Реферат: Социально-этические принципы биологического познания
О природе наследственности на протяжении всей истории человечества высказывались самые разнообразные предположения. В 1909 г. В. Иогансон (1857-1927) ввел важное разграничение между фенотипом и генотипом. Фенотип - совокупность всех внешних, наблюдаемых нами признаков организма: морфологических, физиологических, биохимических, гистологических, анатомических, поведенческих и т.п. Генотипом называется передающаяся по наследству генетическая основа всех этих признаков. Генотип - совокупность всех генов одного организма. Это система взаимодействующих генов. На протяжении всей жизни может меняться, однако, генотип остается неизменным.
В 1902 г. два исследователя - У.С. Саттон в США и Т. Боверн в Германии - независимо друг от друга высказали предположение, что гены находятся в хромосомах (хромосомная теория наследственности). Две хромосомы, образующие одну пару, называются гомологическими, принадлежащие к разным парам - негомогенными хромосомами.
Хромосомы ядерного вещества представляют собой гигантские полимерные молекулы, состоящей из нитей нуклеиновых кислот и небольшого количества белка. Каждая пара хромосом имеет определенный набор генов, контролирующих появление того или иного признака. Гены являются носителями наследственности. Их существование, расположение в хромосомах определяются посредством изучения распределения признаков в потомстве от скрещивания особей с альтернативными проявлениями этих признаков.
Изучение явлений наследственности на клеточном уровне позволило установить взаимосвязь между менделевскими законами наследования и распределением хромосом в процессе клеточного деления и созревания половых клеток.
В 40-х - начале 50-х годов была выяснена химическая природа гена. Гены представляют собой молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) - высокополимерного природного соединения, содержащегося в ядрах клеток живых организмов. ДНК - носитель генетической информации. Расшифровка структуры ДНК и механизма ее самоудвоения позволила установить, что все разнообразие живого мира кодируется на нитях ДНК, посредством чего записывается информация о последовательности аминокислот в белке.
Наследственность и изменчивость основываются на преемственности и видоизменении сложных внутриклеточных структур.
Новые свойства организма появляются только благодаря изменчивости. Изменчивость - это изменение наследственных задатков, вариабельность их проявления в процессе развития организма при взаимодействии с внешней средой. Но изменчивость играет роль в эволюции, когда проявление изменчивости сохраняется в последующих поколениях, то есть, наследуется.
Клетки, через которые осуществляется преемственность поколений - специализированные половые при половом размножении и неспециализированные (соматические) клетки тела при бесполом, несут в себе не сами признаки и свойства будущих организмов, а только задатки их развития. Эти задатки являются генами. Ген - это участок молекулы ДНК, определяющий возможность развития отдельного элементарного признака. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных одна вокруг другой в спираль. Цепи построены из большого числа мономеров 4 типов - нуклеотидов, специфичность которых определяется одним из 4 азотистых оснований. Сочетание трех рядом стоящих нуклеотидов в цепи ДНК составляют генетический код. ДНК точно воспроизводится при делении клеток, что обеспечивает в ряду поколений клеток и организмов передачу наследственных признаков и специфических форм обмена веществ.
Ген представляет собой группу рядом лежащих нуклеотидов, которыми закодирован один белок, определяющих один признак. Число генов очень велико. Один и тот же ген может оказывать влияние на развитие ряда признаков, так же, как и на формирование одного признака могут оказывать влияние несколько генов.
Каждому виду растений и животных свойствен свой количественный набор хромосом. У всех организмов одного и того же вида каждый ген расположен в одном и том же месте строго определенной хромосомы.
Генетическая информация закодирована в последовательности азотистых оснований, содержащихся в молекуле ДНК.
Азотистые основания можно рассматривать в качестве «букв» генетического алфавита. Последовательность оснований образует «слова». Гены - это, своего рода, «предложения», записанные на генетическом языке. Генетическое содержание организма представляет собой как бы «книгу», составленную из генетических предложений. За воспроизведение в поколениях растений, животных и человека наследственных свойств, ответственны 3 эволюционно закрепленных универсальных процесса: размножение обычных (соматических) клеток - митоз - простое деление, перед которым количество хромосом в клетке удваивается путем самовоспроизведения; размножение половых клеток - мейоз , оплодотворение.
Гены управляют развитием и обменом веществ организма. Наследственная передача признаков от родителей потомству - консервативный процесс, но эта консервативность не является абсолютной, так как иначе была бы невозможна эволюция.
Каждый новорожденный несет в себе комплекс генов не только своих родителей, но и отдаленных предков, то есть, свой, только ему присущий богатейший наследственный фонд или наследственно предопределенную биологическую программу, благодаря которой возникают его индивидуальные качества. Эта программа закономерно и гармонично претворяется в жизнь, если в основе биологических процессов лежат качественные наследственные факторы, внешняя среда обеспечивает растущий организм всем необходимым для реализации наследственного начала.
Приобретенные в жизни навыки и свойства не передаются по наследству, однако каждый родившийся ребенок обладает громадным арсеналом задатков, развитие которых зависит от: условий воспитания и обучения, социальной структуры общества, забот и усилий родителей, желаний самого ребенка. Внешней средой для ребенка являются условия, которые создадут его родители или окружающие его люди, различные климатические, геофизические и другие факторы, воздействие которых может изменить характер наследственной информации. И она может реализоваться частично или полностью.
Комплекс наследственных признаков организма - это генотип, а комплекс признаков, сформировавшихся во время взаимодействия генотипа и факторов внешней среды - фенотип. В генетике существует ненаследственная изменчивость. Ненаследственная изменчивость связана с изменением фенотипа, наследственная - генотипа. Генотипическая изменчивость затрагивает генотип и подразделяется на несколько групп: мутационную и комбинативную.
