классифицировать все организмы, существующие на планете.

В поисках ответов на свои вопросы биологи прибегают к помощи природы. Они опускаются на ледяные глубины океанов, поднимаются на самые высокие вершины в поисках разгадок. Они прокладывают дорогу сквозь непроходимые джунгли и часами смотрят в микроскопы. Иногда они проводят странные эксперименты, чтобы добраться до тайн жизни.

Система биологических наук Система биологических наук чрезвычайно многопланова, что обусловлено как многообразием проявлений жизни, так и разнообразием форм, методов и целей исследования живых объектов, изучением живого на разных уровнях его организации. Всё это определяет условность любой системы биологических наук. Одними из первых в Б. сложились науки о животных — зоология и растениях — ботаника, а также анатомия и физиология человека — основа медицины. Другие крупные разделы Б., выделяемые по объектам исследования, — микробиология — наука о микроорганизмах, гидробиология — наука об организмах, населяющих водную среду, и т.д. Внутри Б. сформировались более узкие дисциплины; в пределах зоологии — изучающие млекопитающих — териология, птиц — орнитология, пресмыкающихся и земноводных — герпетология, рыб и рыбообразных — ихтиология, насекомых — энтомология, клещей — акарология, моллюсков — малакология, простейших — протозоология;внутри ботаники — изучающие водоросли — альгология, грибы — микология, лишайники — лихенология, мхи — бриология, деревья и кустарники — дендрология и т.д. Подразделение дисциплин иногда идёт ещё глубже. Многообразие организмов и распределение их по группам изучают систематика животных и систематика растений. Б. можно подразделить на неонтологию, изучающую современный органический мир, и палеонтологию — науку о вымерших животных (палеозоология) и растениях (палеоботаника).

Другой аспект классификации биологических дисциплин — по исследуемым свойствам и проявлениям живого. Форму и строение организмов изучают морфологические дисциплины; образ жизни животных и растений и их взаимоотношения с условиями внешней среды — экология; изучение разных функций живых существ — область исследований физиологии животных и физиологии растений; предмет исследований генетики — закономерности наследственности и изменчивости; этологии — закономерности поведения животных; закономерности индивидуального развития изучает эмбриология или в более широком современном понимании — биология развития;закономерности исторического развития — эволюционное учение. Каждая из названных дисциплин делится на ряд более частных (например, морфология — на функциональную, сравнительную и др.). Одновременно происходит взаимопроникновение и слияние разных отраслей Б. с образованием сложных сочетаний, например гисто-, цито- или эмбриофизиология, цитогенетика, эволюционная и экологическая генетика и др. Анатомия изучает строение органов и их систем макроскопически; микроструктуру тканей изучает гистология, клеток — цитология, а строение клеточного ядра — кариология. В то же время и гистология, и цитология, и кариология исследуют не только строение соответствующих структур, но и их функции и биохимические свойства.

Можно выделить в Б. дисциплины, связанные с использованием определённых. методов исследования, например биохимию, изучающую основные жизненные процессы химическими методами и подразделяемую на ряд разделов (биохимия животных, растений и т.п.), биофизику, вскрывающую значение физических закономерностей в процессах жизнедеятельности и также подразделяемую на ряд отраслей. Биохимическое и биофизическое направления исследований зачастую тесно переплетаются как между собой (например, в радиационной биохимии), так и с другими биологическими дисциплинами (например, в радиобиологии). Важное значение имеет биометрия, в основе которой лежат математическая обработка биологических данных с целью вскрытия зависимостей, ускользающих при описании единичных явлений и процессов, планирование эксперимента и др.; теоретическая и математическая Б. позволяют, применяя логические построения и математические методы, устанавливать более общие биологические закономерности.

В связи с изучением живого на разных уровнях его организации выделяют молекулярную биологию, исследующую жизненные проявления на субклеточном, молекулярном уровне; цитологию и гистологию, изучающие клетки и ткани живых организмов; популяционно-видовую Б. (систематику, биогеографию, популяционные направления в генетике и экологии), связанную с изучением популяций как составных частей любого вида организмов; биогеоценологию, изучающую высшие структурные уровни организации жизни на Земле, вплоть до биосферы в целом. Важное место в Б. занимают как теоретические, так и практические направления исследований, резкую границу между которыми трудно провести, т.к. любое теоретическое направление неизбежно связано (прямо или косвенно, в данный момент или в будущем) с выходами в практику. Теоретические исследования делают возможными открытия, революционизирующие многие отрасли практической деятельности, они обеспечивают успешное развитие прикладных дисциплин, например промышленной микробиологии и технической биохимии, защиты растений, растениеводства и животноводства, охраны природы, дисциплин медико-биологического комплекса (паразитология, иммунология и т.д.). В свою очередь, отрасли прикладной Б. обогащают теорию новыми фактами и ставят перед ней задачи, определяемые потребностями общества. Из практически важных дисциплин быстро развиваются бионика (изучение технических приложений биологических закономерностей), космическая биология (изучение биологического действия факторов мирового пространства и проблем освоения космоса), астробиология или экзобиология (исследование жизни вне Земли). Изучением человека как продукта и объекта биологической эволюции занимается ряд биологических дисциплин — антропология, генетика и экология человека, медицинская генетика, психология,— тесно связанных с социальными науками.

Особо следует выделить несколько фундаментальных областей Б., исследующих наиболее общие, присущие всем живым существам закономерности и составляющих основу современной общей Б. Это наука об основной структурно-функциональной единице организма — клетке, т. е. цитология; наука о явлениях воспроизведения и преемственности морфо-физиологической организации живых форм — генетика; наука об онтогенезе — биология развития; наука о законах исторического развития органического мира — эволюционная теория, а также физико-химическая Б. (биохимия и биофизика) и физиология, изучающие функциональные проявления, обмен веществ и энергии в живых организмах. Из приведённого далеко не полного перечня биологических дисциплин видно, как велико и сложно здание современной Б. и как прочно вместе с соседними науками, изучающими закономерности неживой природы, оно связано с практикой.

ВОПРОС2

Методы биологии, человек как объект биологии. Биосоциальная природа человека. Значение биоло­гического наследства и социальной организации человека для медицины. Значение биологии как базисной дисциплины в подготовке врача.

Основные методы исследования в биологии являются:

Эмпирические – наблюдение, эксперимент.

Теоретические – сравнительный, исторический, моделирования, статическая обработка, формулировка гипотез, законов и теорий и др.

Наблюдение дает возможность описать биологические объекты и явления. При этом используются инструментальные методы (микроскопия, электрография, рентгенография и др)

Эксперимент – исследователи искусственно создают ситуации, которые помогают изучать свойства биологических объектов. Также используются инструментальные методы: электрофорез, хроматография, культивирование тканей и др.

