2020-08-05
244
Термин онтогенез был введен Э. Геккелем еще в 1866г. Ученый подразумевал под ним рассмотрение особенностей структурной и функциональной организации отдельных организмов, - как многоклеточных, так и одноклеточных.
В настоящее время под этим термином понимают саморегулирующуюся иерархическую систему, определяющую согласованную реализацию наследственных признаков и функций, осуществляющихся в пределах автономной живой особи. Другими словами, онтогенетический уровень - это уровень изучения организма как единого целого, системы, в которой все связано, все отрегулировано и все прекрасно работает.
"Минимальной живой системой" является простейшая живая клетка. Она
наделена всеми функциями, присущими многоклеточному организму:
обменивается с окружающей средой, растет и увеличивает свой объем, делится
и размножается, обладает системами метаболизма или биохимической
регуляции.
5.4.1. Открытие клетки английским натуралистом Гуком.
Изучение строения клетки Шванном
Когда Янсенс в 1590 году и Галилей в 1610 году сконструировали микроскоп, появились возможности для изучения многих биологических проблем нового типа. Одним из первых использовал микроскоп Роберт Гук (1635-1704), который исследовал строение животных и растительных тканей. При помощи микроскопа с увеличением примерно в 30 раз Гук обнаружил клетки на срезе пробки. Позже Левенгук, пользуясь линзами, дававшими увеличение в 270 раз, описал сперматозоиды человека, бактерии простейших и ядра в клетках крови. Эти наблюдения за клетками не сопровождались какими-либо существенными успехами в теоретическом отношении до тех пор, пока в начале XIX в. не была сформулирована клеточная теория.
В XIX в. биология клетки быстро развивалась. Этому способствовали крупные достижения в создании линз для микроскопов. Броун в 1833 году описал ядро растительной клетки, а Шлейден и Шванн в 1839 г. - ядрышко. Новой ступенью развития теории клетки явилось знаменитое положение Вирхова (1855):
"Все клетки возникают только в результате деления существовавших ранее клеток".
В 1880 г. Флеминг описал хромосомы и последовательность событий при митозе, а в 90-х годах прошлого века были выяснены и более сложные явления, происходящие в клеточном ядре во время мейоза.
5.4.2. Деление всего живого мира на прокариоты и эукариоты
В 60-е годы микробиологи Р. Стэниэр и К. Ван-Нил предложили "поделить" весь живой мир по уровню клеточной организации на прокариоты и эукариоты. Проведя детальный анализ структур и функций множества бактерий, ученые обнаружили сходство между некоторыми из них, связанное со строением их клеток. Критериями для них являлись организация генетического аппарата, структура мембран и цитоплазмы, строение органов передвижения и
строение клеточной стенки и наконец, степень организации самой клетки. Оказалось, что по всем этим критериям, прокариоты отличаются от эукариотов. После 1962 г. целый комплекс наук занимался изучением этой концепции и было найдено множество подтверждений существования различий между ними, в том числе и на генетическом уровне. Вместе с тем в клетках обоего типа было и много общего, поэтому ученые выдвинули гипотезу, согласно которой прокариоты и эукариоты имеют одного эволюционного предка - архебактерии. Однако, при дальнейшем исследовании оказалось, что эти клетки, совмещавшие признаки как прокариотов, так и эукариотов настолько непохожи на них, что ученым пришлось выделить их в отдельную ветвь -архебактерии. Сейчас ученые склоняются к мысли, что прокариоты и эукариоты произошли от архебактерий в результате регрессивной эволюции при утере ряда функций (прокариоты) и прогрессивной эволюции (эукариоты).
5.4.3. Функционирование на онтогенетическом уровне
Функционирование на онтогенетическом уровне обусловлено наличием в живых организмах хорошо слаженной функциональной системности. На уровне клетки это - ядро, рибосомы, митохондрии и т.д. На уровне многоклеточных организмов - совокупность сосудистой, дыхательной, генеративной, нервной и пищеварительной систем. Согласно концепции, разработанной русским физиологом П.К.Анохиным (1935г.), функциональная системность обусловлена тем, что компоненты систем не только "взаимодействуют", но и "взаимосодействуют " друг другу. Т.е. функционирование отдельно взятых органоидов или их систем невозможно без содействия других неразрывно с ними связанных. Этим взаимодействием обеспечивается и целостность каждой системы, когда процессы на низших уровнях как бы организуются функциональными связями на высших уровнях.
Вся история физиологии человека и животных - это история подтверждения наличия такой функциональной системности на онтогенетическом уровне.
5.5. Популяционно-биоценотический уровень
В соответствии с общепризнанными сегодня представлениями элементарными единицами эволюции жизни на Земле являются не молекулярно-генетические системы или отдельные особи, а целые популяции(от. лат. -народ, население).
