Rozmanitosť ako nevyhnutnosť živej prírody. Prednáška

Život na Zemi... Bohatosť jeho foriem je úžasná! V lete choďte von na lesný trávnik. Medzi zelenými trávami a kvetmi čvirikajú kobylky a pobehujú mravce. Po konároch stromov skáču veveričky, do modrej oblohy sa valí škovránok... Život prenikol do hlbín oceánu aj za polárny kruh, vyšplhal sa na vrcholy najvyšších hôr a ešte vyššie - do riedkych vrstiev atmosféry, kde sa nachádza mnoho druhov mikroorganizmov.

Boli formy života vždy také, ako ich vidíme dnes, alebo prešli v priebehu storočí dlhú cestu? - to je otázka, ktorá vyvstáva u každého, kto vidí takú rozmanitosť živých bytostí.

Od dávnych čias na to ľudia odpovedali rôznymi spôsobmi. Podľa biblickej knihy Genezis na tretí deň Boh stvoril rastlinný svet: „trávu, ktorá seje semeno, plodný strom, ktorý prináša ovocie podľa svojho druhu, v ktorom je jeho semeno na zemi“. Na piaty deň „Boh stvoril veľkú rybu a každú živú bytosť, ktorá sa hýbe, ktorú splodili vody podľa svojho druhu, a každého okrídleného vtáka podľa svojho druhu“. Na šiesty deň stvoril „zemskú zver podľa svojho druhu a dobytok podľa svojho druhu a každého plaza, ktorý sa plazí po zemi podľa svojho druhu“ (Gn 1:11,21,25) .

Extrémna zložitosť stavby a pozorovaná účelnosť správania sa živých organizmov viedli mnohých k názoru, že života je viac ako len fyzikálny a chemický jav. Živé bytosti v porovnaní s predmetmi neživej prírody majú množstvo výrazných vlastností, vďaka ktorým sa dosahuje veľmi špecifický cieľ. V tomto ohľade už od pradávna vznikla myšlienka: hoci sú živé bytosti hmotné, živá hmota je zjavne „oživená“ istým nehmotným faktorom. Tento názor zastávalo a zastáva mnoho ľudí rôzneho náboženského a filozofického presvedčenia. Tento uhol pohľadu je základom vitalizmus - prúdy v biológii, ktoré rozpoznávajú v organizmoch prítomnosť nehmotnej nadprirodzenej sily („životná sila“, „duša“ atď.), ktorá riadi životné javy.

Výsledky moderných experimentov ukazujú, že základné prírodné zákony – zákony zachovania hmoty a energie – sa v živých systémoch plnia v medziach presnosti experimentov. Pri oxidácii cukrov, tukov alebo bielkovín v tele sa uvoľňuje rovnaké množstvo energie ako pri ich premene v laboratóriu a v tomto zmysle je ľudské alebo zvieracie telo podobné neživému chemickému systému. Zároveň je jasné, že ak existuje určitá „životná sila“ vlastná iba živej hmote, potom svojou povahou nie je schopná porušiť základné zákony - zákony zachovania hmoty a energie. Možno uviesť aj silnejšie tvrdenie: početné experimenty ukazujú, že v biologických systémoch nie je porušený ani jeden zákon fyziky a chémie. Z tohto tvrdenia je však priskoro vyvodzovať záver, že živé systémy sa riadia iba fyzikálnymi a chemickými zákonmi.

Pri charakterizovaní rozdielov medzi živou a neživou hmotou treba okrem už spomínanej účelnosti spomenúť aj zmysluplnosť konania živých systémov. Význam nemôže existovať vo forme úplne odteleného „ducha“. Zaniká, ak nie je stelesnená v nejakom hmotnom systéme, vrátane napríklad veľmi špecifickej konfigurácie nervových spojení v mozgu. Zároveň význam nemusí závisieť od konkrétneho fyzického systému jeho implementácie. Napríklad význam toho istého sloganu pochádzajúceho od osoby nezávisí od technických prostriedkov jeho reprodukcie.

Takže s veľkou mierou opatrnosti môžeme povedať: živé veci sú hmotný systém obdarený vlastnosťou cieľavedomosti. Samozrejme, toto tvrdenie sa netvári ako úplná, vyčerpávajúca definícia živých systémov a, samozrejme, s rozvojom prírodných vied a vedy vôbec sa bude určite spresňovať, dopĺňať a teda upravovať.

Od dávnych čias existovala predstava o postupná úprava živé formy. Toto myšlienku celkom jasne vyjadril starogrécky filozof Empedokles, ktorý žil v 5. storočí. BC e. A predsa po mnoho storočí myšlienka nemennosti foriem organického sveta zostala dominantná a dôvodom je s najväčšou pravdepodobnosťou to, že človek vo výstižnom vyjadrení Charlesa Darwina (1809–1882 ), pozeral na organický svet „ako sa diviak pozerá na loď, teda ako na niečo, čo presahuje jeho chápanie“.

Život na Zemi... Bohatosť jeho foriem je úžasná! V lete choďte von na lesný trávnik. Medzi zelenými trávami a kvetmi čvirikajú kobylky a pobehujú mravce. Po konároch stromov skáču veveričky, do modrej oblohy sa valí škovránok... Život prenikol do hlbín oceánu aj za polárny kruh, vyšplhal sa na vrcholy najvyšších hôr a ešte vyššie - do riedkych vrstiev atmosféry, kde sa nachádza mnoho druhov mikroorganizmov.
Boli formy života vždy také, ako ich vidíme dnes, alebo prešli v priebehu storočí dlhú cestu? - to je otázka, ktorá vyvstáva u každého, kto vidí takú rozmanitosť živých bytostí.
Od dávnych čias na to ľudia odpovedali rôznymi spôsobmi. Podľa biblickej knihy Genezis na tretí deň Boh stvoril rastlinný svet: „trávu, ktorá seje semeno, plodný strom, ktorý prináša ovocie podľa svojho druhu, v ktorom je jeho semeno na zemi“. Na piaty deň „Boh stvoril veľkú rybu a každú živú bytosť, ktorá sa hýbe, ktorú splodili vody podľa svojho druhu, a každého okrídleného vtáka podľa svojho druhu“. Na šiesty deň stvoril „zemskú zver podľa svojho druhu a dobytok podľa svojho druhu a každého plaza, ktorý sa plazí po zemi podľa svojho druhu“ (Gn 1:11,21,25) .
Extrémna zložitosť stavby a pozorovaná účelnosť správania sa živých organizmov viedli mnohých k názoru, že života je viac ako len fyzikálny a chemický jav. Živé bytosti v porovnaní s predmetmi neživej prírody majú množstvo výrazných vlastností, vďaka ktorým sa dosahuje veľmi špecifický cieľ. V tomto ohľade už od pradávna vznikla myšlienka: hoci sú živé bytosti hmotné, živá hmota je zjavne „oživená“ istým nehmotným faktorom. Tento názor zastávalo a zastáva mnoho ľudí rôzneho náboženského a filozofického presvedčenia. Tento uhol pohľadu je základom vitalizmus - prúdy v biológii, ktoré rozpoznávajú v organizmoch prítomnosť nehmotnej nadprirodzenej sily („životná sila“, „duša“ atď.), ktorá riadi životné javy.
Výsledky moderných experimentov ukazujú, že základné prírodné zákony – zákony zachovania hmoty a energie – sa v živých systémoch plnia v medziach presnosti experimentov. Pri oxidácii cukrov, tukov alebo bielkovín v tele sa uvoľňuje rovnaké množstvo energie ako pri ich premene v laboratóriu a v tomto zmysle je ľudské alebo zvieracie telo podobné neživému chemickému systému. Zároveň je jasné, že ak existuje určitá „životná sila“ vlastná iba živej hmote, potom svojou povahou nie je schopná porušiť základné zákony - zákony zachovania hmoty a energie. Možno uviesť aj silnejšie tvrdenie: početné experimenty ukazujú, že v biologických systémoch nie je porušený ani jeden zákon fyziky a chémie. Z tohto tvrdenia je však priskoro vyvodzovať záver, že živé systémy sa riadia iba fyzikálnymi a chemickými zákonmi.
Pri charakterizovaní rozdielov medzi živou a neživou hmotou treba okrem už spomínanej účelnosti spomenúť aj zmysluplnosť konania živých systémov. Význam nemôže existovať vo forme úplne odteleného „ducha“. Zaniká, ak nie je stelesnená v nejakom hmotnom systéme, vrátane napríklad veľmi špecifickej konfigurácie nervových spojení v mozgu. Zároveň význam nemusí závisieť od konkrétneho fyzického systému jeho implementácie. Napríklad význam toho istého sloganu pochádzajúceho od osoby nezávisí od technických prostriedkov jeho reprodukcie.
Takže s veľkou mierou opatrnosti môžeme povedať: živé veci sú hmotný systém obdarený vlastnosťou cieľavedomosti. Samozrejme, toto tvrdenie sa netvári ako úplná, vyčerpávajúca definícia živých systémov a, samozrejme, s rozvojom prírodných vied a vedy vôbec sa bude určite spresňovať, dopĺňať a teda upravovať.
Od dávnych čias existovala predstava o postupná úprava živé formy. Toto myšlienku celkom jasne vyjadril starogrécky filozof Empedokles, ktorý žil v 5. storočí. BC e. A predsa po mnoho storočí myšlienka nemennosti foriem organického sveta zostala dominantná a dôvodom je s najväčšou pravdepodobnosťou to, že človek vo výstižnom vyjadrení Charlesa Darwina (1809-1882 ), pozeral na organický svet „ako sa diviak pozerá na loď, teda ako na niečo, čo presahuje jeho chápanie“.

