из электронной библиотеки / 264554655877873.pdf

160

Многие признаки организмов являются следствием взаимодействия нескольких неаллельных генов. Известно несколько различных видов взаимодействия неаллельных генов:

Дополнительное (комплементарное) – такой вид взаимодействия генов, когда для появления признака необходимо присутствие неаллельных генов А и В. эти гены называют дополнительными или комплементарными.

Эпистаз – взаимодействие генов, при котором один из них подавляет появление другого, неаллельного ему. Гены, которые подавляют действие других генов, называют генами-ингибиторами.

Полимерное действие генов, определяющее количественные признаки (рост, вес, плодовитость, интенсивность окраса и т.д.).

Плейотропность – зависимость нескольких признаков от одного гена. 4. Изменчивость – всеобщее свойство живых организмов приобретать

новые признаки по сравнению с другими особями того же вида. Различают два вида изменчивости:

Модификационная (фенотипическая) изменчивость – изменение признаков какого-либо организма, не являющееся следствием изменений структуры генов, не передаются из поколения в поколение. Пределы, в которых при этом может изменяться признак, называется нормой реакции. Этот вид изменчивости зависит от воздействия окружающей среды, демонстрирует, что до известной степени наследуется не признак, а способность организма проявить это признак в определенных условиях.

Наследственная изменчивость обусловлена изменениями в генетическом материале и является основой разнообразия живых организмов. Проявляется в двух формах – комбинативной и мутационной.

Комбинативная изменчивость возникает за счет перекомбинации генов в ходе полового процесса. Источники комбинативной изменчивости: случайность попадания материнских и отцовских хромосом в гаметы, кроссинговер, случайный характер встреч тех или иных гамет в процессе оплодотворения.

5. Мутация – это отдельное изменение в генотипе, возникающее за счет нарушений в строении отдельных генов, целых хромосом или числа хромосом. Поскольку мутации могут затрагивать генотип в различной степени, поэтому их можно делить на генные, хромосомные и геномные. Мутационные изменения возникают непредсказуемо, наследуются и передаются потомству, не имеют направленного характера, т.е. нельзя достоверно сказать, какой именно ген мутирует под действием данного мутагенного фактора.

Мутагенные факторы: ионизирующее и ультрафиолетовое излучения, повышенная температура, соединения из многих классов химических веществ, вирусы и др.

Мутации, произошедшие в первичных половых клетках или в гаметах называют генеративными. Мутации, произошедшие в других клетках тела, называют соматическими.

Мутации подразделяются на летальные, полулетальные, нейтральные и полезные. Летальные мутации приводят к гибели их обладателей,

161

полулетальные – резко ухудшают состояние организма и также рано или поздно привести к смерти. Нейтральные мутации теоретически не влияют на процессы жизнедеятельности в организме. Полезные мутации являются двигателем эволюционного процесса, приводя к появлению новых полезных признаков, и закрепляясь отбором, полезные признаки могут привести к появлению нового подвида и вида живых существ. Таким образом, мутации лежат в основе эволюции.

Тема 6.6. Развитие органического мира. Учение об эволюции

План:

1.Теория эволюции органического мира Ч. Дарвина.

2.Вид, его критерии.

3.Популяция – структурная единица эволюции.

4.Основные направления эволюционного процесса.

Список рекомендуемой литературы:

1.Горелов, А.А. Концепции современного естествознания: учебное

пособие / А.А. Горелов. – М.: Центр, 2003. – 208 с.

2.Естествознание 10-11классы: профильное обучение: учебное пособие / Л.Н. Харченко. – М.: Дрофа, 2007. – 223 с.

3.Каменский, А.А. Общая биология. 10-11 классы: учеб. для общеобразоват. учреждений / А.А. Каменский. – М.: Дрофа, 2008. – 367 с.

4.Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям / А.П. Садохин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. – 447 с.

5.Рузавин, Г.И. Концепции современного естествознания: учебник для студ. высших учебных заведений, обучающихся по гуманитарным специальностям / Г.И. Рузавин. – 3-е изд., стер. – М.: ИНФРА-М, 2012. – 270 с.

1. Эволюция – происходящий во времени необратимый процесс изменения какой-либо системы, благодаря чему возникает что-то новое, разнородное, на более высокой ступени развития, а также отмирает несовершенное.

Биологическая эволюция – это необратимое и в известной степени, направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, образованием и вымиранием видов, преобразованием биосферы в целом.

