Волны жизни определение биология: ВОЛНЫ ЖИЗНИ • Большая российская энциклопедия

40. Волны жизни и их роль в эволюции.

Периодическое чередование подъемов и спадов численности популяций называется популяционными волнами, или волнами жизни, (термин был введен в 1905 г. С.С. Четвериковым).

Нашествия полевок, мышей, саранчи известны человеку с древнейших времен. Периодическое колебание численности особенно хорошо заметно у грызунов и других видов с коротким жизненным циклом и быстрой сменой поколений. Но само явление характерно для всех популяций растений и животных.

Волны жизни могут быть сезонными (периодическими) и несезонными (непериодическими). Сезонные изменения численности популяций часто обусловлены генетически. Несезонные волны жизни обусловлены непосредственным воздействием на популяцию различных абиотических и биотических факторов среды (температура, влажность, влияние хищников, обилие пищи, засуха, пожар, наводнение и т.д.). В итоге численность популяции определяется сразу многими факторами.

В сообществах часто наблюдаются периодические колебания численности популяций, связанные с взаимоотношениями типа «хищник–жертва». Усиленное размножение объектов охоты хищников вследствие увеличения кормовых ресурсов приводит в свою очередь к усиленному размножению хищников. За этим следует массовое уничтожение их жертв. Недостаток кормовых ресурсов обусловливает сокращение численности хищников и восстановление размеров популяции жертв.Волны жизни – один из элементарных эволюционных факторов. С возрастанием численности популяции увеличивается и число мутантов. После спада численности сохранившаяся часть популяции по генетическому составу будет значительно отличаться от ранее многочисленной популяции, так как часть мутаций совершенно случайно исчезнет вместе с несущими их особями, а некоторые мутации, также случайно, резко повысят свою концентрацию.

Таким образом, сами по себе популяционные волны не вызывают наследственную изменчивость, а только способствуют случайному изменению частот аллелей и генотипов, т.е. волны жизни – это своеобразный фактор – поставщик эволюционного материала, выводящий совершенно случайно и не направленно ряд генотипов на эволюционную арену. После стабилизации условий среды в популяции будет идти отбор особей с оптимальными генотипами.

Следует помнить, что волны жизни ставят под угрозу выживание малочисленных популяций.

41. Структура вида.

Вид (лат.species) —таксономическая, систематическая единица, группа особей с общими морфофизиологическими,биохимическимии поведенческими признаками, способная к взаимному скрещиванию, дающему в ряду поколений плодовитое потомство, закономерно распространённая в пределах определённогоареалаи сходно изменяющаяся под влиянием факторов внешней среды. Вид — реально существующая генетически неделимая единица живого мира. Основная структурная единица в системе организмов, качественный этап эволюции жизни.

При описании элементарной эволюционной единицы популяции было показано, что население любого вида распадается на относительно изолированные группы особей. Внутри популяции можно всегда выделить недолговечные группы особей, объединенных более тесным генетическим родством. У животных такие группы часто называют демами, у paстений биотипами.

Если рассматривать внутривидовые структуры выше популяционного уровня, то у животных таковыми оказываются расы, подвиды, а у растений экотипы и пoдвиды. Единообразие в терминологии в этой области отсутствует не только между ботаниками, зоологами, микологами и микробиологами, но и среди специалистов внутри каждой из названных дисциплин. Однако при этом все без исключения биологи, связанные с изучением видов, согласны, что любой вид это не конгломерат пoпyляций, а сложная система с многоуровневой иерархией биохронологических групп.

С эволюционногенетической точки зрения важно подчеркнуть, что эта система интегрирована генетическим обменом между группами.

Волны жизни

С.С. Четвериков назвал эти колебания «волнами жизни».[ …]

Н.В. Тимофеев-Ресовский ввел в 1928 г. термин «популяционные волны» для обозначения колебаний численности особей популяции, которые возникают под влиянием различных факторов биотической и абиотической среды. Будучи характерными для всех видов, популяционные волны (или «волны жизни») имеют определенное эволюционное значение, поскольку при резком сокращении численности какой-либо популяции среди оставшихся в живых особей могут оказаться редкие генотипы. В дальнейшем восстановление численности данной популяции будет идти за счет выживших особей, что приведет к изменению частот генов, а значит и генофонда.[ …]

Наиболее стабильные условия в биосфере были в эпохи между парами «гигантских волн жизни». Особенно выделяется позднемеловая эпоха, когда почти 20 млн лет не происходило ни грандиозного соленакопления, ни накопления органики (в виде топлива). В это время на Земле были наиболее благоприятные климатические условия. Средние широты характеризовались слабовлажным теплым климатом, тропики — менее влажным, чем сейчас. В высоких широтах тогда не было оледенения, а климат был достаточно теплым и не очень влажным.[ …]

Считается, что наши дни относятся к эпохе между бурными событиями последней гигантской волны жизни и грядущей гигантской волной с буйством флоры на континентах типа раннеюрской. При естественном ходе событий без антропогенного вмешательства человека ее начало ожидается через 5— 10 млн лет.[ …]

Примерами их служат колебания численности вредителей полей и огородов в разные годы. Эволюционное значение волн жизни состоит в том, что они резко изменяют (повышают) концентрацию в популяциях редко встречающихся аллелей (генотипов), в результате чего под отбор попадают организмы, обладающие редкими генами, которые обычно ускользают от действия отбора.[ …]

Изменения фотопериода в средних и высоких широтах опережают изменения температуры и связанные с ними сезонные «волны жизни». Поэтому они служат сигналом для запуска периодических сезонных изменений жизнедеятельности растений и животных: цветения, пигментации, активности, размножения, линьки, впадения в спячку, диапаузы и метаморфоза у насекомых, миграций и т.п.[ …]

Значение первого и второго биогеохимических принципов, 11ерсистенты (§ 206, 207), Третий б йогеох им инее кий принцип (§ 208), Борьба за существование — Мальтус и его ошибки (§ 209). Принцип солидарности и цепи жизни (§ 210). Направленность эволюции видов (принцип Дана). Невозможность в биосфере монофилет инее кой гипотезы. Значение проникающих космических излучений с этой точки зрения (§ 211, 212), Биогеохимичестя энергия роста и размножения (§ 213—215). Изменение биосферы — геохор и океанов — под влиянием биогеохимической деятельности человека (§216, 217). Размножение организмов сводится к одной общей формуле — геометрической прогрессии, Связь размножения с атомами. Таблица 23 — постоянные размножения (§ 218, 219), Размножение, выраженное в геометрической прогрессии, его особенности (§ 220, 221). Вирусы и бактериофаг (§ 222). Скорость заселения планеты живым веществом — его размножением (§ 223, 224). Вмешательство человека — стремление к ноосфере (§ 225). Культура человека и дикая природа (§ 226). Значение поля земного тяготения для явлений размножения (§ 227). Волны жизни. Таблица 24 — сравнение площади к и k для того же организма (§ 228). Явления размножения в планетном масштабе (§ 229). Скорость заселения живым веществом поверхности планеты плоскостная и линейная. Таблица 25 (§ 230), Скорость заселения культурных и диких организмов. Таблицы 26, 27 (fj 231). Скорость размножения наименьших организмов — бактерий. Величина т — скорость создания одного поколения делением (§ 232, 233), Скорость звука в среде жизни бактерий и величина т (§ 234). Таблица 28, скорость размножения.[ …]

Оно проявляется в массовом размножении водных организмов почти на глазах наблюдателя, в «цветении» прудов и озер, в весеннем цветении планктона. И в океане оно может распространяться на площади в десятки тысяч километров в немногие дни. Для суши, для подвижных организмов оно этим путем дает так называемые волны жизни [33] (старинное название, вновь введенное в науку английским крупным натуралистом и писателем В. Хэдсоном в конце прошлого века), когда происходит массовое размножение подвижных организмов ■— млекопитающих, птиц, насекомых, могущих растекаться во все стороны. Они вызываются скоплением благоприятных условий и возможностей для размножения в геохорах.[ …]

Циклическая динамика обусловлена колебаниями численности популяций с чередованием подъемов и спадов через определенные интервалы от нескольких лет до десяти и более. О периодичности вспышек массового размножения животных писали многие ученые. Так, С. С. Четвериков (1905) на примере насекомых говорил о существовании «волн жизни» с «приливами жизни» и «отливами жизни».[ …]

Так, в однородной среде, не имеющей укрытий для размножения, хищник рано или поздно уничтожает популяцию жертвы и после этого вымирает сам. Волны жизни” (изменений численности хищника и жертвы) следуют друг за другом с постоянным сдвигом по фазе, и в среднем численность как хищника, так и жертвы остается примерно на одном уровне. Длительность периода зависит от скоростей роста обоих видов и от исходных параметров. Для популяции жертвы влияние хищника положительно, так как ее чрезмерное размножение привело бы к краху ее численности. В свою очередь, все механизмы, препятствующие полному истреблению жертвы, способствуют сохранению пищевой базы хищника.[ …]

По мере роста популяции возрастает сопротивление среды, емкость которой по количеству пищи не безгранична. Приспосабливаясь к изменениям емкости среды, плотность популяции тоже изменяется. При росте популяция, имея определенную инертность, не может остановиться в некоей точке, ограниченной емкостью среды, и продолжает свой рост в неблагоприятных условиях. Кроме того, действие многих внешних факторов на популяцию замедлено. По этим причинам плотность популяции в условиях высокой сопротивляемости среды сначала может перерасти потенциальную емкость среды, а затем либо резко упасть, либо постепенно снизиться до уровня этой емкости. На изменения плотности популяции накладываются флуктуации, возникающие вследствие изменений эффективности противодействующих факторов (врагов, паразитов, болезней, климата и т.п.). В итоге колебания плотности популяций в реальных условиях имеют синусоидальный характер (так называемые волны жизни).[ …]

Волны жизни — презентация онлайн

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЦИАЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНОСФЕРНОЙ
БЕЗОПАСТНОСТИ
КАФЕДРА ТЕХНОСФЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИИ
ДОКЛАД
ПО БИОЛОГИИ
ТЕМА: Работы С. С. Четверикова. «Волны жизни»
Выполнила студентка 2 курса Лукашина Людмила
Группы ЭиП — 2
Проверил к.п.н., доцент кафедры
техносферной безопасности и экологии
Гапоненко А. В.
Москва, 2015
ЧЕТВЕРИКОВ
СЕРГЕЙ СЕРГЕЕВИЧ
24 апреля 1880 г. – 2 июля 1959 г.
Выдающийся русский
биолог, генетикэволюционист, сделавший
первые шаги в направлении
синтеза менделевской
генетики и эволюционной
теории Чарльза Дарвина.
Один из главных
энтомологов и
лепидоптерологов первой
половины XX века.
УЧЕНИКИ
Гершензон Сергей Михайлович
Астауров Борис Львович
Тимофеев-Ресовский Николай Владимирович
Поступив в 1900 г. в Московский университет он увлекаясь
естествознанием и особенно лепидоптерологией, стал членом
зоологического кружка под руководством профессора
Н.Ю.Зографа, а также активным членом Комиссии по изучению
фауны Московской губернии, которая работала при Обществе
любителей естествознания, антропологии и этнографии. Уже в
1902 г. Четвериков опубликовал свою первую работу по
чешуекрылым Московской губернии, а также руководство к
собиранию чешуекрылых. В 1903 г. он описывает новый вид
(Dendrolimus laricis.), а через год публикует список новых для
палеарктики видов. В 1905 г. выходит его очень интересная
работа «Волны жизни (из лепидоптерологических наблюдений за
лето 1903 года)», в которой рассматривается явление «отливов и
приливов жизни».
Различный подход и постоянные наблюдения бабочек в природе
дали Четверикову основания для важного теоретического вывода о
«волнах жизни». Эта новая научная категория в настоящее время
широко используется во многих биологических дисциплинах и, в
первую очередь, в систематике, эволюционном учении и даже
генетике. Сам термин является общепринятым, часто встречается в
биологической литературе и вошел в энциклопедические издания.
Четвериков дает следующее определение понятию «волн жизни».
Он пишет: «как всякие вольны [они] состоят из подъема и падения.
Те случаи, когда происходит внезапное массовое появление какоголибо вида, продолжающееся некоторое время и кончающееся
уменьшением численности его снова до прежней нормы, будем
называть «приливами жизни». И обратно – в тех случаях, когда
численность какого-нибудь вида внезапно опускается ниже его
обычной нормы, происходят «отливы жизни». Эти волны
происходят непрерывно и приводят не только к изменениям
численности вида, но и к постоянным колебаниям границ его
ареала, который никогда не является постоянным и неизменным.
Репница, или белянка репная
(лат. Pieris rapae)
Один из видов шашешниц
Саранча
Обыкновенная белка
Волк
Заяц-беляк
Майский жук
Сибирский шелкопряд
Элодея Канадская

«Волны жизни» (ТИМОФЕЕВ-РЕСОВСКИЙ Н.В.)

