28.Биохимия и биофизика молекулярного и клеточного уровня организации материи. Строение клетки как компартмента живого.

Биофи́зика (от др.-греч. βίος — жизнь, др.-греч. φύσις — природа):

• раздел биологии, изучающий физические аспекты существования живой природы на всех её уровнях, начиная от молекул и клеток и заканчивая биосферой в целом;

• это наука о физических процессах, протекающих в биологических системах разного уровня организации и о влиянии на биологические объекты различных физических факторов. Биофизика призвана выявлять связи между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов и биологическими особенностями их жизнедеятельности.

Обобщённо можно сказать, что биофизика изучает особенности функционирования физических законов на биологическом уровне организации вещества.

«Важнейшее содержание биофизики составляют: нахождение общих принципов биологически значимых взаимодействий на молекулярном уровне, раскрытие их природы в соответствии с законами современной физики, химии с использованием новейших достижений математики и разработка на основе этого исходных обобщённых понятий, адекватных описываемым биологическим явлениям»

Принцип компартментализации клеток эукариот постулирует о том, что биохимические процессы в клетке локализованы в определённых отсеках, покрытых оболочкой из бислоя липидов. Большинство органоидов в эукариотической клетке являются компартментами — митохондрии, хлоропласты, пероксисомы, лизосомы, эндоплазматический ретикулюм, ядро клетки и аппарат Гольджи. Компартменты в цитологии включают обособленные области в клетке, которые, как правило, окружены билипидным слоем мембраны.

29.Молекулярный уровень организации материи.

ина построена на признании объективно существующих процессов в качестве факторов и причин развития живого. Он объяснил объективно существующую целесообразность в строении и функционировании организмов, их взаимную приспособленность друг к другу. В основе дарвиновской триады лежат изменчивость, наследственность и естественный отбор.

Изменчивость

Первым звеном дарвиновской триады является одно из важнейших свой

30.Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем.

В 1858 году Ч. Дарвин и А. Р. Уоллес высказали мысль, что существующие виды не были созданы независимо друг от друга и не являются неизменными, но каждый вид, постепенно изменяясь, со временем может дать начало новому виду. То, что виды не постоянны, а изменяются или эволюционируют, не было новой точкой зрения. Однако новой была гипотеза, что естественный отбор – необходимый процесс, управляющий этими изменениями и контролирующий их. Концепция Дарвина построена на признании объективно существующих процессов в качестве факторов и причин развития живого. Он объяснил объективно существующую целесообразность в строении и функционировании организмов, их взаимную приспособленность друг к другу. В основе дарвиновской триады лежат изменчивость, наследственность и естественный отбор.

Изменчивость

Первым звеном дарвиновской триады является одно из важнейших свойств живой природы – изменчивость, т.е. разнообразие признаков и свойств у особей и групп особей любой степени родства. Двух одинаковых особей в природе не найдешь, даже в потомстве одной пары родителей особи всегда будут отличаться. Дарвин обращает внимание на большое разнообразие сортов растений и пород животных, предками которых является один вид или ограниченное число диких видов. Различия между отдельными сортами или породами одного вида бывают более значительными, чем между некоторыми дикими видами, родами или даже семействами. Показав широкий размах изменчивости домашних форм, Дарвин приводит неопровержимые доказательства изменения видов под влиянием условий существования. При этом он установил, что наследственная изменчивость – основа эволюционного процесса.

Изменчивость – это любые проявления неопределенности, стохастичности (случайности). Они составляют естественное содержание всех процессов микромира, но имеют место и на макроуровне. Изменчивость лежит в основе функционирования всех механизмов нашего мира на любом уровне его организации. Мир так устроен, что случайность и неопределенность – его объективные характеристики. Изменчивость же создает то поле возможностей, из которых возникает многообразие организационных форм. Но она также служит и причиной разрушения. Такова диалектика самоорганизации (синергетики). Одни и те же факторы изменчивости стимулируют как созидание, так и разрушение.

Наследственность

Следующим свойством живых систем после изменчивости является наследственность – свойство родителей передавать свои признаки потомкам, следующему поколению. Это свойство не абсолютно: дети никогда не бывают точными копиями родителей, но кошка приносит на свет всегда только котят, а из семян пшеницы вырастает только пшеница. В процессе размножения от поколения к поколению передаются не признаки, а код наследственной информации, определяющий лишь возможность развития будущих признаков в определённом диапазоне. Наследуется не признак, а норма реакции развивающейся особи на действие внешней среды.

Естественный отбор

Естественный отбор – единственный направленный эволюционный фактор, необходимый процесс, который управляет изменениями и контролирует их. В основе дарвиновской теории лежит факт весьма интенсивного размножения организмов. Если бы для размножения не было преград, то увеличение численности любого вида живых существ шло в геометрической прогрессии. Даже медленно размножающиеся организмы очень быстро заняли бы поверхность земного шара. Но этому размножению противостоят многочисленные препятствия, приводящие к огромной смертности, в особенности среди личинок и молоди. Во многих случаях смертность определяется врагами и паразитами, размножающимися параллельно увеличению численности тех организмов, которые служат им пищей. Таким образом, не только при наличии перенаселения, но и без него размножению любого вида организмов противостоят всевозможные препятствия. Таковыми являются: неблагоприятные влияния физических факторов, истребление врагами и паразитами, болезни, голод и т.д.