Zrod evolučnej myšlienky

Čo nás napadne, keď sa zoznámime so stavbou akéhokoľvek živého organizmu? V prvom rade jeho účelnosť. Hrnčiar rytmickým stláčaním pedálu otáča hrnčiarskym kruhom; pred našimi očami jeho šikovné prsty premenia neforemný kus hliny na elegantný džbán. Nádoba je určená na konkrétny účel – na skladovanie vody a celá jej konštrukcia je taká, aby túto úlohu plnila čo najlepšie. Pozrime sa na to bližšie: dno je široké - aby bol džbán stabilný a pri prvom zatlačení sa neprevrátil; a jeho hrdlo je úzke - aby sa znížilo zahrievanie a odparovanie vlhkosti. Len samotný vrch hrdla je rozšírený vo forme lievika – inak by sa voda do džbánu nalievala len ťažko. Ak je džbán vyrobený skutočným majstrom, je krásny a zároveň užitočný, hovoríme mu dokonalý výtvor. Čo si pomyslí človek, keď sa zoznámi s cieľavedomým usporiadaním živého organizmu? Zoberme si akéhokoľvek brodivého vtáka, napríklad volavku. Má dlhé holé nohy, čo jej umožňuje chodiť v plytkej vode, pričom zostáva suchá. Dlhý zobák umožňuje extrahovať jedlo spod vody. Plávajúci vták (kačice, husi) má krátke nohy vybavené plávacími membránami: má špeciálne žľazy, ktoré vylučujú tuk a robia perie vodotesné. A keď sa s tým všetkým človek zoznámil, nedobrovoľne vyvstala otázka: kto vytvoril vtáky, ktoré sa tak úspešne prispôsobili životu v močiari alebo jazere? Samozrejme nie ľudia. Prostriedky? To znamená, že toto vytvoril iný, mocnejší tvorca!
A predsa sa odvážne mysle nedokázali vyrovnať s takýmto vysvetlením, francúzsky prírodovedec z 18. storočia. J. Buffon bol naklonený úvahám o postupnom zdokonaľovaní živých organizmov a jeho nasledovník J.-B. Lamarck (1744-1829) sa najprv pokúsil vytvoriť štíhlu teória vývoja života na Zemi. Lamarck považoval za hlavný faktor evolúcie cvičenie niektorých orgánov a pasivitu iných pod vplyvom životných podmienok. Ak sa orgán cvičí, uvažoval Lamarck, postupne sa posilňuje, a ak sa necvičí, oslabuje a odumiera. Tu je na prvý pohľad všetko jasné. Porovnajte gymnastu s človekom, ktorý nešportuje. V prvom sú svaly elastické a elastické, hrajú pod kožou. Druhý má ochabnuté svaly a poriadnu vrstvu tuku pod kožou. A ak si položíme otázku, ako gymnastka takýto stav dosiahla, tak na ňu každý bez väčších ťažkostí odpovie: cvičením!
Naša otázka sa však nebude zdať taká jednoduchá, ak sa obrátime na deti týchto ľudí. Samozrejme, môžu ísť v stopách svojich otcov, potom budú rozdiely medzi nimi rovnaké. No čo ak začnú športovať obaja naraz pod vedením toho istého trénera a rovnako usilovne? Dá sa povedať, že v tomto prípade deti gymnastky určite dosiahnu lepšie športové výsledky ako ich kamaráti? Vo všeobecnosti možno túto otázku formulovať nasledovne: prenášajú sa vlastnosti, ktoré si rodičia vyvinuli v priebehu života cvičením alebo v dôsledku adaptácie na vonkajšie podmienky, na deti? Lamarck odpovedal na túto otázku: sú prenášané! Ak sa vrátime k nášmu príkladu s brodivými a plávajúcimi vtákmi, potom podľa Lamarcka ich predkovia, ktorí sa nelíšili od bežných vtákov, ktorí sa vďaka okolnostiam ocitli v špeciálnych podmienkach, napríklad v močiari, začali intenzívne precvičovať nohy, ktoré sa začali predlžovať a postupne dosiahli dĺžku nôh modernej volavky. Iné vtáky, nútené žiť a kŕmiť sa na jazerách a riekach, sa pokúšali plávať, rýchlo sa šírili a spájali prsty. To spôsobilo natiahnutie kože na spodnej časti prstov a v dôsledku toho sa po mnohých generáciách vytvorili plávacie membrány.
Lamarckov predpoklad o vývoji a zdokonaľovaní existujúcich orgánov vôbec nezodpovedal takú dôležitú otázku: aké sú dôvody vzniku úplne nových orgánov? Aký druh „cvičenia“ môže skutočne vysvetliť vzhľad rohov u niektorých zvierat? Aby našiel cestu z tejto situácie, Lamarck obdaril živé bytosti špeciálnou vlastnosťou - „túžbou po zlepšení“. Celý organický svet, veril francúzsky vedec, sa neustále mení a zlepšuje sám od seba vďaka prirodzenej túžbe po pokroku v živých organizmoch.
Lamarckove názory, ktoré načrtol v roku 1809, nenašli uznanie medzi jeho súčasníkmi. Oveľa populárnejšie boli názory jeho krajana J. Cuviera (1769-1832). Kým Lamarck uvažoval o dôvodoch cieľavedomosti živých organizmov, Cuvier si túto cieľavedomosť vybral ako hlavný nástroj výskumu. Vychádzal zo skutočnosti, že všetky orgány v tele sú vzájomne závislé a korelované. Vezmime si bylinožravca. Rastlinné potraviny majú malú nutričnú hodnotu a vyžadujú veľké množstvá, aby uspokojili potreby tela. To znamená, že žalúdok bylinožravca musí byť veľký. Veľkosť žalúdka určuje veľkosť ďalších vnútorných orgánov: chrbtice, hrudníka. Mohutné telo môže stáť na silných nohách vybavených tvrdými kopytami a dĺžka nôh určuje dĺžku krku, aby zviera mohlo voľne trhať trávu. Jeho zuby by mali byť široké, ploché, s veľkým brúsnym povrchom.
Predátori sú iná vec. Ich jedlo je výživnejšie, čo znamená, že ich žalúdok môže byť malý. Predátor potrebuje mäkké labky s pohyblivými pazúrmi, aby sa mohol potichu priplížiť ku koristi a chytiť ju. Krk dravca by mal byť krátky, jeho zuby ostré atď.
Cuvier doviedol svoju metódu do takej dokonalosti, že z jedného nájdeného zuba dokázal často obnoviť vzhľad celého zvieraťa. Ak mal kostru alebo aspoň jej časť, tak úspech bol zaručený. Cuvier tak objavil celý svet fosílnych živočíchov. Obrovské jašterice, ktoré kedysi žili na Zemi, mamuty a mastodonty – ak si ich dnes dobre uvedomujeme, zásluhu na tom má predovšetkým Georges Cuvier. Vedec svojimi objavmi výrazne prispel k budúcej evolučnej teórii, ale sám to netušil.
Počas štúdia vyhynutých zvierat Cuvier zistil, že pozostatky niektorých druhov sú obmedzené na rovnaké geologické vrstvy a nenachádzajú sa v susedných vrstvách, pre ktoré sú charakteristické úplne odlišné organizmy. Z toho usúdil, že zvieratá, ktoré kedysi obývali našu planétu, zomreli takmer okamžite z neznámych príčin a neskôr sa na ich mieste objavili nové, ktoré nemali nič spoločné s ich predchodcami. Okrem toho, podľa Cuviera, mnohé zo súčasných suchozemských oblastí boli kedysi morským dnom a more tu niekoľkokrát postupovalo a ustupovalo. Zároveň sa ukázalo, že sedimentárne horniny, ktoré by mali byť zvyčajne umiestnené horizontálne, sa často rozbili a rozdrvili do obrovských záhybov. Všetky tieto skutočnosti prinútili Cuviera predpokladať, že na Zemi sa z času na čas vyskytli gigantické katastrofy, ktoré zničili celé kontinenty a s nimi aj všetkých ich obyvateľov. Neskôr sa na ich mieste objavili nové organizmy. Akokoľvek čudne znie táto teória katastrof teraz, na začiatku 19. storočia. vyzerala celkom presvedčivo.
V čase, keď bola Cuvierova teória považovaná za absolútne spoľahlivú, Angličan Charles Lyell (1797-1875) začal s geologickým výskumom. Viac intuitívne ako vedome okamžite vycítil svojvoľnú povahu teórie katastrof. Veľa cestoval a venoval osobitnú pozornosť geologickým procesom, ktoré sa neustále vyskytujú okolo nás. Na pochopenie minulosti Zeme je potrebné študovať jej súčasnosť – to sa stalo základným princípom vedeckého výskumu Charlesa Lyella. Pozorovaním sedimentov v deltách riek, činnosťou vetra, morským prílivom a odlivom, štúdiom tvorby plytčín, sopečných kráterov sa Lyell presvedčil, že pomalé, bezvýznamné zmeny na Zemi môžu aj dnes viesť k najúžasnejším výsledkom, ak budú pokračovať dostatočne dlho a naraz. smer. Lyell obzvlášť pozorne študoval ložiská treťohornej éry, ktorá v histórii vývoja Zeme bezprostredne predchádza našim. Poznamenal, že mnoho organizmov, ktoré vtedy žili, sa dnes nachádza na Zemi. Zároveň sa rodili nové druhy a staré dožívali svoj život. Takéto závery zásadne podkopali Cuvierovu teóriu. Sám Lyell netvrdil, že niektoré druhy pochádzajú od iných – takáto myšlienka ho nenapadla. Ale keď dokázal pomalú, postupnú povahu geologických zmien, vytvoril ďalšiu predpokladom rozvoja evolučnej myšlienky.