 

 

 

 

 

 

«Волны жизни» (ТИМОФЕЕВ-РЕСОВСКИЙ Н.В.)

Итак, я изложил, так сказать, начало популяционной генетики , рассказав, как дошли мы до необходимости ее экспериментального изучения. Сегодня я продолжу это в направлении постепенного развития того, что мы называем микроэволюционным процессом , а Хаксли назвал синтетической эволюцией . Популяционная генетика, как я уже говорил, не нашла достаточно близкого контакта с теми, кому следовало бы в первую очередь заинтересоваться этими контактами. Профессора-дарвинисты, зоологи и ботаники, продолжали не замечать развития генетики. И не заметили вовремя и работы Четверикова , не заметили начало, количественно действительно огромное начало, экспериментальных популяционно-генетических работ в нашем Отечестве и в Америке. Но, конечно, в любой специальности, тем более в такой симпатичной специальности, как биология, даже среди профессоров встречаются люди умные и настроенные, как иногда принято говорить, прогрессивно, с интересом к чему-то для них новому. У нас, помимо Кольцова и Четверикова (ну, Четвериков — младшее поколение, тогда профессором еще не был), Ивана Ивановича Шмальгаузена , ботаника Тахтаджяна … пожалуй, никого из более заметных-то и не было. А за границей оказались, во-первых, два очень активных, очень интересных и очень талантливых англичанина, оба зоологи — Холдейн и Хаксли , которые были не профессиональными генетиками, в особенности Хаксли, а общими зоологами. Хаксли преимущественно занимался экспериментальной зоологией, экспериментальной морфологией, проблемами относительного роста у животных, сходными вещами. Холдэн же был вообще любопытный очень, универсальный такой биолог. Он занимался всякой всячиной. Был знаменит тем, что в каждый данный момент занимался не тем, чем должен был заниматься. Когда он заведовал кафедрой биохимии, занимался биометрией, когда попал в генетический прикладной ботанический сад в Лондоне, где от него ожидали развернутых ботанико-генетических работ, он занялся биохимией и биометрическим анализом человеческих популяций с целью изучения генетики, в основном человеческих болезней. Но человека, отнюдь не растений. Вот так он вел свою жизнь, занимаясь не тем, чем должно было. И это, вероятно, было правильно. Я думаю, что настоящему крупному ученому так и надлежит: заниматься не тем, чем велят заниматься, а тем, чем хотелось бы в данный момент. Еще ряд английских зоологов заинтересовались генетикой. В Германии кое-кто, например орнитолог Ренш, профессор зоологии Альфред Кюн , кое-кто из американских зоологов и палеонтологов, в особенности Симпсон . Мы, ставшие уже профессиональными генетиками, с успехом начали пропаганду и внедрение генетических идей, в первую очередь идей популяционной генетики, в умозрение профессоров- биологов, читавших лекции по зоологии, ботанике и в особенности так называемые курсы дарвинизма. Кстати, надо заметить в качестве курьеза, что в длительную эпоху, когда у нас дарвинизм подменили воинствующим, совершенно вненаучным антидарвинизмом под названием «учение Лысенко» , «мичуринская биология» и так далее, все это продолжало называться дарвинизмом, хотя было совершенно откровенным, махровым антидарвинизмом вненаучного толка и направления. Ну, сейчас у нас эта эпоха, слава Богу, более или менее кончилась, оставив после себя, конечно, досадную брешь. В сущности, целых два поколения студентов обучались черт знает чему. Но в конце 20-х — начале 30-х годов, до конца 30-х годов у нас ничего этого не было, за границей такого антидарвинизма вообще никогда не было. Вы вот меня всё спрашиваете — Мичурин, Лысенко?..

Я никогда не интересовался, не собирал всю ту ерунду, которая печаталась, не читал и даже не просматривал, потому что это было настолько далеко от науки, что когда меня спрашивают, почему я никогда не дискутирую, не спорю с лысенковцами, я отвечаю:

«А можете вы себе представить, чтобы современный клиницист на научной основе всерьез спорил с мордовской знахаркой?» Лысенкизм и мичуринская биология — это такая белиберда, такое отдаленное, чисто словесное имеет отношение к науке, что дать даже отдаленно разумное и какое-нибудь более или менее строгое объяснение всяким этим явлениям, с моей точки зрения, абсолютно невозможно. Внешне вся эта мичуринская биология в лысенковской трактовке отдаленно иногда напоминала самые грубые и примитивные старые формы так называемого ламаркизма, додарвиновского эволюционизма. Но только отдаленно и словесно. По сути дела, я повторяю, вся так называемая мичуринская биология в трактовке 40-х и 50-х годов — это было нечто абсолютно антинаучное. Вот во время первой сельскохозяйственной выставки 23-го года Кольцов и Вавилов нас, генетическую молодежь, уговорили помочь… кому бы вы думали? — Мичурину как раз, расположить его стенды. А Мичурин выразил желание понять, что такое менделизма. И мы тогда недели две, наверное, с Димитрусем Ромашовым , Николаем Константиновичем Беляевым и, по-моему, Рокицким пробовали Мичурину сделать понятным, откуда берется три к одному. Это нам не удалось…

Мичурин был своеобразная штука. Садовод-мономан, он ухаживал за каждым кустиком, поливал кого марганцовкой, кого мочой. Во! И за всю свою долгую жизнь он так и не мог понять, что такое контроль. Поэтому все, что он сделал в жизни своей, никакого отношения к наукам вообще не имеет. Это индивидуальное кустиководство. Он не понимал, что такое контроль и что без контроля эксперимент — не эксперимент, потому что не с чем сравнивать. Он вот сажал кустик какой-нибудь особой смородины, и, для того чтобы добиться высшего евойного развития, с утра ставился большой самовар, и Мичурин весь день пил чай и поливал кустик. Вот это был Versuch — опыт. Это вы не записали, надеюсь? Записали? Мать честная! Контрреволюция. Мичурин очень долго менделизму не выдерживал. Слушал- слушал, спрашивал-спрашивал, а потом ему становилось совершенно скучно и нудно, и он убегал… Тогда только расцветал нэп , а у него еще не было там, в Козлове, ныне Мичуринске, буфетов, так что он убегал в буфет пить чай с пирожными. А мы в это время ухлестывали за девицами. Так что по самой сути дела и по самой профессии он ни за какую — ни за мичуринскую, ни за антимичуринскую — биологию ответственным быть не мог. Так же, как я не могу быть ответственным, скажем, за автомобилестроение — не понимаю в нем ничего. Его, конечно, совершенно изнасиловали лысенковцы во главе с Лысенко. Икону из самого себя он сделать не мог — сделал из Мичурина.

Вся эта белиберда была названа мичуринской биологией, в отличие от немичуринской, научной биологии, значит, прочей настоящей биологии. До того избито уже, изжевано, что об этом и говорить не стоит. А я всерьез вообще никогда не разговаривал о мичуринской биологии. Потому что, повторяю, она с потрохами этого не стоит, даже всерьез чихнуть не стоит. Так вот, вернемся на первое.

Значит, первое, что популяционная генетика внедрила во всю разумную биологию, — это понятие популяции, представление о всюдности популяций и о том, что популяции являются теми самыми элементарными эволюционными единицами, о которых мы уже говорили. Физика и общая математическая методология, современное естествознание учат нас — особенно популяризировал это умнейший человек XX века, Нильс Бор покойный , — что точность любой научной и наукообразной дисциплины зависит не от количества элементарной или высшей математики в этой дисциплине, не от обилия формул в тексте, а от строгости и точности определения элементарных структур и элементарных явлений в данной области. Любая область может стать предметом точных и строгих исследований, ежели точно, строго и однозначно сформулированы в ней элементарные структуры и элементарные явления. В физике недавно все казалось ясным. Сейчас все немножко запуталось, потому что физики запутались в элементарных частицах, и идет сейчас большой спор. В других науках отчасти хуже, отчасти лучше. В химии несколько лучше, потому что в химии элементарной структурой является молекула, с нею связаны химические свойства вещества.