Сравнение и обобщение – позволяют найти общие закономерности для нескольких явлений. С помощью этого метода была основана систематика, создана клеточная теория.

Исторический метод – позволяет на основе данных о современном органическом мире и его прошлом познать процессы развития природы.

Моделирование – имитирует отдельные биологические процессы. Например аквариум – модель природной экологической системы.

Любая наука становится настоящей наукой только тогда, когда она начинает использовать для описания процессов математические закономерности. Это обуславливает применение статистических методов обработки результатов в биологии.

Реферат на тему:

Биосоциальная природа человека, его социализация и проблема коэволюции с биосферой

История рода человеческого на эволюционной арене планеты не является исключением в общем ряду эволюции живых организмов и сложных биологических систем.

Коэволюция человечества и биосферы включает по-видимому, коэволюцию антогонистически взаимодействующих тел: паразитизм – взаимная телерантность – симбиоз, как обязательные вехи этого длительного и сложного процесса. Очевидно, что до гармоничных отношений людей друг с другом, как и вида Homosapiensc остальной биосферой, еще далеко [2, 4, 6, 7, 8, 11]. С появлением человека как самостоятельного вида биосфера вступила в качественно новую фазу своего развития [1, 9, 12, 13]. Человек стал вершиною трофических пирамид во всех экосистемах планеты, он включил в сферу своих интересов практически всю окружающую среду; Это качественно отличает его от других биологических видов. Как “универсальный хищник” [1, 3, 5, 12] он нещадно стал и продолжает эксплуатировать окружающую среду, в полном соответствии с “дарованными” ему Ветхим заветом исключительными полномочиями [6, 11, 13].

Человек как биологический вид Homosapiens является исключительно молодым, типичные представители его появились 40 000 лет назад. Им предшествовали около 1 млн. лет назад люди более примитивного типа Homoerectus [1, 3, 12]. Установлено, что с момента физического выхода на сцену истории человек генетически не изменялся [1, 5, 12], а усложнение строения головного мозга даже повлекло к уменьшению его объема по сравнению с неандертальцем жившего 100 000 лет назад (до 1350 см3 против 1450 см3). Уникальность человека как биологического вида не оспаривается [9, 12, 13]; но по-прежнему не утихают споры о происхождении человека (гипотезы: материалистическая земная, теологическая, или божественная, космическая и др.). Биология исходит из первой гипотезы и трактует человека как один из видов приматов, подотряда узконосых обезьян, относящегося к семейству люди, роду человек.

Физическое строение и жизнь человека полностью отражает и соответствует законам биологии. Однако став социальным существом, человек создал материальную и духовную жизнь человеческого общества, создал надбиологическую сферу, тем самым став единственным живым организмом на планете, вышедшим за пределы биологической эволюции.

Уникальность человека как биологического вида заключается в наличии у него речи, высокой пластичности поведения, вертикального положения тела, своеобразного крупного высокоразвитого мозга, сложных технологических навыков, изготовления орудий. Вместе с тем человек близок к человекообразным обезьянам; генетические различия между ними удивительно малы и составляют менее 1% [12]. Поведенческие различия хотя и значительны, но укладываются в рамки высших приматов [3, 5].

Хотя Homosapiens уникален, но столь же уникальны и все остальные подвиды человека, и более широко, уникальны все биологические виды в физиологическом, экологическом и поведенческом отношении. Каждый из них занимает свою экологическую нишу, они генетически изолированы друг от друга, т.е. уникальны. Сознавая свою неповторимость, Человек должен помнить, что он всего лишь еще один неповторимый вид на планете. Отсюда становится понятным основной тезис нового экологического мышления и стратегии сохранения биоразнообразия: каждый биологический вид имеет равные с человеком права на существование на планете.

Законы социальной жизни ограничили или сняли действие естественного отбора, как фактора, направляющего биологическую эволюцию человека, поэтому ожидать дальнейшего прогресса его генотипа, т. е. его биологической эволюции в будущем, нельзя [9, 12].

Наследственные болезни человека, их лечение и профилактика. К настоящему времени зарегистрировано более 2 тыс. наследственных болезней человека, причем большинство из них связано с психическими расстройствами. По данным Всемирной организации здравоохранения, благодаря применению новых методов диагностики ежегодно регистрируется в среднем три новых наследственных заболевания, которые встречаются в практике врача любой специальности: терапевта, хирурга, невропатолога, акушера-гинеколога, педиатра, эндокринолога и т. д. Болезней, не имеющих абсолютно никакого отношения к наследственности, практически не существует. Течение разных заболеваний (вирусных, бактериальных, микозов и даже травм) и выздоровление после них в той или иной мере зависят от наследственных иммунологических, физиологических, поведенческих и психических особенностей индивидуума.

Условно наследственные болезни можно подразделить на три большие группы: болезни обмена веществ, молекулярные болезни, которые обычно вызываются генными мутациями, и хромосомные болезни.

Генные мутации и нарушения обмена веществ. Генные мутации могут выражаться в повышении или понижении активности некоторых ферментов, вплоть до их отсутствия. Фенотипи-чески такие мутации проявляются как наследственные болезни обмена веществ, которые определяются по отсутствию или избытку продукта соответствующей биохимической реакции.

Генные мутации классифицируют по их фенотипическому проявлению, т. е. как болезни, связанные с нарушением аминокислотного, углеводного, липидного, минерального обмена, обмена нуклеиновых кислот.

Примером нарушения аминокислотного метаболизма является альбинизм — относительно безобидная болезнь, встречающаяся в странах Западной Европы с частотой 1:25000. Причиной заболевания является дефект фермента тирозиназы, в результате чего блокируется превращение тирозина в меланин. У альбиносов молочный цвет кожи, очень светлые волосы и отсутствует пигмент в радужной оболочке глаз. Они имеют повышенную чувствительность к солнечному свету, вызывающему у них воспалительные заболевания кожи.

Одним из наиболее распространенных заболеваний углеводного обмена является сахарный диабет. Эта болезнь связана с дефицитом гормона инсулина, что приводит к нарушению процесса образования гликогена и повышению уровня глюкозы в крови.

Ряд патологических признаков (гипертония, атеросклероз, подагра и др.) определяются не одним, а несколькими генами (явление полимерии). Это болезни с наследственным предрасположением, которые в большей степени зависят от условий среды: в благоприятных условиях такие заболевания могут и не проявиться.

Хромосомные болезни. Этот тип наследственных заболеваний связан с изменением числа или структуры хромосом. Частота хромосомных аномалий у новорожденных составляет от 0,6 до 1%, а на стадии 8—12 недель их имеют около 3% эмбрионов. Среди самопроизвольных выкидышей частота хромосомных аномалий равна примерно 30%, а на ранних сроках (до двух месяцев) -— 50% и выше.