Основные принципы эволюционной теории Ч. Дарвина Сущность дарвиновской концепции эволюции сводится к ряду логичных,

проверяемых в эксперименте и подтвержденных огромным количеством фактических данных положений:

1. В пределах каждого вида живых организмов существует огромный размах индивидуальной наследственной изменчивости по морфологическим, физиологическим, поведенческим и любым другим признакам. Эта изменчивость может иметь непрерывный, количественный, или прерывистый качественный характер, но она существует всегда.

162

2.Все живые организмы размножаются в геометрической прогрессии.

3.Жизненные ресурсы для любого вида живых организмов ограничены, и поэтому должна возникать борьба за существование либо между особями одного вида, либо между особями разных видов, либо с природными условиями. В понятие «борьба за существование» Дарвин включил не только собственно борьбу особи за жизнь, но и борьбу за успех в размножении.

4.В условиях борьбы за существование выживают и дают потомство наиболее приспособленные особи, имеющие те отклонения, которые случайно оказались адаптивными к данным условиям среды.

Это принципиально важный момент в аргументации Дарвина. Отклонения возникают не направленно – в ответ на действие среды, а случайно. Немногие из них оказываются полезными в конкретных условиях. Потомки выжившей особи, которые наследуют полезное отклонение, позволившее выжить их предку, оказываются более приспособленными к данной среде, чем другие представители популяции.

5.Выживание и преимущественное размножение приспособленных особей Дарвин назвал естественным отбором.

6.Естественный отбор отдельных изолированных разновидностей в разных условиях существования постепенно ведет к дивергенции (расхождению) признаков этих разновидностей и, в конечном счете, к видообразованию.

На этих постулатах, безупречных с точки зрения логики и подкрепленных огромным количеством фактов, была создана современная теория эволюции.

Главная заслуга Дарвина в том, что он установил механизм эволюции, объясняющий как многообразие живых существ, так и их изумительную целесообразность, приспособленность к условиям существования. Этот механизм – постепенный естественный отбор случайных ненаправленных наследственных изменений.

2. Основной, элементарной и реально существующей единицей органического мира, или иначе – универсальной формой существования жизни, является вид (от лат. species – взгляд, образ). Вид – исторически сложившаяся совокупность популяций, особи которых обладают наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, могут свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство, приспособлены к определенным условиям жизни и занимают определенную область – ареал.

Особи, принадлежащие к одному виду, не скрещиваются с особями другого вида, характеризуются генетической общностью, единством происхождения. Вид существует во времени: он возникает, распространяется (в период расцвета), может сохраняться неопределенно долгое время в устойчивом, почти неизменном состоянии (реликтовые виды) или непрерывно изменяться. Одни виды со временем исчезают, не оставляя новых ветвей. Другие дают начало новым видам.

163

Вид – основная категория биологической классификации. Понятие «вид» впервые было введено в конце 17 в. английским ботаником Джоном Реем

(1627–1709).

Критерии вида.

Критерии вида – это признаки, по которым один вид можно отличить от другого, называют критериями вида.

1.Морфологический критерий – главный критерий, основанный на внешних различиях между видами животных или растений.

2.Географический критерий – основан на том, что каждый вид обитает в пределах определенного пространства (ареала).

3.Экологический критерий – предполагает, что каждый вид характеризуется определенным типом питания, местом обитания, сроками размножения, т.е. занимает определенную экологическую нишу.

4.Генетический критерий – заключает в себе главное свойство вида – его генетическую изоляцию от других. Животные и растения разных видов почти никогда не скрещиваются между собой.

По одному из критериев нельзя точно различать виды между собой. Определить принадлежность особи к конкретному виду можно только на основании совокупности всех или большинства критериев.

3.Особи, занимающие определенную территорию и свободно

скрещивающиеся между собой, называются популяцией. Популяция - совокупность особей одного вида, занимающих определенную территорию и обменивающихся генетическим материалом. Совокупность генов всех особей в популяции называется генофондом популяции. В каждом поколении отдельные особи вносят больший или меньший вклад в общий генофонд в зависимости от их приспособительной ценности. Неоднородность организмов, входящих в популяцию, создает условия для действия естественного отбора, поэтому популяция считается наименьшей эволюционной единицей, с которой начинается эволюционные преобразования вида. Популяция, таким образом, представляет собой надорганизменную формулу организации жизни, это единица эволюционного процесса. Популяция не является полностью изолированной группой. Иногда происходит скрещивание между особями различных популяций. Если какая-то популяция окажется полностью географически или экологически изолированной от других, то она может дать начало новому подвиду, а впоследствии и виду

4. Возникновение и эволюция биологических систем – исходная тема биологии. В соответствии с двумя основными мировоззренческими позициями

– материалистической и идеалистической – еще в древней философии сложились противоположные концепции происхождения жизни: креационизм и материалистическая теория происхождения органической природы из неорганической. Сторонники креационизма утверждают, что жизнь возникла в результате божественного творения, свидетельством чего является наличие в живых организмах особой силы, которая управляет всеми биологическими процессами.

