|
Реферат: Концепции современного естествознания (билеты экзаменационные) (Биология)
Министерство образования Российской Федерации.
Ярославский государственный университет имени П.Г. Демидова.
факультет социально-политических наук
Концепции современного естествознания
Подготовил: Григорьев П. В.
GPV2@yandex.ru
.
Ярославль 2002 г.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Принципы организации современного естествознания
2. Системный метод в современном естествознании. Принцип минимизации
энтропии в живых системах.
3. Признаки живого вещества по Вернадскому.
4. Происхождение жизни. Теория Опарина - Холдейна.
5. Происхождение жизни. Теория панспермии. Теория вечности жизни.
6. История генетики, как пример смены научной парадигмы.
7. Биологическая наследственность. ДНК и генетический код.
8. Разновидности мутаций. Мутации - материал эволюции.
9. Проблемы теории эволюции. Системы Аристотеля , Линнея, Ламарка.
10. Теория Дарвина. Синтетическая теория эволюции.
11. Систем. теория эволюции, понятие эв-ции в синергетике.
12. Концепция коэволюции, Гея-Земля.
13. Биосфера - глобальная открытая система. Биоразнообразие.
14. Прогрессивное развитие сообществ. Понятие кризиса.
15. Человек и техническая эволюция. Глобальные проблемы.
Принципы организации современного естествознания
Естествознание - Раздел науки, основанный на воспроизводимой эмпирической
проверке гипотез и создании теорий или обобщений, описывающих природные
явления. Современное естествознание - характеризуется лавинообразным
накоплением нового фактического материала и возникновением множества новых
дисциплин на стыках традиционных, возрастанием роли теоретических
исследований, направляющих работу экспериментаторов в вероятные области
обнаружения новых явлений. Роль эксперимента, как критерия истинности
знания, сохранилась. Построение современное естествознания исходит из
нескольких принципов: системности, историчности, эволюционизма,
самоорганизации.
1. Принцип системности - или изучение целостного, составленного из
упорядоченных определенным образом частей, взаимосвязанных между собой. При
этом можно рассматривать как первичные неделимые элементы системы их
свойства, поведение и взаимодействие так и систему в целом, ее взаимосвязь
с другими системами. Часто на практике исследуемая система сознательно
упрощается путем ее замены моделью, учитывающей только самые важные
элементы и процессы. По мере развития теории модели усложняются, постепенно
приближаясь к реальности.
2. Принцип историчности - состоит в поэтапном развитии естествознания, где
новые теории могут быть выделены опираясь на уже некоторые достижения и
исторический опыт. Но при этом они не обязательно дублируют их, и даже
напротив могут отрицать или корректировать.
3. Принцип эволюционизма - связан с постепенным усложнением и повышением
организации живых существ и явлений. Это принцип необратимости,
выражающийся в нарушении симметрии между прошлым и будущим.
4. Принцип самоорганизации - после выхода из равновесия системы в ней
реализуется механизм самопроизвольного упорядочивания, и возникновения
нового относительно устойчивого состава. т.е. она самоорганизуется и
приобретает способности выдерживать опр. влияния не теряя своих свойств.
Системный метод в современном естествознании.
Принцип минимизации энтропии в живых системах.
Система - целостное, составленное из частей, упорядоченное опр. образом
множество элементов, взаимосвязанных между собой и образующих некоторое
единство. Правила выделения системы: 1. Необходимо указать первичные
неделимые элементы системы. 2. Определить связи между ними. 3. Установить
условия, благодаря которым элементы образуют целостность, а связи
реализуются. Системный метод в современном естествознании получил широкое
распространение. Сегодня выделяют как простые системы, состоящие из
небольшого числа переменных, так и сложные включающие в себя большое
количество элементов и связей. Последние исследовать труднее, т.к. у них
больше св-в которые составляют эффект целостности. Разделение систем на
простые и сложные - является фундаментальным в естествознании. Но
существуют и др. классификации: в частности системы делят на однородные и
разнородные; на открытые (обменивающиеся энергией) и закрытые (обмен в
которых исключен). Среди всех видов систем наибольший интерес представляют
системы с обратной связью, механизм которой делает их более устойчивыми,
надежными и эффективными. Он повышает степень их внутренней
организованности и дает возможность говорить о самоорганизации в данных
системах. Также в естествознании важное значение имеет деление подход с
точки зрения Равновесных или неравновесных систем. Первые для перехода в
new состояние требую притока энергии, но когда этот переход осуществлен они
в ней больше не нуждаются. Вторые - требуют постоянного притока энергии,
для поддержания собственной сложности, т.к. часть энергии постоянно
рассеивается ( все жив. Организмы). Т.о. мы подошли к понятию энтропия -
это количественная мера рассеивания энергии. Очевидно, что в ходе
необратимых процессов (т.е. при переходе к более вероятным состояниям)
энтропия системы возрастает, а при обратимых переходах - сохраняется. Закон
возрастания энтропии носит не строгий, а вероятностный характер. Иногда
говорят, что энтропия является мерой беспорядка в системе. Принцип
минимизации энтропии - Если допустимо не одинаковое состояние системы,
неравновесной и открытой, а целая совокупность, то в конечном итоге
реализуется то ее состояние, которое характеризуется минимумом рассеивания
энергии, т. е. минимумом роста энтропии. Иначе говоря система выйдя в точке
бифуркации из равновесия при наличии множества путей эволюционирует к
приоритетному - аттрактору, характеризующемуся минимизацией энтропии.
Признаки живого вещества по Вернадскому.
В.И. Вернадский - один из первых ученых, который увидел и показал
геологическую роль живого вещества на планете. Он определил его как
совокупность всех живых организмов, включая человека, влияние которого на
геохимические процессы отличается от воздействия остальных существ по своей
интенсивности, увеличивающейся с ходом времени. Вернадский рассматривал
геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного,
растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.
Для этого целого он разработал 10 отличительных признаков: 1. Для всего
живого характерна большая свободная энергия. 2. Благодаря ферментам все
хим.реакции в живом веществе ускоряются. 3.Индивидуальные хим. соединения
устойчивы только в живых телах. 4. Для живого характерно движение-
пассивное (разложение) и активное (собственно передвижение). 5. Живое
вещество обнаруживает огромное морфологическое и химическое разнообразие.
6. Живые вещества биогенные и абиогенные имеют сущ. Отличие в содержании
изомеров - в них нарушена зеркальная симметрия. 7. Живое - это отдельные
дискретные тела (жив. Организмы) 8. Все живое развивается в виде популяций,
родов и видов. 9. Для него характерно наличие смены поколений, генетически
связанных между собой («Все живое из живого»). 10. Характерен эволюционный
процесс с накоплением полезных св-в. Поскольку живое вещество является
определяющим компонентом биосферы, постольку реально утверждать, что оно
может существовать и развиваться только в рамках целостной системы
биосферы. Не случайно поэтому В.И.Вернадский считает, что живые организмы
являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически
с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.
