Реферат: Биология в 21 веке

Вбиологии произошло несколько событий, которые позволили абсолютно по-новомуподойти к исследованию сущности жизни. Самое главное – ученые научились читать генетическуюинформацию. Прочли гены уже многих бактерий, некоторых растений и простейшихживотных, практически прочитали геном человека. Здесь еще остались сложные, нов основном математические, технические проблемы. Когда объявили, чторасшифрован геном человека, имелось в виду, что получен «буквенный текст».Сейчас появились методы, позволяющие быстро читать такие тексты.

Все,что заложено в нашей генетике, закодировано сочетаниями «букв», каждая изкоторых состоит из трех «символов». Символы, так называемые нуклеотиды, обозначаютсякак  А, Г, Т и Ц. Это довольно простые молекулы. Тройки этих символов образуютбуквы, их двадцать штук. Каждая буква кодирует некоторую аминокислоту. Однакосамое интересное  — узнать, что означает каждая фаза этого текста. Например,фаза может быть кодом некоторого белка – в одном белке обычно от ста до тысячиаминокислот.

Закодированытам и функции организма в целом – но более сложным способом. Есть специальныефазы, которые определяют, как сложатся клетки, когда должна умереть даннаяклетка, когда другая должна возникнуть и т. д.

Ночтобы закодировать все свойства организма в одной молекуле, нужно колоссальноесжатие информации. Молекула ДНК очень длинная, иногда в десятки сантиметров(!), а размер одного символа – один нанометр. У нас десяток таких молекул, убактерии- одна. Давно просчитано, что там можно записать все, что нужно.

Ужеизвестно, как записаны, например, белки, сбраживающие сахар у нас в кишечнике.Сегодня мы имеем полную библиотеку всего текста, который содержится в каждойживой клетке. Поняты отдельные его фрагменты – в основном то, что относится кбиохимии клетки. Но есть и текст, вообще не имеющий смысла – с нашей,современной точки зрения. Может быть, некоторые места в конце концов так и небудут поняты.

Частоприходится слышать, что некие квантовые эффекты играют существенную роль припередаче генетической информации, но никаких научных данных за этим нет, естьтолько вера. Пока нет никаких оснований считать, что репликация ДНКобеспечивается чем-то, кроме обычной химии. Делается зеркальная копия этоймолекулы, а потом копия копии, и возникает молекула, тождественная исходной.ДНК – это единственная саморазмножающаяся молекула в нашем организме.

Какиеже задачи будет решать биология в 21 веке ?

Восновном биологи считают, что первая задача это старение. Здесь две точкизрения. Одна – общепринятая, что старение – это поломка сложной системы,которая рано или поздно должна произойти. Но Вейсманом (Weismann)в конце 19 века была высказана другая точка зрения – что смерть была придуманаэволюцией для того, чтобы выбраковывать ненужные особи, чтобы быстрее сменялисьпоколения, чтобы популяция не засорялась монстрами ( чем старше организм, тембольше вероятность, что он родит уродливое потомство ). Чтобы все этопредотвратить, была – специально! – придумана смерть в результате старения.

Первыеуказания в пользу вейсмановской точки зрения уже есть. Обнаружены такие гены,при поломке которых существо живет дольше. Есть такой червячок, у которогоудалось вышибить два определенных гена – и его жизнь удлинилась в шесть раз. В1999 году был проделан опыт на мышах: им испортили ген ( это называется нокаутгена ), который кодирует так называемый белок р66 , — ипродолжительность жизни подопытных особей возросла на 30 процентов.

Естьи много других интересных задач. Одну из них лучше всех сформулировал ИльяИльич Мечников: « Человек, явившийся в результате длинного цикла развития,носит в себе явные следы животного происхождения. Приобретя неведомую вживотном мире степень умственного развития, он сохранил многие признаки,оказавшиеся ему не только не нужными, но прямо вредными». Вот это была идеявсей его жизни. Мечников считал, что старение происходит оттого, что в нашемтолстом кишечнике есть вредные бактерии. У него была простая идея, что толстыйкишечник изобретен эволюцией, чтобы испражняться реже. Птичка все эти дела делаетна лету, ей это не мешает, и у нее нет толстого кишечника. Но когда заяцубегает от волка и вдруг по дороге присядет – волк его настигнет, а если волкзаймется этим в погоне за зайцем, он его упустит. Мечников был одержим идеейбактериальных токсинов, которые порождаются бактериями, живущими в толстомкишечнике. Впоследствии оказалось, что токсины такие есть – но не из-за них мыстареем. Мечников же предлагал просто удалять толстый кишечник! Говорил, что вычаще будете ходить в туалет, зато будете жить гораздо дольше.

Ноон абсолютно прав, в том, что мы унаследовали от неразумной природы ужененужные нам эволюционные механизмы. Старение – как раз один из них.