Популяция - это совокупность особей одного вида, обладающих единым генофондом, занимающих определенную территорию и свободно скрещивающихся.
Термин популяция впервые был введен в 1903г. датским генетиком В. Иогансоном. А еще в 1877г. немецкий ученый гидробиолог К. Мебиус предложил понятие биоценоз для обозначения совокупности всех организмов, населяющих участок среды с однородными условиями жизни (озеро, болото, тайга, пустыня и т.п.). Другое название биоценоза- сообщество. Биоценозы являются вторым уровнем организации и объединяют в себе несколько популяций. В свою очередь, биоценозы являются компонентами третьего надорганизменного уровня - биогеоценозов, которые характеризуются как определенными биологическими, так и абиотическими факторами среды.
В настоящее время в рамках популяционной биологии сформировались два тесно связанных между собой направления - биологическое и эволюционное. Главное содержание биологического направления составляет изучение.популяций и биоценозов, которые, будучи тесно связанными между собой и с окружающей природой, олицетворяют живые механизмы кругооборота веществ в природе. Биологическая популяционная биология исследует границы популяций или пространственную структуру популяций, а также изучает поведение животных в популяциях, их взаимодействие друг с другом (этологическую структуру популяций).
Связи внутри популяций и между популяциями служат основным механизмом сохранения их целостности. Было выяснено, что популяция является метаболически незамкнутой системой, в то время как биоценоз -метаболически замкнут на себя, т.е. внутри биоценозов круговорот веществ может совершаться без участия соседних биоценозов. В то же время устойчивость биоценозов зависит как от взаимодействия с соседними биоценозами, так и от их внутренней структуры.
На популяционно-биоценотическом уровне решающую роль играет взаимодействие составляющих его сочленов. Это взаимодействие носит трофический характер, т. е. происходит обмен веществами и энергией между популяциями или биоценозами.
Эволюционное направление в популяционнрй биологии связано с развитием учения о микроэволюции, т.е. об эволюционных процессах, происходящих за относительно короткие промежутки времени на ограниченных территориях, включающих в себя явления, протекающие в популяциях и завершающиеся видообразованием.
Биосферный уровень
Сегодня общепризнанной (особенно в отечественной науке) является та система взглядов на биосферу, которую создал В. И. Вернадский (1863-1945).
Сам Вернадский ссылается на Ж.- Б. Ламарка, заметив, что "он дал нам представление о роли биосферы в истории нашей планеты". Однако, Ламарк не пользовался термином биосфера и в своем труде "Гидробиология" (1802 г.) говорил лишь о том, что "все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов".
Эту идею разделяли многие ученые XVIII-XIX вв. Например, немецкий естествоиспытатель А. Гумбольд в своих "Картинах природы" (1826 г.) ввел понятие “жизненная сила”, под которой он понимал специфическую оболочку Земли, где в единую целостную систему объединены процессы, протекающие в атмосфере, на морях и на суше, а также весь органический мир. Позднее, в 1869 году немецкий агроном Ф. Ратцель назвал поверхность Земли пространством жизни, а французский географ Э.Реклю в своем труде "Земля" дал красочное описание роли мира живых организмов в преобразовании лика Земли.
Таким образом, начиная с Ламарка, в науке появилось представление о существовании на нашей планете некоего пространства, где есть жизнь. Из всех терминов, предложенных для обозначения этого пространства укоренился один - биосфера, автором которого был австрийский ученый Э. Зюсс (1875 г.). В течение всей жизни, он уточнял и дополнял определение термина биосфера и в 1919 г. описал биосферу как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".
Однако, Зюсс ничего не говорил о геологической роли биосферы и ее зависимости от планетарных факторов Земли. Впервые идею о геологических функциях "живого вещества”, представленного совокупностью всего органического мира в виде " единого нераздельного целого" высказал В. И. Вернадский в 1919 г.
5.6.1. Учение В. И. Вернадского о биосфере
В 1919 г. В. И. Вернадский дал одно из самых первых своих определений живого вещества: «Под именем живого.вещества я буду подразумевать всю совокупность организмов, растительных и животных, в том числе и человека". Впоследствии он уточнял это определение. Уточнения касались суждений о трансформации (преобразовании) различных форм энергии, их роли в функционировании "живого вещества" и роли "живого вещества" в истории химических элементов на Земле. По Вернадскому живое вещество – это то звено, которое соединяет историю химических элементов с эволюцией организмов и человека, а также с эволюцией всей биосферы. Отмечая характерные отличия живой материи от неживой, В. И. Вернадский, следуя взглядам Л.Пастера, видел основное основное отличие.живого в диссиметрии строения его молекул. Он подчеркивал, что “в соединениях, связанных с жизнью, преобладает или исключительно существует один антипод", т.е. один стереоизомер - левовращающий или правовращающий. Напомним, что главный биологический смысл молекулярной дисимметрии - обеспечение молекулярно-пространственного соответствия при взаимодействии молекул. Известно, что оптические свойства растворов (правое или левое вращение плоскости поляризации поглощаемого раствором света) зависят от пространственного расположения атомов в молекуле исследуемого вещества, причем знак дихроичного вращения прямым образом связан с направлением "закрученности” хромофора -участка молекулы, поглощающего cвет.