Сегодня подсчитано, что совокупность всех живых организмов имеет массу
24*10 тонн. Обобщающие выводы:В качественном отношении ЖВ- выступает как
наиболее высокоразвитая часть материи Земли. В вещественном отношении - в
него всегда входят высокоупорядоченные макромолекулярные орг. соединения .
В структурном плане оно имеет клеточное строение. В функциональном
отношении для ЖВ - характерно воспроизводство самого себя + наличие обмена
веществ и способность к росту.
Происхождение жизни. Теория Опарина - Холдейна.
Существуют разные точки зрения на проблему возникновения жизни на Земле.
Например по мнению Вернадского - она появилась одновременно с образованием
Земли. Рихтер считал, что жизнь занесена из космоса (концепция панспермии).
В настоящее время, широкое признание получила гипотеза, сформулированная
советским ученым акад. А. И. Опариным и английским ученым Дж. Холдейном.
Она исходит из предположения о постепенном возникновении жизни на Земле из
неорганических веществ путем длительной абиогенной (небиологической)
молекулярной эволюции. Взгляды этих ученых представляют собой обобщение
доказательств возникновения жизни на Земле в результате закономерного
процесса перехода химической формы движения материи в биологическую
(Образование простых органич. соединений.) Для обоснования этого они
рассматривают условия, существовавшие на планете несколько миллиардов лет
назад: На начальных этапах своей истории Земля представляла раскаленную
планету. Вследствие вращения при постепенном снижении t атомы тяжелых
элементов перемещались к центру, а на поверхности концентрировались атомы
легких элементов (водорода, углерода, кислорода, азота). При дальнейшем
охлаждении планеты появились химические соединения: метан, углекислый газ,
аммиак, цианистый водород, кислород, азот и д.р. Физич. и химич. св-ва
воды и углерода позволили именно им выделится и оказатся у колыбели жизни.
На этих начальных этапах сложилась и первичная атмосфера, которая носила
восстановительный характер, после на ее месте образовалась вторая
атмосфера, состоящая из наиболее химически активных газов. Дальнейшее
снижение температуры обусловило переход ряда газообразных соединений в
жидкое и твердое состояние, т.е. образование земной коры. В результате
активной вулканической деятельности из внутренних слоев Земли на
поверхность выносилось много раскаленной массы, содержащей углерод. Она
попадала в океан и образовывала углеводородные соединения. Так на
поверхности накапливались простейшие органические соединения и в конечном
итоге под действием синтеза, энергии Солнца они образовали первичный бульон
в котором и смогла возникнуть жизнь.
Происхождение жизни. Теория панспермии. Теория вечности жизни.
Существуют несколько гипотез, поразному объясняющих появление жизни на
Земле: 1.Креационизм – божественное сотворение живого;2. концепция
многократного спонтанного зарождения жизни из неживого вещества
(сторонником ее был Аристотель, который считал, что живое может возникать и
в результате разложения почвы); 3. концепция происх-ния жизни в результате
процессов, подчиняющихся физич. и хим. законам; 4. концепция стационарного
состояния, в соответствии с которой жизнь сущ. вечно; 5. концепция
панспермии – внеземного происхождения жизни. Особое место в естествознании
отводится двум последним. Согласно гипотезе панспермии, жизнь занесена из
космоса либо в виде спор микроорганизмов, либо путем намеренного
«заселения» планеты разумными пришельцами из других миров. Прямых
свидетельств в пользу этого нет. Да и сама теория панспермии не предлагает
никакого механизма для объяснения первич. возникновения жизни и переносит
проблему в другое место Вселенной. Либих считал, что атмосферы небесных
тел, а также вращающихся космических туманностей можно рассматривать как
вековечные хранилища оживленной формы, как вечные плантации органич.
зародышей, откуда жизнь рассеивается в виде этих зародышей во Вселенной. В
1865 г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу космозоев (космических
зачатков), в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки,
населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на
другую. Его гипотеза была поддержана многими выдающимися учеными. Подобным
образом мыслили Кельвин, Гельмгольц и др. в начале нашего века с идеей
радиопанспермии выступил Аррениус. Он описывал, как с населенных др.
существами планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки
и живые споры микроорганизмов. Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в
пространстве Вселенной за счет светового давления. Попадая на планету с
подходящими условиями для жизни, эти споры начинают на ней новую жизнь. Для
обоснования панспермии обычно используют наскальные рисунки, напоминающие
живые организмы, или появления НЛО. Сторонники же теории вечности жизни (де
Шарден и др.) считают, что на всегда существующей Земле некоторые виды
вынуждены были вымереть или резко изменить численность в тех или иных
местах планеты из-за изменения внешних условий. Четкой концепции на этом
пути не выработано, поскольку в палеонтологической летописи Земли есть
некоторые разрывы и неясности. Согласно Шардену, в момент возникновения
вселенной Бог слился с материей и дал ей вектор развития. Т.о. мы видим,
что эта концепция тесно взаимодействует с креоционизмом.
История генетики, как пример смены научной парадигмы.
Генетика - наука о закономерностях и материальных основах изменчивости и
наследственности организмов. Она явл. основой селекции, на ее базе создана
синтетическая теория эволюции. Генетика прошла в своем развитии 7 этапов и
явилась примером смены науч парадигмы: 1 эт. Опыты Менделя 1865 г. Он
установил законы наследственности, скрещивая горох. 2 эт. Исследования
Вейсмана показали что половые клетки явл. обособленными от остального
организма и не подвержены влиянию, действовавшему на соматич. Ткани. 3 эт.
Гуго де Фриз - открывает сущ. наследуемых мутаций, предполагая, что новые
виды возникают в следств. их воздействия. 4 эт. Томас Морган - создал
хромосомную теорию наследственности, в соотв. с которой каждому виду
присуще свое число хромосом. 5 эт. Меллер - 1927г. установил, что генотип
может изменятся под действием рентгеновских лучей. От сюда берут начало
некоторые мутации. 6 эт. Татум и Бидл в 1941 г. выявили ген. Основу
процессов биосинтеза. Наконец 7 эт. Исследования Уотсона и Крика, которые
предложили модель молекулярной структуры ДНК и механизма ее репликации.
Выяснили, что именно ДНК отвечает за перенос информации. Т. о. Мы видим,
что биологи прежних лет в целом строили исследования «сверху вниз». Они
брали целый организм, разнимали его на части, далее изучали отдельные
клетки и т.д. Новая же биология, построенная на принципах генетики,
начинает с другого конца и поднимается с самого низа вверх. Она изучает
простейшие компоненты живого организма, пренебрегая остальным и постепенно
восходит на макро уровень. В этом и состоит историческое значение генетики,
поэтапное открытие которой сравнимо разве ж только с революцией, которая
привела к смене научной парадигмы. Изменились не только методы исследования
живых организмов но и представления людей о таких понятиях, как
наследственность, изменчивость и т. д. Сегодня человечество уже строит
целые программ («Геном человека») - основная цель которых состоит в
прочтении наследственности в ДНК человека, изучении сочетания связок генов,
их динамики, функционального значения. Вцелом открытие генетики - это
прорыв в биологии. Революция в ней была подготовлена всем ходом
могущественного развития идей и методов мендилизма и хромосомной теории
наследственности. Современная Молекулярная генетика - это истинное детище
всего XX века, которое на новом уровне впитало в себя прогрессивные итоги
развития хромосомной теории наследственности, теории мутации, теории гена,
методов цитологии и генетического анализа.