А элементарное явление в химии — реакция, то есть какое-то взаимодействие между молекулами или изменение структуры молекулы. В биологии мы пока не знаем ни структуры, ни явления. Но знаем, что, по- видимому, по самой природе биологического материала, по комплексности биологического материала мы принуждены будем говорить о разных уровнях, так сказать, строения, а в связи с этим — и изучения биологического материала. Я лично склонен разделять биологический материал на четыре группы. Первая группа — это молекулярно-генетическая, где основной элементарной структурой является ген — элементарная, дальше неделимая частица какая-то, в современном нашем представлении макромолекула типа нуклеиновой кислоты. Частица, которая способна к конварьянтной редупликации, способна рядом с собой строить точно подобную себе. А в случае, если структура ее изменяется, она дальше репродуцируется в этом новом измененном состоянии или вовсе перестает репродуцироваться. В связи с таким определением на этом молекулярно-генетическом уровне элементарное явление — это мутация, то есть изменение этой саморедуплицирующейся основной структуры. С этим уровнем все ясно. Но жизнь представлена на нашей планете в очень сложных формах. Если бы существовали только доклеточные формы, то все было бы очень мило и хорошо. Но, к сожалению, произошла на Земле эволюция, длительная и сложная, которая привела к созданию настоящих клеток, клеток безъядерных, потом клеток с ядрами. Эти клетки существуют в виде одноклеточных организмов , всяких простейших форм, начиная с бактерий и кончая очень сложными по строению инфузориями . И в виде многоклеточных организмов. Причем многоклеточные организмы могут быть от сравнительно простого овального многоклеточного образования или шара до нас с вами, до человека. Значит, существует далее онтогенетический уровень или, как его сейчас предпочитают называть, клеточно-онтогенетический. Это наихудше изученный уровень жизни на нашей планете. Я могу вам точно и кратко сформулировать, что такое онтогенез . Это любопытное явление заключается в том, что индивидуальное развитие организма любой сложности всегда начинается от одной оплодотворенной яйцеклетки, которая начинает делиться и дифференцироваться. И онтогенез можно определить совершенно строго и кратко так: почему в должное время в должном месте в развивающемся зародыше происходит должное. И это совершенно исчерпывающее, точное описание индивидуального развития. Но теории, общей теории онтогенеза до сих пор нет, так же как нету общей теории биологии. И я думаю, что общей теории биологии, в том смысле, как существует теоретическая физика, скажем, и не будет из-за вот этих четырех уровней, о которых я начал говорить. О двух уровнях я сказал. Теперь третий идет. В связи с популяционной генетикой мы уже говорили о другом замечательном явлении жизни, на которое тоже люди мало обращали внимания. Все знали это, все видели и как-то мимо проходили. Ни один вид живых организмов не может существовать в виде отдельных, изолированных особей. Все виды образуют совокупности особей, каждая из которых, тем не менее, формируется путем того самого онтогенеза, о котором мы только что говорили. Причем это любопытное явление имеет свое математическое обоснование, о котором люди часто не думают и поэтому так быстро уничтожают многие виды животных и растений. «Ах, — думают, — их еще достаточно!» А дело обстоит следующим образом. Численность популяций из года в год, из десятилетия в десятилетие может варьировать, быть больше, быть меньше. Все на свете варьирует, ничего не варьирующего, абсолютно константного не бывает. И, как всякое статистическое явление, она, численность, может, с одной стороны, варьировать до нуля. Но ежели что- нибудь превратилось в нуль, то игра кончилась. «Кончено дело, зарезан старик, Дунай серебрится, блистая». Во! А с другой стороны — может ползти в бесконечность. И, пожалуйста, ползи, все равно не доползешь. Вот это совершенно замечательная особенность популяций. Их численность следует этой любопытной закономерности, которую можно так выразить: чем меньше средняя численность популяции, тем вероятнее, что случайные флюктуации, как говорят математики, этой численности, случайные ее изменения могут допрыгаться до нуля. И на этом кончится вся игра. И это совершенно, к сожалению, не учитывается при всех охранах природы и всяких таких вещах. Значит, мы договорились до того, что элементарной структурой эволюции является популяция , не одна особь и не весь вид, а популяция любого вида. А элементарным эволюционным явлением — изменение ее генетического состава. Поэтому третий уровень строения и, соответственно, изучения жизни я лично называю популяционно- эволюционным. Это и есть тот уровень, на котором можно изучать элементарные исходные процессы, ведущие к эволюции живых организмов на нашей планете. Но этим не кончаются еще, так сказать, сложности явлений жизни на нашей планете Земля.

Имеется еще одно общеизвестное обстоятельство, на которое тоже достаточного внимания как-то не обращается. Ни один вид живых организмов на нашей планете не существует и не может, по-видимому, существовать изолированно. Все участки пространства планеты Земля с ее окружающей атмосферой, литосферой и прочими сферами всегда населены сообществами из нескольких, обычно многих, видов живых организмов. Вся природа от мельчайших пространств до крупных ландшафтов состоит из сообществ живых организмов. Это ведет к очень существенной вещи и произошло благодаря очень простой вещи. Произошло это, несомненно, оттого, что каждая часть любой территории, любого пространства нашей планеты способна прокормить и дать возможность существовать не одной, а разным формам живых существ. Кроме того, разные формы живых существ во многом зависят друг от друга. Несомненно, эти различные формы в какие-то давно прошедшие времена начали изменяться. Началась эволюция, и началось использование окружающей среды и друг друга. И продолжается до сих пор. Следовательно, четвертым уровнем, так сказать, структуры жизни на нашей планете является этот биосферный уровень. Биосфера Земли населена, как биологи их называют, биоценозами — сообществами микроорганизмов, растений и животных, которые теснейшим образом связаны друг с другом и со всеми элементами своего окружения. Но биосфера, как и все на свете, опять-таки не кисель, не сплошность какая-то, а построена из отдельных участков, которые Сукачёв назвал биогеоценозами . Я их просто и строго определяю таким образом: биогеоценозом является участок пространства биосферы, горизонтальный и вертикальный, через который не проходит ни одна установимая граница — геоморфологическая, почвенно-грунтовая, гидрологическая, метеорологическая и биоценотическая. Вот такой участок носит, по Сукачёву, название биогеоценоза. И вся биосфера состоит из биогеоценозов. Но возвращаемся опять-таки к эволюции.

Я сознательно после разговора о популяционной генетике перечислил различаемые мною четыре уровня организации и изучения жизни на нашей планете, чтобы показать, почему, как и откуда берется материал для дальнейших рассуждений о механизме эволюционного процесса. Эволюция — сложный, направленный процесс. Описывая эволюцию, люди давно привыкли подмечать в ней то, что мы — правда, до сих пор без точных определений — называем эволюционным прогрессом, то есть обстоятельство, что с течением времени живые формы на нашей планете усложняются, прогрессируют в каком- то отношении, делаются более высокоорганизованными. Эволюция является, кроме того, процессом, протекающим в очень сложной среде, которую в первом приближении, грубо и очень общо можно разделить на живую и неживую среду, или живую и косную, как любил говорить Владимир Иванович Вернадский . И в каждом из этих подразделений среды большое количество отдельных факторов, отдельных частей, отдельных условий, которые все так или иначе переплетены друг с другом и так или иначе влияют на ход эволюционного процесса. Во всем этом надо как-то разобраться. Вот следующей нашей задачей является выделение основных, главных элементарных эволюционных факторов. Первым по порядку и, конечно, элементарным, и основным, и обязательным фактором эволюции можно считать мутационный процесс, потому что это тот основной фактор, который поставляет эволюционный материал, как мы уже говорили.

Без давления мутационного процесса не могло бы быть ни в какой форме эволюции живых организмов на Земле. Мутационный процесс нам сейчас в общих чертах и в первом приближении достаточно хорошо известен. Можно сделать такое, на первый взгляд немножко парадоксально звучащее утверждение: в общем, давление спонтанного мутационного процесса, видимо, у всех живых организмов довольно велико. Статистически это вполне ощутимая величина. С другой стороны, ежели рассуждать с точки зрения возникновения совершенно определенных мутаций определенных генов, то это величины очень маленькие. Это вот довольно существенная вещь. Удивляться этой двойственности мутационного процесса — с одной стороны, что он все-таки в целом заметная статистическая величина, а с другой стороны, что стабильность генов отдельных, по-видимому, относительно очень высока, — не стоит. Если как следует продумать значение давления мутационного процесса, то неизбежно придешь к умозаключению, что должна существовать некая оптимальная лабильность генов. Но над этим нам надо думать постоянно и нужно более подробно и детально изучать количественное давление мутационного процесса.

Теперь вернемся опять-таки к представлению о популяциях. Значит (и об этом мы уже договорились), все популяции состоят из групп особей, внутри которых осуществляется практически свободное скрещивание и смешивание. На эти популяции, естественно, давит ряд факторов, первый из которых — мутационный процесс — мы назвали. Харди первым, а затем в более расширенной форме уже Четвериков , показали, что ежели популяции живых организмов были бы, в известном смысле, бесконечно велики и ничто бы на них не воздействовало, то ничего бы с ними и не происходило, они оставались бы генетически стабильными. Действительно, потребовалось некоторое количество математических формул, чтобы эту простую и, казалось бы, не требующую никаких дальнейших рассуждений истину, так сказать, научно закрепить. Но генетика к 20-м годам уже настолько развилась, что можно было считать определенно доказанным в качестве общего биологического закона для всех видов живых организмов на нашей Земле, что на популяции оказывает давление мутационный процесс. И по той же формуле Харди генетический состав популяций неизбежно должен в какой- то мере меняться. И меняться он должен с разной скоростью и в разных направлениях в зависимости уже не столько от силы давления мутационного процесса, сколько от других факторов: от строения самих популяций — численности индивидов, численного соотношения полов, средней длительности жизни поколений и всякая такая штука — и от степени изолированности популяций друг от друга, от количественных флюктуации численности особей в каждой такой популяции живых организмов. Все это должно иметь большое значение. И наконец, в таких популяциях неизбежно начинает действовать естественный отбор . Мы уже договорились, что sine qua поп, без чего не может произойти эволюция, — это изменение генетического состава популяций. Так вот, под давлением различных факторов такие изменения не только могут, но должны быть. Важно только строго и по возможности точно рассмотреть всякую всячину, которая может происходить с популяциями, просистематизировать и посмотреть, какой останется минимум элементарных эволюционных факторов, без которых не обойдешься, а какие только кажутся отличными, а на самом деле являются теми же. Интересно, что, как я об этом рассказывал в своем докладе в МОИПе, Сергей Сергеевич Четвериков , еще будучи на последнем курсе университета, напечатал очень интересную статью «Волны жизни» , в которой показал чрезвычайно интересную и важную вещь, которую все знали давным- давно, спокон веков, как говорится, но на которую ученые мужи и жены биологического профиля, выражаясь научно и картинно, не обращали должного внимания. А именно, что всем живым организмам на нашей планете свойственно не только не поддерживать постоянную численность особей в популяциях, но подвергаться часто совершенно безумным колебаниям этой численности, флюктуации численности особей. И это каждый из нас действительно без всякой науки знает. Абсолютно стабильных по численности популяций в природе не существует. В свободной жизни у всех живых организмов от одноклеточных, от бактерий и, наверное, от доклеточных организмов, вроде вирусов, фагов, до сложных многоклеточных высших организмов всегда существуют «волны жизни». Эти «волны жизни» могут быть различны по своей природе, прежде всего по распределению своему во времени. Комары, мошки, целый ряд насекомых, некоторые растения мелкие, особенно из сорняков, развиваются при благоприятных условиях очень быстро и дают несколько поколений в год. У этих организмов «волны жизни» обычно связаны с сезонами года. Другие животные и растения, более крупные, живут дольше. Например, полевые или лесные мыши, грызуны всякие, зайцы, кролики, всякая такая штука живут по нескольку лет, дают каждый год обыкновенно помёты, некоторые по два помёта в год дают. Средняя продолжительность поколения у них обычно больше года. И «волны жизни» у них не совпадают так просто с сезонными циклами года. Они тоже связаны с определенными внешними условиями, но несколько более сложным путем. К настоящему времени появилась масса сводок по «волнам жизни». Я из чисто таких международных соображений предложил в свое время изменить «волны жизни» в популяционные волны, потому что «волны жизни» по-русски-то еще звучит туда-сюда, а уже, скажем, по-немецки — сплошная романтика и какая-то идеалистическая вещь, что-то потустороннее. А по-французски вообще белиберда получается. По- английски смысл такой же нелепый, как и по-немецки, но еще, пожалуй, хуже, потому что «life waves» — эти слова «жизнь» и «волны» — как-то в ангийском языке никогда не встречаются вместе, не подходящие друг другу слова. А популяционные волны на всех конгрессных языках звучат одинаково непорочно. А суть дела та же. Так вот, на основании недостаточного тогда еще материала, но по зоологической интуиции Четвериков в своей работе «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» в 26-м году указывал, что «волны жизни» обладают всюдностью, встречаются всюду, у всех живых организмов без всяких исключений. Сейчас мы можем действительно это утверждать. Нету живых организмов на нашем свете, которые не подвергались бы «волнам жизни» в тех или иных формах. Всегда и всюду есть какие-либо колебания численности в популяции любых живых организмов. Но у некоторых из них на такие колебания накладываются более или менее нерегулярные, редкие, относительно редкие, отстоящие друг от друга на годы, на многие сезоны вспышки численности. Так бывает часто у микроорганизмов, патогенных как для растений, так и для животных. И в результате вспышка эпизоотии, эпифитотии или эпидемии у человека с колоссальной «волной жизни» соответствующего возбудителя. Потом в силу различных причин эта вспышка затихает и все приходит опять в норму. Например, большинство подвергшихся просто вымирает.