У человека описаны все типы хромосомных и геномных мутаций, включая анеуплоидию, которая может быть двух типов —мо-иосомия и полисомия. Особой тяжестью отличается моносомия.

Моносомия всего организма описана для Х-хромосомы. Это синдром Шерешевского—Тернера (44+Х), проявляющийся у женщин, для которых характерны патологические изменения телосложения (малый рост, короткая шея), нарушения в развитии половой системы (отсутствие большинства женских вторичных половых признаков), умственная ограниченность. Частота встречаемости этой аномалии 1:4000—5000.

Женищны-трисомики (44+ХХХ), как правило, отличаются нарушениями полового, физического и умственного развития, хотя у части больных эти признаки могут не проявляться. Известны случаи плодовитости таких женщин. Частота синдрома 1:1000.

Мужчины с синдромом Клайнфельтера (44+XXY) характеризуются нарушением развития и активности половых желез, ев-нухоидным типом телосложения (более узкие, чем таз, плечи, оволосение и отложение жира на теле по женскому типу, удлиненные по сравнению с туловищем руки и ноги). Отсюда и более высокий рост. Эти признаки в сочетании с некоторой психической отсталостью проявляются у относительно нормального мальчика начиная с момента полового созревания.

Синдром Клайнфельтера наблюдается при полисомии не только по Х-хромосоме (XXX XXXY, XXXXY), но и по У-хромосоме (XYY. XXYY. XXYYY). Частота синдрома 1:1000.

Из числа аутосомных болезней наиболее изучена трисомия по 21-й хромосоме, или синдром Дауна. По данным разных авторов, частота рождения детей с синдромом Дауна составляет 1:500—700 новорожденных, а за последние десятилетия частота трисомии-21 увеличилась.

Типичные признаки больных с синдромом Дауна: маленький нос с широкой плоской переносицей, раскосые глаза с эпиканту-сом — нависающей складкой над верхним веком, деформированные небольшие ушные раковины, полуоткрытый рот, низкий рост, умственная отсталость. Около половины больных имеют порок сердца и крупных сосудов.

Существует прямая связь между риском рождения детей с синдромом Дауна и возрастом матери. Установлено, что 22—40% детей с этой болезнью рождаются у матерей старше 40 лет (2—3 % женщин детородного возраста).

Здесь рассмотрены лишь некоторые примеры генных и хромосомных болезней человека, которые, однако, дают определенное представление о сложности и хрупкости его генетической организации.

Основным путем предотвращения наследственных заболеваний является их профилактика. Для этого во многих странах мира, в том числе и в Беларуси, существует сеть учреждений, обеспечивающих медико-генетическое консультирование населения. В первую очередь его услугами должны пользоваться лица, вступающие в брак, у которых имеются генетически неблагополучные родственники.

Генетическая консультация обязательна при вступлении в брак родственников, лиц старше 30—40 лет, а также работающих на производстве с вредными условиями труда. Врачи и генетики смогут определить степень риска рождения генетически неполноценного потомства и обеспечить контроль за ребенком в период его внутриутробного развития. Следует отметить, что курение, употребление алкоголя и наркотиков матерью или отцом будущего ребенка резко повышают вероятность рождения младенца с тяжелыми наследственными недугами.

В случае рождения больного ребенка иногда возможно его медикаментозное, диетическое и гормональное лечение. Наглядным примером, подтверждающим возможности медицины в борьбе с наследственными болезнями, может служить полиомиелит. Эта болезнь характеризуется наследственной предрасположенностью, однако непосредственной причиной заболевания является вирусная инфекция. Проведение массовой иммунизации против возбудителя болезни позволило избавить всех наследственно предрасположенных к ней детей от тяжелых последствий заболевания. Диетическое и гормональное лечение успешно применяется при лечении фенилкетонурии, сахарного диабета и других болезней.

ВОПРОС3

Развитие представления о сущности жизни. Определение жизни с позиций системного подхода.

Многовековые исследования и попытки решения этих вопросов породили разные концепции возникновения жизни: креационизм - сотворение жизни Богом; концепция самопроизвольного зарождения из неживого вещества; концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда и концепция внеземного происхождения жизни в результате развития физических и химических процессов.

Концепция креационизма, по существу, научной не является, поскольку она возникла в рамках религиозного мировоззрения. Она утверждает, что жизнь такова, какова она есть, потому что такой ее сотворил Бог. Тем самым практически снимается вопрос о научном решении проблемы происхождения и сущности жизни. Тем не менее, эта концепция продолжала и продолжает пользоваться довольно большой популярностью.

Остальные концепции появляются позже, но вплоть до XIX века ни одна из них не смогла сформировать единую биологическую картину мира и тем самым дать приемлемое объяснение происхождению жизни.

В XIX веке в биологии возникли концепции механистического материализма и витализма - вершина биологии того времени, между которыми началась ожесточенная борьба идей о происхождении и сущности жизни. Механистический материализм не признавал качественной специфики живых организмов и представлял жизненные процессы как результат действия химических и физических процессов. С этой точки зрения живые организмы выглядели как сложные машины. Но аналогия между живым существом и машиной не объясняет именно того, что она призвана объяснять: причину целесообразной организации живых существ. Такой подход неверен в самой своей основе. Ведь машины не возникают сами собой в природных условиях. Их целесообразность, приспособленность строения к выполнению определенной работы нельзя вывести из взаимодействия закономерностей неорганического мира. Она является продуктом созидательной деятельности человека, его -целенаправленных творческих усилий. В силу этого механицизм и его более поздняя разновидность - редукционизм (пытавшийся свести явления жизни к химическим и физическим процессам как своим элементарным составляющим) - всякий раз беспомощно останавливались перед проблемой происхождения жизни.

Противоположной точкой зрения стал витализм (от лат. vitalis - жизненный), который объяснял качественное отличие живого от неживого наличием в живых организмах особой «жизненной силы», отсутствующей в неживых предметах и не подчиняющейся физическим законам.

Такое решение проблемы сущности жизни тесно связано с признанием факта творения ее Богом, разумным нематериальным началом и т.д.

