Реферат: Биологический уровень и биологические концепции формирования материи

биологический уровень и биологические концепции формирования материи

Баширов Р.И.

Бакинский Государственный Университет, Азербайджан.

Предмет, структура и уровень развития биологии

Познание человеком природы и его оценивающее отношение к ней находит свое самое высокое и концентрированное выражение в естествознании. Современное естествознание — это система эмпирических и теоретических, репродуктивных и продуктивных знаний, взаимосвязанных между собой и отражающих единый материальный мир в форме научных понятий, законов, принципов, идей, теорий. Также как природа богата процессами и явлениями и является пёстрой, так и естествознание, сражающее её различные оттенки, состоит из наук, каждая из которых обладает свойственным ей предметом, конкретным объектом исследования. Одним из составляющих элементов современного естествознания является биология, изучающая живую материю, формы проявления органического мира, его особенности и закономерности развития, а также способы и пути их исследования.

Также как у всех конкретных наук у биологии есть свойственный ей специфический предмет исследования. Биология с первого взгляда кажется очень простой и понятной, на самом же деле она сложна и очень разветвлена, содержащий различные стороны предмет можно изложить так: биология — наука о живом, о его строении, формах существования, распределении живых существ на Земле, их развитии, взаимосвязях друг с другом и с неживой природой.

Современная биология — продукт длительного развития научного познания, динамическая система эмпирических и теоретических, чувственных и рациональных знаний о живом, которая принадлежит человечеству и которая накапливалась веками.

Интерес человека к живому зарядился в глубинах истории и это стремление было связано с его жизненными повседневными потребностями — природные потребности есть, пить, одеваться, находить лекарства, жить. Однако изучение живых организмов с научной точки зрения было, возможно только в древних цивилизованных обществах и с тех пор оформилась, классификация различных растительных и животных видов, распространенных в разных регионах. В древний период одним из первых биологов был греческий учёный Аристотель (384-322 гг. до н.э.).

С течением истории неустанно накапливались биологические знания, развивались и подвергались интеграции и дифференциации.

Современная биология — это комплекс целого ряда наук о живой природе. Подходя к её структуре с различных точек зрения, все содержащиеся в этой системе науки можно классифицировать на основе различных принципов.

По объекту исследования биологию можно разделить на вирусологию, бактериологию, микрологию, ботанику, зоологию, антропологию.

По свойствам изучаемых организмов биологию можно разделить на морфологию, физиологию, молекулярную биологию, экологию и генетику.

Морфология — наука о строении живых организмов;

Физиология — наука о жизнедеятельности организмов;

Молекулярная биология — наука о микроструктуре клетки и живой ткани;

Экология — наука о жизненном образе растений и животных и о их взаимосвязи с окружающей средой;

Генетика — наука о законах наследственности и изменчивости живых организмов.

По уровню формирования исследуемых живых объектов в составе биологии различаются следующие разделы:

Анатомия — наука, изучающая макроскопическое строение живых организмов;

Гистология — наука, изучающая структуру живой ткани;

Ситология — наука, изучающая строение живой клетки.

Отметим, что многоплановость комплекса биологических наук обусловлена многообразием самого органического мира. Сведения о составе современной биосферы всё время уточняются и поэтому их можно считать лишь ориентировочными. По мнению М.М. Камшилова,1 считающегося авторитетным исследователем в области биологии, биологи до настоящего времени обнаружили и изучили более миллиона видов животных, 265500 видов растений, несколько сотен тысяч видов грибов, около трёх тысяч видов бактерий. Согласно данным К.Вилли и В.Детьена на поверхности Земли в настоящее время существует чуть больше миллиона видов животных и около 400 тысяч видов растений.2 Таким образом, теоретическое освоение живого мира вовсе неисчерпаемо. В настоящее время предполагается, что на Земле ещё остаётся не менее миллиона неизученных доселе живых организмов.

Проведённые исследования показали, что 75% от общего числа видов животных составляют членистоногие, в том числе насекомые. Согласно численности на втором месте находятся моллюски, на третьем месте — позвоночные. Последние, составляют приблизительно 4% всех живых видов. Млекопитающие животные составляют только, 10% всех позвоночных 50% всех позвоночных приходится, на долю рыб. 93% всех известных видов животных обитают на суше и только 7% в воде. 92% растений расположились на суше и 8% в воде.