Ученые мужи уже нашего времени, XIX, а в особенности XX века, раскопали во всяких архивах интересные данные. Оказывается, мы иногда преуменьшаем города древние. Вот, скажем, Нюрнберг в конце средневековья насчитывал около ста тысяч населения, то есть столько же, сколько в конце XIX века. Про Нюрнберг было известно только, что он практически вымер в результате двух последовательных эпидемий чумы как раз. Но ведь паразиты и патогенные микроорганизмы тоже подвергаются различным влияниям, и по отношению к ним тоже может проявиться одновременное давление нескольких неблагоприятных условий. Это я говорю о природных концах таких эпидемий, эпизоотии и т.д. Но сейчас мы-то, люди, боремся с эпидемиями и эпизоотиями. И с вредителями культурных растений с переменным успехом, а иногда довольно успешно. Ведь ряд болезней человек все-таки выморил, по-видимому, в частности проказу. Она почти исчезла с лица Земли, во всяком случае в цивилизованной части глобуса. Резко сокращена малярия, ну и т.д.

Подытожим с «волнами жизни» следующее положение. У всех живых организмов на нашей планете «волны жизни», или популяционные волны, существуют, причем в очень разной степени выражены, очень разной структуры, очень разной длительности. Это совершенно несомненно. И мое утверждение сводится к тому, что как раз популяционные, четвериковские «волны жизни», как это чувствовал Сергей Сергеевич еще в 1905 году, когда печатал свою статейку, хотя там у него ничего путного-то не сказано, но он смутно утверждает, что эти «волны жизни» должны иметь какое-то существенное значение. И при ближайшем рассмотрении, конечно, имеют, и очень существенное. Причем значение их как фактора, который оказывает давление на популяции, довольно различно. Первое, на что не могут, а обязаны, обязательно влияют «волны жизни», — это на случайные концентрации, ну, более или менее редких, не стопроцентно распространенных в популяции мутаций. Значит, без всяких мудрований можно не утруждать себя сложными биологическими рассуждениями, почему да почему одна мутация находится в таком проценте, а другая — в другом проценте. Это может определяться чисто случайно, потому что «волны жизни» случайно, так же как и мутационный процесс случайно, поставляют в популяцию те или иные мутации, только уже вторично. «Волны жизни» колеблют концентрации мутаций, особенно редких в популяции, случайно поднимая их процент сразу до значительно большей величины или роняя до значительно меньшей величины. А иногда так же случайно мутации просто исчезают из популяции. Это первое эволюционное действие популяционных волн. Правда, всякие такие статистические процессы, они не всякому человеку реально представимы, так сказать. Надо иметь привычку к статистической работе, для того чтобы это ясно и быстро себе представлять. А второе, о чем я хочу сказать, в действии популяционных волн легче представимо. Всюду, всегда в природе действует фактор, о котором мы будем говорить под конец, — естественный отбор. Это фактор очень интересный, самый интересный. Каждому нормальному человеку уже давно, вскоре после появления книги Дарвина, стало известно, что фактор естественного отбора имеет отрицательное эволюционное действие, если так можно выразиться. Он отметает не пригодное к жизни. И были люди, которые из кожи вон лезли, чтобы доказать, что только в этом заключается действие отбора. Но это признак преизрядной ограниченности, потому что ежели какой-то фактор отметает что-то, это значит, что он улучшает ситуацию чего-то противоположного. Так что отрицательный отбор не может существовать без положительного отбора, так же как положительный отбор не может существовать без отрицательного. Они друг с другом связаны неизбежно. И тут без высшей математики можно обойтись. Совершенно понятно, что когда быстро растет численность популяции, то есть каждая размножающаяся пара оставляет после себя больше пары, то давление отбора автоматически снижается — может выжить и то, что при константной популяции и не выжило бы. С другой стороны, если мы находимся при падении популяционной волны, когда пара оставляет после себя меньше пары в каждом следующем поколении, — что это означает? Ежели среди потомства имеются какие-то формы получше, положительно отбираемые, то их судьба будет различна на поднимающейся и опускающейся части популяционной волны. При подъеме целый ряд отрицательно отбираемых признаков могут повысить свою концентрацию, потому что давление отбора будет снижено. На ниспадающей части популяционной волны как раз наоборот. Отрицательно отбираемые признаки будут еще интенсивнее отрицательно отбираться, быстрее исчезать. А положительно отбираемые будут закрепляться в популяции, поднимать свою относительную численность благодаря снижению относительной численности отрицательно отбираемых признаков. Вот это вторая большая эволюционная функция популяционных волн. Значит, это действительно элементарный эволюционный фактор, который имеет «всюдность». Эти количественные флюктуации — биологическая особенность любой популяции любого живого организма на нашей планете. Так же как мутационный процесс, популяционные волны являются, таким образом, поставщиком эволюционного материала. Только не первичным, как мутационный процесс, а вторичным, влияя на концентрации наличных в популяции мутаций. Таким образом, мы покончили с первыми двумя эволюционными факторами — мутационным процессом и популяционными волнами — поставщиками элементарного эволюционного материала. Но направляющего и решающего значения эти факторы не имеют. Направляется эволюция и решается целый ряд других возникающих эволюционных проблем давлением двух других факторов, а именно изоляцией и естественным отбором .

Ссылки:
1. ТИМОФЕЕВ-РЕСОВСКИЙ НИКОЛАЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Популяция как единица эволюции

Понятие популяции

Все живые организмы обитают на определенных территориях. В процессе индивидуального развития каждого организма формируются системы взаимосвязей между живыми организмами, между организмами и средой. В результате борьбы за существование количество особей живых организмов на единице площади может изменяться.

Все эти процессы тщательно изучались биологами. Огни пришли к выводу, что следует обратить внимание именно на процессы. Протекающие внутри совокупности особей, населяющих определенную территорию. Ведь особи одного вида могут проживать на большом пространстве, с различными природными условиями:

  • освещенность,
  • температура,
  • минеральный состав почв и воды,
  • и т.д.

Определение 1

Специфическая совокупность особей, принадлежащих одному виду, которой свойственно наличие общего генофонда и общая территория называется популяцией.

Закономерно, что контакты между особями внутри одной популяции могут происходить чаще, чем между особями разных популяций. Популяции могут разделяться на более мелкие образования (например, семьи).

Механизмы действия факторов в популяции

Факторы внешней среды (экологические факторы) воздействуют только на внешние признаки организма — фенотип, поскольку генотип – это лишь записанная определенным образом в молекулах ДНК наследственная информация. Эта информация может не проявляться фенотипически в гетерозиготном состоянии в случае, если ее определяет рецессивная аллель. Поэтому в популяциях диплоидных организмов рецессивные признаки могут длительное время пребывать в гетерозиготном состоянии. Они образуют так называемый резерв наследственной изменчивости. Проявление эти признаков в фенотипе зависит от частоты встречаемости аллелей, несущих данные мутации. Чем шире они распространяются, тем выше вероятность,что они проявятся в фенотипе.

В зависимости от соответствия проявившихся признаков условиям внешней среды особи-носители этих признаков либо гибнут, либо дают потомство, способное к размножению. Во втором случае возможно вытеснение старого признака новым вместе с носителями этого признака. Наблюдения подтвердили, что благодаря перераспределению частот встречаемости отдельных генов повышается адаптивная способность популяций к изменяющимся условиям среды.

Готовые работы на аналогичную тему

Популяция – элементарная единица эволюции

На смену классической дарвиновской теории эволюции сегодня пришла новая – синтетическая теория эволюции (СТЭ). Если Дарвин считал единице эволюции вид, то синтетическая теория эволюции рассматривает популяцию как элементарную единицу эволюции. Причина заключается в том, что именно в популяциях происходят все элементарные эволюционные процессы. Отдельные особи, входящие в популяцию, не имеют собственной эволюционной судьбы. Все эволюционные процессы совершаются во время смены поколений.

В популяциях , кроме таких явлений, как наследственная изменчивость, отбор и борьба за существование, действуют еще и элементарные факторы эволюции. К ним принадлежат волны жизни, дрейф генов и изоляция. Ознакомимся с этими понятиями.

Элементарные факторы эволюции

Определение 2

Волны жизни – это колебания численности особей популяции.

Они характерны для всех видов живых организмов и могут быть обусловлены генетически либо изменениями интенсивности экологических факторов. Кроме того они могут иметь периодический характер, а могут возникать и без видимого порядка.

В процессе волн жизни происходит изменение соотношения мутантных аллелей в генофонде популяций приуменьшении или увеличении численности особей независимо от степени приспособленности организмов.

Определение 3

Дрейф генов – это явление случайного и ненаправленного изменения частот встречаемости определенных аллелей в генофондах популяций.

Одной из главных причин дрейфа генов являются волны жизни. Ведь известно, что при снижении численности популяций уменьшается и резерв наследственной информации. Кроме того возрастает вероятность перехода рецессивных генов в гомозиготное состояние.

Определение 4

Изоляция – это явление невозможности скрещивания между особями одного вида.

Она может быть вызвана различными причинами. Поэтому различают и несколько видов изоляции. Разделение популяций непреодолимым географическим барьером (лесом, горами, водоемом) является примером географической изоляции. Сезонная изоляция проявляется в случае размножения представителей одного вида в разные сроки. Экологическая изоляция наблюдается, если в одной популяции возникают формы с разными потребностями (требованиями к условиям среды). Несовместимость половых клеток в пределах особей одной популяции является примером генетической изоляции.

Популяция как элементарная единица эволюции и ее элементарные факторы

Определение популяции как единицы эволюции

Для всех живых организмов характерно проживание на конкретных территориях. Индивидуальное развитие каждого организма сопровождается формированием системы взаимосвязей между живыми организмами, а также между организмами и средой. Как результат борьбы за существование — изменение количества особей живых организмов, приходящегося на единицу площади.

Биологи подробно изучают эти процессы. В последнее время они пришли к выводам, что, в первую очередь, заслуживают внимания процессы, протекающие внутри совокупности особей, которые населяют определенную территорию. Дело в том, что особи одного вида могут без проблем обитать на большой территории, для которой характерно разнообразие природных условий. Среди таких условий:

  • температура;
  • освещенность;
  • минеральный состав почвы и воды и др.

Исходя из написанного выше можно ответить на вопрос, что является единицей эволюции.

Элементарная единица эволюции — это популяция.

Определение 1

Популяция как единица эволюции представляет собой специфическую совокупность особей одного вида, для которой характерно наличие общего генофонда и общая территория.

Вполне очевидно, что контакты между особями внутри одной популяции случаются чаще, чем между особями различных популяций. При этом, наблюдается разделение популяций на более мелкие формирования вроде семьи.

Особенности влияния факторов на популяцию

Факторы внешней среды или экологические факторы могут влиять только на внешние признаки организма — его фенотип. На генотип, который представляет собой записанную определенным образом наследственную информацию в молекулах ДНК, они влиять не могут.

Наследственная информация может не проявляться фенотипически в гетерозиготном состоянии: так происходит, если она определяется рецессивной аллелью. По этой причине в популяциях диплоидных организмов возможно нахождение рецессивных признаков в гетерозиготном состоянии. Из них формируется резерв наследственной изменчивости. Частота встречаемости аллелей, несущих подобные мутации, определяет проявление этих признаков в фенотипе. Более широкое их распространение повышает вероятность проявления признаков.