7.9. Evolúcia života

História Darwinovej evolučnej teórie

V roku 1831, keď sa mladý Angličan Charles Darwin vydal na cestu okolo sveta, vzal so sebou práve vydaný prvý diel Lyellových princípov geológie a o päť rokov neskôr si zo svojej cesty priniesol obrovské množstvo materiálov potvrdzujúcich správnosť jeho základná myšlienka. Ale to nie je všetko: Darwin priniesol aj niečo viac – presvedčenie, že živé druhy sú premenlivé, že živočíšna a rastlinná ríša, ako ju poznáme dnes, je výsledkom postupného, ​​veľmi dlhého vývoja zložitého organického sveta.
Charles Darwin začal podrobne študovať problém evolúcie v roku 1836 po návrate z cesty okolo sveta na lodi Beagle. Diskutoval o tom s niekoľkými svojimi kolegami, vrátane korešpondencie. Mnohým sa preto zdalo, že je úplne ponorený do štúdia a klasifikácie barnacles a pôsobí ako tajomník Geologickej spoločnosti. Kolegovia mu radili, aby svoju hypotézu zverejnil, no on sa ich radami neriadil. A potom 14. júna 1858 Darwin dostal list od Alfreda Russela Wallacea (1823-1913) z Ternate na Molukách. List obsahoval článok, ktorý Wallace požiadal o odovzdanie Sirovi Charlesovi Lyellovi, slávnemu geológovi a priateľovi Darwina. Stručne načrtla podstatu teórie evolúcie prirodzeným výberom.
Wallace publikoval predpoklad, že druhy sa môžu meniť v jednej zo svojich prác už skôr – v roku 1855. Táto myšlienka bola vyvinutá po tom, čo v roku 1858 prečítal prácu anglického vedca Thomasa Malthusa (1766-1834) „Essay on the Law of Population“. Malthus veril, že každá populácia sa snaží čo najviac rozmnožiť bez toho, aby brala do úvahy prostriedky na živobytie, a keď dosiahne určitú maximálnu veľkosť v závislosti od životných podmienok, chudoba začne brániť ďalšiemu rastu: nadbytočná populácia musí zomrieť. Môže sa to stať tragicky a náhle, alebo v dôsledku zvyšujúcej sa úmrtnosti, keď sa blíži hranica možného rastu. Malthus sa konkrétne nezaoberal otázkou, kto bude žiť a kto zomrie. Wallace odhadol, že to nebude náhodná vzorka z populácie, ktorá prežije, ale jedinci, ktorí sa lepšie prispôsobia podmienkam existencie. Ak je ich zdatnosť nadpriemerná pre celú populáciu a je aspoň čiastočne zdedená, potom sa druh ako celok zmení smerom k väčšej zdatnosti, teda vyššej adaptácii na prostredie. Je zaujímavé, že Darwin dospel k rovnakým záverom po prečítaní diela Malthusa.
Wallace, vtedy málo známy prírodovedec, zbieral tropický hmyz. Vzhľadom na súčasnú situáciu však jeho odkaz nebolo možné ignorovať. Po konzultácii so svojimi priateľmi, predovšetkým C. Lyellom a Josephom Hookerom (1817-1911), slávnym botanikom, sa Darwin rozhodol, že je potrebné spojiť úryvky z listu, ktorý nedávno poslal americkému botanikovi A. Gresovi. nepublikovaného článku napísaného už v roku 1844 a správy od Wallacea. Toto všetko bolo formalizované vo forme správy predloženej 1. júla 1858 Linneanskej spoločnosti. Darwinova kniha O pôvode druhov vyšla v novembri 1859 a hneď v prvý deň sa jej vypredalo všetkých 1250 kusov.
Veľký záujem o myšlienku prirodzeného výberu vôbec nebol spôsobený tým, že Darwin a Wallace predpokladali premenu niektorých druhov na iné, teda samotný fakt evolúcie. Hovorilo o tom už veľa ľudí a predovšetkým Lamarck vo Francúzsku, Erasmus Darwin – starý otec Charlesa Darwina a napokon Anaximander v starovekom Grécku. Záujem určovala najmä skutočnosť, že bol navrhnutý mechanizmus na „konštrukciu“ živých bytostí bez účasti Stvoriteľa. Tento mechanizmus celkom vyhovoval oponentom výroku: ak niečo vzniká, potom musí existovať Stvoriteľ.
Myšlienka evolúcie prirodzeným výberom umožnila spojiť mnohé zdanlivo nesúvisiace fakty. Darwin aj Wallace dokázali čerpať z množstva materiálu z paleontológie, biogeografie a iných vied, ktoré poukazovali na prirodzený výber ako najpravdepodobnejšiu hybnú silu evolúcie.
Niektorí prominentní vedci, Darwinovi súčasníci, napriek tomu zostali veľmi aktívnymi antievolucionistami. Patrili k nim anglický zoológ R. Owen (1804-1892), švajčiarsky prírodovedec L. Agassiz (1807-1873), ktorý dlho pôsobil na Harvarde. Evolučnej teórii hneď neveril ani veľký geológ Charles Lyell. Na základe paleontologických údajov rozpoznali vznik nových druhov, no verili, že ide o dôsledok niektorých dodnes nejasných prírodných procesov, a nie postupnú premenu jedného druhu na druhý. Darwinove myšlienky zároveň podporili T. Huxley (1825-1895) v Anglicku, E. Haeckel (1834-1919) v Nemecku, K.A. Timiryazev (1843-1920) v Rusku.
Pre tých, ktorí od evolučnej teórie požadovali úplné presvedčenie, zostával jeden vážny neprekonateľný problém spojený s povahou dedičnosti. V tom čase ani Wallace, ani Darwin, ani mnohí iní vedci ešte nepoznali zákony dedenia vlastností. Je pravda, že sa vedelo, že znamenia sa niekedy nemusia objaviť vo všetkých generáciách za sebou. Tento záhadný jav, neskôr pomenovaný atavizmus, spočíva v tom, že potomkovia zrazu opäť prejavujú znaky viac či menej vzdialených predkov. Verilo sa však, že dedičnosť ako celok je založená na princípe miešania, s výnimkou jednotlivých prípadov. Napríklad rastlina môže mať biele alebo červené kvety. S miešacím mechanizmom by mal mať hybrid ružové kvety a pri krížení červeného kvetu s ružovým kvetom by kvety mali byť tmavoružové atď. V mnohých prípadoch sa to stáva. Z toho vyplynul dôležitý záver: nová vlastnosť, ktorá sa u jedinca objavila ako mutácia, musí časom zmiznúť, rozpustiť sa v populácii napriek prirodzenému výberu ako pohár mlieka v mnohých sudoch s vodou.
Analýzou mechanizmu spriemerovania vlastností britský inžinier a fyzik F. Jenkin, vlastniaci matematické myslenie, v roku 1867 na základe prísnych elementárnych aritmetických výpočtov dokázal, že v prípade spriemerovania vlastností pri krížení prirodzený výber nebude fungovať. Darwin nikdy nenašiel presvedčivú odpoveď na takýto dôkaz. Stredný prejav vlastností u potomkov znamenal, že všetky genetické rozdiely v populáciách by sa mali rýchlo vyrovnať a potom by sa celá populácia stala homogénnou a pozostávala z veľmi podobných jedincov.
Túto námietku proti evolučnej teórii odstránili výsledky krížových experimentov, ktoré uskutočnil rakúsky prírodovedec Gregor Mendel (1822-1884). Všetko to začalo tým, že Gregor Mendel, mních z augustiniánskeho kláštora v Brunne (dnes mesto Brno v Českej republike, v tom čase v Rakúsko-Uhorsku), sa v roku 1850, t. j. dávno predtým, ako Darwin a Wallace predstavili správu o evolúcii, pokúsil získať osvedčenie o výučbe prírodných vied, ale nemohol zložiť skúšku. Keďže sa chcel pripraviť na test, nastúpil na univerzitu vo Viedni, kde štyri semestre študoval matematiku, biológiu, chémiu a fyziku. Potom sa vrátil do Brünnu a začal pestovať hrach vo svojej záhrade. Experimenty vykonávané na hrachu pomohli zistiť povahu dedičnosti so zjavnou ľahkosťou a gráciou. V roku 1868 to ukázal Gregor Mendel pri pokusoch s krížením hrachu dedičnosť nemá, ako sa vtedy verilo, strednú povahu - znaky sa prenášajú diskrétnymi časticami, ktoré sa dnes nazývajú gény.
V diploidných organizmoch, t. j. organizmoch s dvoma homológnymi sadami chromozómov, ktoré zahŕňajú hrach aj človeka, zodpovedajú každému znaku dva gény. Môžu to byť buď presné kópie alebo varianty (alely) jeden druhého. Od každého rodiča potomok dostane jeden takýto gén. Gény sú obsiahnuté v malých telách – chromozómoch, umiestnených v bunkovom jadre.
Mendelovo dielo bolo napísané s výnimočnou jasnosťou a z vedeckého hľadiska predstavovalo skutočné majstrovské dielo, no dlho zostalo bez nároku. Až v roku 1900 traja neznámi výskumníci súčasne potvrdili svoje výsledky svojimi experimentmi.
Dá sa uviesť ešte jeden podobný príklad. V roku 1902 londýnsky lekár A. Gerrod ukázal, že pôsobením aspoň niektorých génov je kontrola aktivity enzýmov. Aj táto práca zostala nepovšimnutá. Myšlienka, že gény obsahujú informácie na stavbu proteínu (jeden gén – jeden enzým), sa ustálila až po roku 1945. Uvedené príklady a história vývoja evolučnej teórie ukazujú, aká zložitá a časovo náročná je cesta k pochopeniu prírodovedy. pravdou je.
Ruský botanik S.I. Korzhinsky (1861-1900) a nezávisle holandský vedec Hugo De Vries (1848-1935) navrhli teória mutácií - náhle zmeny v dedičnosti. Táto teória, osvetľujúca proces premenlivosti, potvrdila Darwinovo učenie. Čím ostrejšia je mutácia, čím väčší je skok, tým menšia je šanca, že nová forma organizmu za týchto podmienok prežije. Ďalšia vec je, že mutácie sú malé. Najčastejšie sú pre telo aj škodlivé, no v ojedinelých prípadoch môže byť prospešná aj malá zmena. Organizmus sa zlepšuje, ukazuje sa, že je lepšie prispôsobený ako jeho nezmenení príbuzní a prirodzený výber konsoliduje novú formu. Mutačná teória teda postavila most medzi mendelovskými zákonmi dedičnosti a darwinizmom.
Teória mutácií zároveň vyvolala nové problémy súvisiace najmä s príčinami mutačných zmien. Prečo sa vlastne niektorí jedinci daného druhu menia, zatiaľ čo iní žijúci v rovnakých podmienkach nie? Nevidiac žiadne vonkajšie dôvody, ktoré by spôsobili tieto zmeny, mnohí vedci sa priklonili k názoru, že mutácie boli spontánne, teda spontánne. Ale v roku 1927 sa objavila krátka poznámka amerického genetika G. Mellera. Ožiaril ovocné mušky Drosophila röntgenovými lúčmi a získal bezprecedentné prepuknutie variability. Čoskoro sa ukázalo, že mutácie môžu byť spôsobené nielen röntgenovým žiarením, ale aj inými druhmi žiarenia, ako aj mnohými chemickými zlúčeninami, náhlymi zmenami teploty atď.
Toto je jeden smer výskumu, ktorý určili výsledky Mendelových experimentov. Ďalší, nemenej dôležitý smer, súvisiaci s objasňovaním podstaty samotného génu, sa vyvinul pod vedením amerického genetika T.G. Morgan (1866-1945). Mnohé otázky o povahe génu a genetickej informácie už boli objasnené.

