37. Концепция Опарина и ее роль в решении проблемы происхождения жизни на земле.

Проблема происхождения жизни – одна из самых волнующих загадок для человечества. На эту проблему до сих пор имеются неоднозначные воззрения. В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория, утверждающая, что все живое происходит только от живого – теория биогенеза. Однако как теория происхождения жизни биогенез несостоятелен, поскольку принципиально противопоставляет живое неживому. Абиогенез – идея о происхождении живого из неживого, исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. В 1924 г. известный биохимик А. И. Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4–4,5 млрд лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. В 1955 г. это было подтверждено экспериментально Опарин предложил новую идею химической эволюции - когда под воздействием сильнодействующих физико-химических факторов (температура, ульрофиолетового и рентгеновского излучения электрических разрядов большой мощности и атмосферного давления) происходит самопроизвольное превращение ряда неорганических соединений в органические "кирпичики жизни"- аминокислоты, нуклеозиды и нуклеотиды, простейшие полисахариды и в молекулы АТФ, способные запасать химическую энергию. Теория эта общепризнана, преподается в школах и колледжах 1. Первобытная Земля имела разреженную (то есть лишенную кислорода) атмосферу. 2. Когда на эту атмосферу стали воздействовать различные естественные источники энергии - например, грозы и извержения вулканов - то при этом начали самопроизвольно формироваться основные химические соединения, необходимые для органической жизни. 3. С течением времени молекулы органических веществ накапливались в океанах, пока не достигли консистенции горячего разбавленного бульона. Однако в некоторых районах концентрация молекул, необходимых для зарождения жизни, была особо высокой, и там образовались нуклеиновые кислоты и протеины. 4. Некоторые из этих молекул оказались способны к самовоспроизводству. 5. Взаимодействие между возникшими нуклеиновыми кислотами и протеинами в конце концов привело к возникновению генетического кода. 6. В дальнейшем эти молекулы объединились, и появилась первая живая клетка. 7. Первые клетки были гетеротрофами, они не могли воспроизводить свои компоненты самостоятельно и получали их из бульона. Но со временем многие соединения стали исчезать из бульона, и клетки были вынуждены воспроизводить их самостоятельно. Так клетки развивали собственный обмен веществ для самостоятельного воспроизводства.\ 8. Благодаря процессу естественного отбора из этих первых клеток появились все живые организмы, существующие на Земле.

38. Генная инженерия как новый этап биологической эволюции (новые возможности и проблемы

