Различия в функциональном плане
Различия в структурном плане
Проблема жизни
Масштабно-структурная лестница Мироздания
Иерархия уровней природных систем:
- Истинно-элементарный уровень
- Элементарные частицы (в основном адроны: барионы и мезоны)
- Ядра атомов (с ростом структурного уровня возрастает разнообразие)
- Атомы
- Молекулы
- Физические тела
- Системы спутников
- Планетная система (размеры измеряются в астрономических единицах)
- Звездные системы
- Галактики
- Галактические системы
- Метагалактика – часть Вселенной, доступная современным. Астрономическим наблюдениям
Всего по масштабной шкале ~60 порядков (от 1026 до 10-35) и каждому миру (микро-, макро-, мегамиру) соответствует примерно20 предков.
Природные системы самоподобны, примерно через 10 порядков повторяются такие структуры, которые содержат силовой центр малых масштабов и диффузную периферию (нуклон, атом, клетка, солнечная система, галактика), следовательно эволюция происходит по некоторому нелинейному «фрактальному» ключу.
Природные системы устроены гармонично (например, размеры, массы, время жизнедеятельности различных систем соотносятся гармонично), в основе либо золотое сечение (числа Фибоначчи), либо число Непера (e) и его степени.
- Как определить жизнь?
- Как ответить на вопрос о ее происхождении и эволюции?
Существуют два подхода:
- Редукционизм
От сложного к простому, сводит познание к изучению элементарных форм существования; дисциплины, специализируются на изучении структурно-функциональных особенностях организма, изучают вместо целого отдельные части.
2. Виталистические принципы
«Энтелехия» - созидающая сила (Аристотель). Витализм исключает возникновение живого из неживого.
Можно подойти к определению жизни с различных точек зрения, сравнивая живое и неживое вещество.
В живом – высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения (биополимеры – белки и нуклеиновые кислоты); клеточное строение.
Существует иерархия структурных уровней живого: клетка, ткань, орган, организм, популяция, биоценоз, биосфера.
Живому существу присущи функции:
- Устойчивость
- Самовоспроизведение (саморепликация)
- Адаптация к изменениям окружающей среды
- Изменение среды (внутреннее и внешнее)
- Поддержание целостности (гомеостаз)
В информационном плане в основе самовоспроизводства – способность молекулы ДНК к раздвоению (репликации), в ней вся биологическая информация; участок ДНК, служащий матрицей для синтеза одного белка – ген, цепи ДНК комплиментарны, образуя Отсон-Криковские пары Г-Ц, А-Т, а сами цепи антипараллельны.
Указанные отличия живого от неживого должны рассматриваться только в комплексе.
Жизнь возможна, когда выполняются физические и химические условия для ее существования. Эволюция жизни происходит по направляющим влияниям окружающей среды (представление Ламарка). По Дарвину причина эволюции – борьба за существование и естественный отбор, инструмент – изменчивость (в первую очередь, индивидуальная изменчивость), причем существуют три вида борьбы за существование: с неблагоприятными условиями природы, межвидовая, внутривидовая, цель эволюции – видообразование.
В настоящее время рассматривается симбиоз эволюционного учения и генетики, который называется современной теорией эволюции (СТЭ):
- СТЭ выделяет элементарную структуру, с которой начинается эволюция – популяцию (не отдельный вид или особь)
- В качестве элементарного явления – устойчивое изменение генотипа популяций
- СТЭ выделяет среди движущих сил эволюции основные и не основные.
Основные:
1. Мутации
1. Популяционные волны численности
1. Изоляция
Основные этапы биологической эволюции:
- Появление прокариотов (доядерные)
- Появление эукариотов (с ядром)
- Объединение клеток эукариотов с образованием многоклеточных организмов
- Функциональное распределение клеток
- Появление организмов с твердыми скелетами
- Возникновение у высших животных развитой нервной системы
- Формирование мозга
- Формирование разума
- Образование социальной общности людей
Существуют попытки сформировать свойства живого в виде аксиом теоретической биологии:
- Все живые организмы являются единством фенотипа и генотипа
- Генетическая программ (ГП) образуется матричным путем; в качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения используется ген предшествующего
- В процессе передачи (из поколения в поколение) ГП в результате различных причин изменяется, такие изменения могут оказаться удачными в данной среде
- Случайные изменения ГП при становлении фенотипа многократно усиливаются
- Многократные изменения ГП подвергаются отбору условиями внешней среды
Жизнь представляется двумя царствами живого:
~1.5 млн. видов растений
~1.5 – 2 млн. видов животных, половина из которых – насекомые
Отличия заключаются в питании, движении, размножении, отношению поверхности к объему.
Живые (белковые) структуры имеют спиралевидную (керальную) форму; ДНК и РНК, например, образуют правую спираль.
Живые системы являются когерентными.
Все разнообразие живых организмов обусловлено свойствами углерода, способного образовывать 4 сильные ковалентные связи.
Живые системы представляют собой открытые, неравновесные термодинамические системы.