Биологическая наследственность. ДНК и генетический код.
На путях молекулярных иследований в течении последних 20 лет генетика
претерпела поистене революционные изменения. Она является одной из самых
блестящих участниц в общей революции современного естествознания. Благодаря
ее развитию в практику вошли новые могущественные методы управления и
познания наследственности, оказавшие влияние на сельское хозяйство,
медицину и производство. Основным в этой революции было раскрытие
молекулярных основ биологической наследственности. Оказалось, что
сравнительно простые молекулы ДНК несут в своей структуре запись
генетической информации и она действует в клетке по принципам управляющих
систем. Эти открытия создали единую платформу генетиков, физиков и химиков
в анализе проблем наследственности. Вопреки старым воззрениям на
всеобъемлющую роль белка как основу жизни, новые открытия показали, что в
основе приемственности жизни лежат молекулы нуклеиновых кислот. Под их
влиянием в каждой клетке формируются специфические белки. Управляющий
аппарат клетки собран в ее ядре, точнее - в хромосомах, из линейных наборов
генов. Каждый ген, являющийся элементарной единицей наследственности,
вместе с тем представляет собой единичный участок цепи ДНК, отвечающий за
информацию о структуре одной молекулы белка. Генетический код заключает в
себе правило перевода информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот.
Он триплетен (3 осн = 1 амин. Кисл), универсален (одинаков в ядрах на
Земле), вырожден (т.е. имеет начало и конец). Как показали исследования по
молекулярной биологии, осн. Механизм с помощью которого ДНК передает и
перерабатывает ген. Информацию - явл. петля обратной связи, т.е. ДНК
содержащая всю информацию, участвует в последовательности реакций, в ходе
которых вся информация кодируется в виде последовательности протеинов.
Некоторые ферменты осущ. Обратную связь, активируя автокаталитический
процесс репликации ДНК, позволяющий копировать ген. Информацию. (сравнимо с
печатаньем фоток) Далее идет стадия транскрипции - переноса самого кода ДНК
путем образования одноцепочной молекулы и РНК на одной нити ДНК, и наконец
стадия трансляции - это синтез белка на основе ген. кода. Такое
взаимодействие молеукл ДНК, белков и РНК лежит в основе жизнедеятельности
клетки и ее воспроизведения. Поскольку явление наследственности, в общем
смысле этого понятия, есть воспроизведение по поколениям сходного типа
обмена веществ, очевидно, что общим субстратом наследственности является
клетка в целом.
Разновидности мутаций. Мутации - материал эволюции.
Мутация - Редкие, случайно возникающие стойкие изменения генотипа,
затрагивающие весь геном (совокупность генов), целые хромосомы или их
части. Конечный эффект мутации - изменение свойств белков. Мутационная
изменчивость играет роль главного поставщика наследственных изменений.
Именно она является первичным материалом всех эволюционных преобразований.
Принята распространенная классификация мутаций на Соматические и половые,
последние делятся на три вида: Генные, Хромосомные, Геномные. Генные
мутации – наиболее частые. Они затрагивают изменения в структуре и порядке
генов. Их делят на синонимичные (замена триплета, без замены аминокислоты),
несинонимичные (мутации в несин. Триплетах с последующей заменой
аминокислоты и изменением структуры белка: 99% - летальны, 0, 01% -
материал для эволюции) нонсенс (замена триплета на начало, конец или стоп
сигнал 99% - летальны, 0, 01% - материал для эволюции) Мутации отдельных
генов происходят редко,все они как правило случайны. Хромосомные мутации -
также играют важную эволюционную роль. Они связаны с изменением части или
участка хромосом. Прежде всего необходимо указать на удвоение генов в одной
хромосоме, т.к именно благодаря этому в процессе эволюции накапливается
генетический материал. Нарастание сложности организации живого в ходе
историч. развития в значительной степени опиралось на увеличение
количества генетического материала. Геномные мутации - приводят к кратному
изменению всего генома. Частный случай полипойдия - кратное увеличение
числа хромосом у растений. У животных встречается крайне редко. Она
характеризуется более крупными размерами и мощным ростом. Сущ. и др.
классификация мутаций на Аутосомные и мутации в половых хромосомах. Первые
часто смертельны для организма (болезнь дауна, синдром кошачьего крика).
Вторые связаны с измененями в половых хромосомах (синдром Жанны Дарк,
Тернера, «ген преступности»). Также существуют более мелкие классификации
мутаций на: доминантные рецессивные, вредные и полезные, летальные и
полулетальные и т.д. В естественных условиях они появляются под влиянием
факторов внешней и внутренней среды. К ним относятся химические факторы
(компоненты табака, формальдегиды, кофеин, пищевые консерваты и т.д),
физические факторы (ионизирующее излучение), биологические факторы
(вирусы). Одна из наиболее важных задач современной генетики является
получение направленных мутаций, для достижения управления
наследственностью.
Проблемы теории эволюции. Системы Аристотеля , Линнея, Ламарка
Теория эволюции занимает особое место в изучении истории жизни. Она явл.
фундаментом для всего естествознания. Применительно к живым организмам
эволюцию можно определить, как постепенное развитие сложных организмов из
предсуществующих более простых с течением времени. Представление об
эволюции берет свое начало от Аристотеля(384-322 до н. э.) Именно он первым
сформулировал теорию непрерывного развития живого из неживой материи,
создав представление о «лестнице природы» применительно к миру животных. Во
всех орг. телах он различал две стороны: материю, обладающую различными
возможностями и форму – душу. Аристотель различал три вида души:
растительная, присущая растениям; чувствующая, свойственная животным и
разумная, которой наделён только человек. Большой вклад в создание сист.
взглядов о теории эволюции внес Карл Линней (1707-1778). Он предложил
систему: класс ?отряд ?род ?вид. Под последним он понимал группу
организмов, происходящих от общих предков и дающих при скрещивании
плодовитое потомство. Всех животных Линней разделил на 6 классов
(млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, насекомые и черви) поместив Человека
рядом с обезьянами, оговорившись что близость в системе не говорит о
кровном родстве. Вопроса о происхождении видов для Линнея не существовало.