Umelý a prirodzený výber

Riešením hlavnej otázky o hybných silách rozvoja sa Darwin dostal do bodu, v ktorom sa predtým Lamarck zastavil. Na rozdiel od Lamarcka však Darwin rozhodne vylúčil z úvahy záhadnú „snahu o zlepšenie“ a obrátil svoju pozornosť na ľudskú činnosť.
V skutočnosti sa príliš nepodceňujeme, keď hovoríme, že nie sme schopní vytvárať nové formy organického života? A čo naši? pestované rastliny a domáce zvieratá - nie sú vytvorené človekom? Zamerajme sa na pšenicu. Kedysi jeden muž hodil do zeme hrsť zŕn nevýrazného divého zvieraťa. Zrná boli malé a klasy padali pri najmenšom závanu vetra. Pre prvého farmára nebolo ľahké zbierať úrodu! Tisíce rokov najprv nevedomého a potom vedomého výberu tých najlepších exemplárov viedli k tomu, že zrno sa stalo plnohodnotným a klas neopadol. A ľudia dali pšenici desiatky ďalších vlastností: zvýšili množstvo bielkovín v zrne, urobili ju odolnou voči mnohým chorobám, vyvinuli odrody, ktoré reagujú na hnojivá, nepoliehajú a skoro dozrievajú... Teraz pestovaná pšenica zaberá viac ako 200 miliónov hektárov na zemeguli, ale ak sa oň prestanete starať, o pár rokov sa nenájde ani zrnko pestovanej obilniny. Pšenica, ktorá bude ponechaná svojmu osudu, zomrie! To isté možno povedať o takmer každom pestovanom druhu rastlín alebo živočíchov.
A ak áno, potom by sme sa mali bližšie pozrieť na metódy, ktorými človek vytvoril nové odrody rastlín a plemená hospodárskych zvierat. Darwin sa často stretával s pastiermi a pýtal sa, ako vytvorili a udržiavali svoje stáda. A odpoveď bola takmer vždy rovnaká: "Najlepšie zvieratá necháme kmeňu."
To je všetko! Rakva sa otvorila prekvapivo jednoducho. Chovatelia dobytka netušili, že zabíjaním slabých a málo produktívnych zvierat (tie s nízkou dojivosťou, ak ide o kravy, s horšou vlnou, ak ide o ovce; tie so slabou silou, ak ide o kone určené na prepravu tovaru a nie rýchlo- dostatočne na nohách, ak sú to dostihové kone), vykonali obrovskú tvorivú prácu. Umelý výber - Tak túto metódu nazval Darwin. Umelým výberom človek vytvoril formy, ktoré predtým vo voľnej prírode neexistovali (obr. 7.10). Darwin sa rozhodol zistiť, či sa niečo podobné deje aj medzi divými zvieratami.