Что касается происхождения такого фундаментального свойства живого вещества, то подобно Пастеру, Вернадский рассматривал его не как планетарное, а как космическое явление, "наведенное" на живую материю факторами космическогопорядка.
Космической же он считал и причину_зарождения жизни на нашей планете. Вернадский, будучи по образованию геологом и изучая результаты геохимической истории Земли, мог с уверенностью говорить о том, что в истории.Земли не былр геологических эпох, лишенных жизни: "...Жизнь всегда была и не имела начала". Эти основополагающие тезисы он уточнял в.дальнейшем. Так, в 1940 году Вернадский утверждал:
1. Нигде и ни в каких явлениях, происходящих или когда-либо имевших
место в земной коре, не было найдено следов самозарождения жизни.
2. Жизнь, какой она нам представляется в своих проявлениях и в своем
количестве, существует непрерывно со времени образования геологических
отложений, со времени архейской эры.
3. Нет ни одного организма среди сотен тысяч различных изученных видов,
генезис которого не отвечал бы принципу Реди.
Вернадский "вынес" зарождение жизни за пределу земной поверхности.
5.6.2. Многообразие живых организмов - основа организации и устойчивости биосферы
"Биосфера - это один огромный механизм". Автором этого тезиса был отечественный микробиолог С.Н. Виноградский. Смысл его работы "О роли микробов в общем кругообороте жизни" заключался в подтверждении гениальной идеи Пастера: "Все стадии работы смерти обусловлены явлениями жизни". С. Н. Виноградский продемонстрировал незыблемость этой идеи, проанализировав, каким образом происходит глобальный кругооборот разнообразных элементов благодаря деятельности микробов. Вывод из его работы был грандиозен: не будь микробов с их "благородной деятельностью", наша планета оказалась бы погребенной под "остатками смерти", т.е. под неразложившимися останками жизни.
Взгляды Виноградского находились в полном соответствии с постулатами теории В, И. Вернадского. Приведем пять постулатов теории С.Н.Виноградского, при помощи которых ученый представлял структуру и функции первичной биосферы.
Постулат первый: "С самого начала биосферы, жизнь в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть уделом какой-нибудь одной формы жизни". Смысл сказанного ясен: первобытная биосфера изначально была представлена богатым функциональным разнообразием.
Постулат второй: "Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте... Первое появление жизни должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции жизни. Должны были сразу появиться биоценозы".
Постулат третий: "В общем монолите жизни, как бы ни менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением". Смысл приведенных постулатов такой: первичная биосфера была представлена "совокупностями" организмов типа биоценозов, которые и были главной "действующей силой" геохимических преобразований. Морфологические изменения, т.е. изменения в их строении не влияли на их глобальную "химическую функцию".
Постулат четвертый:' "Живые организмы... своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом,... непрерывной сменой поколений... порождают одно из грандиознейших планетных явлений... миграцию химических элементов в биосфере", поэтому "на всем протяжении протекших миллионов лет мы видим образование тех же минералов, во все времена шли те же циклы химических элементов, какие мы видим и сейчас".
Постулат пятый: "Все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами".
Какие же именно геохимические функции выполняла биосфера, что имел в виду В. И. Вернадский? Он сам дал.им следующие термины: газовая, кислородная, окислительная, кальциевая, восстановительная, концентрационная, разрушение органических соединений, восстановительное разложение, метаболизм и дыхание. Как видим, функций этих было предостаточно: благодаря существованию этих функций у биосферы происходило становление оболочек нашей планеты - атмосферы, гидросферы, литосферы и геосферы. Современная наука о биосфере классифицирует эти функции по пяти категориям.
ФУНКЦИИ БИОСФЕРЫ:
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОНЦЕНТРАЦИОННАЯ ДЕСТРУКТИВНАЯ СРЕДООБРАЗУЮЩАЯ ТРАНСПОРТНАЯ
Длительное время концепция Вернадского о биосфере замалчивалась, т.к. она не соответствовала господствующей догме А.И.Опарина, утверждавшей идею постепенного морфофункционального усложнения живой материи путем замены одних форм на другие - "более приспособленные".