Он полагал, что все виды созданы «всемогущим творцом». Выдающаяся заслуга в
создании первого эволюционного учения принадлежит франц. естествоиспытателю
Ламарку (1744-1829).Он изложил историю развития органич. мира, отвергая
идею постоянства видов и противопоставляя ей их изменяемость. Ламарк не
сомневался, что живое происходит от неживого. Он считал, что природа
создает простейшие животные существа, а сложные организмы возникают путем
их медленного и постепенного усложнения. Такое процесс Ламарк назвал
градацией. По его мнению все живые существа как бы поднимаются по
ступенькам лестницы, Однако Ламарк допустил серьезные ошибки прежде всего в
понимании факторов эволюционного процесса, выводя их из якобы присущего
всему живому стремления к совершенству. Также неверно он понимал причины
приспособленности , прямо связывая их с влиянием окружающей среды. Это
породило очень распространенные, но научно необоснованные представления о
наследовании признаков, приобретаемых организмами под непосредственным
воздействием среды. Но при всех крупных недочетах идеи Ламарка легли в
основу первой эволюционной теории.
Теория Дарвина. Синтетическая теория эволюции
Весь ход развития XIX века неудержимо вел к формированию нового взгляда на
природу и эволюцию. Естественные науки к этому времени накопили огромное
количество фактов, которые нельзя было совместить с метафизическими
представлениями о неизменяемости природы. Следствием всего этого явилось
возникновение навой теории, разработчиком которой стал Ч. Дарвин. Основные
принципы своего эволюционного учения он свел к следующим положениям:
1.Каждый вид способен к неограниченному размножению.2.Ограниченность
жизненных ресурсов препятствует реализации потенциальной возможности
размножения. (Большая часть особей гибнет в борьбе за существование и не
оставляет потомства). 3.Гибель или успех в борьбе за существование носят
избирательный характер. Организмы одного вида отличаются друг от друга
совокупностью признаков. В природе преимущественно выживают и оставляют
потомство те особи, которые лучше приспособлены. Такое избирательное
выживание и размножение наиболее приспособленных организмов Ч. Дарвин
назвал естественным отбором.4.Под действием естественного отбора,
происходящего в разных условиях, группы особей одного вида из поколения в
поколение накапливают различные приспособительные признаки. Они приобретают
настолько существенные отличия, что превращаются в новые виды. Крупнейшие
ученые в разных странах способствовали распространению эволюционной теории
Дарвина, защищали ее от нападок и сами вносили вклад в ее дальнейшее
развитие. Дарвинизм оказал сильнейшее влияние не только на биологию, но и
на общечеловеческую культуру, способствуя развитию естественнонаучных
взглядов о появлении и развитие живой природы и самого человека.
Современная генетика привела к новым представлениям об эволюции, которые
получили название синтетической теории эволюции (Неодарвинизма). Ее можно
определить как теорию органической эволюции путем естественного отбора
признаков, детерминированных генетически. Такой взглад, не только
подтвердил теорию Дарвина, но и объяснил ее на качественно новом уровне.
Механизм эволюции стал рассматриваться, как состоящий из двух частей:
случайные мутации на генетическом уровне и наследование наиболее удачных с
точки зрения приспосбления к окружающей среде мутаций, т.к. их носители
выживают и оставляют потомство.
Систем. теория эволюции, понятие эв-ции в синергетике
Развитие любой биологической системы связано с эволюцией систем более
высокого ранга, в которые она входит в качестве элемента. Эта теория
получила название Системной теории эволюции. Она предполагает рассмотрение
взаимодействий «сверху -вниз» : от биосферы к экосистеме ?сообществам
?организмам и т.д. Такой подход позволяет выделить первичные связи, которые
традиционный взгляд «снизу-вверх» воспринимает как случайные и
незначительные. В мире, как мы знаем, постоянно идет процесс возникновения
нового, эволюции и развития разного рода систем. Согласно эволюционной
теории Дарвина, живая природа развивается в направлении усовершенствования
и усложнения всё новых видов растений и животных. Причем гибель или успех в
ходе этого процесса борьбе за существование носят избирательный характер и
в природе преимущественно выживают и оставляют потомство те особи, которые
лучше приспособлены. («Выживает сильнейший» - принцип естественного
отбора). Спрашивается, как исходя из этого объяснить эти явления с позиций
синергетики. И возможно ли это? Оказывается возможно! Возникновение нового
всегда кажется невероятным чудом. Ответить на вопрос, как это происодит
синергетика решила совместно с новой неравновесной термодинамикой, теорией
открытых систем. В частности в открытых неравновесных системах согласно
теории Ильи Пригожина стационарное состояние соответствует минимальному
производству энтропии. А процесс эволюции связан с процессом накопления
свободной энергии и уменьшением энтропии. Кибернетическая система обладает
устойчивостью при достаточном внутреннем разнообразии . Разный уровень
порядка рождает новый, более высокий уровень в органическом мире и мы
видим, как биологическое разнообразие организмов проявляется на молекулярно-
кинетическом, популяционном, видовом и биоценотических уровнях. Эволюция -
это вечная самоорганизация, поиск структурами своих оптимумов в меняющихся
условиях. Сущность ее в синергетике - это вечная борьба хаоса и порядка,
структурного и безструктурного во Вселенной. В этой борьбе может работать
бифуркационный принцип (пример с волосатым слоном). Возникающие случайности
могут привести систему к повышенной неравновесности - флуктуации, т.е.
отклонениям от среднего значения - и как следствие могут возникать мутации,
поддержанные окружающей средой. Возврат назад практически не возможен и
мутации становятся материалом эволюции, двигая ее вперет в постоянное
развитие.
Концепция коэволюции, Гея-Земля
Концепция коэволюции возникла в результате критики теории дарвинизма. У
истоков ее стоял русский ученый революционер Кропоткин, в онове его
взглядов лежали представления о том, что взаимопомощь является более важным
фактором эволюции чем борьба. (у Дарвина - ведущее место отводилось
борьбе). Концепция номогенеза утверждала, что изменения происходят не
беспорядочно и случайно, а по законам форм,в то время как у Дарвина они
идут во всех направлениях и случайно. Возникшая концепция коэволюции под
влиянием экологических исследований смогла объяснить возникновение полов и
другие феномены, такие как эволюция в системе «хищник-жертва», постоянное
совершенствование обоих компонентов в ней, эволюция в системе «паразит-
хозяин». Коэволюция сравнима с гонкой вооружений, в результате которой
экосистемы приобретают большее разнообразие (совершенствуется волк
?совершенствуется заяц). Или пример со жгутиковыми, в кишечнике термитов.
Они выделяют ферменты, без которых термиты не смогли бы переваривать
древесину и расщеплять ее до сахаров. А термит делится с паразитом
питательными веществами. Коэволюция объясняет и факты альтруизма у
животных: заботу о дитенышах, повиновение вожакам и взаимопомощь в трудных
ситуациях. Естественный отбор здесь играет в отличае от Дарвинского скорее
не роль «автора», а роль « редактора». Концепция Геи- Земли возникла в 2
последних десятилетия на основе учения о биосфере, экологии и концепции
коэволюции. Авторами ее явл. английский химик Джеймс Лавлок и американский
микробиолог Линн Маргулис. Их теория строится на том, что атмосфера Земли,
имеет хим. неравновескость, которая рассматривается как признак жизни.