Človeku je už dávno jasné, že zdroje potravy pre akýkoľvek druh živočícha (alebo rastliny) na určitom území sú obmedzené. A čo schopnosť rozmnožovania? Nemá hranice! Čísla sú tu také jednoduché ako ohromujúce. Ak sa zo všetkých vajec znesených jedným vtákom vyliahli mláďatá, vyrástli a samy porodili potomstvo, a potomstvo tohto potomstva sa tiež zachovalo v plnom rozsahu a pokračovalo takto povedzme 15 rokov, potom celkový počet potomkov z jedného páru by dosiahol desať miliónov!
To sa však takmer nikdy nestane. Počet vtákov, zvierat a rastlín zostáva nezmenený (alebo sa mení v malých medziach, smerom nahor aj nadol), často po mnoho storočí. To znamená, že nie zo všetkých vajec sa vyliahnu kurčatá, nie všetky kurčatá sa stanú dospelými vtákmi a napokon nie všetci dospelí zanechajú potomstvo. Kto má šťastie, kto má veľa šťastia? Je zrejmé, že tí, ktorým sa podarí zachytiť potrebné množstvo jedla, sú chránení pred nepriateľmi - jedným slovom tí, ktorým sa podarí vyhrať boj o existenciu.
Boj o existenciu teda vyhrávajú tí, ktorí sú lepšie prispôsobení životu v podmienkach prostredia. Napríklad niektoré stromy v lese sú utláčané: nemajú dostatok miesta na slnku (obr. 7.11), a ak je to tak, potom v prírode, ako na farme, dochádza aj k selekcii. Tu však už neselektuje človek, ale samotná príroda. Práve podmienky prírodného prostredia vedú k výberu toho najprispôsobenejšieho – prirodzeného výber, ako to nazval Darwin. To vysvetľuje účelnosť organických foriem! Stavba živočícha alebo rastliny nie je účelná preto, že si tento organizmus niekto prispôsobil na konkrétny účel, ale preto, že zo všetkej rozmanitosti foriem prežili jedinci, ktorí boli lepšie prispôsobení daným podmienkam, a mohli zanechať potomstvo!

Dvaja mladí ruskí vedci, A.O. Kovalevskij (1840-1901) a I.I. Mechnikov (1845-1916), ktorý prijal evolučnú teóriu, začal vytvárať novú vedu - porovnávacia evolučná embryológia (embryo - grécky embryo). Zároveň Kovalevsky objavil prechodné formy medzi stavovcami a bezstavovcami, čím zaplnil najdôležitejšiu medzeru vo všeobecnom systéme vývoja živočíšnej ríše.

Cieľovo orientované správanie a prirodzený výber

Umelé zariadenia a stroje (napríklad riadená strela, osobný počítač) dokazujú, že cieľavedomej činnosti sú schopné aj neživé systémy. Na ich vytvorenie je však potrebný dizajnér, ktorý si je vedomý cieľa. V tejto súvislosti vyvstáva otázka: nebol pri vytváraní živého systému potrebný tento druh konštruktéra? Jedna z možných odpovedí na túto večnú otázku je obsiahnutá v myšlienke Darwina a Wallacea, ktorej podstatou je, že živé bytosti sa môžu zdokonaľovať (vyvíjať) smerom k väčšej adaptácii, teda prispôsobivosti svojmu prostrediu. Obaja vedci navrhli prítomnosť mechanizmu prirodzeného výberu. Živé bytosti sa môžu náhodne meniť (mutovať) a takéto mutácie sa dedia. Ak sa ukáže, že mutácie sú užitočné na prežitie, ich podiel v nasledujúcich generáciách sa zvýši. V dôsledku toho sa populácie vyvíjajú smerom k väčšej adaptácii na životné prostredie.
Na vytvorenie napríklad takých zložitých orgánov, ako je oko, je potrebných veľa koordinovaných mutácií. Ich súčasný výskyt je nepravdepodobný, preto je prirodzené predpokladať, že evolúcia prebieha nahromadením malých posunov.
Všetky medzistupne vo vývoji orgánu musia byť funkčne užitočné a viesť k jeho postupnému zlepšovaniu. Dokonca aj vzhľadom na všetky druhy obmedzení môže prirodzený výber vytvoriť prekvapivo zložité štruktúry. Predpoklad, že určitá štruktúra slúži špecifickému účelu, sa ukázal ako veľmi plodný pre experimentálnu biológiu.
Dôležitosť cieľavedomého konania možno ilustrovať na príklade konštrukcie samoreprodukujúceho sa stroja. Myšlienku takéhoto dizajnu prvýkrát navrhol slávny matematik von Neumann. Ukázal, že je logicky celkom možné postaviť univerzálny stroj, ktorý je podľa pokynov, ktoré mu boli dané, schopný vytvoriť akýkoľvek iný stroj danej konštrukcie. Takýto stroj môže byť naprogramovaný aj tak, aby sa sám reprodukoval.
Takéto stroje musia obsahovať tri vzájomne prepojené funkčné časti:
A - pracovný mechanizmus, ktorý zabezpečuje fyzickú konštrukciu stroja (v inžinierskom zmysle ide o programovo riadenú linku);
I - inštrukcie (príkazy) zaznamenané na pamäťovom médiu, ktoré nastavuje algoritmus činností pre pracovné orgány (pamäťové médium obsahujúce informácie potrebné na zostavenie A);
IN - zariadenie na kopírovanie pokynov.
Vo všeobecnosti môže byť tento systém reprezentovaný ako

S = A+ B+ ja.

Takýto samoreprodukujúci stroj dokonale modeluje živý organizmus, pre ktorý A je telo, I gény, IN - mechanizmus na kopírovanie génov, aby ich odovzdali ďalšej generácii. Tento stroj je možné naprogramovať nielen na prehrávanie, ale aj na ďalšie funkcie. V biologickom jazyku to znamená, že takéto stroje sú schopné mutovať a prejsť evolúciou, to znamená, že ich potomkovia sa budú líšiť od ich predkov. Ak sa samoreprodukujúce stroje náhodne zmenia, nepovedie to k ich riadenej evolúcii. Aby sa ustrice javila ako samoreprodukujúci sa organizmus, musia sa vytvoriť zložité orgány: žiabre, črevá atď., a tiež sa musí objaviť cieľavedomé správanie atď., čo sa spolu zdá byť jednoducho neuveriteľné.
Jedným zo znakov prirodzeného výberu je, že mutácie, priaznivé alebo nepriaznivé pre organizmus, vznikajú náhodne. Zmena v akomkoľvek adaptívnom znaku je výsledkom jedinej mutácie: akonáhle k nej dôjde, spadá pod prirodzený výber. Proti takémuto názoru však možno vzniesť jednu veľmi vážnu námietku, ktorú možno vhodne ilustrovať na príklade evolúcie oka. Pravdepodobnosť súčasného výskytu množstva mutácií vedúcich k vytvoreniu sietnice (vrstvy svetlocitlivých buniek), šošovky a pod., je mizivá. Predstaviť si, že k takýmto súčasným zmenám môže dôjsť v dôsledku náhodných mutácií, je ako hodiť kompletnú sadu častí hodiniek do škatule, zatriasť nimi a očakávať, že sa zložia do celých hodiniek. Ak sa mutácie nevyskytujú súčasne a v dôsledku toho chýba aspoň jedna zložka oka, takéto oko bude zbytočné a selekcia pre všetky ostatné mutácie nebude možná.
Komplexné biologické štruktúry môžu byť vytvorené prirodzeným výberom, ak sa v zásade dajú dosiahnuť neustálou komplikáciou, takže každé nové štádium poskytuje nejakú novú výhodu. Keďže prírodný výber nemá dar predvídavosti, niekedy nemôže podporiť vznik nejakej medzištruktúry, ktorá neprináša okamžite určitý úžitok, aj keď by sa táto štruktúra mohla ukázať ako užitočná v ďalekej budúcnosti.
Niektoré úpravy sú dosť sofistikované a pôsobia, akoby to bez predvídavosti a vynaliezavosti nebolo možné. Mnohí preto ťažko uveria, že sa tak stalo jednoduchým nahromadením jednotlivých zmien k lepšiemu. Možno sa tomu dá uveriť, ale potom vyvstáva úplne logická otázka: ako sa takýto koncept líši od toho, v ktorom sa obhajuje úloha Stvoriteľa? Veď obe myšlienky v tomto prípade vychádzajú z viery. Navyše v prírode existujú adaptácie, ktoré sa nedajú vysvetliť prirodzeným výberom. Napríklad fyzikálne a chemické vlastnosti látok a základné konštanty sa zdajú byť špeciálne vybrané, aby mohol vzniknúť život. Toto tvrdenie sa niekedy nazýva environmentálna zdatnosť. Existuje aj iná formulácia: ak Keby boli základné konštanty trochu iné, život by bol nemožný. Tento princíp, rozšírený na vývoj Vesmíru, sa nazýva jemné ladenie vesmíru.