Как видно из приведённых цифр возможность зарождения вида на Земле во много превосходит возможность зарождения его в воде. Выход жизни из воды на сушу открыл широкую перспективу для её эволюции.

Таким образом, на материках растения, а в океанах животные формируют превосходство. Несмотря на то, что мировой океан занимает 70,2% поверхности Земли, живущая в океане биомасса составляет только 0,13% всей биомассы планеты. Среди людей широко распространилась мнение о том, что по сравнению с жизнью на суше жизнь в океане более богатая. Однако это мнение ошибочно! С другой стороны живое вещество материи в основном скопилось в зеленых растениях суши. Все неспособные к фотосинтезу организмы составляют всего 1% всех живущих на Земле живых организмов. Несмотря на то, что растения составляют всего 21% от общего числа видов на Земле, они формируют 99% всей биомассы. Немного меньше 1% биомассы приходится на долю животных. Это говорит о том, что более высокий уровень дифференциации характеризует более меньшую часть жизни.

Нижеприведённая таблица отражает биомассу живых организмов, распространенных на Земном шаре.

Сухое вещество

Материки

Океаны

В общем

Зеленые растения

Животные и

микроорганизмы

Итог

Земные растения

Животные и

микроорганизмы

Итог

в тоннах

2,4თ1012

0,2თ1012

2,42თ1012

0,0002თ1012

0,0032თ1012

2,43თ1012

2,43თ1012

в процентах

99,2

0,8

100

6,3

93,7

100

—

Количество жизни в современной биосферы и неравномерное её количественное распределение дополняет неравномерность развития жизни на Земле в ходе истории. Когда жизнь только зарождалась на Земле низкое соперничество между живыми организмами шансом к выживанию и увеличению своего рода. Естественный отбор устранения только те организмы, которые не были способны к размножению. С увеличением притеснения жизни увеличивалось соперничество. Для создания нового было недостаточно обладать элементарной способностью к жизни, от новых организмов требовалось более сильная жизненная выносливость по сравнению с предыдущими видами.

В развитии биологии можно выделить 3 этапа: 1) систематический этап, связанный с именем швейцарского естествознателя Карла Линейна; 2) эволюционный этап, связанный с именем английского учёного Чарльза Дарвина; 3) биология микромира, связанная с именем чешского учёного Г. Менделя. Каждый из этих этапов был связан с изменением взглядов на живое, основ биологического мышления, биологической парадигмы.

Жизнь — специфическая материальная система и особая

форма движения материи

В отдельные периоды истории науки давалась различное определение и толкование жизни, начинаясь наивного гилозоизма и механизма, до современных виталистических и кибернетических представлений. Современное понимание жизни наряду с её традиционными атрибутами (увеличение, репродукция, наследственность, изменчивость, борьба за жизнь и естественный отбор) включает также такие показатели, как формирование, информированность, упорядоченность. Для прославления природы в этой или другой форме необходимо принять во внимание в первую очередь и многокачественность и иерархию. Область жизни охватывает различные уровни начиная с молекулярно-генетического и клеточного уровня и заканчивая уровнем организма, далее уровне биогенеценоза и биосферы.

В настоящее время самое конкретное и убедительное определение жизни — характеристика её как особой формы движения, формирующей способ существования высоко формированных молекулярных систем.1 Каждый вид системы и процесса отличается только присущими ей законами и закономерностями, структурой и функциями. Этот факт обладает фундаментальной важностью для опровержения односторонних и простых подходов к жизни, взглядов, заменяющих сложное простым (механизм, редукционизм и другие) или простое сложным, точек зрения, отделяющих химию от физики, биологию от физики или химии (витализм и другие).

Жизнь создается совместно с высокомолекулярными физико-химическими системами, содержащими белки и аминокислоты. Эти системы характеризуются единством изменчивости и стабильности. Наука, отделяя сложный белково-аминный комплекс, как специфический вид материальных объектов, характеризует их посредством метаболических реакций, обеспечивающих стабильное существование обмена материй и информаций этих комплексов с окружающей средой. Содержание и структура закономерности, объединяющей биологию, химию и физику, состоит в соответствующих материальных системах — органах, семенах, клетках и биологических процессах, протекающих в их атомно-молекулярном составе.