Согласно Гея-гипотизе сохранение длительной хим. неравновесности атмосферы
обусловлено совокупностью жизненных процессов на Земле, иными словами
действует механизм обратной связи. Суть гея-гипотизы: Земля -
саморегулирующаяся система, созданная окр. Средой, способной сохранять хим.
состав атмосферы и тем самым поддерживать благоприятное для жизни
постоянство климата. Эволюция биосферы рассматривается как процесс,
выходящий за рамки полного понимания, контроля и даже участия человека.
Жизнь на земле = сеть взаимосвязанных связей, позволяющих планете
действовать как саморегулирующаяся и самопроизводящая система.
Биосфера - глобальная открытая система. Биоразнообразие.
В буквальном переводе термин “биосфера” обозначет сферу жизни. Именно в
таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским
палеонтологом Зюссом. Однако задолго до этого под другими названиями, в
частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и
т.п., его содержание рассматривалось многими
естествоиспытателями.Первоначально под всеми этими терминами
подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей
планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими,
геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось
внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической
природы.
Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в
образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что
все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его
кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.Факты и
положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники,
почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических
наук, а также геологических дисциплин. В современном понимании биосфера –
своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых и не живых
организмов. Такое толкование дал Вернадский. Биосфера охватывает нижнюю
часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, располагаясь в
диапазоне от 10 км. Вглубь земли да 33 над ней. Изучая распределение хим.
элементов по поверхности земли Вернадский пришел к выводу о том, что
практически нет ни одного элемента табл. Менделеева, который не включался
бы в живое вещество. Ученый при этом подчеркивал важное значение энергии и
называл живые организмы - механизмами ее превращения. Т. е. по средствам их
солнечная энергия преобразуется в энергию гео-химических процессов - это
приводит не только к дифференциации хим. элементов, но и к росту
разнообразия, накоплению информации и уменьшению энтропии. Совокупность
всех живых организмов биосферы составляет ее биоразнообразие.
Подсчитано,что масса всех живых организмов примерно равна 24*10 тонн.
Прогрессивное развитие сообществ. Понятие кризиса.
Древнейшее биотическое сообщество , которое существовало в узкой шельфовой
зоне протерозойских морей, характеризовалось небольшой биомассой и высокой
продуктивностью. В дальнейшем происходил процесс увеличения биомассы и
уменьшения продуктивности сообщества. Выделят 2 закономерности
прогрессивного развития: 1 с прогрессом коэффициент формирования жизни (
продукция / биомасса) уменьшается, а сложность возрастает. Или 2
увеличивается разнообразие, т.к. сокращение энтропии возможно лишь при
условии эффективного использования энергетических ресурсов, которые требую
усложнение структуры сообщества. Прогрессивное развитие характеризуется
общими тенденциями: 1. При смене доминирующих групп флоры и фауны
последующие формы богаче чем предыдущие. 2. Появление новых групп,
сопровождается появлением новых экологических ниш. 3. Увеличивается
продолжительность жизни организмов 4. Снижается конкуренция между видами.
5. Повышается замкнутость биогенного круговорота.
Кризисы - суть их состоит в том, что сложившаяся в результате эволюции
структура сообществ нарушается. Выделяют два видо кризисов исходя из
критериев времени: Короткие (21, 41,96,413 тыс. лет) и Длинные (5, 180, 250
млн. Лет). В кризисные периоды как правило возрастает нестабильность
биосферы, возникает общая тенденция к выживанию видов, приспособляющихся к
измененным ситуациям. Менее эффективное использование ресурсов в периоды
кризисов может привести к тому, что меньше видов смогут существовать
совместно, а если это произойдет, то как следствие вызовет сокращение
разнообразия. (часть неспособных видов - будет просто вымирать) . Наконец в
кризис уменьшается продуктивность сообщества, увеличивается отмирающая
масса. Уменьшается замкнутость круговорота вещества, изменяются стратегии
популяций, характер отбора, а следовательно и изменения на генетическом
уровне.
Человек и техническая эволюция. Глобальные проблемы.
По ходу развития цивилизации перед человечеством неоднократно возникали
сложные проблемы, порою и планетарного характера. Но все же это была
далекая предыстория, своего рода “инкубационный периуд” современных
глобальных проблем. В полной мере эти проблемы проявились уже во второй
половине и, в особенности, в последней четверти XX века. Они были вызваны к
жизни целым комплексом причин, отчетливо проявившихся именно в этот периуд.
В самом деле, никогда прежде само человечество не возрастало количественно
в 2,5 раза при жизни только одного поколения , наращивая тем самым силу
“демаграфического пресса”. Никогда до этого оно не вступало в периуд НТР,
не доходило до постиндустриальной стадии развития, не открывало дороги в
космос. Никогда прежде для его жизнеобеспечения не требовалось такого
количества природных ресурсов и энергии.. Никогда до этого не возникало
такое количество возвращаемых им в окружающюю среду отходов и.т.д. Сам
термин глобалистика вошел в научный обиход на рубеже 60-70 годов, тогда же
сформировалось и само понятие о глобальных проблемах, которые: во-первых,
касаются всего человечества, затрагивая интересы и судьбы всех стран,
народов и социальных слоев; во-вторых, приводят к значительным
экономическим и социальным потерям, а в случаеих обострения могут угрожать
самому существованию человеческой цивилизации; в-третьих, требуют для
своего решения сотрудничества в общепланетарном маштабе. Количество
глобальных проблем варьирует в очень широких пределах: от, примерно,
десяти до сорока и более. Поэтому разработана их классификация на: 1.
социальны., 2. Проблемы в системе человек - общество, 3. Проблемы в системе
человек - природа. Но если иметь в виду главные проблемы , то их не более
десятка: 1.Проблема мира и разоружения, предотвращение новой мировой войны;
2.Экологическая проблема; 3. Демографическая проблема; 4. Энергетическая
проблема; 5 Сырьевая проблема; 6. Продовольственная проблема; 7. Проблема
использования Мирового океана; 8. Проблема мирного освоения космоса.
Реферат на тему: Коровье бешенство
Но откуда вообще взялась эта напасть?
Ведь раньше коровье бешенство было экзотикой, болезнь Кройцфельдта - Якоба
почти не встречалась, а теперь в одной только Великобритании
зарегистрировано 177 тысяч случаев коровьего бешенства, от болезни
Кройцфельдта - Якоба скончались 88 человек! Многие люди имеют
представление, будто мы живём в некоем зафиксированном мире. На самом же
деле мы живём в мире, который постоянно изменяется. Эволюция вирусов,
эволюция бактерий, эволюция всего Того, что может вызывать патологические
состояния, происходит постоянно. Эволюционирует вирус СПИДА, то есть
постоянно появляются его новые формы, мутации. Эволюционирует вирус гриппа.
И поэтому неудивительно, что то, что происходит сейчас с болезнью бешенства
коров, – это тоже случай такой эволюции, но эволюции не без вмешательства
человека. Но это не означает, что были некие лаборатории, которые создали
прионы как оружие и потом пытались его использовать, – это полный абсурд.