Генная инженерия – это раздел молекулярной биологии, который связан с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов с помощью генетических и биохимических методов. В высших организмах доля нуклеотидов в цепи ДНК, которые действительно кодируют последовательность аминокислот в белках, составляет около 5%. В остальных нуклеотидных последовательность ДНК закодирована информация о форме молекул ДНК. Современная молекулярная биология позволяет вводить почти любой отрезок ДНК в микроорганизм, чтобы заставить его синтезировать тот белок, который кодирует данная ДНК. А современная органическая химия дает возможность синтезировать последовательности нуклеотидов – фрагменты генов. Такие фрагменты генов можно применять для изменения исходной последовательности оснований в гене, кодирующем нужный белок. Таким способом можно получить модифицированный белок с измененной последовательностью аминокислот, т. е. белок со структурой и функцией, ранее не существовавшими в природе. Под генной инженерией обычно понимают искусственный перенос нужных генов от одного вида живых организмов (бактерий, животных, растений) в другой вид, часто очень далекий по своему происхождению. Чтобы осуществить перенос генов (или трансгенез), необходимо выполнить следующие сложные операции:- выделение из клеток бактерий, животных или растений тех генов, которые намечены для переноса. Иногда эту операцию заменяют искусственным синтезом нужных генов, если таковой оказывается возможным;- создание специальных генетических конструкций (векторов), в составе которых намеченные гены будут внедряться в геном другого вида. Такие конструкции кроме самого гена должны содержать все необходимое для управления его работой (промоторы,терминаторы) и гены-«репортеры», которые будут сообщать, что перенос успешно осуществлен; - внедрение генетических векторов сначала в клетку, а затем в геном другого вида и выращивание измененных клеток в целые организмы (регенерация). Этические аспекты генной инженерии выражают очень значимый вопрос,входящий в круг проблем,рассматриваемых биоэтикой. Под биологической этикой понимается применение понятий и норм общечеловеческой морали к сфере экспериментальной и теоретической деятельности в биологии,а так же в ходе практического применения ее результатов. Биоэтика сформировалась в конце 60х-начале 70х г.г.Ее возникновение обусловлено достижениями медицины (генная инженерия,трансплантация органов,биотехнология и др.) и ее тех.перевооружением. Актуальность генной инженерии человека связана с необходимостью лечения больных с наследственными заболеваниями,обусловленными геномом (совокупность генов организма,генетический план его развития).Заболевания на генном уровне все чаще обусловлены развитием цивилизации.Повышенная радиация и увеличение доли химических веществ в пище и атмосфере – факторы,вызывающие мутации у человека.Необходимость генной терапии наследственных болезней выдвигает на первый план генную инженерию – раздел молекулярной биологии,прикладная молекулярная генетика,задачей которой является целенаправленное конструирование новых,не существующих в природе сочетаний генов при помощи генетических и биохимических методов.Она основана на извлечении из клеток какого-либо организма гена или группы генов,соединении их с определенными молекулами нуклеиновых кислот и внедрении полученных гибридных молекул в клетки другого организма. Имеющиеся достижения в этой области показывают перспективность генной терапии наследственных болезней. Главная проблема генной инженерии – где гарантии того,что генная терапия не будет использована во вред человеку. Некоторые ученые (академик Дубинин) полагают,что надо вести борьбу за охрану существующей наследственности человека и не пытаться заменить эту наследственность кажущимся лучшим. Другие (Нейфах),призывают различать невежественное вмешательство в наследственность человека и катастрофическое по своим последствиям невмешательство. Возникает и проблема,связанная с тем,что генная терапия основана на введении в организм чужеродного генетического материала,что означает непосредственное вмешательство в генофонд человека. В использовании достижений науки должны действовать жесткие рамки биоэтики,понимание того,что главное – не навредить здоровью человека,не нанести вреда его личности. Успехи генной инженерии возможны только при одновременном улучшении и социальных условий жизнедеятельности человека.Лишь в условиях благоприятной природной и социальной среды можно стабилизировать геном и генофонд человека.

39. Биосфера и предельные возможности Земли. Проблема оптимизации биосферы. Технологическое общество и его проблемы.