Несмотря на острые дискуссии между механицистами и виталистами, ученые-экспериментаторы пытались точно установить, от каких именно структур зависят специфические свойства живых организмов, и поэтому исследовали живые клетки и клеточные структуры. Отвергая идею творения мира и жизни, эти ученые вплоть до середины XIX века придерживались идеи самопроизвольного зарождения жизни из различных материальных образований, в том числе из гниющей земли, отбросов и иных объектов. Этой точки зрения придерживались такие крупные ученые и выдающиеся мыслители, как Аристотель, врач Парацельс, эмбриолог Гарвей, Коперник, Галилей, Декарт, Гете, Шеллинг и др. Их авторитет во многом определил длительный срок существования идеи самозарождения и ее широкое распространение. Достаточно сказать, что ни опыты Ф. Реди (XVII в.), который доказал невозможность самозарождения червей из гниющего мяса при отсутствии мух и провозгласил знаменитый принцип «все живое - от живого», ни даже опыты с мельчайшими существами Спалланцани (XVIII в.), показавшие, что в прокипяченных органических настоях не могут самопроизвольно зарождаться микроорганизмы, не оказали сильного влияния на господствующую в науке концепцию спонтанного самозарождения.

Лишь в 60-е годы XIX века в развернувшейся между Ф.А. Пуше и Л. Пастером дискуссии, потребовавшей экспериментальных исследований, удалось строго научно обосновать несостоятельность этой концепции. Опыты Пастера продемонстрировали, что микроорганизмы появляются в органических растворах в силу того, что туда были ранее занесены их зародыши. Если же сосуд с питательной средой оградить от занесения в него микробов, то не произойдет никакого самозарождения. Опыты Пастера подтвердили принцип Реди и показали научную несостоятельность концепции спонтанного самозарождения организмов. Но и они не давали ответа на вопрос, откуда взялась жизнь.

Примерно в этот же период времени (1865 г.) на стыке космогонии и физики немецким ученым Г. Рихтером разрабатывается гипотеза занесения живых существ на Землю из космоса - так называемая концепция панспермии. 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.

В 1908 г. шведский химик Сванте Аррениус поддержал гипотезу происхождения жизни из космоса. Он высказал мысль, что жизнь на Земле началась тогда, когда на нашу планету из космоса попали зародыши жизни. «Частицы жизни», носящиеся в бескрайних просторах космоса, переносимые давлением света от звезд, оседали то здесь, то там, осеменяя ту или иную планету.

Тем не менее пока и эта гипотеза полного научного обоснования не получила. Хотя спектр возможных условий для существования живых организмов достаточно широк, все же считается, что они должны погибнуть в космосе под действием ультрафиолетовых и космических лучей. К тому же эта гипотеза не решает проблемы происхождения жизни, а лишь выносит ее за пределы Земли - если жизнь была занесена на Землю из космоса, то где и как она возникла? Есть вариант этой гипотезы, утверждающий вечность жизни во Вселенной. Считается, что после Большого взрыва, в результате которого образовалась наша Вселенная, в процессе появления вещества на самых ранних этапах эволюции Вселенной произошло разделение этого вещества на живое и неживое, и жизнь существует столько же времени, сколько и весь космос.

Наряду с гипотезой панспермии в современной научной литературе сохраняется также гипотеза о случайном характере возникновения на Земле первичной живой молекулы, которая появилась лишь раз за все время существования нашей планеты. В силу этого обстоятельства экспериментальную проверку данной гипотезы произвести невозможно. Эта гипотеза получила широкое распространение среди генетиков в связи с открытием роли ДНК в явлениях наследственности. Г. Меллер в 1929 г. развивал мысль, что чисто случайно на Земле возникла единичная «живая генная молекула», обладавшая внутримолекулярным жизнеопределяющим строением, которое она пронесла неизменным через все развитие земной жизни. Долгое время моделью такой «живой молекулы» считали частицу нуклеопротеида вируса табачной мозаики, но сейчас стало очевидным, что вирусы нельзя рассматривать как промежуточный этап на пути возникновения жизни: сперва должна была возникнуть жизнь, а затем вирус.

Тем не менее идея случайного возникновения ДНК до сих пор широко распространена в научной литературе, хотя вероятность такого события очень мала.

Таким образом, на протяжении веков менялись взгляды на эту проблему, но наука все еще далека от ее решения. Как и сто, и двести лет назад, сегодня продолжаются споры о сущности жизни: является ли она просто чрезвычайно упорядоченным состоянием обычных атомов и молекул, из которых состоит «живое вещество», или существуют пока не открытые элементарные «частицы жизни», переводящие обычные химические и физические вещества в живое состояние. Веских доказательств и аргументов в пользу справедливости той или иной точки зрения нет, и выбор позиции определяется внутренними убеждениями каждого участника спора.

Очевидно, более продуктивно рассматривать жизнь как особую форму движения материи, закономерно возникшую на определенном этапе ее развития. Разумеется, возникновение жизни содержало элемент случайности, но оно было не абсолютно случайным, а в основе своей закономерным, необходимым. Ранее мы уже говорили о процессах самоорганизации материи. Видимо, появление жизни произошло в ходе этого процесса, когда химическая эволюция после одной из точек бифуркации привела к появлению живого организма и началу биологической эволюции.

Поэтому сегодня наиболее перспективным направлением для естествознания является исследование возникновения жизни из неживой материи на нашей планете в ходе процессов самоорганизации.

КОНЦЕПЦИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ А. И. ОПАРИНА

Одним из главных препятствий, стоявших в начале нашего века на пути решения проблемы возникновения жизни, было господствовавшее тогда в науке и основанное на повседневном опыте убеждение в том, что органические вещества в природных условиях возникают только биогенно, то есть путем их синтеза живыми существами. Считалось, что представить себе естественное возникновение даже простейших организмов из неорганических веществ (углекислоты, воды, азота и т.д.) совершенно невозможно. Поэтому так важно было появление концепции А.И. Опарина, вступившей в противоречие с общепринятым тогда мнением. Он выступил с утверждением, что монополия биотического синтеза органических веществ характерна лишь для современной эпохи существования нашей планеты. В начале же своего существования, когда Земля была безжизненной, на ней осуществлялись абиотические синтезы углеродистых соединений и их последующая предбиологическая эволюция. Совершалось постепенное усложнение этих соединений, формирование из них индивидуальных фазовообо-собленных систем, превращение их в протобионты, а затем и в первичные живые существа.

Книга Опарина «Происхождение жизни» была опубликована еще в 1924 г., хотя пик исследований опаринской школы приходится на 50 - 60-е годы. Появление жизни он стал рассматривать как единый естественный процесс, который состоял из протекавшей в условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей постепенно на качественно новый уровень - биохимическую эволюцию. По его мнению, этот процесс с самого начала был неразрывно связан с геологической эволюцией Земли. Поэтому Опарин предположил и экспериментально доказал, что под действием электрических разрядов, тепловой энергии, ультрафиолетовых лучей на газовые смеси, содержащие пары воды, аммиака, циана, метана и др., появились аминокислоты, нуклеотиды и их полимеры, которые по мере увеличения концентрации органических веществ в «первичном бульоне» гидросферы Земли способствовали возникновению коллоидных систем, так называемых коацерватных капель.