Что скорее всего произошло – что люди начали использовать продукты
животного происхождения для скармливания самим же животным, что является
совершенно противоестественным: как все мы знаем, коровы – это травоядные.
Но для Того, чтобы коровы были более мясистыми и, соответственно,
коммерчески более выгодными, им начали скармливать пищу, которая содержит
много белков. Эта пища производится из таких же коров или других животных.
Таким образом, в пищу стали попадать вещи, которые в ходе нормальной
эволюции никогда в пищу коров не попадали. Скорее всего, когда - то, на
каком - то этапе, какая - то из коров – или какое - то другое животное –
заболели болезнью бешенства коров. Ясно, что если существуют болезни,
которые вызываются прионами, то они могли возникнуть и среди коров. Но если
бы эта корова не была использована для Того, чтобы из неё делать корм для
другой коровы, и не попала бы ей в пищу, то проблема развития болезни не
возникла бы, потому что – как и в случае людоедов, которых открыл Гайдушек,
– для Того, чтобы заразиться этой болезнью, нужно съесть больное животное
или поражённый болезнью орган больного животного. Что и произошло. И
болезнь бешенства коров стала распространяться потому, что коровам стали
скармливать продукты животного происхождения, в том числе и те, что уже
были заражены болезнью бешенства коров.
Откуда взялась эпидемия
Почему же редкая болезнь вдруг приняла характер коровьей эпидемии? Примерно
восемь лет назад ученые высказали предположение, что основной источник
заражения крупного рогатого скота в Англии - мясокостная мука, получаемая
из туш овец (среди которых были и животные, больные скрейпи) и добавляемая
в корма. Правда, костную муку добавляли в коровий рацион и 50 лет назад, а
эпидемия коровьего бешенства разразилась лишь недавно. Все дело в том, что
15 лет назад в Великобритании была изменена технология переработки туш овец
на костную муку - опущены некоторые стадии высокотемпературной обработки. В
результате этого возбудитель сохранил свою активность и коровы массово
заболели губчатообразной энцефалопатией. Скорее всего, коровье бешенство
передается через корм, а не от одного животного к другому непосредственно.
Поэтому в стаде иногда болеют всего лишь одна - две коровы. Но велика
вероятность Того, что болезнь передается коровьему потомству - от родителей
к детям.
Любая из перечисленных болезней может иметь три варианта возникновения:
а) инфекционный (уже упомянутый),
б) наследственный,
в) спорадический, то есть появление, казалось бы, без видимых причин, когда
не просматривается ни наследственной предрасположенности, ни инфекции.
Оказывается, очень даже бывают. Дело в том, что в индустриально развитой
Западной Европе для откорма скота используют так называемые белковые
добавки. Один американский ветеринар утверждал, что эти добавки
изготавливают из мяса погибших и издохших от болезней животных и птиц.
Причем дохлых "домашних любимцев" перерабатывают вместе с противоблошиными
ошейниками, испортившееся мясо из супермаркетов - с полиэтиленовой
упаковкой. (Из этой же массы, кстати, изготавливают и расхваленные рекламой
корма для собак и кошек.) Получается, что буренок кормят продуктом, в
котором содержится мясо их родичей. "Прионовый бунт" в организме коровы -
каннибала приводит к возникновению инфекции губчатого энцефалита, которая
опасна и для человека, стоящего следом за коровой в пищевой цепочке.
Что скорее всего произошло - что люди начали использовать продукты
животного происхождения для скармливания самим же животным, что является
совершенно противоестественным: как все мы знаем, коровы - это
травоядные. Но для Того, чтобы коровы были более мясистыми и,
соответственно, коммерчески более выгодными, им начали скармливать пищу,
которая содержит много белков. Эта пища производится из таких же коров
или других животных. Таким образом, в пищу стали попадать вещи, которые в
ходе нормальной эволюции никогда в пищу коров не попадали.
Хорошие и плохие прионы
Тут требуется небольшое пояснение: молекулы белка, представляющие собой,
как известно, длинные цепочки из остатков аминокислот, имеют и вполне
определённую пространственную организацию. Поэтому, характеризуя белок,
учёные говорят о его первичной, вторичной, третичной, а в отдельных случаях
и о четвертичной структурах. Первичная структура белка отражает его
аминокислотную последовательность, т. е. порядок чередования аминокислотных
остатков в молекуле.
Вторичная структура белка отражает конформацию молекулы, т. е. способ её
скручивания в пространстве. Одна из наиболее распространённых моделей –
спираль.
Третичная структура белка отражает трехмерную конфигурацию уже скрученной
молекулы в пространстве. Скажем, та же самая спираль, но ещё и изогнутая.
Ну, а четвертичная структура белка образуется за счет взаимодействия между
разными молекулами и характерна лишь для некоторых белков, например
гемоглобина.
Каждый белок имеет свою постоянную неизменную структуру, по которой клетка
его идентифицирует. Это своего рода пароль, ключ к замку. Любой белок с
незнакомой клетке структурой является для неё чужеродным и подлежащим
инактивации. Так что же делают прионы? Профессор Тараховский поясняетПрионы
способны переводить белок из конформации обычной в конформацию необычную,
которая клеткой воспринимается как нечто чужеродное, и клетка пытается этот
белок уничтожить, превратить в нечто такое, что не может быть использовано
клеткой, и этот белок становится нерастворимым. То есть он превращается в
какие - то частички, и эти частички образуют нити, или тяжи, которые не
имеют практически уже никакой функции – той, что выполняли эти белки. Они
просто заполняют клеточное пространство. То есть с точки зрения клетки она
выполнила свою функцию, потому что она инактивировала белок неправильной
конформации. Но для клетки эта инактивация имеет чудовищные последствия,
потому что эти нефункциональные белки, накапливаясь в клетке, её
практически убивают. И многие клетки, содержащие эти белки, погибают. Ужас
заключается в том, что эти прионы обладают способностью, связываясь с
белками, переводить их в такую конформацию, которая потом не возвращается
назад. Таким образом, это практически необратимый процесс.
Впрочем, такой трансформации подвергаются не все белки подряд, а лишь те же
прионы. Дело в том, что ген, кодирующий первичную структуру прионов, то
есть определяющий свойственную им последовательность аминокислот, найден не
только у всех людей, но и вообще у всех млекопитающих и даже у некоторых
птиц. Это значит, что в природе существуют как минимум две формы
соответствующего белка – нормальная, всегда присутствующая в организме
людей и животных, и патогенная, которая, собственно, и именуется прионом.
Сам термин " прион " - это сокращение словосочетания "infectious protein",
то есть "инфекционный белок". Больше всего прионных белков в мозге, гораздо
меньше – в лёгких, кишечнике, селезёнке, ещё меньше – в мышцах. Пока
прионный белок находится в обычной форме – она именуется альфа -
конформацией, – он хорошо растворяется в биологических жидкостях и способен
выполнять свойственную ему функцию – правда, учёные пока не знают, какую
именно. Однако изредка и по неизвестным пока причинам этот белок принимает
иную, аномальную форму – её называют бета - конформацией, – образует
нерастворимые агрегаты и выступает как чужеродное и вредное для организма
тело, в конечном счёте разрушая работу всей нервной системы.