Особи, являющиеся носителями таких признаков, гибнут или дают способное к размножению потомство — исход определяется соответствием проявившихся признаков условиям внешней среды. Если особь все же дает потомство, то возможно вытеснение старого признака новым (вместе с особями, которые несут этот признак).

Замечание 1

Согласно наблюдениям, перераспределение частот встречаемости отдельных генов повышает адаптивную способность популяций в отношении меняющихся условий обитания.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Популяция как элементарная единица эволюции

Единицей эволюционного процесса является популяция. Но так было не всегда.

Классическая дарвиновская теория эволюции сегодня сменилась на синтетическую теорию эволюции — сокращенно СТЭ. По мнению Дарвина, элементарной эволюционной единицей был вид. В новой эволюционной теории уже популяция выступает как элементарная единица эволюции.

Почему популяцию называют единицей эволюции? Дело в том, что в популяциях можно наблюдать все элементарные эволюционные процессы. Конкретные же особи в популяции не отличаются наличием собственной эволюционной судьбы. Эволюционные процессы протекают в ходе смены поколений.

Почему популяция является единицей эволюции? В популяциях наблюдаются не только такие явления как наследственная изменчивость, естественный отбор и борьба за существование, но и элементарные факторы эволюции. Среди них — волны жизни, изоляция и дрейф генов.

Элементарные факторы эволюции

Начнем с волн жизни.

Определение 2

Волны жизни представляют собой колебания численности особей в популяции.

Такие колебания свойственны всем живым организмам. Причинами волн могут быть как генетические факторы, так и изменения интенсивности экологических факторов. Для волн также характерна периодичность, а также возникновение без какого-либо очевидного порядка.

Волны жизни способствуют изменениям соотношения мутантных аллелей в генофонде популяций — это происходит в случае уменьшения или увеличения численности особей вне зависимости от степени приспособленности организмов.

Определение 3

Дрейф генов представляет собой явление, при котором происходит случайное и ненаправленное изменение частот встречаемости определенных аллелей в генофондах популяций.

Волны жизни — наиболее частая причина дрейфа генов. Когда численность популяции снижается, происходит уменьшение и резерва наследственной информации. Повышается вероятность того, что рецессивные гены перейдут в гомозиготное состояние.

Определение 4

Под изоляцией понимают явление, при котором отмечается невозможность скрещивания между особями одного вида.

Причин изоляции множество, что позволяет выделять несколько типов изоляции. К примеру, есть географическая изоляция: это когда популяцию разделяет непреодолимый географический барьер в виде леса, гор или водоема. Также есть сезонная изоляция — она проявляется в ходе размножения особей одного вида в разные сроки. Возникновение экологической изоляции связано с возникновением в популяции форм с различными потребностями или требованиями к условиям среды. Еще один вид изоляции — генетическая, которая проявляется как несовместимость половых клеток в пределах особей одной популяции.

Информацию можно использовать для написания реферата на тему «Популяция как экологическая единица».

Программа по биологии

ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ
ПО БИОЛОГИИ

1. Введение

Биология – комплекс наук о жизни. Место биологии в системе научного знания, связь биологии с другими науками. Теоретические и прикладные аспекты биологии, ее значение для медицины, сельского хозяйства, промышленности, охраны природы.
Жизнь как свойство материи. Критерии и специфика живого. Понятие биологической системы. Иерархия биологических систем. Структурные уровни организации живой природы: молекулярный, клеточный, тканево-органный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный.

2. Клетка

Клетка – структурно-функциональная единица жизни. Клеточная теория, ее основные положения. Цитология – наука о клетке. Методы изучения клетки.
Химический состав клетки. Неорганические вещества клетки: вода и минеральные вещества, их роль в строении и жизнедеятельности клетки. Органические вещества клетки: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты. Структура, функции и многообразие белков. Ферменты, их роль в клетке. Нуклеиновые кислоты. Азотистые основания, нуклеозиды, нуклеотиды (АТФ, НАД, НАДФ и другие). Типы ДНК и РНК, их строение и функции. Редупликация ДНК. Ген. Структура гена. Генетический код. Упаковка генетического материала.
Строение и функции основных клеточных структур. Строение и функции клеточных мембран. Цитоплазма и ее органоиды. Ядро. Строение и функции. Митохондрии, пластиды, лизосомы, рибосомы, комплекс Гольджи, вакуоль: особенности строения и функции. Клетка – элементарная биологическая система. Взаимосвязь клеточных структур и органоидов – основа целостности клетки.
Многообразие типов строения клеток. Особенности строения про-и эукариотных клеток, клеток растений, животных, грибов.
Неклеточные формы жизни – вирусы. Строение и размножение вирусов. Происхождение и значение вирусов. Вирусные заболевания.
Общий план обмена веществ и энергии в клетке. Автотрофный и гетеротрофный типы метаболизма. Анаболизм и катаболизм. Пластический и энергетический обмен.
Гетеротрофные процессы в клетке. Основные этапы дыхания: подготовительный, гликолиз, кислородный. Брожения. Образование АТФ. Значение дыхания.
Автотрофный тип обмена веществ. Хемосинтез. Фотосинтез. Световая фаза фотосинтеза: фотосистемы. Превращение энергии солнца в энергию АТФ. Темновая фаза фотосинтеза. Фотосинтез как основа продуктивности растений. Глобальная роль фотосинтеза.
Биосинтез белка. Основные этапы. Транскрипция. Процессинг. Трансляция. Регуляция биосинтеза белка. Формирование вторичной, третичной и четвертичной структуры белка.
Эволюция клетки и ее метаболических систем.

3. Воспроизведение биологических систем и индивидуальное развитие

Самовоспроизведение – важнейший признак живого. Клетка как генетическая единица. Геном клетки. Соматические и половые клетки. Хромосомы. Строение хромосом. Аутосомы и половые хромосомы. Гомологичные и негомологичные хромосомы.
Деление клеток – основа роста и размножения организмов. Одноклеточные и многоклеточные организмы. Происхождение многоклеточных организмов в эволюции.
Типы деления клеток: амитоз, митоз, мейоз. Подготовка клетки к делению. Диплоидный и гаплоидный наборы хромосом. Клеточный цикл. Митоз. Фазы
митоза. Значение митоза. Мейоз. Фазы мейоза. Поведение хромосом при мейозе. Гаметогенез. Развитие яйцеклеток и сперматозоидов. Значение мейоза.
Размножение организмов. Типы размножения: бесполое и половое. Вегетативное и споровое размножение. Значение разных типов размножения.
Индивидуальное развитие организмов – онтогенез. Оплодотворение. Двойное оплодотворение у растений.
Клеточные основы роста и развития. Тотипотентность клеток многоклеточного организма. Дифференциальная активность генов.
Эмбриональное развитие (на примере животных). Этапы эмбриогенеза.
Постэмбриональное развитие. Прямое развитие и развитие с метаморфозом. Развитие с полным и неполным превращением. Циклы развития растений и животных. Влияние внешних факторов на развитие организмов.
Старение и смерть организмов.

4. Основы генетики

Генетика – наука о наследственности и изменчивости организмов.
История генетики. Методы изучения наследственности и изменчивости организмов.
Доминантные и рецессивные признаки. Аллельные гены. Генотип и фенотип.
Законы наследования Г. Менделя. Гомозиготные и гетерозиготные организмы. Гипотеза чистоты гамет. Единообразие гибридов первого поколения. Промежуточный характер наследования. Неполное доминирование. Закон расщепления признаков. Статистический характер явления расщепления. Закон независимого наследования признаков. Цитологические основы законов
Г. Менделя.
Взаимодействие и множественное действие генов. Изменение характера расщепления при взаимодействии генов. Значение для эволюции.
Сцепленное наследование признаков. Нарушение сцепления. Конъюгация и кроссинговер, их значение. Сцепленное с полом наследование признаков.
Цитоплазматическая наследственность.
Генотип как целостная исторически сложившаяся система.
Генетика пола. Аутосомы и половые хромосомы. Гомогаметный и гетерогаметный типы определения мужского и женского полов.
Хромосомная теория наследственности.
Генотип и среда, их роль в формировании фенотипа. Модификационная изменчивость. Качественные и количественные признаки. Норма реакции. Статистические закономерности модификационной изменчивости.
Мутационная изменчивость. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости (Н.И. Вавилов). Типы мутаций. Мутагенные факторы. Индуцированный мутагенез. Загрязнение природной среды мутагенами и его последствия.
Генетика человека, методы изучения. Наследование групп крови у
человека. Наследственные заболевания и их диагностика.
Значение генетики для медицины, сельского хозяйства, биотехнологии.

5. Основы селекции растений, животных и микроорганизмов

Генетика – теоретическая основа селекции. Понятия сорта, породы, штамма. Этапы селекции. Вклад Н.И. Вавилова в развитие генетики и селекции. Учение Н.И. Вавилова о центрах происхождения культурных растений.
Основные методы селекции: гибридизация, искусственный отбор, мутагенез, полиплоидия. Роль естественного отбора в селекции. Роль цитоплазматической наследственности в получении новых селекционных форм.
Селекция растений. Самоопыление и перекрестное опыление растений. Самоопыление перекрестноопыляемых растений. Гетерозис. Полиплоидия и отдаленная гибридизация.
Селекция животных. Типы скрещивания и методы разведения. Метод анализа наследственно ценных признаков у животных-производителей. Отдаленная гибридизация домашних животных.
Селекция бактерий и грибов. Биотехнология: основные направления и значение. Микробиологический синтез, клеточная и генная инженерия.
Роль селекции в сохранении видового разнообразия.

6. Развитие органического мира

Филогенез – историческое развитие живых систем. Доказательства эволюции.
История развития представлений об изменении органического мира.
Додарвиновский период (К. Линней, Ж.-Б. Ламарк). Эволюционизм и креационизм. Русские эволюционисты до Дарвина. Учение Ч. Дарвина об эволюции, его значение.
Современные представления об эволюции. Факторы эволюции. Естественный отбор. Виды отбора (движущий, стабилизирующий, дизруптивный). Искусственный отбор. Борьба за существование, ее виды. Наследственная изменчивость. Значение мутаций и комбинативной изменчивости в эволюции. Изоляция (географическая и репродуктивная). Дрейф генов. Волны жизни. Элементарные эволюционный материал, единица, явление. Возникновение приспособлений. Относительный характер приспособленности.
Микро- и макроэволюция. Популяция как структурная и эволюционная единица вида. Видообразование. Критерии вида. Происхождение крупных таксонов. Главные направления эволюции. Ароморфоз. Идиоадаптация. Общая дегенерация. Биологический прогресс и регресс. Результаты эволюционного процесса.
Происхождение жизни на Земле. Гипотезы самозарождения и панспермии. Теория Опарина-Холдейна.
Основные этапы развития органического мира на Земле. «Древо жизни».
Крупнейшие ароморфозы в развитии животных и растений.
Многообразие форм живых существ на Земле. Основные царства живых организмов. Принципы классификации, систематики и номенклатуры живых организмов.
Практическое значение эволюционного учения и его роль в понимании мира.

7. Происхождение человека

Систематическое положение человека как биологического вида. Биосоциальная сущность человека. Современные представления об антропогенезе. Биологические и социальные факторы антропогенеза и современной эволюции человека. Основные этапы эволюции человека. Человеческие расы, их происхождение, единство.