164

Сторонники концепции происхождения жизни из неживой природы утверждают, что органическая природа возникла благодаря действию естественных законов. Позже эта позиция была конкретизирована в идее самозарождения жизни.

В19 веке была также выдвинута гипотеза вечного существования жизни

иее космического происхождения на Земле. В 1865 году немецкий врач Г.Рихтер высказал предположение, что жизнь существует в космосе и переносится с одной планеты на другую. В 1907 году шведский ученый С.Аррениус выдвинул схожую гипотезу, согласно которой зародыши жизни вечно существуют во Вселенной, движутся в космическом пространстве под влиянием световых лучей и, оседая на поверхности планеты, дают начало жизни. Эта гипотеза получила название панспермии. В начале 20 века идею космического происхождения биологических систем на Земле и вечности существования жизни в космосе развивал русский ученый В.И.Вернадский.

Всовременной науке принята гипотеза абиогенного (небиологического) происхождения жизни под действием естественных причин в результате длительного процесса космической, геологической и химической эволюции - абиогенез.

Абиогенная концепция не исключает возможности существования жизни в космосе и ее космического происхождения на Земле. Выделяют следующие этапы эволюции жизни на земле:

Химическая эволюция После возникновения Земля представляла собой раскаленный шар.

Постепенное остывание планеты способствовало тому, что тяжелые элементы перемещались к ее центру, а легкие постепенно скапливались на поверхности. Легкие элементы – кислород, углерод, азот и водород – стали взаимодействовать друг с другом, и в ходе дальнейшей химической эволюции появились различные органические соединения.

Врезультате этих химических реакций образовались различные углеводородные соединения.

2. Появление белковых веществ Присутствие в водах первичного океана большого числа углеродных

соединений привело к возникновению концентрированного «органического бульона», в котором осуществлялся дальнейший процесс синтеза сложных органических молекул – белков и нуклеиновых кислот – из достаточно простых углеродных соединений.

Одним из условий для синтеза сложных органических молекул – биополимеров – является высокая концентрация исходных веществ. Предполагается, что необходимые условия сложились в результате осаждения простых органических молекул на минеральных частицах.

Кроме того, для синтеза биополимеров необходимо наличие бескислородной среды, так как кислород, являясь сильным окислителем, разрушил бы исходные органические соединения. Первичная атмосфера земли

165

носила восстановительный характер. Она была насыщена инертными газами – гелием, неоном, аргоном, водородом, аммиаком, азотом.

Возможность абиогенного синтеза биополимеров – белковых молекул была доказана в середине 20 века. В 1953 году американский ученый С.Миллер смоделировал первичную атмосферу Земли и синтезировал жирные кислоты, уксусную и муравьиную кислоты, мочевину и аминокислоты путем пропускания электрических разрядов через смесь инертных газов. Таким образом, было продемонстрировано, как под действием абиогенных факторов возможен синтез сложных органических соединений.

Согласно гипотезе русского ученого А.И.Опарина, высказанной им в 1924 г. разрозненные органические соединения способны образовывать коацерватные капли.

Коацерваты уже обладают рядом свойств, которые объединяют их с простейшими живыми существами. Они способны поглощать вещества из окружающей среды, вступать во взаимодействие друг с другом, увеличиваться в размерах и т.п. Однако коацерваты не способны размножаться.

Формирование у органических соединений способности к самовоспроизводству

Началом жизни следует считать возникновение стабильной самовоспроизводящейся органической системы с постоянной последовательностью нуклеотидов. Только после возникновения таких систем можно говорить о начале биологической эволюции. Одну из версий перехода от предбиологической к биологической эволюции предлагает немецкий ученый М.Эйген. Согласно его гипотезе возникновение жизни объясняется взаимодействием нуклеиновых кислот и протеинов. Нуклеиновые кислоты являются носителями генетической информации, а протеины служат катализаторами химических реакций. Возникает замкнутая цепь – гиперцикл, в котором процессы химических реакций самоускоряются за счет присутствия катализаторов.

Таким образом, жизнь на Земле возникла абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого.

Тема 6.7. Основы экологии

План:

1.Среда обитания организмов и ее факторы.

2.Основные типы экологических взаимодействий.

3.Экологические сообщества.