Прион - это обычный белок. Он есть у каждого из нас на поверхности нервных
клеток. В своем нормальном состоянии его молекула скручена определенным
образом. По какой - то причине она может раскрутиться и приобрести
"неправильную" пространственную конфигурацию. "Неправильные" распрямленные
молекулы прионов легко склеиваются друг с другом, на нервной клетке
образуются белковые бляшки, и она погибает. На месте погибшей нервной
клетки образуется пустота - вакуоль, заполненная жидкостью. Постепенно весь
мозг превращается в дырчатую субстанцию, похожую на губку, и человек или
животное погибает.
Пути переноса генетической информации в клетке обобщает предложенная Ф.
Криком так называемая центральная догма молекулярной биологии (рис. 1) [3].
Основной путь переноса: от генов - дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК),
способной к самовоспроизведению, - к рибонуклеиновой кислоте (РНК), иногда
способной к самовоспроизведению, и, наконец, - к белкам. На этом этапе
заканчивается путь переноса информации. Она не возвращается к нуклеиновым
кислотам, а белки не способны к самовоспроизведению. До последнего времени
считалось аксиомой, что чередование аминокислотных остатков в полипептидных
цепях, то есть первичная структура белков, однозначно определяет характер
их складывания и тем самым функциональную активность [4, 5]. Эти
представления были поколеблены в значительной степени благодаря
исследованиям, о которых пойдет речь дальше.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА ПРИОНОВ МЛЕКОПИТАЮЩИХ
Инфекционное начало оказалось ассоциированным именно с упомянутыми
белковыми образованиями головного или спинного мозга. При этом белок -
прион (РгРSc) из этих высокомолекулярных агрегатов и растворимый
неинфекционный белок (РгРC) здоровых особей имеют одинаковую первичную
структуру, то есть одинаковую аминокислотную последовательность, но
различаются по вторичной и третичной структуре, то есть характером укладки
полипептидной цепи (рис. 2).
В белке РгРSc обнаруживается существенно больше так называемых B - слоев
- около 43 % (в РгРC - 3 %) - и несколько уменьшается количество (43 - 34
%) так называемых a - спиралей. При этом инфекционный белок, образующий
уже упомянутые амилоидные тяжи, оказывается более кислотоустойчивым,
термоустойчивым и более устойчивым к протеолизу, нежели его клеточный
гомолог РгРC. Оказалось, что инфекционный белок возникает путем
модификации своей структуры из обычного клеточного белка и при этом
приобретает свойство инфекционности [8]. На рис. 3 показана структура
этого гена (PRNP) человека. Сверху - известные варианты нормального
полиморфизма, то есть аминокислотные замены, не приводящие к заболеванию.
Внизу - мутационные замены, приводящие к нейродегенеративным заболеваниям
[8]. Особый интерес представляет начальный конец гена и соответственно
так называемый N - терминальный конец белка. Здесь закодированы пять
повторов из восьми аминокислот. Уменьшение числа повторов на один не
сопровождается патологическими последствиями, в то время как увеличение
числа повторов (известны варианты вплоть до 12 повторов) приводит к одной
из наследственных форм заболевания [8]. Следовательно, эти повторы играют
существенную роль в организации структуры белка и каким - то образом
влияют на возможность его превращения в инфекционную форму.Итак,
наследственные варианты заболевания - результат мутационного изменения
первичной структуры белка, облегчающего превращение его в прион и далее -
превращение всех вновь синтезируемых полипептидов в прионную, патогенную
и инфекционную форму. Спорадическая форма заболевания - спонтанное
изменение характера укладки полипептидной цепи, превращающее клеточный
белок в прион, а далее - опять же превращение всех вновь синтезируемых
полипептидов в прионную, то есть инфекционную и патогенную, форму. Здесь
очень важно отметить, что при одной и той же первичной структуре, то есть
одной и той же аминокислотной последовательности, без всяких изменений
кодирующего гена может возникнуть несколько вариантов укладки приона, и
эти различающиеся варианты укладки воспроизводятся при последующей
инфекции. Они получили название штаммов или правильнее - клонов приона
[15].И, наконец, инфекционная форма прионных заболеваний - результат
проникновения в организм, в клетку млекопитающих инфекционного белка,
возникшего любым из двух упомянутых способов. В стандартные концепции
легко укладывается возникновение наследственных форм заболевания. Можно
представить, что одна первичная структура служит основой для разных
способов пространственной укладки белковой молекулы. Тут требуется
небольшое пояснение: молекулы белка, представляющие собой, как известно,
длинные цепочки из остатков аминокислот, имеют и вполне определённую
пространственную организацию. Поэтому, характеризуя белок, учёные говорят
о его первичной, вторичной, третичной, а в отдельных случаях и о
четвертичной структурах. Первичная структура белка отражает его
аминокислотную последовательность, т. е. порядок чередования
аминокислотных остатков в молекуле. Вторичная структура белка отражает
конформацию молекулы, т. е. способ её скручивания в пространстве. Одна из
наиболее распространённых моделей - спираль. Третичная структура белка
отражает трехмерную конфигурацию уже скрученной молекулы в пространстве.
Скажем, та же самая спираль, но ещё и изогнутая. Ну, а четвертичная
структура белка образуется за счет взаимодействия между разными
молекулами и характерна лишь для некоторых белков, например гемоглобина.
Каждый белок имеет свою постоянную неизменную структуру, по которой
клетка его идентифицирует. Это своего рода пароль, ключ к замку. Любой
белок с незнакомой клетке структурой является для неё чужеродным и
подлежащим инактивации. Так что же делают прионы? Профессор Тараховский
поясняет:
"Здоровые" прионовые белки встречаются в виде различных по составу
протеиновых компонентов в клетках головного мозга различных видов
животных. Они расположены на поверхности нервных клеток и, судя по всему,
играют определенную роль в передаче сигналов, идущих от раздражителей.Эта
клеточная форма прионов (ПрПк, к = клеточный; РrР, с = cellular)
отличается от их патологической формы (ПрПск, ск = скрэпи; PrPsc, sc =
scrapie) своей пространственной структурой. С этим связано драматическое
изменение с точки зрения устойчивости по отношению к внешним воздействиям
и расщепляемости посредством ферментов. В то время, как прионы ПрПк
расщепляются легко, прионы ПрПск проявляют крайне высокую устойчивость к
ферментам, высокой температуре и средствам дезинфекции.
ХРОНОЛОГИЯ ЭПИДЕМИИ
прионные белки способны существовать в двух различных формах. Абсолютно
одинаковые по составу, эти две формы сильно различаются по своей
пространственной структуре. Если белок находится в обычной форме, он хорошо
растворяется в биологических жидкостях и способен выполнять свойственную
ему функцию. Оказавшись в другой, аномальной, форме, он образует
нерастворимые агрегаты и выступает как чужеродное и вредоносное для
организма тело. Именно с отношениями между этими двумя свойствами связано
самое важное свойство прионов - явление, с которым биологи никогда раньше
не встречались. Белок, находящийся в аномальной форме, сталкиваясь со своим
сородичем, имеющим обычную форму, переводит его в ту же аномальную форму.
