Современная биологическая картина мира

Горбатов В.В.

http://www.slideshare.net/Gorbatov

Содержание

Становление генетики как науки Синтетическая теория эволюции Особенности живых систем Основные уровни организации живого Возникновение жизни на Земле Антропосоциогенез Глобальный эволюционизм Синергетика

1. Становление генетики как науки

1900: переоткрытие законов Менделя Х.Де Фриз К.Корренс Э.Чермак

Кризис дарвинизма, проблема соотношения с менделизмом

Мутационная теория (Х. де Фриз)

Генетический преформизм (У.Бэтсон)

Хромосомная теория наследственности

Т.Х.Морган, К.Бриджес, А.Г. Стёртевант, Г.Дж. Меллер Гены локализованы в

хромосомах Преемственность через

передачу хромосом Для нормального развития

необходимо наличие всех хромосом

Диплоидный набор хромосом во всех клетках тела

2. Синтетическая теория эволюции

С.Четвериков, Р.Фишер, Н.Тимофеев-Ресовский, С.Райт, Дж.Холдейн и др.

Э – это векторизованный процесс изменения дискретных форм живых организмов, характеризуемый адаптациями к абиотической и биотической среде и связан-ными с ними усложнением и дифференциацией

С.С.Четвериков

Основные принципы СТЭ

Элементарной единицей эволюции является не индивид и не вид, а популяция

Элементарный эволюционный материал – мутации (мелкие дискретные изменения наследственности) и рекомбинации генов

Наследственное изменение популяции обусловлено 4-мя основными факторами: Мутации Популяционные волны Изоляция Естественный отбор

Виды естественного отбора

Движущий

Стабилизирующий

Дизруптивный

Ограниченность СТЭ

СТЭ описывает эволюцию только высших бисексуальных диплоидных организмов (а как объяснить партеногенез?)

Открытие синтезогенеза (слияние генофондов различных видов) Объясняет происхождение эукариот от прокариоти-

ческой клетки, происхождение фотосинтезирующих растений

СТЭ не дает пока удовлетворительного объяснения некоторым явлениям макроэволюции (параллелизм, конвергенция, аналогия, гомология и др.)

Р.Гольдшмидт: макроэволюция должна осуществляться через макромутации Например, именно хромосомная мутация обеспечила

репродуктивную изоляцию человека (23 пары хромосом) от его ближайших родичей (24 пары)

Открытия молекулярной биологии

О.Эвери (1944): носителем свойства наследственности является ДНК

М.Крик, Дж.Уотсон (1953): ДНК состоит из двух комплементарных полинуклеатидных цепей

Выяснение роли транспортной и информационной РНК

Расшифровка генетического кода Синтез гена Теоретическое решение проблемы

биосинтеза белка Открытие «молчащих» и «прыгающих»

генов

Геноцентрический взгляд на эволюцию Зародившиеся в первичном

«бульоне» молекулы-репликаторы строят себе «машины для выживания» — фенотипы

Особь эволюционирует для того, чтобы максимизировать количество копий своих генов, взятых в общем

Развитие популяций стремится к эволюционно стабильным стратегиям

Схожим образом ведут себя «мемы» культуры

Р.Докинз, 1976: «Эгоистичный ген»

3. Особенности живых систем

Обмен веществ Подвижность Раздражимость Рост Размножение Приспособляемость

Саморегуляция

Имманентное свойство биоло-гических систем автоматически поддерживать на некотором необходимом уровне параметры протекающих в них процессов

У.Кеннон: принцип гомеостаза (динамического равновесия)

Обратная связь Положительная Отрицательная

Уолтер Кеннон

«Жизненная субстанция»?

Витализм: «жизненная сила», «порыв» Х.Дриш: «энтелехия» Ф.Энгельс: «жизнь есть способ

существования белковых тел» Пять оснований Два углевода Один фосфат

Нуклеиновые кислоты (20 из 100 известных)

Белки, синтезируемые с их помощью

Молекулярная хиральность живого

Все органические аминокислоты являются левовращающими изомерами (Пастер)Магнитное поле Земли?Воздействие поляризованного света?Синтез органических веществ на

поверхности асимметрических кристаллов (типа кварца)?

4. Уровни организации живого

Молекулярный Субклеточный Клеточный Органотканевый Организменный Популяционный Видовой Биоценотический Биогеноценотический Биосферный

Организменный уровень

Одноклеточные Прокариоты Эукариоты

Многоклеточные

Автотрофы Фототрофы Хемотрофы

Гетеротрофы

Биогеноценотический уровень

Биогеноценоз (экосистема) – взаимообусловленный комплекс живых и абиотических компонентов, связанных между собой обменом вещества и энергии

Пищевые цепи (продуценты – редуценты – консументы) У каждого звена есть своя потенциальная энергия В процессе питания потенциальная энергия пищи

переходит к её потребителю При переносе потенциальной энергии от звена к

звену до 80-90 % теряется в виде теплоты Длина цепи обычно не превышает 4-5 звеньев

Биосферный уровень

Биосфера (термин Э.Зюсса) Вернадский: биосфера как

геологическая сила Живое вещество Косное вещество (минералы,

атмосфера и т.п.) Биокосное вещество (почвы,

поверхностные воды и т.п.) Переход в ноосферу

В.И.Вернадский

Параметры биосферы

Толщина слоя – около 40 км.

Общая масса живого вещества – 2х1012 т.

