Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Основы функционирования энергетики живого
Все функции живых систем, требующие расходования энергии, должны обеспечиваться ею от некоторых внешних источников. Часть организмов синтезирует эти вещества внутри себя из неорганических веществ (из углекислого газа и воды под действием солнечного света — такой процесс называется фотосинтезом) или в процессе окисления (хемосинтез в некоторых бактериях). Эти организмы называют автотрофами. Большинство автотрофов — это зеленые растения, осуществляющие фотосинтез. Другая часть организмов (например, все животные и человек), называемых гетеротрофами, приспособилась к потреблению энергии из готовых органических веществ, синтезированных автотрофами. Питательные органические вещества, поглощаемые гетеротрофами, обладают большей упорядоченностью (меньшей энтропией), чем выделяемые продукты обмена. Организмы гетеротрофов переносят упорядоченность (негэнтропию) из внешней среды в самих себя. Для автотрофов эта же цель достигается путем выполнения внутренней работы за счет энергии электромагнитного излучения солнца. Таким образом, назначение метаболизма, то есть обмена веществ живой системы с внешней средой, состоит в поддержании определенного уровня организации этой системы и ее частей. Метаболизм необходим для противодействия увеличению энтропии, обусловленному необратимыми процессами в живой системе. Между двумя типами организмов — авто- и гетеротрофами — существует пищевая (трофическая) связь. Живые системы образуют пищевые цепочки: энергия, накопленная при фотосинтезе растениями, передается через травоядных к хищникам; заключительным звеном пищевой цепочки являются микробы, перерабатывающие вещество отмерших организмов в неорганические вещества. В последующем зги молекулы вновь могут участвовать в образовании живых систем. В итоге в биосфере сформировался глобальный круговорот веществ, который обусловлен так называемыми биогеохимнчески-Ми Циклами. Основными являются циклы обращения в биосфере ВоДы, а также элементов, из которых состоят живые системы. Первоисточником энергетического потока, проходящего сквозь все пищевые цепочки в биосфере, служит энергия солнечного электромагнитного излучения, попадающая на поверхность емли в видимом диапазоне (свет). Финалом преобразований в пище?
вых цепочках является освобождение энергии в виде тепла при переработке микробами органических остатков. Вся высвободившаяся в процессе жизнедеятельности в биосфере энергия возвращается поверхностью Земли в мировое пространство главным образом в виде электромагнитного излучения инфракрасного диапазона. В глобальном энергетическом балансе принципиально важно, что энтропия поступающего на Землю коротковолнового излучения меньше, чем энтропия длинноволнового излучения, переизлучаемого нашей планетой. За счет этой отрицательной разности энтропии на поверхности Земли возможно образование и поддержание упорядоченных структур (как это происходит и во многих других природных системах). Вся биосфера Земли представляет собой высокоорганизованную систему, упорядоченность в которой поддерживается за счет отрицательного энтропийного баланса. Особенности термодинамики, 1 самоорганизации и информационного обмена в живых системах Живая система, как и любая иная природная система, подчиняется законам термодинамики. Элементы живого организма (да и всех живых систем вообще) постоянно разрушаются и строятся вновь. Этот процесс носит название биологического обновления. Для его обеспечения требуется непре-кращающийся приток извне вещества и энергии, а также вывод во внешнюю среду части продуктов биохимических процессов, включая тепло. Таким образом, любые функционирующие организмы обязательно являются неизолированными, открытыми термодинамическими системами. Если система далека от термодинамического равновесия и содержит множество флуктуирующих подсистем {т. е. случайных отклонений от некоторого среднего положения), то она является также неравновесной. Если усло-•вия существования системы неизменны, то потоки вещества и энергии постоянны. В этом случае неравновесное состояние стационарно, то есть оно не изменяется со временем (это называют также динамическим равновесием). Подобно тому, как в термодинамике равновесных систем особым состоянием является равновесное состояние, в термодинамике неравновесных систем особую роль играют стационарные состояния. Для
живых систем, которые всегда неравновесны, но поддерживаются в стационарном состоянии, это означает следующее: 1) в течение времени жизни системы ее элементы постоянно подвергаются распаду, обусловленному увеличением энтропии (мерой хаоса); 2) для компенсации возникающей в результате распада неупорядоченности в системе совершается работа в форме процессов синте за элементов взамен распавшихся; эта работа обусловливает отрицательную добавку энтропии. Такие процессы создают упорядоченность. «Быть живым значит быть организованным» — говорил В.