Подлинное возрождение идей В.И.Вернадского о структуре и функциях как древней, так и современной биосферы произошло в середине 70-х годов, благодаря трудам отечественного биолога Г.А. Заварзина. Его главный вывод состоит в том, что основным фактором становления и функционирования биосферы были и остаются многосторонние трофические связи, установившиеся не менее, чем 3,4 -3,5 млрд. лет тому назад и определявшие характер и масштабы круговорота элементов в оболочках Земли.
Из сказанного следует, что ключевую роль в понимании существования живой природы на биосферном уровне играет экологический фактор. Именно ему отводил В.И. Вернадский решающую роль, когда говорил об условиях функционирования и сохранения живого как "единого целого", как "монолита жизни". Особенно четко роль экологического фактора обозначилась тогда, когда биосфера обрела новую форму существования - форму ноосферы.
5.6.3. Понятие ноосферы. Неизбежность перехода биосферы в ноосферу
Все, о чем говорилось выше, касалось биосферы в ее естественном состоянии, когда она существовала и функционировала как подлинный "монолит жизни", самой жизнью создаваемый и управляемый.
Ситуация коренным образом изменилась, когда появился главный компонент биосферы - человек. Он выступил как мощная геологическая сила, положившая начало перестройке биосферы: началась эпоха ноосферы.
Термин ноосфера еще в 1927 г. был предложен французскими учеными и философами Э. Леруа и П.Тейяром де Шарденом. Однако, они вложили в этот термин особое содержание, истолковав его как некий надбиосферный "мыслительный пласт", как единый покров, окутывающий планету.
Другое истолкование этому термину дал В. И. Вернадский. Под термином ноосфера
он понимал ту часть нашей планеты и околопланетного пространства, которая несет на себе печать разумной деятельности человека. Так же, как и биосфера, ноосфера становится геологической силой, влияющей на все сферы Земли.
Таким образом, В.И. Вернадский расширил учение о взаимном влиянии живых организмов и среды, включив в них проблемы воздействия ноосферы на биосферу.
Значение трудов В.И. Вернадского для человечества огромно. В результате их экология из чисто биологической превратилась в междисциплинарную область не только естественно-научного, но и философского значения.
5.6.4. Рациональное использование природных ресурсов и охрана биосферы
В наши дни существует достаточное количество примеров варварского отношения человека к природе. В погоне за сиюминутными выгодами, уничтожается та гармония в биосфере, которая создавалась на протяжении многих тысячелетий. Человек "победил" природу, занявшись ее уничтожением и забывая при этом, что и сам он является частичкой этой природы, а, значит, "победа" над природой означает на деле, самоуничтожение человечества. Научный прогресс, ведущий к повышению уровня жизни людей сопровождается большими издержками в виде вредных для жизни химических отходов, повышенного электромагнитного и радиоактивного излучения, появления новых, доселе неизвестных болезней, типа СПИДа, ухудшения общего здоровья населения планеты. Многие искусственные полимерные материалы и моющие средства вызывают аллергию, а радиоактивное излучение приводит к росту раковых опухолей и мутационным изменениям в генетическом аппарате половых клеток. Рождаются больные дети - заложники комфорта и удобства предыдущих поколений.
Помимо прямого воздействия на ноосферу и человека, технический прогресс разрушает основы всего живого на земле - биосферу и создает реальную угрозу окружающей среде в глобальных размерах: происходит загрязнение атмосферы, земли и воды - результатами непродуманной деятельности-человека. Гибнут животные и растения, которые не смогли приспособиться к столь стремительным изменениям в геосфере, а это обозначает, что происходит нарушение тех самых трофических связей, которые существовали в природных популяциях до вмешательства в них человека. Многие виды животных и растений попросту вымирают, другие заносятся в "Красную книгу". Ослабление же внутренней структуры популяций приводит к ослаблению их компенсаторных функций - биосфера уже не справляется с той мощной "нагрузкой", которую "взвалило на ее хрупкие плечи" человечество. Происходит засорение планеты, - нашего дома. Да, поистине сбываются слова Ж. -Б. Ламарка, который еще в 1820 г. пророчески писал: "Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания".
Спасти человечество может только создание целого комплекса мер,
которые пока никто не в состоянии применить, т.к. для их реализации
необходимы колоссальные средства. Кроме того, необходимо создание новой комплексной науки, которая бы приблизилась по своим масштабам к учению о биосфере В.И. Вернадского. Такая наука должна включать в себя все, что известно о современном экологическом кризисе, его источниках, масштабах и параметрах, а также путях их устранения. Но пока такая программа существует лишь в умах ученых.