Как отмечал академик В.А.Энгельгардт, «в биологических процессах саморегулирование явлений происходит не как обмен веществ с простым смещением равновесия в некоторых обратных химических реакциях, а как результат общности химических реакций, которые демонстрируют взятое целиком свойство механизма обратной связи, хотя в отдельности каждая из них не обладает свойством саморегулирования.»1 Фундаментальные свойства живых систем — это их самопроизводство, редупликация, обеспечиваемая посредством молекул аминокислот — ДНК и РНК. Большинство учёных пришли к мысли о том, что только молекулы РНК — первичные молекулы, представляющие генетический код на предшествующем биологической эволюции этапе, для того чтобы сохранить и передать наследственную информацию генетический аппарат должен быть достаточно устойчивым.

Наряду с такими признаками живых систем как обмен веществ и самовоспроизводство в последнее время отдается преимущество свойству существования молекул в двух противоположных зеркальных формах, в форме оптического стереоизомера. Обнаруженная в XIX веке Луи Пастером оптическая изомерия химических соединений проявляется в том, что активные с точки зрения оптики стереоизомеры вращаются в противоположном поляризационной плоскости падающего на них светового излучения направлении. Несмотря на то, что состав оптических изомерных молекул является одинаковым, различные структурные элементы выстроены так, что в результате порождают как сходные друг с другом, так и отличающиеся друг от друга (как правая рука человека) зеркальные антиподы. Например, в живых системах, в биологических организмах белки содержат только «левые» аминокислоты, никелевые же кислоты — только «левые» сахары. Это означает то, что сформированные из аминокислот белки вращают плоскость поляризации света влево, содержащие сахар никелевые кислоты — вправо.

Современное естествознание, объединяющее в себе сотни наук, изучающее жизнь (общая биология, молекулярная биология, генетика, палеобиология, а также математика, кибернетика, неравновесная термодинамика, синергетика и другие), не отказываясь качественной специфики жизни, открывают её физико-химический механизм. Заостряющая своё внимание только на таких процессах синергетика оказывает ближайшую помощь научным биологам, химикам и физикам в объяснении секретов, законов и эволюции жизни.

Сущность, основные показатели и структурные уровни живого

Проблема происхождения жизни интересна не только сама по себе, но и с точки зрения различия между с одной стороны живым и неживым, с другой стороны между растениями и животными. В чем сущность живого? В какой степени и как эволюция повлияла на зарождение жизни на Земле? Несмотря на то, что мы интуитивно хорошо понимаем разницу между живым и неживым, в стремлении узнать, что такое жизнь мы встречаемся с очень серьезными изменениями. Результатом этих трудностей явилось то, что целый ряд авторов дал живому определения, не имеющих никакого значения, некоторые же дали определения, не согласующиеся с логическими принципами и носящие тавтологический характер. Например, одно из банальных определений живого гласит следующее: «Живое существо состоит из живых объектов, неживое — из неживых объектов.» Здесь мы наблюдали то, что данное определение не сможет противостоять никакой критике, противоречие логических принципов с описанием, тавтология сущности и содержания. Хотя, немало и содержательных определений в этой области. Однако во время их проверки обнаруживается их незавершённость, половинчатость. Например, определение жизни, данное Ф.Энгельсом: «Жизнь — это способ жизни белковых веществ, который формирует существенный признак постоянного обмена веществ с внешней природой, с окружающим миром.» Незаконченность, половинчатость этого определения в том, что оно может применяться с физико-химической точки зрения, с взгляда обмена веществ и к горящей свечке, и к возможному живому организму: оба из них для своего существования поглощают кислород, выделяют углекислый газ, различие только в том, что у свечки вещества образуются в процессе горения а у живого организма — в процессе дыхания. Приведённый пример показывает, что неживые предметы также принимают участие в обмене веществ окружающей средой. Поэтому в определении, данному жизни и в том числе белковым существам, обмен веществ нельзя принимать как обязательное единственное условие. Являясь в лучшем случае необходимым условием жизни, обмен веществ в то же время не является достаточным её условием.