Geologické éry a vývoj života

Pod vplyvom evolučnej teórie museli geológovia prehodnotiť svoje predstavy o histórii našej planéty. Organický svet sa vyvíjal miliardy rokov spolu s prostredím, v ktorom musel existovať, teda spolu so Zemou. Preto sa vývoj života nedá pochopiť bez vývoja Zeme a naopak. Brat A.O. Kovalevsky Vladimir Kovalevsky (1842-1883) založil evolučnú teóriu paleontológia - veda o fosílnych organizmoch.
Geológovia objavujú prvé stopy organických pozostatkov v najstarších sedimentoch z r geologická éra proterozoika, pokrývajúce obrovské časové obdobie - 700 miliónov rokov. Zem bola v tom čase takmer úplne pokrytá oceánom. Obývali ho baktérie, prvokové riasy a primitívne morské živočíchy. Evolúcia potom pokračovala tak pomaly, že prešli desiatky miliónov rokov, kým sa organický svet nejako výrazne zmenil (obr. 7.12).

IN Paleozoická éra(trvá asi 365 miliónov rokov), vývoj všetkého živého prebiehal rýchlejším tempom. Vytvorili sa veľké plochy pôdy, na ktorých sa objavili suchozemské rastliny. Paprade sa vyvíjali obzvlášť rýchlo: tvorili obrovské husté lesy. Zlepšili sa aj morské živočíchy, čo viedlo k vytvoreniu obrovských obrnených rýb. V období karbónu (karbónu), ktoré znamenalo rozkvet paleozoickej fauny a flóry, sa už objavili obojživelníky. A v permskom období, ktoré ukončilo paleozoickú éru a začalo druhohôr (je od nás vzdialené 185 miliónov rokov), boli plazy.
Ešte rýchlejšie sa začal rozvíjať svet zvierat a rastlín na Zemi Mesozoická éra. Už na jej samom začiatku začali v krajine dominovať plazy. Objavili sa aj prvé cicavce, vačnatce. Rozšírili sa ihličnaté stromy a vznikli rôzne druhy vtákov a cicavcov.
Prišlo asi pred 70 miliónmi rokov Cenozoická éra. Druhy cicavcov a vtákov sa naďalej zlepšovali. Vo svete rastlín prešla dominantná úloha na kvitnúce rastliny. Vznikli druhy zvierat a rastlín, ktoré dnes žijú na Zemi.
Vznikom človeka asi pred 2 miliónmi rokov sa začína súčasné obdobie kenozoickej éry - štvrtohôr, resp. antropogén.Človek – v geologickom meradle času – je dokonalé bábätko. Čo sú 2 milióny rokov pre prírodu! Ide o mimoriadne krátky časový úsek. Najvýznamnejšou udalosťou v kenozoickej ére bol vznik veľkého množstva kultúrnych rastlín a domácich zvierat. Všetky sú výsledkom tvorivej činnosti človeka – rozumnej bytosti schopnej cieľavedomej činnosti.
Ak Darwin pri rozvíjaní evolučnej teórie študoval skúsenosti šľachtiteľov, potom, vyzbrojení vedeckou teóriou, sa chovatelia naučili vyvíjať nové odrody oveľa rýchlejšie a účelnejšie. Tu patrí osobitná úloha ruskému vedcovi N.I. Vavilov (1887-1943), ktorý vyvinul náuka o pôvode kultúrnych rastlín. Evolúcia živých vecí pokračuje, ale pod vplyvom človeka.
Dnes už vieme, že účelnosť organických foriem nie je vopred daná, ale je výsledkom dlhého a zložitého procesu vývoja hmoty, a preto je výhodnosť organických foriem relatívna. Človek v súčasnosti aktívne mení živú prírodu. Zvyšujúce sa ľudské zásahy do prírodných procesov vyvolávajú nové vážne problémy, ktoré je možné riešiť len za predpokladu, že sa človek sám bude starať o okolitú prírodu a o zachovanie týchto jemných vzťahov. biosféra, ktoré sa v nej vyvinuli za milióny rokov vývoja života na Zemi.
Doktrínu biosféry vytvoril pozoruhodný vedec V.I. Vernadsky (1863-1945). Pod biosférou vedec pochopil tenkú škrupinu Zeme, v ktorej všetky procesy prebiehajú pod priamym vplyvom živých organizmov. Biosféra spája vrchné obaly Zeme – litosféru, hydrosféru a atmosféru – a zohráva rozhodujúcu úlohu pri výmene látok medzi nimi. Živými organizmami na Zemi neustále prechádza obrovské množstvo kyslíka, uhlíka, dusíka, vodíka a mnohých ďalších prvkov. V.I Vernadsky ukázal, že v periodickej tabuľke prakticky neexistuje jediný prvok, ktorý by sa nezaradil do živej hmoty planéty a neuvoľnil by sa z nej pri jej rozklade. Preto tvár Zeme ako nebeského telesa v skutočnosti formuje život. Vernadskij ako prvý ukázal, akú rozhodujúcu geologickú úlohu hrala živá hmota na našej planéte.
Vernadskij sa zameral aj na obrovskú geologickú úlohu človeka. Ukázal, že budúcnosť biosféry je noosféra, teda sféra rozumu. Vedec veril v silu ľudskej mysle, veril, že čoraz väčším zasahovaním do prirodzených evolučných procesov bude človek schopný riadiť vývoj živých vecí tak, aby bola naša planéta ešte krajšia a bohatšia.

Rozmanitosť foriem života. Systematika je veda, ktorá študuje rozmanitosť živých organizmov a otázky ich klasifikácie. Klasifikácia je rozdelenie živých organizmov do skupín podľa stupňa ich príbuznosti. Klasifikačné jednotky (systematické jednotky) sa nazývajú taxóny.

Systematické jednotky (taxóny) v zoológii a botanike. Zoológia Botanika Druh Druh Rod Rod Čeľaď Rad Poradie Trieda Typ Typ Rozdelenie Kráľovstvo Kráľovstvo Okrem toho sa často používajú ďalšie systematické jednotky, ako napríklad: podkráľa, nadčeľaď a nesystémové klasifikačné jednotky, napríklad divízia alebo sekcia.

Rozmanitosť foriem života. Najvyššie hodnotený taxón je Kingdom. Existuje 5 kráľovstiev: vírusy, baktérie, huby, rastliny, zvieratá.

Rozmanitosť foriem života. Vírusy sú nebunkové formy života. Jediné, čo majú, je molekula nukleovej kyseliny a proteínový obal. Zástupcovia ďalších 4 kráľovstiev majú typickú bunkovú štruktúru. Medzi nimi sa rozlišuje superkráľovstvo eukaryotov (rastliny, zvieratá a huby) a superkráľovstvo prokaryotov (baktérie).

1. Existuje vytvorené jadro; 2. V cytoplazme sú početné organely; 3. Chromozómy sú lineárne a početné; 4. Pomerne veľké bunky (100-krát a viac). 1. neexistuje jadro, zóna obsahujúca DNA sa nazýva nukleoid; 2. neexistujú membránové organely. Prítomné sú iba ribozómy. 3. Jeden kruhový chromozóm. 4. Bunky sú malé.

Životné prostredie Existujú 4 životné prostredia: Prízemný vzduch (aerobionty alebo terrabionty), Vodné (hydrobionty), Pôda (edafobionty), Organické (endobionty).

Štrukturálne úrovne organizácie života. Existuje niekoľko úrovní organizácie živých vecí: 1. molekulárne genetické; 2. bunkový; 3. organizmový, 4. populačno-druhový. 5. biogeocenotické. 6. biosféra. Každá z týchto úrovní sa nazýva biosystém. Biosystém je forma organizácie života charakterizovaná prítomnosťou vzájomne prepojených komponentov.

Štrukturálne úrovne organizácie života. Úroveň Základné procesy Štrukturálna jednotka biosystému Molekulárno-genetický Metabolizmus látok a energie; uchovávanie a prenos atómov dedičnej informácie Bunkové Všetky procesy vlastné bunke Biopolyméry - molekuly zložitých organických látok - BZhU, NC Organické Regulovaná interakcia všetkých orgánových systémov Orgány a ich systémy Populácia-druhové Uskutočňujú sa elementárne evolučné premeny Jednotlivé jedince druhu

Štrukturálne úrovne organizácie života. Úroveň Základné procesy Štrukturálna jednotka biosystému Biogeocenotická Čiastočná cirkulácia látok a energie medzi zložkami biosystému Populácie rôznych druhov Biosféra Planetárna cirkulácia látok a energie Biogeocenózy planéty

Definície pojmov Populácia je skupina jedincov jedného druhu geograficky vzdialená od iných skupín toho istého druhu. Druh je skupina jedincov podobných štruktúrou a životnými procesmi, ktorí sa voľne krížia a produkujú plodné potomstvo. Biogeocenóza je súbor organizmov rôznych druhov žijúcich na určitom území a vzájomne prepojených a ich biotopov tokom látok a energie. Biosféra je oblasť distribúcie živých organizmov, ktorá pokrýva obývanú časť všetkých zemských škrupín (atmosféra, hydrosféra, litosféra), súhrn všetkých biogeocenóz planéty.