Организм встречает в этих факторах сопротивление не только увеличению своей численности, но и своему существованию. Только путем преодоления этого сопротивления данный вид может сохранить для себя и своего потомства место в фауне и флоре данной территории. Эту форму активности организма в обеспечении своей жизни и жизни своего потомства Дарвин назвал борьбой за существование. Здесь идет речь об активности организмов, направленной на поддержание своей жизни и на оставление потомства. Она выражается в конкуренции и пассивных формах соревнования. Главным остается результат. В некоторых случаях выживаемость вида обеспечивается массовостью потомков (рыба луна выметывает более 300 млн. икринок, из которых выживает несколько особей). В других случаях проявляется забота о потомстве, что приводит к большей выживаемости. Три основные формы борьбы за существование:

·         межвидовая;

·         внутривидовая;

·         борьба с неблагоприятными условиями среды.

Различают три главные формы отбора:

·  движущий;

·  стабилизирующий;

·  деструктивный.

При движущем, или центробежном, отборе большую вероятность оставить потомство имеют особи, изменившиеся по каким-нибудь признакам по сравнению со средней для данного вида нормой. Отбирается один тип отклонения от нормы. Так появляются на свет более устойчивые к антибиотикам бактерии, более быстрые зайцы, засухо- и морозоустойчивые растения. Это путь возникновения новых видов, лучше приспособившихся к условиям внешней среды, чем виды-родители.

Стабилизирующий, или центростремительный, естественный отбор сохраняет в популяции среднее значение признаков (норму) и не пропускает в следующее поколение наиболее отклонившихся от этой нормы особей. Это путь сохранения видов неизменными.

При деструктивном (деструкция – нарушение нормальной структуры чего-либо), или разрывающем, отборе отбирается не один, а несколько признаков отклонения от нормы (два или больше). Это путь дробления предкового вида на дочерние группировки, каждая из которых может стать новым видом. При этом единый прежде вид распадается на группировки (расы, формы), отличающиеся морфологически, по времени размножения или же по предпочитаемой пище. Человек применяет деструктивный отбор, выводя мясные и молочные породы рогатого скота, разные породы собак, сорта культурных растений и т.п.

Выделяют еще семейный, или групповой, отбор, когда преимущество в размножении получают не отдельные особи, а вся группа в целом. Так возникают приспособительные черты группового поведения муравейника, пчелиной семьи, табуна копытных или стаи обезьян.

Отбор бывает не только естественным, но и искусственным. Искусственный отбор – это способ, с помощью которого наряду с гибридизацией человек создает высокопродуктивные породы животных, сорта культурных растений. Темпы эволюции, управляемой человеком, гораздо быстрее, чем в природе. Это объясняется тем, что искусственный отбор гораздо эффективнее естественного: человек сохраняет только те организмы, которые ему нужны, а в природе большинство полезных мутаций лишь несколько увеличивает вероятность выживания и размножения.

Термин "искусственный отбор" не отождествляется с естественным. Высшие формы искусственного отбора явно отличны от естественного. Человек выбирает подходящие ему особи для размножения. Очень часто в природном отношении это уроды, например, болонка, которая в естественных условиях обречена на гибель.

Механизмы эволюции

Механизмы эволюции базируются на адаптациях (приспособление организмов к окружающей среде) и катастрофических явлениях.

Главная особенность катастрофических механизмов –неопределенность будущего, которая является следствием того, что будущее состояние системы при переходе ее характеристик через пороговое состояние определяется, прежде всего, случайностью, а она присутствует везде. Система как бы забывает свое прошлое. В этой точке происходит разветвление путей эволюции, и предсказать, по какой ветви пойдет развитие дальше, нельзя. Обратного хода эволюции уже нет (разбитая чашка, даже склеенная, есть разбитая чашка). Пороговые механизмы свойственны не только неживой природе, но и процессам, протекающим в мире живой природы и обществе.

Учеными, например, установлено, что на Земле более или менее регулярно происходит повышение солнечной активности, в результате которого резко меняются условия жизни на Земле, появляются мутанты (повышение фоновой радиации после Чернобыльской катастрофы также привело к резкому возрастанию числа мутантов). Повышение солнечной активности стимулирует быстрое вымирание старых видов растений и животных и появление новых. Поэтому катастрофические состояния биосферы – столь же естественные элементы эволюционного процесса, как адаптация и внутривидовая борьба.

Принцип А. Пуанкаре. Закон дивергенции

Реальные процессы развития дают целую гамму различных механизмов. Законы физики, химии и другие принципы отбора устанавливают определенные границы изменения состояния системы, определяют так называемые каналы, внутри которых и будут протекать эволюционные процессы. Однако множество случайных факторов стараются вывести системы за эти границы. Поток внутри канала следует механизму адаптационного типа, границы которого определены законами развития.

Смысл принципа А. Пуанкаре состоит в том, что если эволюционный поток выходит на перекресток – пересечение нескольких каналов эволюции, – возникает несколько вариантов дальнейшего развития эволюционного процесса. Характер развития качественно меняется и этих вариантов столько, сколько каналов эволюции выходит на перекресток. Выбор канала непредсказуем и неопределен. Какова будет новая организация системы – предсказать невозможно в принципе, так как выбор канала зависит от тех случайных факторов, которые неизбежно присутствуют в момент выхода системы на перекресток каналов эволюции.

Изложенная интерпретация характера эволюции делает наглядным один из общих законов самоорганизации материи – закон дивергенции, суть которого в следующем: процесс развития характеризуется непрерывным усложнением и ростом разнообразия организационных форм материи.