Более 90% из них – наземная растительность

Ноосфера

Термин Э.Леруа; Тейяр де Шарден – религиозное истолкование

Вернадский: человечество как в новая геологическая сила, своей мыслью и трудом преобразующую лик планеты (ноосфера)

Оно в целях своего сохранения должно будет взять на себя ответственность за развитие биосферы

Необходимость соответствующей социальной организации и новой, экологической и одновременно гуманистической этики

Пьер Тейяр де Шарден

5. Возникновение жизни на Земле

Жизнь возникла более 3,8 млрд. лет назад

Эмпедокл, Аристотель: идея самозарождения

Ф.Реди: «живое только от живого» Г.Рихтер: гипотеза «космозоев» С.Аррениус: теория «панспермии»

Теория Опарина-Холдейна

Спонтанное образование аминокислот в условиях «молодой Земли» (атмосфера из метана, углекислого газа, циановодорода и молекулярного водорода) А.И. Опарин

Дж.С.Холдейн

Аминоксилоты объединяются в короткие молекулы белков

Склеивающиеся белки образуют сгустки – «коацерваты»

Возникновение жизни по Опарину

Развитие органического мира

Кайнозой

Мезозой

Палеозой

Протерозой Архей

6. Антропосоциогенез

Возникнове-ние человека и общества – целостный взаимообус-ловленный процесс

«Гоминидная триада» Прямохождение

Миоценовое похолодание? Гипотеза «озерного человека»? Новая стратегия размножения?

Развитие кисти Сильное запястье Противопоставление большого пальца Широкие конечные фаланги

Развитие мозга Большие общие размеры мозга Развиты зоны Брока и Вернике Большие нижняя теменная и лобная доли

Основные вехи антропогенеза

Современный человекНеандерталецПитекантропHomo HabilisАвстралопитек

Австралопитек

Австралопитки регулярно использовали палки и камни

В раскопках встречаются раздробленные кости животных и грубо обработанные каменные орудия

Homo Habilis (2-2,5 млн. лет назад).

«Человек умелый» уже развернул активную «индустрию» каменных орудий

Однако по строению мозга хабилисы существвенно от австралопитеков не отличались Не развиты центры Брока

и Вернике, отвечающие за артикуляцию и понимание речи

Homo Erectus (1-1,5 млн. лет назад).

АРХАНТРОПЫ (500-300 тыс. лет назад): питекан-тропы, синантропы Синантропы уже

использовали огонь Интересно, что возле самых

первых следов использования огня лежат раздробленные и отчетливо обожженные человеческие кости

Расселение Homo Erectus

Орудийный труд

«Труд сделал из обезьяны человека» Резко усложнил отношения со

средой• Зрение, сознание, хиральность

Структурировал отношения в коллективе

• Распределение функций в группе

Повысил интенсивность и содержательность общения

• Развитие экстрасоматических каналов коммуникации

Ф.Энгельс

Homo Sapiens (200-300 тыс. лет назад)

ПАЛЕОАНТРОПЫ (200-35 тыс. лет назад): Неандертальцы, Кроманьонцы

НЕОАНТРОПЫ (40 тыс. лет назад).

Родовые черты человека: Интеллект Коллективизм Внутривидовая агрессия (?)

Методологические ориентиры неклассической биологии ХХ в.

Укрепление связи с точными и гуманитарными науками

Развитие междисциплинарных исследований

Программирующая роль по отношению к медицине, с/х, экологии и пр.

Возрастание ответственности ученого Внедрение ценностных подходов,

усиление мировоззренческой функции Природа человека Жизнь как космический феномен

7. Глобальный эволюционизм Вселенная – развивающееся во времени

природное целое Вся история Вселенной от Большого

Взрыва до возникновения человечества есть единый процесс: Космологическая эволюция Химическая эволюция Биологическая эволюция Социокультурная эволюция

Основные принципы глобального эволюционизма

Всеобщая изменчивость, порождающая избыточность «эволюционного материала»

Направленность развития мирового целого на повышение своей структурной организации; необратимость

Ускорение и усложнение механизмов действия эволюции на каждом этапе

Антропный принцип теоретическое и мировоззренческое обоснование

программ и проектов будущей космической деятельности человеческой цивилизации

Глобальные проблемы современного человечества

Глобальные проблемы Затрагивают все человечество Для своего решения требуют коллективных

действия всего человечества Основные виды ГП:

Социальные Природно-социальные Антропо-социальные

Стратегия «коэволюции»

8. Синергетика как новое миропонимание

Изучение процессов самоорганизации и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной природы

И.Пригожин (Брюссель)

Г.Хакен (Штутгарт)

Примеры самоорганизации

Ячейки Бенара (1900)

«Химические часы» Белоусова-Жаботинского (1951)

Характеристики самоорганизующихся систем

Открытость Закрытая система должна в конечном итоге

прийти к состоянию с максимальной энтропией Нелинейность

В точке равновесия система обладает максимальной энтропией и поэтому не способна к какой-либо организации

Диссипативность Хаос как фактор самоорганизации

Положительная обратная связь А не только отрицательная

Нарушение симметрии В т.ч. необратимость во времени

Основные понятия синергетики

Аттрактор – множество точек в фазовом пространстве динамической системы, к которым стремятся траектории системы Странный аттрактор – малая неточность в

начальных данных через некоторое время может привести к сильному расхождению прогноза с реальной траекторией

Динамический хаос – непредсказуемость траектории в детерминированных динамических системах Не путать со стохастическим хаосом

Точка бифуркации – критическое значение при изменении «управляющей» переменной

«Эффект бабочки» (Э.Лоренц)

«Бабочка, взмахивающая крыльями в Айове, может вызвать лавину эффектов, которые могут достигнуть высшей точки в дождливый сезон в Индонезии»

Небольшие различия в начальных условиях рождают огромные различия в конечном явлении

Мир нелинейных систем

Системы устойчивые (1), ограниченно устойчивые (2) и неустойчивые (3)