Prednášky zo všeobecnej biológie

• Prednáška č. 1. Úvod. Chemické prvky bunky. Voda a iné anorganické zlúčeniny
• Prednáška č. 2. Štruktúra a funkcie sacharidov a lipidov
• Prednáška č. 3. Štruktúra a funkcie bielkovín. Enzýmy
• Prednáška č. 4. Štruktúra a funkcie ATP nukleových kyselín
• Prednáška č. 5. Bunková teória. Typy bunkovej organizácie
• Prednáška č. 6. Eukaryotická bunka: cytoplazma, bunková membrána, štruktúra a funkcie bunkových membrán
• Prednáška č. 7. Eukaryotická bunka: štruktúra a funkcie organel
• Prednáška č. 8. Jadro. Chromozómy
• Prednáška č. 9. Štruktúra prokaryotickej bunky. Vírusy
• Prednáška č. 10. Pojem metabolizmus. Biosyntéza bielkovín
• Prednáška č. 11. Energetický metabolizmus
• Prednáška č. 12. Fotosyntéza. Chemosyntéza
• Prednáška č. 13. Spôsoby delenia eukaryotických buniek: mitóza, meióza, amitóza
• Prednáška č. 14. Rozmnožovanie organizmov
• Prednáška č. 15. Pohlavné rozmnožovanie krytosemenných rastlín
• Prednáška č. 16. Ontogenéza pohlavne sa rozmnožujúcich mnohobunkových živočíchov
• Prednáška č. 17. Základné pojmy genetiky. Mendelove zákony
• Prednáška č. 18. Reťazené dedičstvo
• Prednáška č. 19. Genetika sexu
• Prednáška č. 20. Génová interakcia
• Prednáška č. 21. Variabilita
• Prednáška č. 22. Metódy ľudskej genetiky
• Prednáška č. 23. Šľachtenie rastlín
• Prednáška č. 24. Výber zvierat
• Prednáška č. 25. Selekcia mikroorganizmov. Biotechnológia

Prednáška č.1.
Úvod. Chemické prvky bunky. Voda a iné anorganické zlúčeniny

Úvod

Biológia- Veda o živote. Najdôležitejšou úlohou biológie je štúdium diverzity, štruktúry, životnej aktivity, individuálneho vývoja a vývoja živých organizmov, ich vzťahov s prostredím.

Živé organizmy majú množstvo znakov, ktoré ich odlišujú od neživej prírody. Individuálne je každý z rozdielov dosť svojvoľný, preto by sa mali posudzovať v kombinácii.

Znaky, ktoré odlišujú živú hmotu od neživej hmoty:

1. schopnosť reprodukovať a prenášať dedičné informácie na ďalšiu generáciu;
2. metabolizmus a energia;
3. vzrušivosť;
4. prispôsobivosť špecifickým životným podmienkam;
5. stavebný materiál - biopolyméry (najdôležitejšie z nich sú proteíny a nukleové kyseliny);
6. špecializácia z molekúl na orgány a vysoký stupeň ich organizácie;
7. výška;
8. starnutie;
9. smrť.

Úrovne organizácie živej hmoty:

1. molekulárny,
2. mobilný,
3. tkanina,
4. orgán,
5. organizmy,
6. populačný druh,
7. biogeocenotický,
8. biosféra.

Rozmanitosť života

Ako prvé sa na našej planéte objavili bezjadrové bunky. Väčšina vedcov akceptuje, že jadrové organizmy sa objavili ako výsledok symbiózy starých archaebaktérií s modrozelenými riasami a oxidačnými baktériami (teória symbiogenézy).

Aké zázraky by sa zjavili človeku,
nech jeho oči vidia
obrysy a pohyby najmenších
častice v krvi a iných tekutinách
organizmov tak jasne ako
obrysy a pohyby samotných živých
stvorenia
J. Locke

Ako sa líšia živočíšne a rastlinné bunky? Aké sú znaky organizácie a fungovania jednobunkových eukaryotov a buniek v mnohobunkovom organizme? Ako sú štruktúrované prokaryotické bunky? Čo sú vírusy?

Lekcia-prednáška

ROZDIELY V ŠTRUKTÚRE ŽIVOČÍŠNYCH A RASTLINNÝCH BUNIEK. Opis všeobecnej štruktúry eukaryotickej bunky sa uvažuje najmä s použitím príkladu živočíšnej bunky. Organizácia rastlinnej bunky má niektoré špecifické znaky (obr. 44). Z vonkajšej strany je pokrytá bunkovou stenou, ktorá pozostáva z celulózy.

Ryža. 44. Stavba rastlinnej bunky

Prítomnosť hustej bunkovej steny bráni vzniku konstrikcie pri delení bunkovej cytoplazmy v telofáze mitózy, ako je popísané v § 32. K rozdeleniu cytoplazmy na dve časti pri mitóze rastlinných buniek dochádza tvorbou plazmatická membrána a bunková stena priamo vo vnútri deliacej sa bunky – od stredu k periférii.

Rastlinné bunky obsahujú špeciálne organely - plastidy. Sú obklopené najmenej dvoma membránami, obsahujú krátku kruhovú DNA, ribozómy a sú schopné samostatného delenia. Funkčne väčšina druhov plastidov tak či onak súvisí s energiou bunky. V prvom rade sú to chloroplasty, v ktorých prebiehajú fotosyntetické reakcie.

Chloroplasty obsahujú chlorofyl, karotenoidy a bielkoviny potrebné pre fotosyntézu. Chromoplasty neobsahujú chlorofyl, ale sú obohatené o karotenoidy - žlté, oranžové a červené pigmenty, ktoré určujú farbu kvetov, ovocia a niektorých koreňových zelenín (mrkva). A nakoniec, leukoplasty sú bezfarebné. Niektoré z nich môžu syntetizovať a akumulovať škrob, zatiaľ čo iné môžu ukladať tuk a bielkoviny. Za určitých podmienok sa leukoplasty môžu transformovať na chloroplasty a chromoplasty a chloroplasty na chromoplasty. Posledný proces je spojený s jesennou zmenou farby listov.

Pripomeňme si, že celulóza je polysacharid, ktorého molekuly tvoria najjemnejšie vlákna. Komunikácia medzi susednými bunkami v mnohobunkových rastlinách sa uskutočňuje vďaka tenkým vláknam cytoplazmy, ktoré prenikajú do nezhutnených oblastí bunkovej steny.

Typická rastlinná bunka má jeden alebo viac centrálnych vakuoly, ktorá pri silnom vývoji dokáže vytlačiť zvyšok bunkového obsahu na perifériu. Vakuoly sú obklopené membránou a ich vnútorný obsah sa v rôznych typoch buniek značne líši. Môžu to byť rezervné živiny (cukry, rozpustné bielkoviny), roztoky solí potrebných pre bunku, aminokyseliny atď. Vo vakuole sa vylučujú aj škodlivé produkty vznikajúce v dôsledku metabolizmu, napríklad kyselina šťaveľová.

Vo vakuolách sa hromadia aj pigmenty, antokyány, ktoré môžu poskytnúť rastlinám širokú škálu odtieňov – od ružovej až po čiernofialovú.

Antokyány dodávajú modré a červené sfarbenie ovociu (slivka, čerešňa, hrozno, brusnice, jahody) a lupienkom kvetov (nevädza, pelargónia, ruža, pivónia). Navyše práve ony farbia jesenné lístie do žiarivej červenej.

Rastlinná bunka má v podstate rovnakú štruktúru ako živočíšna bunka. Charakteristickým znakom rastlinnej bunky je prítomnosť bunkovej steny, plastidov a vakuol.

BUNKA AKO ORGANIZMUS A BUNKA AKO ZLOŽENIE ORGANIZMU. Už viete, že bunka môže fungovať ako samostatný organizmus alebo byť súčasťou mnohobunkového organizmu či kolónie. Vo všetkých týchto prípadoch majú bunky vo svojej organizácii špecifické črty. Jednobunkové eukaryoty majú organely, ktoré potrebujú na nezávislú existenciu a ktoré sa nikdy nenachádzajú v bunkách mnohobunkových organizmov. Môžu to byť pigmentové oči, bičíky a mihalnice, bunkové ústa (špeciálna časť cytoplazmy, pomocou ktorej niektoré dravé prvoky zachytávajú korisť) a mnohé ďalšie.