Биосфера (от греч. bios – «жизнь», sphaira – «шар») – одна из оболочек (сфер) Земли, состав и энергетика которой в существенных своих чертах определены работой живого вещества. Термин, введенный Э. Зюссом(1875), в результате работ В. И. Вернадского стал обозначать всю ту наружную область планеты Земля, в которой не только существует жизнь, но которая в той или иной степени видоизменена или сформирована жизнью. Биосфера включает в себя тропосферу, гидросферу, литосферу. С точки зрения иерархии уровней организации живой материи и системного подхода биосфера – совокупность всех экосистем (биогеоценозов). Все экологические ниши, пригодные для жизни, заняты биосферой, возникшей одновременно с появлением жизни на Земле (около 4 млрд лет назад) в виде примитивных протобиоценозов в первичном Мировом океане. Около 450 млн лет назад живые организмы стали заселять сушу, где их эволюция ускорилась, и в результате соотношение числа видов животных и растений в Мировом океане и на суше составляет примерно 1: 5. Основными факторами эволюции биосферы являются: абиотические (геологические, космические), биотические (изменчивость, т. е. мутации, наследственность, борьба за существование, естественный отбор), а также антропогенные, благодаря которым биосфера постепенно обретает черты ноосферы. Под ноосферой понимается сфера взаимодействия природы и общества, в которой человеческий разум при посредстве технически оснащенной деятельности становится определяющим фактором развития. К появлению учения о ноосфере привело развитие естествознания Нового времени. Ж. Бюффон(1707–1778) обосновал геологическое значение человека. Д. Д. Дана (1813–1895) и Д. Ле-Конт (1823–1901) выявили эмпирическое обобщение, которое показывает, что эволюция живого вещества идет в определенном направлении, названном процессом цефализации. В 1922–1923 гг. В. И. Вернадский, читая лекции в Париже, выдвинул тезис о биогеохимических явлениях как основе биосферы. В 1927 г. французский математик и философ Е. Ле-руа ввел понятие ноосферы как современной стадии, геологически переживаемой биосферой. Подчеркнем: ноосфера – это некоторое вполне определенное состояние биосферы, в котором человечество играет роль управляющей подсистемы, реализующей программу (стратегию) обеспечения дальнейшего развития общества в условиях дальнейшего развития биосферы. Формирование ноосферы согласно В. И. Вернадскомуопределяется следующими условиями и предпосылками. 1. Человечество стало единым целым. Ход мировой истории охватил весь земной шар, включив в единый процесс различные культурные области, некогда существовавшие изолированно. 2. Преобразование средств связи и обмена сделало регулярным и систематическим обмен веществом, энергией и информацией между различными элементами ноосферы. 3. Овладение новыми источниками энергии дало человеку возможность коренного преобразования окружающей среды. 4. Растет благосостояние народных масс, трудом и разумом которых создается ноосфера. 5. Осознаны равенство всех людей и важность исключения войн из жизни общества. В. И. Вернадский считал, что такое состояние биосферы обязательно наступит.Биосфера представляет собой многокомпонентную иерархическую систему. Различные компоненты системы связаны между собой разными категориями связи. Имеется постоянный источник энергии – излучение Солнца. Прогрессирующая буферность биосферы, обусловленная ее многокомпонентностью, обеспечивает стабильность вновь возникающих систем. Ведь в итоге отбора сохраняются стабильные системы. Наследственная изменчивость, изменение условий жизни в итоге жизнедеятельности, а также в результате абиогенных причин открывают неограниченные возможности прогрессивной эволюции. Лишь в ветви, ведущей к человеку, тенденция развиваться вне конкуренции и без контролирующей роли естественного отбора нашла свое достаточно полное выражение. Закономерности эволюции биосферы обусловлены тремя факторами: своеобразием отношения биосферы к среде, взаимодействием живого и неживого в пределах биосферы, особенностями взаимных отношений между организмами. Жизнь возникла на основе круговорота органического вещества, обусловленного взаимодействием процессов его синтеза и деструкции. В ходе очередной дифференциации из круговорота органического вещества выделился биотический круговорот, в котором основную роль стали играть организмы. Так возникла биосфера. Сначала биосфера функционировала путем взаимодействия одноклеточных синтетиков и деструкторов между собой и с абиотическими факторами. Затем в итоге новой дифференциации появились многоклеточные организмы. При размножении и захвате поверхности планеты живое вещество как бы растекается по ней, заселяя тем большую территорию, чем меньше оно встречает препятствий. Движет эволюцию противоречие между безграничной способностью к размножению и ограниченностью материальных ресурсов. Противоречие разрешается путем овладения новыми источниками вещества и энергии, а следовательно, и новой информацией. Изменчивость живого – предпосылка, а отбор – способ закрепления и совершенствования организации. Биосфера не только сфера жизни. Это видно из состава вещества биосферы, состоящего из глубоко разнородных, геологически не случайных частей. Во всякой экосистеме можно выделить следующие компоненты:– неорганические вещества – углерод, азот, углекислый газ, вода и т. д.;– органические соединения – белки, углеводы, ли-пиды, гуминовые вещества и т. д.;– факторы, связывающие биотическую и абиотическую части экосистемы – климатический режим, температура и другие физические факторы;– продуценты – автотрофные организмы, главным образом зеленые растения, которые способны создавать пищу из простых неорганических веществ;– консументы – гетеротрофные организмы, главным образом животные, которые поедают другие организмы или частицы органического вещества;– редуценты (деструкторы, декомпозиторы): гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы, которые расщепляют сложные соединения до простых, пригодных для использования продуцентами. Первые три группы – неживые компоненты, а остальные составляют живую биомассу. Расположение трех последних компонентов относительно потока поступающей энергии представляет собой структуру экосистемы. Развертывание видимой нами структуры биосферы происходило в процессе эволюции живого в тесной связи со средой.