KSE6 (1153102), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Ее исследование помогает глубжеуяснить специфику живого.6.5. Клетка как «первокирпичик» живого, ее строение и функционирование.Механизм управления клеткойСвоего рода «первокирпичики» имеются на каждом из уровней организации материи.Так, на уровне, изучаемом физикой, такую роль играют кварки — мельчайшие изизвестных науке частиц вещества-поля, которые характеризуются тем, что даже спомощью самых совершенных приборов бывает трудно определить их точноеместонахождение.В сфере химических наук место «первокирпичиков» занимают уже более крупныечастицы — атомы. Из них состоят различные химические элементы. В отличие откварков — это более устойчивые, стабильные частицы.Есть подобная фундаментальная частица и в биологии — живая клетка.

Именно онаявляется мельчайшей системой, обладающей всей совокупностью свойств живого, в томчисле и свойством передавать наследственную информацию.Создание клеточной теории, основы которой были впервые изложены в 1838 г.немецкими учеными М. Шлейденом (1804-1881) и Т. Шванном (1810-1882), стало однимИЗ крупнейших достижений биологической науки XIX в.Основное положение клеточной теории состоит в утверждении, что все живыеорганизмы от одноклеточной амебы до человека состоят из клеток, сходных по своемустроению.Это положение стало еще одним свидетельством единства происхождения и развитиявсех видов живого.Многочисленные исследования в области цитологии — биологической науки,специально занимающейся исследованием живой клетки, показали, что все клетки имеютнекоторые общие свойства не только в строении, но и в функциях.

Так, все ониосуществляют обмен веществ, способны к саморегуляции своего состояния, могут передавать наследственную информацию.Вместе с тем выяснилось, что часть клеток являются высоко специализированными и,кроме того, они весьма многообразны. Они могут существовать как одноклеточныеорганизмы, а также в составе организмов многоклеточных, где их число может достигатьнескольких миллиардов, как, например, у человека.У клеток разный срок существования. В частности, некоторые клетки пищеводаотмирают у человека через несколько дней после появления, а нервные клетки могутсуществовать на протяжении всей человеческой жизни.

Жизненный цикл любой клеткизавершается или делением и продолжением жизни, но уже в обновленном виде, илигибелью.Разнообразны и размеры клеток: они колеблются от одной тысячной сантиметра до 10см.Специализированные группы клеток образуют различные ткани организма: нервную,мышечную и др. А несколько типов тканей формируют органы, сердце, легкие и т.д.Группы органов, связанные с решением каких-то общих задач, называются системамиорганизма.Многообразием функций клетки обусловлена ее сложная структура.

Клетка отделена отокружающей среды оболочкой, которая, будучи неплотной и рыхлой, обеспечивает еевзаимодействие с внешним миром — обмен с ним веществом, энергией и информацией.Обмен веществ, или метаболизм, клеток важнейшее свойство всего живого.Обмен веществ — сложный, многоступенчатый процесс. Он включает доставку вклетку исходных продуктов. Получение из них энергии и белков, выведение из клетки вокружающую среду выработанных полезных продуктов, энергии, а также «вредныхотходов производства».Метаболизм в свою очередь служит основой для другого важнейшего свойства клетки— сохранения стабильности, устойчивости ее внутренней среды. Это свойство клеток,также присущее всей живой системе, называют гомеоста- зом.Особое место в мире живого занимают вирусы.

Их иногда называют бесклеточнымиорганизмами, поскольку они не имеют четко выраженной клеточной структуры и существуют, проникая в другие клетки и паразитируя в них.Следует также отметить, что существуют и некоторые организмы с клеточнымстроением, которые не имеют типичной для большинства клеток структуры, напримерпрокариоты, не имеющие оформленного ядра. Исторически они являютсяпредшественниками вполне развитых, имеющих ядро клеток, так называемых эукариотов.К группе прокариотов, древнейших безъядерных клеток, относятся некоторые организмы,сохранившиеся и поныне, в частности бактерии, сине-зеленые водоросли и др.

Не имеяоформленного ядра, эти организмы тем не менее обладают нитями молекул нуклеиновыхкислот, которые у них, как и у всех других клеток, выполняют управленческую функцию;расположены эти нити не в ядре, а во внутриклеточной жидкости, цитоплазме.

Несмотряна относительную простоту организации, безъядерные клетки способны выполнять всесвойственные типичным клеткам функции, включая обмен веществ, поддержаниегомеостаза и т.п.Но каким же образом обеспечивается управление всем этим многоступенчатымпроцессом, происходящим в клетке?Исчерпывающего ответа на этот вопрос пока нет. Общепризнано, что все нитиуправления внутриклеточным обменом находятся в особых структурах, как правило,находящихся в ядре клетки в виде очень длинных цепей молекул нуклеиновых кислот. Ихисходной структурной единицей вляется ген. Ген представляет собой своего рода природное кибернетическое устройство, содержащее информацию, инструкции, коды,определяющие характер всей деятельности клетки, как по обмену веществ, так и посамовоспроизведению.