Hlavnou črtou buniek, ktoré tvoria mnohobunkový organizmus, je ich špecializácia. Zvlášť zreteľne sa to prejavuje na úrovni organizácie vyšších rastlín a živočíchov. Bunky každého tkaniva sú prísne diferencované, to znamená, že sú prispôsobené na vykonávanie jednej hlavnej funkcie alebo niekoľkých funkcií, čo určuje ich štrukturálne vlastnosti. Okrem toho takéto bunky spravidla strácajú svoju schopnosť reprodukovať sa. Fungujú určitý čas a potom zomrú. Väčšina tkanív obsahuje určitú zásobu nediferencovaných buniek schopných deliť sa. Produkujú nové bunky, ktoré po prejdení určitého štádia diferenciácie nahradia odumreté bunky daného tkaniva.

Bunky jednobunkových eukaryotov majú okrem obvyklého súboru organel množstvo špecifických štruktúr, ktoré zabezpečujú ich existenciu ako nezávislých organizmov. V tkanivách sú bunky prispôsobené na vykonávanie určitých funkcií. Táto špecializácia je nezvratná a k doplňovaniu tkanív novými bunkami dochádza v dôsledku delenia a následnej špecializácie nediferencovaných buniek.

ŠPECIFICITA PROKARYOTICKÝCH BUNIEK. Bakteriálna bunka sa zásadne líši od buniek eukaryotických organizmov, o ktorých sme uvažovali. Tieto rozdiely sa netýkajú veľkostí, ktoré sú pre väčšinu baktérií 1 - 10 mikrónov. To je celkom porovnateľné s veľkosťou niektorých typov eukaryotických buniek. Ale štruktúra a súvisiace znaky fungovania bakteriálnej bunky sú úplne odlišné (obr. 45).

Ryža. 45. Stavba bakteriálnej bunky

V prvom rade baktériám chýba nielen vytvorené jadro, ale aj všetky ostatné organely. Rozdiely sa nachádzajú aj v štruktúre membrány obklopujúcej bakteriálnu bunku. Látky vstupujú a opúšťajú baktériu iba difúziou.

Nadmembránové štruktúry baktérií tvoria okolo seba tuhú bunkovú stenu. Má selektívnu priepustnosť. Baktérie vytvárajú na bunkovej stene aj hlienovú kapsulu, ktorá slúži ako dodatočná ochrana pred nepriaznivými faktormi prostredia vrátane ochrany pred vysychaním. V cytoplazme baktérií chýba cytoskelet.

Niektoré baktérie sú vybavené bičíkom, ktorý nemá nič spoločné ani štruktúrou, ani funkčnými znakmi s rovnomennou štruktúrou eukaryotov.

Napokon genetický aparát baktérií, takzvaný nukleoid, predstavuje molekula DNA uzavretá do kruhu, ktorá voľne leží v cytoplazme. Nukleoid je pripojený k vnútornej strane bakteriálnej membrány. Predtým, ako sa baktérie začnú deliť, kruhová DNA sa zdvojnásobí a dva výsledné nukleoidy sa „pohybujú“ pozdĺž membrány v rôznych smeroch. Membrána a bunková stena potom invaginujú a spoja bakteriálnu bunku na dve časti. Každá z výsledných buniek má svoj vlastný nukleoid.

Prokaryotické bunky nemajú vytvorené jadro a bunkové organely. Na vonkajšej strane je baktéria obklopená hustou bunkovou stenou a puzdrom, niektoré druhy majú bičík; Genetický aparát prokaryotov predstavuje kruhová molekula DNA, ktorej replikácia predchádza rozdeleniu baktérie.

NEBUNEČNÁ FORMA ŽIVOTA - VÍRUSY. O existencii vírusov sa prvýkrát dozvedeli v roku 1892, keď ruský botanik D.I. Ivanovskij zistil, že chorobu tabaku – tabakovú mozaiku – spôsobuje patogén, ktorý prechádza cez bakteriálne filtre, t.j. je podstatne menší ako baktérie. V skutočnosti sa veľkosť väčšiny vírusov pohybuje medzi 15-300 nm. V najjednoduchšom prípade sa vírus skladá z malej molekuly DNA alebo RNA obklopenej ochranným proteínovým obalom - kapsid(obr. 46).

Ryža. 46. ​​Štruktúra vírusu tabakovej mozaiky: a - RNA; b - kapsid

Vírus môže existovať dlho a za rôznych vonkajších podmienok. Vírusy sa však nedokážu samy reprodukovať, pretože neobsahujú tie štruktúry a enzýmy, ktoré zabezpečujú procesy spojené s replikáciou nukleových kyselín a biosyntézou proteínov. Preto je hlavnou úlohou vírusu preniknúť do hostiteľskej bunky. Tento proces sa môže vyskytnúť náhodne, napríklad s tekutinou počas pinocytózy. Väčšina vírusov však dokáže rozpoznať presne tie bunky, v ktorých sa môžu rozmnožovať.

Keď sa vírusová DNA dostane do hostiteľskej bunky, začne sa replikovať.

Z nej sa čítajú aj informácie vo forme mRNA, ktorá sa posiela do ribozómov, kde sa syntetizujú vírusové proteíny. V prípade RNA vírusov sa vírusová RNA mnohokrát replikuje a sama hrá úlohu mRNA. Keď sa kapsidové proteíny a nukleové kyseliny vírusu akumulujú v cytoplazme hostiteľskej bunky, tvoria sa vírusové častice. Ich akumulácia vedie k smrti hostiteľskej bunky, k jej prasknutiu a uvoľneniu vírusových častíc do vonkajšieho prostredia.

Sekvencia udalostí po vstupe vírusu do hostiteľskej bunky však môže byť odlišná. Ukázalo sa, že za určitých okolností sa DNA vírusu nezačína replikovať v cytoplazme hostiteľskej bunky, ale je integrovaná do jej kruhovej DNA (u baktérií) alebo do DNA chromozómov (u eukaryotov). Takáto bunka s vírusovou DNA v genóme je schopná množenia a vírusová DNA sa dostane aj do každej dcérskej bunky. Potom pod určitým vonkajším vplyvom (ultrafialové alebo žiarenie) vírusová DNA opustí genóm hostiteľskej bunky a začne produkovať vírusové častice podľa schémy opísanej vyššie.

Schopnosť DNA vírusov integrovať sa do genómu bunky má množstvo vážnych následkov. Faktom je, že keď vírusová DNA opustí chromozóm alebo nukleoid, môže zachytiť aj susedné úseky (gény) hostiteľskej DNA. Potom spolu s vírusovou DNA možno tieto úseky integrovať do genómu buniek iného jedinca (alebo aj jedinca iného druhu), do ktorých vírus prenikne. Tento „horizontálny“ prenos genetického materiálu (na rozdiel od „vertikálneho“ prenosu z rodičov na deti) hrá dôležitú úlohu vo vývoji organizmov.

Vírusová DNA a RNA môžu niesť onkogény- gény, ktoré po vložení do genómu bunky premenia na rakovinu. Okrem toho integrácia genetického materiálu vírusu do DNA bunky môže vyvolať aktiváciu niektorých vlastných génov (protoonkogénov), čo tiež vedie k degenerácii buniek a tvorbe nádorov.

Vírus je molekula DNA alebo RNA obklopená proteínovým obalom. Vírusy sa môžu množiť iba v hostiteľských bunkách. Vírusová DNA sa môže integrovať do hostiteľského genómu, čo môže viesť k fenoménu horizontálneho prenosu genetickej informácie.

Mnoho vírusov a baktérií zomiera pri vystavení ultrafialovému žiareniu. Počas epidémií spôsobených vírusmi je užitočné kremeň miestnosť. Pri absencii vhodného vybavenia je potrebné pravidelne vetrať miestnosť a robiť mokré čistenie.

• Vysvetlite rozdiely v štruktúre rastlinných a živočíšnych buniek.
• Prečo je rýchlosť delenia bakteriálnych buniek vyššia ako rýchlosť delenia eukaryotických buniek? Aká je úloha vírusov v biosfére?
• Prečo sa v procese evolúcie stali dominantnými eukaryotické bunky namiesto prokaryotických buniek a dali vzniknúť obrovskému množstvu rôznych foriem života?