Согласно гипотезе Опарина, возникновение и развитие химической эволюции произошло в ходе образования и накопления в первичных водоемах исходных органических молекул. Весь дальнейший процесс ему представлялся следующим образом. Органические вещества сталкивались в сравнительно неглубоких местах первичных водоемов, прогреваемых Солнцем. Солнечное излучение доносило в то время до поверхности Земли ультрафиолетовые лучи, которые в наше время сдерживаются озоновым слоем атмосферы. В свою очередь ультрафиолетовые лучи обеспечивали энергией протекание химических реакций между органическими соединениями. Таким образом, в некоторых зонах первичных водоемов протекали случайные химические реакции. Большая их часть быстро завершилась из-за недостатка исходного сырья. Но в хаосе химических реакций произвольно возникали и закреплялись реакции циклических типов, обладавшие способностью к самоподдержанию. Результатом этих реакций и стали коацерваты - пространственно обособившиеся целостные системы. Существенной их особенностью была способность поглощать из внешней среды различные органические вещества, что обеспечивало возможность первичного обмена веществ со средой. А уже функционировавший «естественный отбор» способствовал «выживанию» наиболее устойчивых коацерватных систем. Иными словами, первичная клеточная структура, описанная Опариным, представляла собой открытую химическую микроструктуру и уже была наделена способностью к первичному метаболизму (обмену веществ), хотя еще не имела системы для передачи генетической информации на основе функционирования нуклеиновых кислот.

В ходе развивавшегося «естественного отбора» возникли важнейшие свойства жизни, отличающие ее от предыдущего этапа развития. Возникшие целостные многомолекулярные системы, фазовообособленные от окружающей среды определенной границей раздела, сохраняют с ней взаимодействие по типу открытых систем. Только такие системы, черпающие из внешней среды вещества и энергию, могут противостоять нарастанию энтропии и даже способствовать ее уменьшению в процессе своего роста и развития, что является характерным признаком всех живых существ.

Естественный отбор сохранял те целостные системы, в которых более совершенной была функция обмена веществ (еще один характерный признак жизни), способствовавшая быстрому росту системы и ее динамической устойчивости в данных условиях существования, этим и объясняется целесообразность строения живых объектов, то есть приспособленность внутримолекулярного и надмолекулярного строения частей к выполняемым ими функциям и приспособленность организма в целом к существованию в данных условиях внешней среды.

Выживающие в ходе естественного отбора системы имели специфическое строение белково- и нуклеоподобных полимеров, которые и обусловили появление третьего качества живого - наследственности, специфической для живого формы передачи информации.

Органическая химия знает примеры реакций такого типа. Их отбор и выживание следует рассматривать как возможный качественный скачок, создавший предпосылки для перехода от химической к биологической эволюции. Вместе с отбором и совершенствованием циклических комплексов происходил отбор и совершенствование участвующих в этих реакциях органических молекул.

Популярность концепции Опарина в научном мире очень велика. Его ученики и последователи и сегодня продолжают исследования в этом направлении. Но у этой концепции есть как сильные, так и слабые стороны.

Сильной стороной концепции является достаточно точное соответствие ее теории химической эволюции, согласно которой в процессе добиологической (абиогенной) эволюции материи зарождение жизни - закономерный результат. Убедительным аргументом в пользу этой концепции является также возможность экспериментальной проверки ее основных положений. Это касается не только лабораторного воспроизведения предполагаемых физико-химических условий первобытной Земли, но и коацерватов, которые имитируют доклеточный предок жизни и его функциональные способности.

Слабой стороной концепции А.И. Опарина является допущение возможности самовоспроизведения коацерватных структур в отсутствие молекулярных систем с функциями генетического кода. Существование этих систем объяснялось наличием у них свойств открытых микросистем, выживающих за счет вовлечения в них ферментов, находящихся в готовом виде в окружающей среде. А это значит, что в рамках концепции Опарина не удается решить главную проблему - о движущих силах саморазвития химических систем и перехода от химической эволюции к биологической, раскрыть причину таинственного скачка от неживой материи к живой. Возможно, эта проблема будет решена в концепции открытых каталитических систем Руденко, о которой речь шла выше.

СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ И СУЩНОСТИ ЖИЗНИ

Ученые-биологи, занимающиеся сегодня решением вопроса о происхождении жизни, самым сложным считают характеристику структурных и функциональных особенностей протобиологической системы, то есть доклеточного предка. Трудность решения этого вопроса объясняется хорошо известным фактом: для саморепродукции нуклеиновых кислот - основы генетического кода - необходимы ферментные белки, а для синтеза белков - нуклеиновые кислоты. Поэтому предметом дискуссии издавна служили два взаимосвязанных вопроса. Первый: что было первичным - белки или нуклеиновые кислоты? Второй: если признать, что оба эти класса биополимеров возникли не одновременно, а последовательно, то на каком этапе и как произошло их объединение в единую систему, способную к функциям передачи генетической информации и регуляции биосинтеза белков?

Рассматривая ответы на вопрос о первичности белков или нуклеиновых кислот, все существующие гипотезы и концепции можно разделить на две большие группы - голобиоза и генобиоза.

Рассмотренная нами концепция Опарина относится к группе голобиоза - методологического подхода, основанного на идее первичности структур типа клеточной, наделенной способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма. Появление нуклеиновых кислот в ней считается завершением эволюции, итогом конкуренции протобионтов. Эту точку зрения можно еще назвать субстратной.

Сторонники генобиоза исходят из убеждения в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода. Эту группу гипотез и концепций можно также назвать информационной. Примером этой точки зрения может служить концепция Дж. Холдейна, согласно которой первичной была не структура, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, подобная гену и способная к саморепродукции, а потому названная им «голым геном».

Вплоть до 1980-х годов имело место четко выраженное противостояние гипотез голобиоза и генобиоза. Оно обрело форму дискуссии при обсуждении вопроса, что старше - голый ген или белковый протобионт, или в иной терминологии - генетическая репродукция или метаболизм. В новых категориях эта дискуссия стала известной в 80-е годы как противостояние двух концепций, каждая по-своему трактующих характер доклеточного предка - информационной (генетической) и субстратной (обменно-метаболической).

Очень привлекательной гипотезой, принадлежащей к направлению голобиоза, была концепция английского биохимика П. Деккера. Согласно ей, структурной основой предка - биоида - были жизнеподобные неравновесные диссипативные системы, то есть открытые микросистемы с мощным ферментативным аппаратом. Это означает, что он был подвержен дарвиновской эволюции благодаря переходам (мутациям) из одной стадии (вида) к другой, более устойчивой, приобретающей все новые биты (единицы измерения) информации.