8. Основы экологии

Экология – наука о взаимоотношениях организмов с окружающей средой. Предмет и задачи экологии. Современные методы экологических исследований. Экологическая система. Соотношение понятий экосистема–биоценоз–биогеоценоз. Экологические факторы и их классификация. Аутэкология. Популяционная экология. Синэкология.
Действие основных абиотических факторов: температура, свет,
влажность и водообеспечение, газовый состав атмосферы, почвы. Экологическая кривая. Норма реакции организмов. Стенобионтные и эврибионтные виды. Морфологические, физиологические, биохимические адаптации. Приспособленность организмов к среде обитания. Экологическая ниша. Закон лимитирующих факторов.
Сезонные изменения в природе. Сезонная ритмика живого. Ритмы физиологических процессов. Явление фотопериодизма. Распространение живых организмов и климат.
Популяция как экологическая система. Генетическая, половая и возрастная структура популяций. Численность популяций и ее регуляция.
Биотические факторы: внутривидовые и межвидовые отношения.
Антропогенные факторы. Характер и последствия антропогенных воздействий в природе.
Биоценоз и биогеоценоз. Пространственная структура и границы биогеоценозов. Взаимосвязи популяций в биоценозе. Продуценты. Консументы. Редуценты. Трофические цепи и сети. Экологические пирамиды (численности, массы, энергии). Продуктивность биоценозов и факторы устойчивости. Развитие и смена биогеоценозов. Основные типы естественных биогеоценозов. Искусственные и модельные экосистемы. Агроэкосистемы и их особенности. Биомы Земли.
Биосфера – глобальная экосистема Земли. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Типы вещества в биосфере. Функции живого вещества. Закон биогенной миграции атомов. Границы биосферы и ее общая характеристика
(элементный состав, биоразнообразие, биомасса и ее распределение). Круговороты элементов как способ существования биосферы (на примере воды и биогенных элементов). Потоки энергии.
Ноосфера – закономерный этап в развитии биосферы.
Экология как теоретическая основа охраны природы и рационального
природопользования. Основные направления природоохранной деятельности.
Охрана редких и исчезающих видов растений и животных. Охраняемые территории.
Тенденции мирового развития и глобальные экологические проблемы. Концепция устойчивого развития.

9. Биоразнообразие в природе

Царство прокариоты. Особенности строения прокариотной клетки. Многообразие прокариот. Жизнедеятельность и размножение бактерий и цианобактерий. Распространение прокариот и их значение в природе. Значение бактерий в сельском хозяйстве, медицине, промышленности. Биотехнология.
Царство грибы. Общая характеристика царства. Основные систематические и экологические группы грибов. Особенности строения, жизнедеятельности и размножения. Роль грибов в природе и жизни человека. Симбиоз грибов с растениями. Микориза. Лишайники.
Царство растения. Общая характеристика царства. Типы размножения растений. Понятие жизненного цикла. Гаметофит. Спорофит. Значение и место растений в природе.
Особенности организации растительной клетки. Типы растительных тканей. Вегетативные (корень, побег) и генеративные (цветок, плод, семя) органы растений. Строение, функции и видоизменения корня. Корневые системы. Строение и функции стебля. Видоизменения стеблей. Строение и функции листа как специализированного органа фотосинтеза. Многообразие форм листьев. Видоизменения листьев. Побег – основной вегетативный орган растения. Типы побегов (вегетативные и генеративные). Видоизменения побегов. Строение и функции цветка. Формула цветка. Разнообразие типов цветков. Типы опыления растений. Соцветия, их типы, биологическое значение. Плоды, их строение и функции. Классификация типов плодов. Семя, строение и функции. Особенности семян однодольных и двудольных растений. Распространение плодов и семян.
Растение как целостная система. Функциональная взаимосвязь органов растения.
Систематика растений. Низшие и высшие растения. Споровые и семенные растения.
Характеристика основных отделов растений.
Водоросли. Основные отделы. Общая характеристика зеленых, бурых и красных водорослей. Строение одноклеточных и многоклеточных водорослей.
Размножение водорослей. Роль водорослей в природе и хозяйстве.
Мохообразные. Строение и размножение мхов (на примере Кукушкина льна). Эволюционное значение мхов. Средообразующее и ресурсное значение мхов. Образование торфа.
Отделы: хвощевидные, плауновидные, папоротниковидные. Особенности их строения и размножения. Значение в природе и жизни человека.
Голосеменные. Основные классы. Строение и размножение (на примере хвойных). Распространение голосеменных. Значение голосеменных в природе и жизни человека.
Покрытосеменные. Общая характеристика отдела. Сравнительная характеристика классов Двудольных и Однодольных растений. Характеристика, представители и значение растений семейств розоцветных, пасленовых, крестоцветных, бобовых, сложноцветных, злаковых, лилейных.
Основные этапы в развитии растительного мира.
Влияние деятельности человека на растительность. Охрана растений.
Царство животные. Общая характеристика царства. Одноклеточные и многоклеточные животные. Происхождение многоклеточных животных. Первично- и вторичнополостные, позвоночные и беспозвоночные, первично- и вторичноротые, анамнии и амниотические животные. Систематика животных.
Простейшие. Общая характеристика. Строение, жизнедеятельность и размножение представителей Простейших (Корненожки, Жгутиковые, Инфузории, Споровики). Значение простейших.
Кишечнополостные. Общая характеристика типа. Особенности строения и развития гидроидных, сцифоидных и полипоидных кишечнополостных.
Плоские, круглые и кольчатые черви. Общая характеристика. Сравнительная характеристика строения, жизнедеятельности и размножения разных типов червей. Свободноживущие и паразитические формы. Значение червей в природе и жизни человека.
Моллюски. Общая характеристика типа. Строение и размножение. Сравнительная характеристика классов брюхоногих, двустворчатых и головоногих моллюсков. Значение моллюсков.
Членистоногие. Общая характеристика типа. Особенности строения, жизнедеятельности, размножения и развития ракообразных, паукообразных и насекомых. Многообразие. Высшие и низшие ракообразные. Характеристика основных отрядов паукообразных (пауки, клещи, скорпионы) и насекомых (жесткокрылые, чешуекрылые, двукрылые, перепончатокрылые). Значение членистоногих в природе и жизни человека.
Хордовые. Общая характеристика типа. Происхождение хордовых. Сравнительная характеристика подтипов бесчерепных и черепных (позвоночных).
Рыбы. Общая характеристика. Строение, жизнедеятельность и размножение рыб. Приспособления к образу жизни. Систематика рыб.
Земноводные. Общая характеристика. Строение, жизнедеятельность и
размножение. Приспособления к образу жизни. Систематика земноводных. Происхождение и эволюционное значение земноводных. Роль земноводных в природе. Охрана редких видов.
Пресмыкающиеся. Общая характеристика. Строение, жизнедеятельность и размножение. Приспособления к образу жизни. Многообразие и систематика пресмыкающихся. Происхождение и эволюционное значение пресмыкающихся. Охрана редких видов.
Птицы. Общая характеристика. Строение, жизнедеятельность и размножение. Приспособления к образу жизни. Многообразие и систематика птиц. Происхождение птиц. Редкие и исчезающие виды и их охрана.
Млекопитающие. Общая характеристика. Строение, жизнедеятельность и размножение. Многообразие и систематика млекопитающих. Однопроходные. Сумчатые. Плацентарные. Характеристика основных отрядов плацентарных: грызунов, хищных, рукокрылых, насекомоядных, ластоногих, китообразных, парнокопытных, непарнокопытных, приматов. Происхождение и эволюция млекопитающих. Охрана редких видов. Значение млекопитающих.
Основные этапы развития животного мира. Эволюция систем органов у животных.

10. Человек и его здоровье

Положение человека в системе животного мира. Общий обзор организма человека. Характеристика основных типов тканей и систем органов. Организм как целостная система.
Опорно-двигательная система. Скелет. Строение и функции основных отделов. Типы костей и их соединений. Рост костей. Мышцы, их строение и функции. Основные группы мышц тела человека. Нарушения и травмы опорно-двигательной системы. Первая помощь при травмах.
Кровь и кровообращение. Общая характеристика крови. Функции крови. Форменные элементы крови. Плазма. Свертывание крови. Группы крови. Иммунитет. Органы кровообращения (сердце, сосуды). Большой и малый круги кровообращения. Строение и работа сердца. Автоматия сердца. Строение и функции сосудов. Нейро-гуморальная регуляция деятельности сердечно-сосудистой системы. Гигиена сердечно-сосудистой системы.
Лимфа и лимфообращение.
Дыхание. Строение и функции органов дыхания. Механизм дыхательных движений. Газообмен в легких и тканях. Нейро-гуморальная регуляция дыхания. Гигиена дыхания.
Пищеварение. Строение и функции пищеварительной системы. Пищеварение в разных отделах. Пищеварительные железы. Нейро-гуморальная регуляция пищеварения. Гигиенические условия нормального пищеварения.
Обмен веществ и энергии. Источники питательных веществ и энергии. Роль белков, жиров, углеводов, минеральных веществ и витаминов. Белковый, углеводный и жировой обмен. Нормы питания. Рациональное питание.
Выделение. Строение и функции и работа органов выделительной системы. Водно-солевой обмен и его регуляция.
Кожа. Строение и функции кожи. Терморегуляция. Закаливание организма. Гигиена кожи.
Эндокринная система. Основные железы внутренней секреции: гипофиз, щитовидная, надпочечники, поджелудочная, половые железы. Гормоны и их регуляторная роль в процессах роста, развития, обмена веществ и других функций организма. Гипоталамо-гипофизарная система.
Нервная система. Функции. Основные отделы. Строение и функции головного и спинного мозга. Периферическая нервная система: вегетативная и соматическая. Рефлексы: рефлекторная дуга, безусловные и условные рефлексы. Правила формирования условных рефлексов. Высшая нервная деятельность. Роль И.М. Сеченова и И.П. Павлова в создании учения о высшей нервной деятельности. Мышление и речь как проявления ВНД. Сон и его значение. Гигиена умственного труда.
Анализаторы. Строение и функции зрительного и слухового анализаторов. Значение зрения и слуха. Гигиена зрения и слуха.

Классификация жизни | manoa.hawaii.edu/ExploringOurFluidEarth

Люди постоянно пытаются осмысленно организовать информацию об окружающем мире. Один из способов, которым мы пытаемся добиться этого, — классифицировать вещи по разным группам на основе их сходства и различий. Подумайте о некоторых вещах, классифицированных вокруг вашего дома или школы, и о методах, используемых для классификации неживых вещей.

 

Одна из областей биологии, таксономия, занимается классификацией живых существ. Таксономия — это изучение отношений между живыми существами и формальная классификация организмов на группы на основе этих гипотетических отношений. Организмы классифицируют на основе их сходства и различия.

 

Подумайте о своих биологических родственниках. К вашим биологическим родственникам относятся те, с кем вы связаны по рождению, например, родители, братья, сестры, двоюродные братья, тети, дяди, бабушки и дедушки. Когда два организма родственны, это означает, что они имеют общего предка.Чем моложе предок, тем теснее родственны организмы. Вашими ближайшими родственниками будут братья и сестры (братья и сестры), потому что у вас есть ближайший общий предок — родитель. Ваши двоюродные братья не так тесно связаны с вами, потому что ваш общий предок находится дальше — дедушка и бабушка (родитель вашего родителя).