Естьеще очень интересная задача для наступившего века – решение проблемы старениягенетического материала. У бактерий генетический материал имеет форму кольца.Когда нужно сделать копию, на эту кольцевую молекулу в определенных местахможет сесть определенный белок, фермент, который по ней ползет и наращивает еекопию. Естественно, у него при этом всегда и справа и слева есть молекула ДНК,ведь она же кольцевая. А когда появились так называемые эукариоты, болеесложные клетки, то ДНК разорвалась, она стала линейной. Но поразительно, что«копирующий» механизм остался прежним. Он по-прежнему работает только тогда,когда у него и справа и слева есть генетический материал. Соответственно, самыйкончик молекулы ДНК не копируется. Этот переход случился сотни миллионов летназад. За это время возникло множество других ферментов, изменились старыеферменты – но вот этот механизм почему-то остался прежним.

Поэтомукаждая следующая копия короче предыдущей. Как если бы писарь, переписываякнигу, всегда ленился переписать последнюю страничку. И это продолжаетсямиллионы лет… Как же природа из этого выпуталась? Она стала наращивать на концымолекулы ДНК некий бессмысленный текст, который делается совершенно иначе, безучастия фермента. От того, что этот текст обтрепывается, никому ни тепло нихолодно. У эмбриона работает специальный белок, наращивающий бессмысленные участки.Потом, когда эмбрион рождается, этот фермент – почему-то – прекращает работать.И мы начинаем стареть.  А в раковых клетках – наоборот, фермент активируется иначинает наращивать кончики.

Возникаетвопрос, почему же эволюция допустила такое безобразие? Самая ценная молекула –и такая неточность считывания. Недавно американский биолог Джефф Боулз (Jeff Bowles) выдвинул такую идею: разрыв кольца и былизобретением смерти от старости. Так природа изобрела старение (бактерии же нестареют). Отсюда мы выходим на проблему рака совсем с другой стороны: можетбыть, если удастся убить этот фермент, мы победим раковую опухоль. Вот опятьвернулись к теме старения, но если даже гипотеза Вейсмана неправильна, то можетбыть, рак удастся излечить исходя из этой философии.

Вообще,в биологии сейчас происходят удивительные вещи. Не так давно, у бактерий былобнаружен самый настоящий электромотор. Оказалось, что они вращают жгутики засчет разности потенциалов на оболочке. Это не образное выражение, там самыйнастоящий электродвигатель, причем с реверсом, — даже не поменяв направлениеполя, бактерии могут вращать жгутик в обратном направлении. Они включают ивыключают свой мотор когда хотят, у них очень сложная система принятия решений.Бактерии суммируют некоторую информацию и принимают решения. Они удивительныесущества. Например, вязкость среды измеряют точнее, чем самый лучшийвискозиметр. Температуру измеряют с потрясающей точностью. Информация попадаетвнутрь, обрабатывается, и выдается некоторое решение: оставаться на месте илиуплывать. Обычно говорят, что колесо изобрел человек. А вот они – какое тамколесо, электромотор изобрели! Можно создать разность потенциалов на этойоболочке искусственно – и он будет крутиться.

Теперьчеловеческая клетка, фибробласт, из подкожной клетчатки. А вот в ней, внутри, — клеточная электропроводка, настоящий электрический кабель, который ученыеобнаружили с помощью специального красителя, — он окрашивает только те участкиклетки, где есть разность потенциалов. По этим проводам течет ток, разностьпотенциалов поперек оболочки кабеля (мембраны) может достигать четверти вольта.Пока неясно, в чем функция этих проводов, но то, что ученые обнаружили новыесвойства живой клетки – совершенно ясно.

Ив завершении хотелось бы сказать, что сейчас возникает новая химия, оперирующаявеществами, которых нет в природе. Вот пример одной недавней и совершеннофантастической работы: нахождение вещества, блокирующего белок р53. Этотключевой белок, называется «стражем генома», есть в каждой клетке. Он ползаетпо молекуле ДНК и проверяет, не порвалась ли она где-нибудь. Если порвалась, ондает команду починить, а сам продолжает ползать. Если ДНК не чинится, белокдает другой приказ – запрещает клетке делиться. А потом если за длительный срокповреждение не исправлено, дает приказ на самоубийство – приводит в действиесамурайский закон, и клетка сама себя убивает.

Таквот, оказывается, что в половине всех случаев рака этот замечательный белоксломан. По этому клетка с поврежденной ДНК и шалеет – сигнала на самоубийствонет. С другой стороны, при инфарктах, инсультах, септическим шоке этосамоубийство охватывает сразу огромное количество клеток в жизненно важноморгане. Итак, с одной стороны, р53 очень хорош своим антираковым действием,с другой – отчасти из-за него мы гибнем от инфаркта и инсульта. По этому хорошобыло бы найти на него управу. Молодой, очень талантливый биолог Андрей Гудков(раньше он работал в Москве, в Онкоцентре, сейчас живет в США) подошел к задачеследующим образом. Он взял «библиотеку веществ» (многие тысячи различныхсоединений) и протестировал их, используя автоматизированную систему, наспособность этот белок блокировать. Так удалось найти нужную молекулу.

 

 

 

 

                             Список использованной литературы:

Еженедельник«Компьютера» от 20 февраля 2001 г. #7 (384).Владимир Скулачев. « Я предполагаю,что в биологии действует «самурайский закон»». стр. 46.

еще рефераты
Еще работы по биологии