Примеров подобного рода моделей, построенных на идеях гипотезы голобиоза, можно было бы приводить довольно много. Объединяют их два главных момента. Первый - признание первичности белковой субстанции, способной к автокатализу, близкому к ферментативному. И второй - отсутствие даже упоминания о наличии в протеиноидных структурах молекулярных систем с функциями генетического кода: появление генетического механизма матричного типа на основе макромолекул нуклеиновых кислот считается вторичным событием в эволюции протеиноидных структур.

Нужно отметить, что эта гипотеза не имела всеобщего признания. Некоторые исследователи, сознавая слабость ее именно в вопросе генетического контроля над реакциями обмена веществ доклеточного предка, стали сторонниками некоего промежуточного варианта между голобиозом и генобиозом. Их объединяет общая идея: белковые и нуклеиновые молекулы появились одновременно, объединились в единую систему в пределах структуры доклеточного предка и подверглись коэволюции, то есть одновременной и взаимосвязанной эволюции.

Однако и этот компромиссный вариант не получил всеобщего признания. Главный аргумент против него - белковые и нуклеиновые макромолекулы структурно и функционально глубоко различны, они не могли появиться одновременно в ходе химической эволюции, в связи с чем нереально их сосуществование в протобиологической системе.

Ослабляя позиции гипотезы голобиоза, эти соображения усиливали одновременно позиции противоположной гипотезы - генобиоза, утверждающей первичность макромолекулярной системы с функциями генетического кода.

Позиции гипотезы генобиоза стали заметно укрепляться в 1970-е годы, а к 1980-м годам, когда слабости гипотезы голобиоза стали очевидными, она оказалась доминирующей в; представлениях о доклеточном предке.

Кроме того, с идеей генобиоза оказалось также тесно связано самостоятельное сегодня направление в естествознании, занимающееся изучением еще одного фундаментального свойства живой материи (в дополнение к трем вышеперечисленным) - ее способности к стереоспецифической комплементарной репродукции. Это направление было заложено еще в ранних трудах основателя научной микробиологии Л. Пастера.

Дело в том, что до того, как в 1860-е гг. Пастер окончательно доказал отсутствие самозарождения современных нам микроорганизмов, предметом его научных интересов в 40-50-е годы XIX века было явление, обнаруженное им в ходе исследований строения кристаллов веществ биологического происхождения. Речь идет об открытии асимметричного (асимметрия - отсутствие у объекта свойства быть зеркально симметричным), а в его терминологии - диссимметричного строения кристаллов солей виноградной кислоты, имеющих биологическое происхождение. К этому выводу Пастер пришел, обнаружив способность отклонять поляризованный луч, то есть оптическую активность, не только у самих кристаллов, но и у их водных растворов, что свидетельствовало о молекулярной природе этого явления. У растворов из веществ небиологического происхождения это свойство отсутствует, строение их молекул симметрично.

Сегодня эта идея Пастера подтвердилась, и считается доказанным, что молекулярная диссимметрия (асимметрия, стерео-изомерия), а согласно современной терминологии, молекулярная хиралъностъ (от греческого - рука), присуща только живой материи и является ее неотъемлемым свойством. А если это так, то возникает вопрос, как возникло это явление. Не следует ли искать в его происхождении и истоки самой жизни? Уже сам Пастер задавался этим вопросом. И ответ его был достаточно определенным. Да, превращение молекулярно-симметричных веществ неживой природы в молекулярно-диссимметричные живой неразрывно связано с происхождением живой материи. А это означает, что необходимо выяснить, как неживая молекулярная симметрия превращается в живую молекулярную диссимметрию. По мнению Пастера, это могло происходить постепенно, по мере воздействия на неживую косную материю особых диссимметрических сил, вызывающих диссимметризацию молекул этой материи. Согласно Пастеру, силы эти носили космический характер, ибо жизнь такая, какой она нам известна, есть функция диссимметрии Вселенной. Такими диссимметрическими силами могли быть мощные электрические разряды, геомагнитные колебания, вращение Земли вокруг Солнца, появление Луны и т.д. Правда, эксперименты в лаборатории по моделированию таких условий успехом не увенчались. Тем не менее Пастер непоколебимо верил в свою правоту.

Основанием для отнесения взглядов Пастера именно к гипотезе генобиоза служит тот факт, что проблему зарождения живого из неживого Пастер рассматривал на молекулярном уровне, хотя и не поднимал вопроса о самовоспроизведении той диссимметричной молекулярной системы, образование которой было, по его убеждению, первым и необходимым этапом к зарождению жизни. Можно поэтому говорить о том, что Пастер первым вывел изучение проблемы происхождения живого на молекулярный уровень, и в этом его историческая заслуга перед наукой.

Эти идеи получили сегодня широкое развитие в естествознании, причем не столько в биологии, сколько в химии и физике. Сегодня считается, что если молекулярная хиральность - изначальный и фундаментальный признак живой материи, то способность возрождать хирально чистые молекулярные блоки зародилась так же рано, как и способность к генетически детерминированной саморепродукции. Иными словами, одновременно с генетическим возник и стереохимический код. Его функцией стало кодирование построения хирально чистых мономеров, наличие которых необходимо для комплементарного взаимодействия молекул субстрата и ферментов при биохимических реакциях.

Но что же представляют собой эти мономеры, то есть каковы по своей химической природе те хирально чистые молекулярные «блоки», которые и составили основу для зарождения живого? Нужно отметить, что хиральность может быть двух типов - левой (L - конфигурация), отклоняющей луч света влево, что характерно для белковых молекул; и правой (D-конфигурация), отклоняющей луч света вправо, что характерно для молекул нуклеиновых кислот ДНК и РНК.

Общее признание в рамках гипотезы генобиоза получила идея, согласно которой такими блоками были макромолекулы ДНК или РНК. Но какая из этих информационных молекул появилась первой и смогла сыграть роль матрицы для первичной комплементарной полимеризации?

Этот неизбежно возникающий вопрос сразу же вступил в противоречие с центральным положением молекулярной генетики: генетическая информация идет в направлении от ДНК к РНК и белку. Кроме того, стоял вопрос, как могла функционировать протобиотическая полинуклеотидная система в отсутствие ферментов, то есть белков, если допустить, что появление последних было вторичным?

Ответ на эти вопросы был получен только к концу 1980-х годов. Он гласил, что первичной была молекула не ДНК, а РНК.

Признание этого факта связано с наличием у РНК уникальных свойств. Оказалось, что она наделена такой же генетической памятью, как и ДНК. Далее была установлена поистине уникальная вездесущность РНК: нет организмов, в которых отсутствовала бы РНК, но есть множество вирусов, геном которых составляет РНК, а не ДНК. Кроме того, оказалось, что вопреки устоявшейся генетической догме возможен перенос генетической информации от РНК к ДНК при участии фермента, открытого в начале 1970-х годов.