 

Таксономия учитывает функциональное сходство, а также генетическое сходство особей. Люди являются млекопитающими и более тесно связаны с приматами, такими как человекообразные обезьяны, чем с другими млекопитающими, такими как собаки.Люди и обезьяны имеют функциональное сходство в руках и чертах лица по сравнению с мордой и лапами собаки. Этот факт подтверждает идею о том, что люди имеют более близкого общего предка с обезьянами, чем с собаками.

 

Хотя ученые описали почти 2 миллиона видов на Земле, это число, по оценкам, составляет лишь небольшую часть от фактического числа видов, живущих сегодня. Существует обширная летопись окаменелостей растений и животных, которые жили в прошлом и которые могут быть дальними родственниками ныне живущих видов.Отношения между всеми этими различными существующими и вымершими организмами на нашей планете удивительно запутаны и сложны. Ученые заинтересованы в классификации многих видов, живущих в настоящее время на Земле, а также тех, которые уже не живут. Они также заинтересованы в изучении эволюционных механизмов, создающих и поддерживающих новые виды. Некоторые виды могут быть очень похожи друг на друга, поэтому ученым важно установить конкретные критерии того, что отличает один вид от другого.

 

Классификация

В 1753 году шведский биолог Карл Линней (известный также как Карл фон Линней) предложил универсальную систему классификации и именования животных и растений. Ученые до сих пор используют эту линнеевскую систему для классификации живых существ. Иерархическая система работает как ряд скворечников (рис. 1.9). Самый большой прямоугольник — это домен, и все остальные уровни классификации соответствуют доменам.

 

Есть три домена, которые включают все живые существа на Земле.Это домены Bacteria, Archaea и Eukarya. Бактерии и археи — все одноклеточные микроорганизмы, у которых нет ДНК, содержащейся в ядре. Большинство архей живут в экстремальных условиях. Бактерии и археи когда-то были объединены в единое царство (называемое Монера), но позже ученые обнаружили, что археи совершенно разные. Археи больше похожи на эукариот, чем на бактерии.

 

Домен Eukarya включает все организмы, ДНК которых содержится в ядре.В домене Eukarya есть четыре царства: Protista, Fungi, Plantae и Animalia. Организмы со схожими характеристиками сгруппированы в эти обширные царства.

 

Организмы обычно группируются на основе их уникальных характеристик. Классификация организма часто предоставляет полезную информацию о его эволюционной истории и о том, какие другие организмы связаны с ним. Например, гавайский гусь или nēnē ( Branta sandvicensis ; рис.1.10) классифицируется, как показано в таблице 1.9.

 

Таблица 1.9. Классификация гавайского гуся или птицы nēnē ( Branta sandvicensis ). Таблица включает значение и ключевые характеристики таксона.
Таксон Классификация Значение Основные характеристики
Домен Эукария

истинное ядро ​​

ДНК содержится в ядре.
Королевство Анималия животное Должен съесть другие вещи.
Тип Хордовые имеет хорду Хорда, поддерживающая спинной нервный тяж, жаберные щели
Класс пр. птица Имеет перья и полые кости.
Заказ Гусеобразные водоплавающие птицы Перепончатые передние пальцы
Семья Утиные лебеди, утки и гуси Широкий клюв, килевидная грудина, оперенная сальная железа
Род Бранта Черные или черные гуси Яркое оперение, черный клюв и ноги
Виды песчаный с Сандвичевых островов Сандвичевы острова — старое название Гавайев.Это гавайский гусь или nēnē .

 

На каждом уровне иерархии, указанном в таблице 1.9, раскрывается дополнительная информация о nēnē . Если представить классификацию nēnē как серию вложенных ящиков (рис. 1.9), первый ящик — это ящик домена Eukarya. Все организмы эукариот (часто называемые эукариотами) имеют ДНК, содержащуюся в ядре, а не в цитоплазме, как домены прокарий и архей.

 

Далее идет коробка с королевством Animalia.Все в этой коробке должно потреблять другие организмы, чтобы выжить. В других царствах Эукарии, таких как царство Plantae, есть организмы, которые могут производить себе пищу.

 

Внутри ящика королевства Animalia есть несколько других ящиков, каждый из которых помечен как отдельный тип. Одним из них является коробка типа хордовых. В этой коробке находится все, что имеет хорду, жаберные щели и спинной нервный тяж.

 

Коробка типа Chordata содержит множество классов, одним из которых является класс Aves.Авы — это птицы с перьями и полыми костями.

 

Коробка класса Aves включает коробку, помеченную отрядом гусеобразных, водоплавающих птиц, которые сгруппированы вместе из-за их перепончатых передних пальцев.

 

Коробка отряда Anseriformes содержит две семейные коробки. Одним из них является семейство Anatidae — лебеди, утки и гуси с широким клювом, килевидной грудиной и другими уникальными особенностями.

 

Коробка семейства Anatida содержит род Branta .Гуси из рода Branta отличаются ярким оперением, черными ногами и клювами.

 

Родовой ящик Branta включает вид sandvicensis . Изучив каждый уровень классификации, становится ясно, что Branta sandvicensis — это гавайский гусь с черным широким клювом, ногами, перепончатыми пальцами, перьями, полыми костями и хордой. Он также должен есть другие вещи. Обратите внимание, что несколько других видов, обитающих на Гавайях, получили видовое название sandvicensis , потому что Сандвичевы острова — это старое европейское название Гавайских островов.Однако ни один другой организм на Земле не относится к роду Branta и виду sandvicensis . Branta sandvicensis зарезервирован только для nēnē .

 

Система классификации кое-что говорит об эволюционных отношениях между видами. При движении вниз по каждому уровню классификации количество видов в группе уменьшается (табл. 1.10). Два вида в пределах одного рода, вероятно, имеют недавнего общего предка в своей эволюционной истории.Эти два вида были бы более тесно связаны друг с другом, чем два вида, отнесенных к разным семействам.

 

Таблица 1.10. Количество видов уменьшается в каждой группе по мере продвижения вниз по уровням классификации.
Королевство животных: более 1,6 миллиона видов
Phylum Chordata (хордовые): около 51 500 видов
Класс Sarcopterygii (включает кистепёрых рыб): приблизительно 32 000 видов, включая 2 латимерии, 6 двоякодышащих рыб и всех четвероногих позвоночных
Отряд Coelacanthiformes (целаканты): 2 вида
Семейство Latimeriidae: 2 вида
Род Latimeria : 2 вида
Виды chalumnae и menadoensis

 

Уровни классификации могут также предоставлять информацию об истории эволюции вида или другой таксономической группы.Так обстоит дело с латимериями Latimera spp.), классификация которых подробно представлена ​​в табл. 1.10. Латимерия западной части Индийского океана ( Latimeria chalumnae ; рис. 1.10.1) и родственный ему вид латимерия Индонезия ( Latimera menadoensis ) являются единственными живыми представителями своего рода ( Latimera ). Они также являются единственными живыми представителями своего семейства (Latimeriidae) и своего отряда (Coelacanthiformes). Все другие виды, принадлежащие к этим уровням классификации, в настоящее время вымерли.


 

Целаканты также являются одними из очень немногих выживших видов рыб в классе Sarcopterygii, группе, известной как кистеперые рыбы. Все четвероногие позвоночные животные — амфибии, рептилии, птицы и млекопитающие — также принадлежат к классу Sarcopterygii. Целаканты и шесть видов легочных рыб более тесно связаны друг с другом и с четвероногими позвоночными, чем с другими рыбами. По этой причине целакант предлагает редкий взгляд на эволюционную историю позвоночных животных и развитие их конечностей.

 

Системы классификации используются по-разному. Сравните классификации, показанные на рис. 1.11 и рис. 1.12. Большинство людей что-то знают о водных транспортных средствах, поэтому говорить о том, что у катера есть мотор, не приходится. Точно так же общеизвестно, что тунец классифицируется как рыба. Итак, тунца можно описать без необходимости говорить, что это рыба, потому что. Таким образом, если мы делаем утверждение, что полосатый тунец был пойман во время ловли рыбы на скоростном катере, многие детали могут быть опущены из описания, потому что в основе лежит общее знание классификации лодок и тунца.


 

Научная номенклатура

Научное название гавайского гуся или nēnē — название его рода и вида — выделены курсивом. Такое использование курсива является частью правил, разработанных научным сообществом для именования организмов. Есть три основных кода, которые регулируют наименования организмов.

  • Международный кодекс зоологической номенклатуры регулирует наименования животных.
  • Международный кодекс ботанической номенклатуры регулирует наименования растений и грибов.
  • Международный кодекс номенклатуры бактерий регулирует наименования бактерий.

 

Ниже приведены некоторые основные номенклатурные правила, применимые ко всем трем кодам:

  1. Как правило, организмы идентифицируются по биномиальному названию, состоящему из названий рода и вида.
  2. Название рода всегда пишется с заглавной буквы, а название вида — нет. Оба имени всегда выделены курсивом или подчеркнуты .
  3. Названия родов можно сокращать по первой букве, а названия видов — нельзя. Например, после первоначального обращения к лиственному морскому дракону, Phyllopteryx eques , впоследствии его можно было записать как P. eques .
  4. Неизвестные виды обозначаются аббревиатурой sp. Например, морской конек неизвестного вида из рода Hippocampus будет записан как Hippocampus sp. Обратите внимание, что сп. не выделено курсивом.
  5. Некоторые роды включают более одного вида.Для обозначения нескольких видов в пределах одного рода за названием рода следует аббревиатура spp. Группа морских коньков, принадлежащая к роду Hippocampus , может быть записана как Hippocampus spp. Обратите внимание, что spp. не выделено курсивом.

 

Научные названия полезны вне науки. Общие названия варьируются от места к месту, а система научной номенклатуры помогает устранить путаницу. Например, рыба под названием mahi-mahi на Гавайях имеет по крайней мере три общих имени; это называется рыба-дельфин во Флориде, но это называется дорадо в Карибском бассейне и Центральной Америке.Этот пример также поднимает другую проблему с общими именами. Обратите внимание, что в одном из распространенных названий этой рыбы используется слово «дельфин», которое также является общим названием морского млекопитающего. Представьте себе путаницу, которую это может вызвать, если кто-то с Гавайев посетит ресторан во Флориде и увидит в меню дельфина — он может подумать, что в ресторане подают дельфина-млекопитающего, а не дельфина-рыбу.

 

Научные названия также полезны при навигации по системе классификации.Система классификации предоставляет большой объем информации о характеристиках организмов. Таким образом, использование научных названий может выступать в качестве сокращенного метода описания растения или животного.

 

Например, следя за китом, выброшенным на берег вдоль береговой линии Мауи, наблюдатель может записать следующую информацию:

Дата: 2 февраля 2016 г.
Расположение: Lahaina, Maui
Observer: Sarah Anole
Время: 10:00
Погода: Частично облако, с хорошей видимостью
Наблюдение: крупный многоклеточный организм выброшен на берег и, по-видимому, выбросился на берег
Идентификация организма: Организм представляется гетеротрофным.Крупное тело длиной более 7 метров обтекаемой формы с укороченной шеей. Передние конечности лопаткообразные и составляют почти треть длины тела. Они в основном белые и имеют ручки на передней кромке. Хвост уплощенный, с фестончатыми горизонтальными плавниками. Имеется небольшой спинной плавник в виде горба. Вместо зубов во рту имеется набор коротких и широких черных пластин с черными щетинками, свисающими с верхней челюсти. На коже имеются глубокие бороздки, спускающиеся вниз по горлу и грудной клетке.У них очень маленькие глаза. На макушке имеется пара наружных ноздрей (двойное дыхало).