Так, выяснилось, что белки, открытые Прусинером, оказываются возбудителями
болезней: попадая в здоровый организм, аномальный белок "заражает" белки,
находившиеся до этого в обычной форме, в результате накапливаются агрегаты,
которые разрушают клетки мозга.
МНЕНИЕ
По следам Эскулапа (прямой эфир на Радио" Свобода ")
Даниил Голубев:
По его данным, белковая молекула нормального приона имеет форму спирали,
она как бы сложена (" скручена "). Когда в силу тех или иных причин
молекула" раскручивается "и начинает походит на пучок гладких волос, прионы
становятся смертельно опасными. Соприкасаясь с нормальными прионами прионы
патогенные индуцируют изменения формы их молекул, то есть трансформируют их
в патогенные. Идет своеобразная молекулярная цепная реакция таких
изменений, сопровождающаяся дегенерацией нервных клеток головного мозга.
Механизм передачи инфекции И альфа -, и бета - конформации приона – это
спираль, вся разница лишь в том, что молекула патогенного белка имеет
примерно на 10 процентов меньше изогнутых участков, чем молекула белка
безвредного. Между прочим, прионы – самые мелкие из всех известных
инфекционных агентов: они примерно в сто раз меньше, чем вирусы. Самое же
страшное – и с этим явлением биологи никогда раньше не встречались –
состоит в том, что патогенный прион, сталкиваясь со своим нормальным
сородичем, переводит его в свою конформацию, то есть как бы заражает. И
попав в другой организм, прион может вызывать появление бета - конформаций
нормальных белков, закодированных в том же гене, что и он сам. Именно таким
был механизм передачи инфекции "куру" при ритуальном каннибализме на Новой
Гвинее, так же происходит и заражение болезнью Кройцфельдта - Якоба при
поедании мяса инфицированных прионами коров. Проявление этой болезни в своё
время называлось размягчением мозга. Но это – банальный язык, который не
объясняет саму патологию. А патология такова, что прионы, которые вызывают
бешенство коров, попадая в клетки, приводят к возникновению этих фибрилл,
или тяжей, и клетки разрушаются, дегенерируют. Таким образом, происходит
необратимая потеря клеток мозга, со временем симптомы болезни становятся
очевидными, и человек погибает.
Откуда берутся "неправильные" прионы? Причиной болезни (Крейтцфельдта -
Якоба, например) может быть наследственная предрасположенность. Небольшая
ошибка в нуклеотидной последовательности гена, кодирующе ГО прион, вызывает
синтез "неправильных" белковых молекул с "раскрученной" конфигурацией.
Вероятно, такие аномальные прионы у человека и животных при наличии
генетической предрасположенности накапливаются с возрастом и в итоге
вызывают полное разрушение нейронов головного мозга. Считается, что при
попадании в организм человека или животного хотя бы одной раскрученной
молекулы приона постепенно все остальные "нормальные" прионы начинают
разворачиваться аналогичным образом. Каким образом "ненормальная" молекула
приона разворачивает нормальную, неизвестно. Ученые ищут молекулу -
посредник в этой цепи химических реакций, но пока безуспешно.
- Прионы способны переводить белок из конформации обычной в конформацию
необычную, которая клеткой воспринимается как нечто чужеродное, и клетка
пытается этот белок уничтожить, превратить в нечто такое, что не может
быть использовано клеткой, и этот белок становится нерастворимым. То есть
он превращается в какие - то частички, и эти частички образуют нити, или
тяжи, которые не имеют практически уже никакой функции - той, что
выполняли эти белки. Они просто заполняют клеточное пространство. То есть
с точки зрения клетки она выполнила свою функцию, потому что она
инактивировала белок неправильной конформации. Но для клетки эта
инактивация имеет чудовищные последствия, потому что эти нефункциональные
белки, накапливаясь в клетке, её практически убивают. И многие клетки,
содержащие эти белки, погибают. Ужас заключается в том, что эти прионы
обладают способностью, связываясь с белками, переводить их в такую
конформацию, которая потом не возвращается назад. Таким образом, это
практически необратимый процесс. Впрочем, такой трансформации
подвергаются не все белки подряд, а лишь те же прионы. Дело в том, что
ген, кодирующий первичную структуру прионов, то есть определяющий
свойственную им последовательность аминокислот, найден не только у всех
людей, но и вообще у всех млекопитающих и даже у некоторых птиц. Это
значит, что в природе существуют как минимум две формы соответствующего
белка - нормальная, всегда присутствующая в организме людей и животных, и
патогенная, которая, собственно, и именуется прионом. Сам термин "прион "
- это сокращение словосочетания "infectious protein", то есть
"инфекционный белок". Больше всего прионных белков в мозге, гораздо
меньше - в лёгких, кишечнике, селезёнке, ещё меньше - в мышцах. Пока
прионный белок находится в обычной форме - она именуется альфа -
конформацией, - он хорошо растворяется в биологических жидкостях и
способен выполнять свойственную ему функцию - правда, учёные пока не
знают, какую именно. Однако изредка и по неизвестным пока причинам этот
белок принимает иную, аномальную форму - её называют бета - конформацией,
- образует нерастворимые агрегаты и выступает как чужеродное и вредное
для организма тело, в конечном счёте разрушая работу всей нервной
системы. Механизм передачи инфекции И альфа -, и бета - конформации
приона - это спираль, вся разница лишь в том, что молекула патогенного
белка имеет примерно на 10 процентов меньше изогнутых участков, чем
молекула белка безвредного. Между прочим, прионы - самые мелкие из всех
известных инфекционных агентов: они примерно в сто раз меньше, чем
вирусы. Самое же страшное - и с этим явлением биологи никогда раньше не
встречались - состоит в том, что патогенный прион, сталкиваясь со своим
нормальным сородичем, переводит его в свою конформацию, то есть как бы
заражает. И попав в другой организм, прион может вызывать появление бета
- конформаций нормальных белков, закодированных в том же гене, что и он
сам. Именно таким был механизм передачи инфекции "куру" при ритуальном
каннибализме на Новой Гвинее, так же происходит и заражение болезнью
Кройцфельдта - Якоба при поедании мяса инфицированных прионами коров. -
Проявление этой болезни в своё время называлось размягчением мозга. Но
это - банальный язык, который не объясняет саму патологию. А патология
такова, что прионы, которые вызывают бешенство коров, попадая в клетки,
приводят к возникновению этих фибрилл, или тяжей, и клетки разрушаются,
дегенерируют. Таким образом, происходит необратимая потеря клеток мозга,
со временем симптомы болезни становятся очевидными, и человек погибает.
В ходе опытов по инфицированию мышей, к | |