Список рекомендуемой литературы:

1.Горелов, А.А. Концепции современного естествознания: учебное пособие / А.А. Горелов. – М.: Центр, 2003. – 208 с.

2.Естествознание 10-11классы: профильное обучение: учебное пособие / Л.Н. Харченко. – М.: Дрофа, 2007. – 223 с.

3.Каменский, А.А. Общая биология. 10-11 классы: учеб. для общеобразоват. учреждений / А.А. Каменский. – М.: Дрофа, 2008. – 367 с.

166

4.Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям / А.П. Садохин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. – 447 с.

5.Рузавин, Г.И. Концепции современного естествознания: учебник для студ. высших учебных заведений, обучающихся по гуманитарным специальностям / Г.И. Рузавин. – 3-е изд., стер. – М.: ИНФРА-М, 2012. – 270 с.

1.Термин «экология» был предложен в 1866 г. немецким биологом Эрнестом Геккелем. В более общем смысле экология – наука, изучающая взаимоотношения организмов и их сообществ с окружающей средой обитания.

Вкачестве самостоятельной науки экология сформировалась лишь в ХХ веке. В период своего возникновения она была составной частью биологии. Современная экология – универсальная, бурно развивающаяся, комплексная наука, имеющая большое практическое значение для всех жителей нашей планеты. Она тесно переплетается с целым рядом смежных наук, прежде всего таких, как биология, география, геология, физика, химия, генетика, математика, медицина, агрономия, архитектура и др. Экология – наука будущего, и, возможно, само существование человека будет зависеть от прогресса этой науки. Первый закон экологии гласит: «Что бы мы ни делали в природе, все вызывает в ней те или иные последствия, часто непредсказуемые».

Все то, что окружает живое существо в природе, называют средой обитания. На Земле существует четыре основные среды обитания: водная среда, наземно-воздушная, почвенная и среда, образуемая самими живыми организмами. Все факторы среды подразделяются на три основные группы – абиотические (климатические (температура, влажность и т.д.) и местные (рельеф, течения, свойства почвы и др.)), биотические (всевозможные формы влияния живых организмов друг на друга) и антропогенные. Любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы, которые имеют разную толерантность – способность выдерживать изменения условий жизни. Приспособление строения и жизнедеятельности организма к воздействию тех или иных экологических факторов представляет собой адаптацию организмов к условиям окружающей среды.

Закон минимума: успешную жизнедеятельность организма ограничивает экологический фактор, количество и качество которого близки к минимуму, необходимому организму. Факторы, сдерживающие развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностями, называются лимитирующими.

Экологическая ниша определяется совокупностью всех жизненных условий, необходимых для существования того или иного вида, а также его ролью в биологическом сообществе. Экологические ниши совместно живущих видов могут частично перекрываться, но полностью никогда не совпадают, так как при этом вступает в действие закон конкурентного исключения и один вид вытесняет другой. В то же время нередко один и тот же вид может занимать различные ниши в разных местообитаниях или географических районах. Кроме

167

того, один и тот же вид в разные периоды развития может занимать различные экологические ниши.

2. Типы экологических взаимодействий: Нейтральные:

Нейтрализм: организмы не влияют друг на друга; Вредно-нейтральные:

Аменсализм: для одного из совместно проживающих видов влияние другого отрицательно (светолюбивые травы, растущие под елью);

Полезно-нейтральные:

Комменсализм: один вид получает какое-либо преимущество, выгоду, не принося другому ни вреда, ни пользы (крупные млекопитающие разносят семена и плоды с зацепками). Разновидности: нахлебничество – потребление остатков пищи хозяина (песец и белый медведь), сотрапезничество – потребление разных веществ или частей из одного и того же ресурса (почвенные бактерии-сапрофиты и высшие растения) и квартиранство – испльзование одними видами других в качестве убежища или жилища (мхи и деревья);

Взаимополезные:

Симбиоз: неразделимые взаимополезные связи двух видов, предполагающие обязательное тесное сожительство организмов (грибы+водоросли=лишайник);

Протокооперация: совместное существование выгодно для обоих видов, но не обязательно для них (пчелы и цветы);

Мутуализм: устойчивое взаимовыгодное сожительство двух организмов разных видов (кедровка и кедровая сосна);

Полезно-вредные:

Хищничество: представители одного вида поедают представителей другого;

Паразитизм: организмы одного вида живут за счет питательных веществ или тканей организма другого вида в течение определенного времени;

Взаимовредные:

Конкуренция. Разновидности: межвидовая, внутривидовая.