Именно гены обеспечивают важнейшие метаболические инаследственные функции клетки, как и всего организма в целом. О них остановимсяниже.Открытие в XX в. структуры и функционирования генетического аппарата клеткисыграло в развитии биологии такую же роль, как открытие атомного ядра в физике. Еслиоткрытие атомного ядра позволило человеку овладеть практически неисчерпаемымизапасами энергии, то открытие гена дало возможность людям вмешиваться в свойстваживой клетки, управлять механизмом наследственности и, наконец, практически решатьзадачи клонирования (копирования) живых организмов.Чрезвычайная сложность организации живой клетки является еще одним убедительнымдоказательством того, что даже клетка, не говоря уже обо всем мире живого, не могластать результатом единовременного акта творения, скорее всего это результатдлительного процесса биологической эволюции.6.6.

Ген и его свойства. Генетика и практикаСодержание теории эволюции сегодня невозможно представить без анализа роли в нейгенов, управляющих функционированием каждой клетки, каждого живого организма. Чтоже такое ген? Какова его роль в функционировании и развитии живых организмов?Ген (от греч. genos - происхождение) представляет собой мельчайшую единицунаследственности, которая обеспечивает преемственность в потомстве того или иногоэлементарного признака организма.У высших организмов ген входит в состав особых нитевидных образований —хромосом, находящихся внутри ядра клетки. Совокупность всех генов организмасоставляет его геном.

В геноме человека насчитывается около ста тысяч генов. Посвоим химическим характеристикам ген представляет собой участок молекулы ДНК (унекоторых вирусов — РНК), в определенной структуре которого закодирована та илииная наследственная информация. Каждый ген содержит некоторый рецепт, которыйобеспечивает соответствующий синтез определенного белка, и таким образомсовокупность генов управляет всеми химическими реакциями организма и определяет всеего признаки.

Важнейшим свойством гена является сочетание высокой устойчивости,неизменяемости в ряду поколений со способностью к наследуемым изменениям —мутациям, которые являются источником изменчивости организмов и основой длядействия естественного отбора.О невероятной сложности генетического устройства свидетельствуют следующиефакты:- геном бактерии Helicobacter, вызывающий язву желудка у человека, включает 1603 гена,содержащих более полутора миллиона единиц, или «букв», информации;- геном крошечного, живущего в почве червя Elegans состоит из 97 млн «букв»генетического кода;- геном человека, который удалось расшифровать в 2001 г., содержит около 100 тыс.генов, включающих около 3 млрд единиц информации, причем сбой, ошибка вфункционировании хотя бы одной из этих единиц может привести к тяжеломузаболеванию.Гены являются объектом изучения одной из наиболее перспективных отраслейбиологической науки — генетики.

Ее определяют как науку о наследственности иизменчивости организмов и практических методах управления ими. Она является основойдля разработки методов селекции, т.е. создания новых пород животных, видов растений,микроорганизмов с нужными человеку признаками.Быстрое развитие генетики в XX—XXI вв. объясняется рядом причин.— Огромной ролью, которую играет генетический материал в существовании живыхорганизмов. Как отмечалось выше, некоторые исследователи считают, и не без оснований,способность живых организмов передавать наследственную информацию главнымсвойством всего живого.— Динамизмом, изменчивостью генного материала, его способностью к мутациям,преобразованиям, перестройкам, что и является исходным фактором эволюции, развитияжизни, ее огромного разнообразия.— Открытием генетиками уже в конце XIX в.

определенной упорядоченности,законов, которым подчиняются механизмы наследственности, что и сделало возможнымцеленаправленное воздействие на эти механизмы, или селекцию животных и растений.Основой генетики стали законы передачи наследственной информации, отрытыечешским ученым Г. Менделем.

Эти закономерности были им обнаружены при проведении множества опытов по скрещиванию различных сортов гороха и четкосформулированы в 1866 г. в статье «Опыты над растительными гибридами». Однако этастатья осталась незамеченной научной общественностью. Не был знаком с нею и Ч.Дарвин. Только с начала XX в. законы Менделя, касающиеся механизманаследственности, стали по достоинству оцениваться как наиболее точные, количественноопределенные биологические обобщения.Главными направлениями исследований ученых-генетиков сегодня стали следующие:• дальнейшее исследование особенностей структуры тех предельно мелкихматериальных объектов — участков молекул нуклеиновых кислот, которые являютсяхранителями генетической информации каждого вида живого, единицаминаследственности. Крупнейшим достижением генетики на этом направлении сталарасшифровка американскими и английскими учеными на рубеже третьего тысячелетиягенома человека-,• более глубокое исследование механизмов и законов передачи генетическойинформации от поколения к-поколению, а также ее реализации в конкретные признаки исвойства организма, например в большую продуктивность животных или урожайностьсельскохозяйственных культур;• выяснение предпосылок и механизмов изменения генетической информации наразных этапах развития организма.Эти задачи решаются учеными на разных уровнях организации живой природы:молекулярном, клеточном, орга- низменном, популяционном.

Продвигаясь вперед,ученые- генетики в тесном контакте с практиками-селекционерами активно решаютзадачи выбора оптимальной системы скрещивания и эффективного метода отбора иуправления развитием наследственных признаков.Крупнейшее открытие современной генетики, как отмечалось, связано с установлениемспособности генов к перестройке, изменению. Эта способность называется мутированием (от лат. mutatio - изменение). Мутации могут иметь последствия троякого рода:они могут быть полезными, вредными или нейтральными. Одним из результатов мутацийможет быть появление организма нового вида — мутанта.Причины мутаций до конца не выяснены.

Характеристики

Список файлов лекций