В начале 1980-х годов была установлена способность РНК к саморепродукции в отсутствие белковых ферментов, то есть открыта ее автокаталитическая функция. Это решало ранее, казалось, неразрешимую проблему объединения двух функций - каталитической (ранее считавшейся присущей только белкам) и информационно-генетической, необходимых для саморепродукции макромолекулярной системы.

В результате сформировалось четкое представление, что древняя РНК совмещала в себе черты фенотипа и генотипа, то есть отвечала требованиям дарвиновской системы, будучи подверженной как генетическим преобразованиям, так и естественному отбору. Сегодня уже очевидно, что процесс эволюции шел от РНК к белку, а затем к образованию молекулы ДНК, у которой С-Н связи более прочны, чем С-ОН связи РНК.

Очевидно, что возникновение хиральности, а также первичных молекул РНК не могло произойти в ходе плавного эволюционного развития. Судя по всему, имел место скачок со всеми характерными чертами самоорганизации вещества, об особенностях которой уже говорилось выше.

СУЩНОСТЬ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖИЗНИ

Представленные выше гипотезы и теории дают нам возможность понять сущность биологических процессов, необходимых для появления живых организмов. На обыденном уровне мы все интуитивно понимаем, что представляет собой живое, а что - мертвое. Однако при попытке определить сущность жизни как на обыденном, так и на научном уровне, возникают большие трудности, так как сущность жизни и в том и в другом случае понимается и определяется различным образом.

Большинство ученых убеждены, что жизнь представляет собой особую форму существования материального мира. До конца 50-х годов в научной и философской литературе общепринятым было знаменитое определение Ф. Энгельса, которое утверждало, что жизнь есть способ существования белковых тел, состоящий в постоянном самообновлении химических составных частей этого тела. Но к этому времени стало очевидным, что субстратная основа жизни не сводится только к белкам, а функциональная - к присущему им обмену веществ.

Интересны также определения жизни Э. Шредингера как апериодического кристалла, Г. Югая как космической организованности материи, а также определение, подчеркивающее энергетический аспект жизни - противостояние энтропийным процессам.

Есть аксиоматические определения жизни, называющие ее важнейшие черты. Таково определение А.И. Опарина, упоминавшееся выше. К этой группе относят и определение Б.М. Медникова, называющее жизнью активное, идущее с затратой энергии, поддержание и воспроизведение специфических структур, функционирование которых описывают следующие положения: 1) живые организмы характеризуются наличием фенотипа и генотипа; 2) генетические программы не возникают заново, а реплицируются матричным способом; 3) в процессе репликации неизбежны ошибки на микроуровне, случайные и непредсказуемые изменения генетических программ (мутации); 4) в ходе формирования фенотипа эти изменения многократно усиливаются, что делает возможным их селекцию со стороны факторов внешней среды.

Современная биология в вопросе о сущности живого все чаще идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом акцент делается на то, что только совокупность данных свойств может дать представление о специфике жизни.

Итак, что такое живое и чем оно отличается от неживого? К числу свойств живого обычно относят следующие:

- живые организмы характеризуются сложной упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах;

- живые организмы получают энергию из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядоченности. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию;

- живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Способность реагировать на внешнее раздражение - универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных;

- живые организмы не только изменяются, но и усложняются;

- все живое размножается. Способность к самовоспроизведению - один из самых главных признаков жизни, так как в этом проявляется действие механизма наследственности и изменчивости, определяющих эволюцию всех видов живой природы;

- живые организмы передают потомкам заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размножения. Эта информация содержится в генах - единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах. Генетический материал определяет направление развития организма. Вот почему потомки похожи на родителей. Однако эта информация в процессе передачи несколько изменяется, искажается. В связи с этим потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них;

- живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни.

В обобщенном и упрощенном варианте все отмеченное можно выразить в выводе, что все живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются в природе, а неживые тела не питаются, не дышат, не растут и не размножаются.

Однако строго научное разграничение живого и неживого встречает определенные трудности. Имеются как бы переходные формы от неживого к живому. Так, например, вирусы вне клеток другого организма не обладают ни одним из атрибутов живого. У них есть наследственный аппарат, но отсутствуют основные необходимые для обмена веществ ферменты, и поэтому они могут расти и размножаться, лишь проникая в клетки другого организма и используя его ферментные системы. Поэтому, в зависимости от того, какой признак живого мы считаем самым важным, мы относим вирусы к живым системам или нет. Естественно, что в определении жизни должны быть зафиксированы все эти функциональные признаки. Поэтому можно предложить следующее определение: жизнь - высшая из природных форм движения материи, она характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфороорганические соединения. Признаками жизни являются: противостояние энтропийным процессам, обмен веществ с окружающей средой, воспроизводство на основе генетического кода и молекулярная хиральность.

ВОПРОС4

Биологические (живые) системы - особый этап развития и форма движения материи. Общая теория систем, теория биологических систем, значение трудов А.А, Богданова, П.К. Анохина, Л. фон Берталанфи в их развитии

Жизнь – специфическая материальная система и особая форма движения материи

В отдельные периоды истории науки давалась различное определение и толкование жизни, начинаясь наивного гилозоизма и механизма, до современных виталистических и кибернетических представлений. Современное понимание жизни наряду с её традиционными атрибутами (увеличение, репродукция, наследственность, изменчивость, борьба за жизнь и естественный отбор) включает также такие показатели, как формирование, информированность, упорядоченность. Для прославления природы в этой или другой форме необходимо принять во внимание в первую очередь и многокачественность и иерархию. Область жизни охватывает различные уровни начиная с молекулярно-генетического и клеточного уровня и заканчивая уровнем организма, далее уровне биогенеценоза и биосферы.

В настоящее время самое конкретное и убедительное определение жизни – характеристика её как особой формы движения, формирующей способ существования высоко формированных молекулярных систем.1 Каждый вид системы и процесса отличается только присущими ей законами и закономерностями, структурой и функциями. Этот факт обладает фундаментальной важностью для опровержения односторонних и простых подходов к жизни, взглядов, заменяющих сложное простым (механизм, редукционизм и другие) или простое сложным, точек зрения, отделяющих химию от физики, биологию от физики или химии (витализм и другие).

