Ирина Богданова - Концепции современного естествознания. Шпаргалки
Аксиомы биологии, выведенные Б. М. Медниковым, позволяют разделить существующую природу на живую и не живую, то есть провести границу между жизнью и тем, что не является жизнью. К ним относятся следующие:
1. Все живые организмы должны состоять из фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающейся по наследству из поколения в поколение. Наследуется не структура, а описание структуры и инструкция по ее изготовлению. Жизнь на основе только одного генотипа или одного фенотипа невозможна, так как при этом нельзя обеспечить ни самовоспроизведения структуры, ни ее самоподдержания.
1. Генетические программы не возникают заново, а реплицируются матричным способом. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения, используется ген предыдущего поколения. Жизнь – это матричное копирование с последующей самосборкой копий.
2. В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате многих причин изменяются случайно и ненаправленно, и лишь случайно эти изменения оказываются приспособительными. Отбор случайных изменений не только основа эволюции жизни, но и причина ее становления, потому что без мутаций отбор не действует.
3. В процессе формирования фенотипа случайные изменения генетических программ многократно усиливаются, что делает возможным их селекцию со стороны факторов внешней среды. Из-за усиления в фенотипах случайных изменений эволюция живой природы принципиально непредсказуема.
75. Живые организмы как целостные системы
Биологической (живой) системой называется совокупность взаимодействующих элементов, образующих целостный объект с новыми качествами, не свойственными входящим в систему элементам.
Свойствами целостной (живой) системы являются: множественность элементов, наличие связей между ними и окружающей средой, согласованная организация их взаимоотношений как в пространстве, так и во времени для осуществления функций системы.
Жизнью в биологии называется высшая из природных форм движения материи, которая характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения.
К признакам живого организма относятся: сложная упорядоченная структура, получение энергии из внешней среды и использование ее на поддержание этой упорядоченности, способность изменяться и усложняться, активно реагировать на внешнюю среду, самовоспроизводиться на основе генетического кода.
Живая целостная система образуется в результате соединения составных элементов в порядке, сложившемся в процессе эволюции, и обладает следующими качествами :
– единство химического состава (углеродная жизнь с преобладанием 6 элементов – О, С, Н, Са, F, N и сложных полимеров);
– открытость системы (то есть использование внешних источников энергии для осуществления в организме метаболизма, основанного на процессах анаболизма и катаболизма – синтеза и распада веществ – для биосинтеза);
– способность к самоуправлению, саморегуляции, самоорганизации, самовоспроизведению;
– изменчивость (приобретение в ходе жизни новых качеств, полезных для приспособления к среде);
– способность к росту и развитию (на индивидуальном и видовом уровне – онтогенезу и филогенезу);
– раздражимость (реакция на внешние раздражители);
– целостность и дискретность одновременно (дискретность, поскольку система состоит из отдельных живых систем – клеток; целостность, поскольку живые системы взаимосвязаны).
Все признаки существуют только в совокупности, и ни один из них не является основным.
76. Уровни организации живых систем
В биологии рассматриваются три уровня существования живых систем: биологическая микросистема (молекулярный и клеточный уровни); биологическая мезосистема (тканевый, органный, организменный уровни); биологическая макросистема (популяционно-видовой, биоценотический, биосферный уровни).
Биологическая микросистема. Молекулярный уровень отличается тем, что состоит из отдельных признаков жизни, представляющих собой однотипные дискретные единицы, присущие всем живым организмам, – 20 аминокислот и 4 одинаковых основания, входящие в состав молекул нуклеиновых кислот. Биологическая энергия содержится в молекулах аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), наследственная информация – в молекулах дизоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в реализации генетической информации участвуют молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК).
Клеточный уровень представлен клеткой – самостоятельно функционирующей элементарной биологической единицей, присущей всем живым организмам, на уровне клетки происходят биосинтез и реализация наследственной информации; у одноклеточных организмов клеточный уровень совпадает с организменным.
Биологическая мезосистема. Тканевый уровень образует совокупность клеток с одинаковым типом организации, здесь наблюдается сходство между всеми живыми существами, это уровень всех многоклеточных организмов, отличающий их от одноклеточных. Органный уровень представлен совместно функционирующими клетками, относящимися к разным тканям, шесть основных тканей входят в состав органов всех животных и шесть основных тканей образуют органы у растений. Организменный уровень имеет огромное разнообразие форм, представляет многообразие организмов, относящихся к разным видам или в пределах одного вида, что объясняется усложнением комбинаций единиц низшего порядка.
Биологическая макросистема. Популяционный уровень представляет собой совокупность организмов одного вида, населяющих определенную территорию, то есть популяцию, которая является элементарной единицей эволюционного процесса. Биоценотический уровень включает исторически сложившиеся устойчивые сообщества популяций различных видов, связанных между собой и окружающей средой обменом веществ, энергии и информации. Биосферный уровень включает всю совокупность биогеоценозов и обуславливает все процессы, протекающие в биосфере.
77. Термодинамические процессы в живых системах
В классической термодинамике рассматриваются изолированные (замкнутые) или равновесные системы. Для замкнутых систем характерны простейшие расчетные уравнения, основанные на ряде характеристик: объем (V), работа (A), давление (P), температура (T), теплота (Q), внутренняя энергия тела (U). Для этих систем Т является производной от энергии, а запас энергии всегда имеет положительную величину, поскольку даже при Т = 0 К существует колебательное и вращательное движение молекул (то есть их тепловое движение).
Теплота является одной из форм энергии, которую получает или передает система, работа выражается равенствами А = F · S, A = P · V и определяется силой действия на систему, а внутренняя энергия тела состоит из суммы энергии атомов, молекул, электронов:
U = Uпоступ движ молек+ Uядер+ Ue + …
Ек и Еп данной системы в целом не учитывается. Классическая термодинамика сводится к двум началам термодинамики :
1) закону сохранения и превращения энергии (Q = U + A, где U – изменение внутренней энергии);
2) закону максимального роста энтропии при необратимых процессах до достижения системой равновесия
Живые системы не являются замкнутыми. Открытость системы – главное условие для ее существования, то есть если бы законы классической термодинамики выполнялись в открытых живых системах, они были бы обречены на смерть. Но этого не происходит, хотя законы термодинамики работают. Для живых систем в расчеты включается также и среда, с которой обменивается энергией живое существо, таким образом, термодинамические процессы существуют для единого комплекса: живая открытая система + внешняя среда = замкнутая система.
Согласно первому закону термодинамики получаемое организмом количество энергии существует в виде: а) выделяемого тепла; б) совершаемой работы или выделяемых веществ; в) теплоты сгорания веществ, синтезированных за счет энергии, поступившей извне.
Согласно второму закону термодинамики энтропия изменяется в ходе процессов, происходящих в самой живой системе при обмене веществом и энергией с окружающей средой, и не разрушает систему, а переходит во внешнюю среду; при высокой скорости роста энтропии организм погибает.
78. Теорема Пригожина для открытых термодинамических систем
По теореме Пригожина: в открытой термодинамической системе, предоставленной самой себе, при неизменных условиях прирост энтропии уменьшается до тех пор, пока она не достигнет стационарного динамического равновесия; в состоянии динамического равновесия прирост энтропии минимален.