Из всего сказанного становится ясным, что дать точное определение жизни — довольно сложная работа. Поэтому современная биология подходит к определению живого путём перечисления её основного из показателей, создающих чёткое представление о специфике жизни. Опираясь на этот принцип, мы постараемся ответить на вопрос «что такое живое существо?» путём определения фундаментального показателя, отличающего его от неживого.

У живого и неживого в материальном, структурном и функциональном плане существует целый ряд очень серьезных различий. В материальном плане отличие живого от неживого заключается в том, что в состав живого входят называемые биополимерами белковые и аминовые кислоты (вещества ДНК и РНК), высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения. В структурном плане живое отличается от неживого строением своих клеток. В функциональном плане это различие состоит в том, что для живых существ характерно воспроизводство себе подобных.

Живые организмы обладают сложной, упорядоченной структурой, в сравнении с неживыми системами они характеризуются особенностью формирования на более высоком уровне. Живое, поглощая энергию из окружающего мира, использует её для обеспечения своей упорядоченности на высоком уровне. Большинство организмов используют энергию солнца прямым или косвенным путем. В сравнении с неживыми телами живые организмы более активно противостоят физическим влияниям окружающей среды. Когда мы толкали безжизненный камень, он пассивно двигается с места, когда же мы толкаем животное, оно, активно реагируя на это давление, или бежит от нас, или нападает на нас, или как некоторые живые организмы изменит свою форму. Ответная реакция на внешнее раздражение — важное универсальное свойство всего живого — растений и животных.

Живые организмы не только меняются, но и постепенно осложняются. Так у растений и животных образуются новые ветви и органы, отличающиеся по их химическому составу от создающих их структур.

В отличие от неживых предметов все живые существа размножаются. Высокая способность воспроизводить себе подобных в живом мире является характерной стороной живого. Ч.Дарвин так характеризовал эту особенность живого: «Прогресс размножения настолько высок, что он приводит к борьбе зав жизнь и в итоге — к естественному отбору.»1В мире неживых предметов также существует устойчивость и воспроизводство (например, молекул из атомов, атомов из элементарных частиц и др.). Однако в отличие от неживых предметов у живых существ происходит процесс в отличие от неживых предметов у живых существ происходит процесс производства подобных себе, живое ничто не создает, они наоборот создают сами себя. Создание себя — признак, присущей только живому. Также в процессе размножения появляется новое поколение, которое похоже на своих родителей, и в то же время главным образом качественно от них отличаются по определенным приметам, особенностям. Специфика механизма влияния наследственности и изменчивости, обусловливающая эволюцию всех видов, которые содержит биосфера, проявляется именно в этом.

Схожесть поколения со своими родителями обуславливает другую поразительную особенность живых организмов — отбор необходимой для отведенной им жизни, размножения и развития информации, передала её последующим поколениям и тем самым сохранение их в отрезках времени более широкого масштаба. Эти информации содержатся в генах — маленьких внутриклеточных структурах, являющихся единицей наследственности. Ориентация развития организма и сходство поколений с родителями строится только на этом генетическом материале. Однако в процессе передачи информации от одного поколения другому и в результате подвержения их изменениям каждое новое поколение не только не похоже на своих родителей, но и определенным своим приметам главным образом от них отличается.

Один из важных показателей, отличающий живое от неживого, состоит в том, что живые организмы хорошо адаптируются к среде обитания и строят свои структуры согласно образу жизни. Например, структурные формы, соответствующие образу жизни кротов, рыб, лягушек, дождевых червей и других живых существ могут служить примерам вышеуказанного.

Живое отличается от неживого также обменом веществ, способностью размножаться и развиваться, составом и активным регулированием функции, способностью двигаться, раздражаться, приспосабливаться к среде и другим. Деятельность, поведение, активность также являются неотделимыми свойствами, атрибутами живого. Г.Селье так характеризовал эту особенность живого: «Все живые существа должны либо действовать, либо исчезнуть. Мышь все время должна двигаться, птица летать, рыба плавать, растение развиваться.»1

Ко всему вышеуказанному о специфике, живого можно добавить то, что все живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются в природе. Неживые же предметы, наоборот, не растут, не размножаются, не питаю