Жизнь создается совместно с высокомолекулярными физико-химическими системами, содержащими белки и аминокислоты. Эти системы характеризуются единством изменчивости и стабильности. Наука, отделяя сложный белково-аминный комплекс, как специфический вид материальных объектов, характеризует их посредством метаболических реакций, обеспечивающих стабильное существование обмена материй и информаций этих комплексов с окружающей средой. Содержание и структура закономерности, объединяющей биологию, химию и физику, состоит в соответствующих материальных системах – органах, семенах, клетках и биологических процессах, протекающих в их атомно-молекулярном составе.

Как отмечал академик В.А.Энгельгардт, «в биологических процессах саморегулирование явлений происходит не как обмен веществ с простым смещением равновесия в некоторых обратных химических реакциях, а как результат общности химических реакций, которые демонстрируют взятое целиком свойство механизма обратной связи, хотя в отдельности каждая из них не обладает свойством саморегулирования.»1 Фундаментальные свойства живых систем – это их самопроизводство, редупликация, обеспечиваемая посредством молекул аминокислот – ДНК и РНК. Большинство учёных пришли к мысли о том, что только молекулы РНК – первичные молекулы, представляющие генетический код на предшествующем биологической эволюции этапе, для того чтобы сохранить и передать наследственную информацию генетический аппарат должен быть достаточно устойчивым.

Наряду с такими признаками живых систем как обмен веществ и самовоспроизводство в последнее время отдается преимущество свойству существования молекул в двух противоположных зеркальных формах, в форме оптического стереоизомера. Обнаруженная в XIX веке Луи Пастером оптическая изомерия химических соединений проявляется в том, что активные с точки зрения оптики стереоизомеры вращаются в противоположном поляризационной плоскости падающего на них светового излучения направлении. Несмотря на то, что состав оптических изомерных молекул является одинаковым, различные структурные элементы выстроены так, что в результате порождают как сходные друг с другом, так и отличающиеся друг от друга (как правая рука человека) зеркальные антиподы. Например, в живых системах, в биологических организмах белки содержат только «левые» аминокислоты, никелевые же кислоты – только «левые» сахары. Это означает то, что сформированные из аминокислот белки вращают плоскость поляризации света влево, содержащие сахар никелевые кислоты – вправо.

Современное естествознание, объединяющее в себе сотни наук, изучающее жизнь (общая биология, молекулярная биология, генетика, палеобиология, а также математика, кибернетика, неравновесная термодинамика, синергетика и другие), не отказываясь качественной специфики жизни, открывают её физико-химический механизм. Заостряющая своё внимание только на таких процессах синергетика оказывает ближайшую помощь научным биологам, химикам и физикам в объяснении секретов, законов и эволюции жизни.

Теория систем (общая теория систем) — общенаучная парадигма, предлагающая холистический подход к исследованию систем.

Предметом исследований в рамках этой теории является изучение:

различных классов, видов и типов систем;

основных принципов и закономерностей поведения систем (например, принцип узкого места);

процессов функционирования и развития систем (например, сверхмедленные процессы, переходные процессы).

В границах теории систем характеристики любого сложно организованного целого рассматриваются сквозь призму четырёх фундаментальных определяющих факторов:

устройство системы — ультраструктура;

её поэлементный состав;

текущее глобальное состояние системной обусловленности;

среда, в границах которой развёртываются все её организующие процессы.

В исключительных случаях, кроме того, помимо исследования названных факторов (строение, состав, состояние, среда), допустимы широкомасштабные исследования организации элементов нижних структурно-иерархических уровней, то есть инфраструктуры системы.

Как и всякая научная концепция, общая теория систем не лишена корней в широких исторических горизонтах. Так, Л. фон Берталанфи указывал на глубинную связь теории систем с философией Г. В. Лейбница и Николая Кузанского. Одним из непосредственных предшественником Берталанфи является А. А. Богданов с его оригинальным проектом «тектологии»[1], не утратившим теоретической ценности и значимости и в настоящее время. Предпринятая А. А. Богдановым попытка найти и обобщить общеорганизационные законы, проявления которых прослеживаются на неорганическом, органическом, психическом, социальном, культурном и пр. уровнях, привела его к весьма значительным методологическим обобщениям, открывшим пути к революционным открытиям в области философии, медицины, экономики и социологии. Истоки идей самого Богданова также имеют развитую предысторию, уводящую в труды Г. Спенсера, К. Маркса и т. д. Идеи Л. фон Берталанфи в подавляющей массе случаев выступают дополнительными по отношению к идеям А. А. Богданова (например, если Богданов описывает «дегрессию» как эффект, Берталанфи исследует «механизацию» как процесс).

Что есть функциональная система?

В данной работе я должен по возможности ясно и коротко описать

основные понятия теории П.К. Анохина о функциональных  системах, как

принципах жизнедеятельности. Поэтому прежде чем разбирать составляющие

системы, надо осветить что есть она сама и для чего она функционирует.

  Основные физиологические закономерности таких систем были

сформулированы лабораторией Анохина ещё в 1935 году, т.е. задолго до того,

как были опубликованы первые работы по кибернетике, однако смысл публикаций

соответствовал тем принципам, которые Анохин выделил позже. По своей

архитектуре функциональные системы целиком соответствуют любой

кибернетической модели с обратной связью, и потому изучение свойств

различных функциональных систем организма, сопоставление роли в них частных

и общих закономерностей, несомненно, послужит познанию любых систем с

автоматической регуляцией.

века.

С помощью экспериментов П.К. Анохин сформулировал основные постулаты в

общей теории ФС.

Постулат первый

Ведущим системообразующим фактором ФС любого уровня организации

является полезный для жизнедеятельности организма, приспособительный

результат.

Постулат второй

Любая функциональная система организма строится на основе принципа

саморегуляции: отклонение результата от уровня, обеспечивающего нормальную

жизнедеятельность, посредством деятельности соответствующей функциональной

системы само является причиной восстановления оптимального уровня этого

результата.

Постулат третий

Функциональные системы являются центрально - периферическими

образованиями, избирательно объединяющими различные органы и ткани для

достижения полезных для организма приспособительных результатов.

Постулат четвёртый

Функциональные системы различного уровня характеризуются изоморфной

организацией: они имеют однотипную архитектонику.

Постулат пятый

Отдельные элементы в функциональных системах взаимодействуют достижению

их полезных для организма результатов.

Постулат шестой

Функциональные системы и их отдельные части избирательно созревают в

процессе онтогенеза, отражая тем самым общие закономерности системогенеза.

Теперь мы знаем, что ФС – это организация активных элементов во

взаимосвязи, которое направлено на достижение полезного приспособительного

результата. Надо полагать, что настала пора разобрать понятия, которые

включены в систему, потому что в этом и заключается основная тема.

ВОПРОС5

Организация открытых биологических систем в пространстве и во времени (хронотопобиология).

?????????????????????????????????????????????????

ВОПРОС6

Энтропия как мера необратимости природных процессов