3. Популяция – группа одновидовых организмов, совместно населяющих определенные участки и связанных между собой различными взаимоотношениями, которые обеспечивают им устойчивое существование в данной природной среде. Демографические характеристики популяции: обилие, плотность, рождаемость, смертность, возрастная структура. Взаимодействие популяций определяет характер функционирования следующего, более высокого уровня организации живого – биотического сообщества, или биоценоза.

Биогеоценоз – исторически сложившаяся совокупность живых организмов (биоценоз) и абиотической среды вместе с занимаемым ими участком земной поверхности (биотопом). Это элементарная природная

168

экосистема – сообщество живых существ вместе с его физической средой обитания, функционирующее как единое целое.

Все природные экосистемы связаны между собой и вместе образуют живую оболочку Земли, которую можно рассматривать как самую большую экосистему. Эта экосистема называется биосферой.

Структура любого сообщества определяется соотношением различных групп организмов, различающихся по систематическому положению, по роли, которую они играют в процессах переноса энергии и вещества, по месту, занимаемому в пространстве в пищевой, или трофической, сети, либо по иному признаку, существенному для понимания закономерностей функционирования естественных экосистем.

Экологические проблемы, существующие сегодня, являются следствием неразумной хозяйственной деятельности человека. Развивающиеся промышленные производства, энергетика, сельское хозяйство могут при несоблюдении экологических требований сильно загрязнять окружающую среду.

Под биосферой понимают тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера находится на стыке литосферы, гидросферы и атмосферы, располагаясь в диапазоне от 11 км в глубь Земли до 33 км над Землей. Живые организмы, включающие в себя все известные химические элементы, в процессе жизнедеятельности осуществляют превращение энергии. Все живое разделено на пять царств: бактерии, водоросли, грибы, растения и животные.

Современная наука считает, что примерно 1 млрд лет назад произошло разделение живых существ на царства растений и животных. Различия между ними можно разделить на три группы: 1) по структуре клеток и их способности к росту; 2) по способу питания; 3) по способности к движению. У животных клеток есть центриоли, но нет хлорофилла и клеточной стенки, мешающей изменению формы. Большинство растений необходимые для жизни вещества получают в результате поглощения минеральных соединений. Животные питаются готовыми органическими соединениями, которые создают растения в процессе фотосинтеза. Классификация растений и животных построена в соответствии с их отличительными признаками. Основной структурной единицей был признан вид, а более высокие уровни составили последовательно род, отряд, класс.

На Земле существует 500 тыс. видов растений и 1,5 млн видов животных, в том числе позвоночных – 70 тыс., птиц 16 тыс., млекопитающих – 12 540 видов. Подобная систематизация различных форм жизни создала предпосылки для изучения живого вещества как целого, что впервые осуществил выдающийся русский ученый Владимир Иванович Вернадский в своем учении о биосфере. Основные выводы учения Вернадского о биосфере сводятся к следующему:

169

Принцип целостности утверждает, что биосфера, жизнь существуют как единое целое. Жизнь является необходимой и закономерной частью стройного космического механизма.

Принцип гармонии биосферы заключается в ее организованности, стройности, неразрывной связи в ней живых и неживых компонентов.

Принцип значительности роли живого в эволюции Земли утверждает, что на земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей и более могущественной по своим конечным последствиям, чем организмы, взятые в целом. Облик Земли как небесного тела фактически сформирован жизнью.

Основная роль биосферы состоит в трансформации солнечной энергии

вдейственную энергию Земли. Космическая энергия вызывает развитие жизни, которое достигается размножением.

Правило инерции заключается в распространении жизни по земной поверхности из-за проявления ее геохимической энергии. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные.

Закон бережливости в использовании живым веществом простых химических тел утверждает, что раз вошедший в организм элемент проходит длинный ряд состояний и при этом организм вводит в себя только необходимое количество элементов.

Пределы жизни определяются физико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их неразрушимостью в определенных условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организмов. Верхний предел жизни обусловливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Например, интервал температуры жизни в 430° (от -250 °С до +180 °С) является предельным тепловым полем.

Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат приспособленности в ходе времени.

РАЗДЕЛ VII. ФЕНОМЕН ЧЕЛОВЕКА В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

Тема 7.1. Человек как био-психо-социальное существо

План:

1.Положение человека в системе животного мира.

2.Сущность человека. Биологическое, психическое и социальное в человеке.

3.Сущность и истоки человеческого сознания.

4.Этология о поведении человека.

Список рекомендуемой литературы:

1. Горелов, А.А. Концепции современного естествознания: учебное пособие / А.А. Горелов. – М.: Центр, 2003. – 208 с.