Мутацией называется изменение структуры или количества ДНК данного организма. Мутации приводят к изменениям генотипа. Если мутации затрагивают половые клетки, то они передаются следующим поколениям, а если мутации возникают в соматических клетках, то они не передаются. Генные мутации затрагивают структуру самого гена: изменяются различные по длине участки ДНК. Большинство мутаций, с которыми связана эволюция органического мира и селекция - это генные мутации.
В особую группу можно выделить ряд процессов, приводящих к возникновению комбинативной изменчивости: случайное расхождение хромосом, случайное сочетание хромосом при оплодотворении, рекомбинацию генов. Сами наследственные гены не изменяются, но новые их сочетания между собой приводят к появлению организмов с новым фенотипом.
Глава 5
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ПАМЯТИ И ОБРАТНЫХ СВЯЗЕЙ
Земля и все, что на ней происходило, происходит сегодня и будет происходить завтра - суть частные проявления единого, общего процесса саморазвития материи, подчиняющегося единой системе законов, действующий в нашей Вселенной.
Все наблюдаемое нами, все, в чем мы сегодня участвуем - это лишь фрагменты синергетического мирового процесса. Его течение обусловлено законами, характерные времена которых лежат за пределами достигнутых нам сегодня знаний и измерений. Это позволяет считать их постоянными.
Все развитие нашего мира выглядит сложной борьбой различных противоположных начал на фоне непрерывного действия случайных причин, разрушающих одни устойчивые (квазинстабильные) структуры и создающих предпосылки для появления новых.
Несмотря на огромные достижения науки, остаются скрытыми основные детали «земной тайны» - появление жизни на нашей планете, возникновение буфера - пленки, по терминологии В.И. Вернадского, между космосом и неживым веществом Земли. Мы знали только, что около 3,5 - 4 млрд лет тому назад на Земле появилась иная форма организации материи, которая обладает удивительной способностью усваивать внешнюю энергию (Солнца), с помощью реакции фотосинтеза. На этапе возникновения жизни природа нашла новый ряд организационных форм - возникли новые организационные формы, способные не только рассеивать энергию, но и накапливать ее. Эти формы обладали невероятной способностью сохранять свой гомеостазис. Первые прокариоты появились и жили на Земле в условиях кипящего океана, сейсмической активности и высоком уровне коротковолновой радиации - еще не было озонового слоя.
Первые прокариоты были бессмертны. Господство прокариотов на Земле тянулось больше 1 млрд лет. Это они создали газовую оболочку планеты и условия, которые позволили появиться гораздо позднее эукариотам. Последним и была передана эстафета дальнейшего развития. Они уже овладели кислородным дыханием. В отличие от прокариотов эукариоты сделались смертными. Они потеряли способность первых прокариотов сохранять свой гомеостазис практически в любых земных условиях. Уменьшение стабильности отдельного организма, появление индивидуальной инертности, как генетического свойства этой формы жизни сопровождались увеличением эффективности в использовании внешней энергии. Это открытие давало живому веществу совершенно новые возможности для своего развития.
Появление эукариотов на авансцене жизни привело к возникновению генетического кода, без него ничто смертное не могло бы появиться в биосфере. Появление существ, индивидуальная жизнь которых конечна, стало возможным лишь при наличии специальной формы памяти, обеспечивающей реализацию принципа наследственности. Это был генетический код, с помощью которого запоминалась и передавалась необходимая наследственная информация. Становление генетической памяти резко интенсифицировало весь эволюционный процесс.
Особую роль в эволюции жизни играет история развития нервной системы. Говоря о нервной системе, неизбежно вступали в область кибернетики или теории управления систем. Вместе с жизнью возникает и целеполагание, и целенаправленная деятельность, прежде всего, стремление сохранить свою стабильность, свой гомеостазис.
Условимся называть границей области гомеостазиса данной живой системы множество, поверхность, гиперповерхность в пространстве параметров внешней среды, отделяющей область их значений, внутри которой существование живой системы возможно, от остального пространства. Переход из области гомеостазиса через ее границу означает прекращение возможности существования данного организма, данной живой системы.
Сохранение гомеостазиса, это стремление живого организма или системы организмов расширить границы возможности своего существования. Это может быть достигнуто двумя путями. Во-первых, организм может изменить свои собственные характеристики, что становится способным существовать в более сложных условиях, т.е. расширить зону гомеостаза за счет своих внутренних возможностей. Во-вторых, он, чтобы отодвинуть опасную границу, может изменить саму внешнюю среду, ее параметры. Эволюция живой природы использует обе эти возможности. Живые существа стремятся не только сами адаптироваться к окружающей среде, но и изменить эту среду так, чтобы ее характеристики в наибольшей степени соответствовали их возможностям существования.
Чтобы обеспечить свой гомеостазис, живое существо должно обладать целым рядом свойств. Оно должно быть способным оценивать свое положение по отношению к границе гомеостазиса. Но для этого необходимы специальные устройства - рецепторы. Рецепторы - это датчики, информирующие организм о его состоянии и состоянии окружающей среды. Информация , полученная датчиками перерабатывается и оценивается. И на основе анализа принимается определенное решение. Все эти функции реализует нервная система (система управления организмом).
Нервная система - это не единственная управляющая система, которой обладает организм. К числу других управляющих систем организма относится эндокринная система. Но нервная система, «возглавляемая» мозгом, занимает в жизнедеятельности организма совершенно особое место.