И. Вернадский. Термодинамика помогает с принципиальной точки зрения осмыслить факт наличия высокой организации в живых системах. Но механизм поддержания такой упорядоченности можно раскрыть, лишь привлекая представления теории управления и кибернетики (науки об управлении и передаче информации в машинах, живых организмах и социальных структурах). В живой системе реализуется механизм самоуправления и самоорганизации на основе непрерывного обмена информацией с внешней средой. Это обеспечивает выработку самим организмом реакций, направленных на максимальное его приспособление к изменяющимся условиям. Самоорганизация — это процесс создания, поддержания и совершенствования сложной системы без управляющего вмешательства извне. Самоорганизация и самоуправление в живой системе невозможны без информационных связей между ее элементами, осуществляемыми через механизм управления. Процесс самоорганизации имеет три основных характеристики: гомеостаз (поддержание параметров внутренней среды), обратная связь и информация. Положительные обратные связи играют роль «усилителей» процессов жизнедеятельности. Такого рода связь существует между неограниченными пищевыми ресурсами для некоторого вида животных и их численностью. Наличие одной лишь такой связи привело бы к постоянному росту численности данного вида. Отрицательные обратные связи, наоборот, служат для поддержания стабильной ситуации в живой системе. Они обеспечивают, например, оптимальную численность популяций в биоценозе, стабильную температуру организма и т.д. Информационные связи в организме осуществляются по нескольким каналам. Гормональная связь носит химический характер. Гормон — химическое вещество, выполняющее роль внутреннего стиму- [7[ Роль генетического материала в воспроизводстве... лятора определенных процессов в организме; с кровотоком поступает во все сферы организма, но действует избирательно на отдельные органы. Нервные связи обеспечивают передачу по нервным волокнам информационных импульсов, подключающих необходимые органы к переработке и восприятию информации. Генетическая связь обеспечивает передачу наследственной информации на популяцион-но-видовом уровне и осуществляется посредством генов. Роль генетического мвтериала в воспроизводстве и эволюции живых организмов Генный механизм передачи наследственной информации изучается генетикой. Успехи генетики обусловили раскрытие механизма воспроизводства и эволюции жизни на молекулярном уровне. Истоком генетики считают открытие Г. Менделем в 1865 г. корпускулярной природы наследственности. В 1909 г. В. Иогансен ввел основополагающие термины генетики (ген, генотип и др.) и придал модели Менделя четкую форму. В то время понятие «ген» не связывалось с каким-то материальным объектом клетки; ген обозначал просто единицу наследственного отличия. Отождествление гена с частью хромосом было осуществлено позже американским биологом Т. Морганом. Развитие молекулярной генетики раскрыло химическую природу генов как части молекулы ДНК с особым набором мономеров-нуклеотидов, последовательность которых образует генетический код. Расшифровка структуры генетического кода показала его трип-летность, однозначность и универсальность. Триплетность кода означает, что каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательно — кодоном — из трех нуклеотидов. Универсальность означает, что код един для всех живых организмов планеты, то есть одни и те же кодоны кодируют одни и те же 20 аминокислот всех живых организмов.
Свои функции система воспроизведения осуществляет посредством ДНК и РНК. Первая хранит генетическую информацию, заложенную вдоль собственной цепи. Вторая способна ее считывать, переносить в среду, содержащую необходимые для синтеза белка исходные материалы, и строить из них белковые молекулы.
Роль генетического материала в воспроизводстве... Процесс воспроизводства состоит из трех стадий: репликации, транскрипции, трансляции. Репликация — это удвоение молекулы ДНК, необходимое для последующего деления клетки. Транскрипция представляет собой перенос кода ДНК путем образования одноцепочеч-ной информационной молекулы РНК на одной из двух нитей ДНК. Информационная молекула РНК — это копия части ДНК, группы рядом лежащих генов, несущих информацию о структуре белков, необходимых для выполнения одной функции. Далее происходит трансляция — синтез белка на основе генетического кода информационной РНК. Таким образом, главное в механизме само-воспроизведения клеток — свойство ДНК самокопироваться и строго равноценное деление репродуцированных хромосом. После этого клетка может делиться на две совершенно идентичные. Так как каждая клетка многоклеточного организма происходит от одной из зародышевой как результат последовательных делений, то все клетки имеют одинаковый набор генов.
В настоящее время перед наукой открылась возможность влиять на саму наследственность на молекулярном уровне. Эту возможность реализует новое направление молекулярной биологии — генная инженерия, разрабатывающая методики целенаправленного манипулирования информационными макромолекулами живых систем. Первым с помощью генной инженерии был получен инсулин, затем интерферон, потом гормон роста. Позже, благодаря вмешательству в конструкцию ДНК, были изменены качества десятков пород животных и сортов растений, многие из которых внедрены в сельскохозяйственное производство. С помощью генетической экспертизы можно с чрезвычайно высокой точностью устанавливать родство конкретных людей, выполнять идентификацию останков погибших людей. Эти возможности находят широкое применение в повседневной юридической практике. Сразу же после своего возникновения генная инженерия стала не только одним из самых перспективных направлений прикладной биологии, но также источником совершенно новых и глубоких этических, моральных и юридических проблем. Одним из ярких примеров такого рода проблем является вопрос о морально-этической оценке опытов по так называемому клонированию (созданию точной генетической копии) живых организмов.
|
||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-08; просмотров: 298; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 52.91.67.23 (0.031 с.) |