 

Это вся информация, необходимая для идентификации микроорганизма и предотвращения его смешивания с другими подобными микроорганизмами. Конечно, сообщая своему руководителю о выброшенном на берег млекопитающем, наблюдатель сообщит о выброшенном на берег Megaptera novaeangliae , название вида, которое описывает горбатого кита. На Гавайях есть только один вид, отвечающий всем описанным выше качествам.Научное название Megaptera novaeangliae охватывает все описанные признаки.

 

Большинство биномиальных имен являются латинскими терминами. Однако некоторые биномиальные имена являются греческими, а некоторые произошли от имен их первооткрывателей или других ученых. Когда Карл Линней разработал свою систему классификации, почти все образованные люди обучались латыни и греческому языку. Независимо от того, из какой страны они прибыли, люди могли общаться друг с другом, используя эти языки.Поскольку латинский и греческий языки были общими языками ученых, латинский и греческий языки использовались для разработки универсальной системы классификации. Даже сегодня в английском языке есть много слов латинского или греческого происхождения.

 

Латинская и греческая терминология также полезна, поскольку она, как правило, очень хорошо описывает рассматриваемый вид (таблица 1.11). Например, рассмотрим большую белую акулу. Это животное называют «белым указателем» в Австралии и «серым указателем» в Южной Африке.Однако большая белая акула известна во всем мире под своим научным названием Carcharodon carcarias . Корень слова — одон звучит как знакомый тип стоматолога — орт одон тист. На самом деле, odon — это корневое слово, означающее зуб. Carcharo — значит зазубренный. Вместе слово Carcharodon означает зубастую акулу. Человек, назвавший эту акулу, включил этот наблюдательный факт в название.

 

Таблица 1.11. Частичный список греческих и латинских терминов (корни, префиксы и суффиксы)

а — без (Г)
аб — в стороне (Л)
акан шип или шип (Л)
акро — верх или конец (Г)
6 аку

3 (Л) 9040 игла крыло (L)
alb белый (L)
alt высокий (L)
ambi вокруг, оба (L)
amphi оба, вокруг (G)

9 e anguilla4 anguilla антроп человек (Г)
апо — вдали от, от (Г)
аква вода (Л)
арх , архи вождь, править (Г)
арха старый, древний (Г)
argent серебро (l)
серебро колючка борода (л)
бати глубокий (г)
бен , бон хороший (л)
би два (л)
90 043 Brachi ARM (G)
Филиал GILL (G) GILL (G) Callo Красивая (L)
Cast Глава (L) Carchar Jagged (G)

6 Cell к проекту (L)
CERAT HORG (G)

6 КРЕДЬ , Круг — вокруг (L) CLAD филиал (G)

6 CO , CO , COM — вместе (L)
Coelo G)
Corna против (L)

6 COR , Cour Сердце (L) Cour Corp
Body (L) CTENO расческа (G)
Dasy волосатая (G)
DECA Десять (G)
Dent зуб (L)
DERM кожа (G)
Di два (G)

6 DYS сложно, плохое (G)

6 Echino колючий (г)
— снаружи (Г)

endo , ento — внутри (G)
eu — хороший, истинный (G)
extra — за пределами (L)
fer — для переноски (L) желтый flavi 90 )
форма форма (л)
форт сильный (л)
галакс молочный (г)
гастер желудок (г)
гео земля (г) 9043
Pladius Меч (L) GNATH JAW (G) JAW (G)

6 Grav -Heavy (L)
Gymn голые (G)
Halo соль (G)
HEMI — половина (г)
гетеро разные, разные (G)
голо — цельные (G)
гомо — такие же (G)
гидро вода (G)
hyo гипер свинья, свинья (G) — выше, за пределами (G)
гипо — ниже, ниже (G)
ict рыба (G)
в , ir , 90 043 im , il — нет, без (L)
inter — между (L)
intro — внутри (L)
iso — равный (G)
94 молодой (L) 94 молодой (L) 900 lati сторона (l)

6 лев для поднятия (l)
liber бесплатно (l)

6 linge язык (l)
lith камень (g)

6 LOPH Crest (G)
Lucio Light (L)
MACRO — длинный, большой (г)

6 MAG , MAG , MEG , MAJ — Great (L)
Mal — Bad (L)
человек ручной (L)
средний средний (L)
мега — большой (G)
мелано черный (G)
микро — маленький (G)
90 000 9004 mimo подражать (G)
mira странный (L)

mis — меньше, неправильно (L)
моно — один (G)
morph форма или форма (G)
mov двигаться (L)
mycto 903 904 нос (G6) MYO MUSCLE (G)
NECT Плавание (G)
NEMA Нить (G)

6 Neo New (G)

6 Omni ALL (L)
ONCO крюк (G)
OP — против, по направлению (L)
opt — глаз (L)
orecto растянутый (G)
osmer запах (G)
остео кость (G)
7 окси острый 3 палео древний (Г)
поддон все, каждый (Г)
пара — рядом, за пределами (Л)
пед фут (Л)
пегас сильный (Г)
пента )
пери — вокруг, около (Г)
петро рок (Г)
фил любовь (Л)
фото — свет (Г) 903 76 Phyllo лист (G) (G) Pimelod жир, мягкий (G) Pinna крыло, перо (L) Platy плоский (G)
PLUCT витой (G)
PLUR — больше (L)
поли — много (G)
pre — перед (L)
prim первый (L)
псевдо ложный, поддельный (G)
pyr огонь (L) 3qua 903 четыре (L)
ретро — назад, сзади (L)
носорог клюв (G)
прицел видеть (L)
полу — половина (L)
sol)
Somn Sleep (L) Стин Узкие (G) Узкие (G)

6 Стефано Корона (G)

6 Sub — ниже (L)
Super , Supra — выше (L)
syn , sym — вместе (G)
tac бесшумный (L)
taenio лента (G)
теле далеко (Г)

tera monster (G)
trans — сверху, поперек (L)
tri three (L)
tricho hair (G)
un uni 6 4 uni (l) 9037 L)
vac пустой (L)
жилет для украшения (L)
voc голос (L)
xena странный (G)
xiph меч (76)

 

Деятельность

Придумайте названия для 15 видов акул и сравните их с актуальными научными и распространенными названиями.

 

Идентификационные ключи

Хотя учеными было идентифицировано более двух миллионов различных видов, еще миллионы, вероятно, до сих пор не обнаружены. Дихотомический ключ — это инструмент, используемый учеными для идентификации уже классифицированных и описанных организмов. Ключ представляет ряд вариантов, которые приводят пользователя к идентификации организма. Ряд вариантов подобен ряду противоположных гипотез, которые проверяются путем изучения организма, чтобы опровергнуть одну гипотезу и поддержать другую.

 

Подробное описание существует для каждого организма с научным названием. Последним шагом в любой идентификации должно быть сравнение образца с описанием вида. Это сравнение важно сделать, потому что можно неправильно интерпретировать представленную информацию, а также возможно, что образец не был в ключе или что образец даже является новым, неописанным видом.

 

Диагноз — это сравнение описания организмов с образцом.Если диагноз не противоречит тому, что известно об образце, идентификация поддерживается. Например, если экземпляр был пойман в воде глубиной один метр, а в диагнозе указано, что организм обитает только на глубине 150 и более метров, может быть ошибка в идентификации. Если это произойдет, проверьте другие гипотезы, работая с ключом и пытаясь определить, где было принято неправильное решение.

 

Подобно следованию указаниям к сельскому дому в деревне, дихотомический ключ почти всегда ведет к названию вида (точно так же, как дорога обычно ведет к дому).Но что, если был сделан неправильный выбор из-за того, что был упущен определенный признак, или что, если образец принадлежит к другому (или новому) виду, который имеет много общих признаков с образцом в ключе? Лучший способ обеспечить правильную идентификацию организма — это подтвердить, что он во всех отношениях соответствует описанию вида.

 

Большинство ключей являются региональными и основаны на животных того места, где был разработан ключ. Важно не использовать ключ для рыбы Иллинойса при попытке идентифицировать рыбу, пойманную на Гавайях.В большинстве ключей также есть раздел, который идентифицирует только семьи в регионе. Это хорошее место для начала, потому что семьи часто легче разделить и идентифицировать, чем отдельные виды. Также важно сравнить окончательную идентификацию с путеводителем или другим источником на случай, если ключ не содержал рассматриваемого экземпляра.

 

Деятельность

Используйте дихотомический ключ для идентификации видов рыб-бабочек.

 

Изменения классификации

Цель биологической классификации состоит в том, чтобы сгруппировать организмы вместе с точки зрения их родства друг с другом.В научном сообществе ведутся давние дебаты о том, следует ли пересмотреть систему Линнея, чтобы лучше показать родство. Есть несколько аргументов для доработки:

  • Система Линнея имеет тенденцию использовать только поверхностные характеристики.
  • Система Линнея слишком часто объединяет вещи.
  • Использование стандартизированной системы (домен, царство, тип и т. д.) неточно отражает отношения между организмами и, таким образом, может привести к предполагаемым отношениям, которых не существует.
  • Классификация должна основываться на ДНК или генетической информации.

Филогенетические деревья

Филогенетический метод классификации использует общие уникальные признаки — наследуемые признаки, которые различаются у разных людей. Напротив, система Линнея ориентирована на ранжирование организмов по группам. Линнеевские группы имеют схожие черты, но группы часто не отражают эволюцию или уровни разнообразия. Филогенетика, с другой стороны, сосредоточена на демонстрации эволюционных отношений между организмами.

 

Филогенетическое дерево — это диаграмма ветвления, используемая для демонстрации эволюционного родства организмов на основе сходства и различия их характеристик (рис. 1.16 и рис. 1.17). Длина ветвей на филогенетическом дереве отражает изменения характеристик в течение эволюционного времени.


 

Термин синапоморфия используется для описания общих уникальных характеристик. Синапоморфии присутствуют у организмов, связанных через предка, который генетически передал признак своим потомкам.Организмы вне группы не имеют синапоморфии. Филогенетические деревья показывают группы, использующие синапоморфии.

 

Монофилетическая группа содержит всех потомков одного общего предка — предка, разделяемого двумя или более потомками. Во многих случаях общий предок неизвестен. Например, все члены инфраотряда приматов Simiiformes (показаны желтым цветом на рис. 1.17) имеют одного общего предка (отмечен красной точкой). Это означает, что родство всех приматов в этой группе поддерживается синапоморфиями.Чем больше общего у двух видов синапоморфий, тем более тесно они связаны между собой.

 

Иногда ученые неверно интерпретируют группы как монофилетические, когда это не так. Характер, который кажется уникальным, может развиваться более одного раза в разных группах, или он может быть потерян или изменен в группе. Гомоплазия — это сходные характеристики, такие как крылья птиц и летучих мышей, которые не отражают родства. Крылья птиц и летучих мышей не связаны между собой, потому что они произошли от разных генетических источников, даже если оба типа крыльев служат для полета.

 

Поведение также можно использовать для классификации организмов, и, как и другие признаки, оно может быть результатом синапоморфии или гомоплазии. Например, ночные приматы, лори и долгопяты, не сгруппированы вместе на рис. 1.17. Это связано с тем, что их поведение в ночное время не является синапоморфией (общим производным признаком). Чтобы лори и долгопяты были включены в одну и ту же монофилетическую группу, группу необходимо расширить, включив в нее лемуров с долгопятами, мартышками, человекообразными обезьянами и их последним общим предком (черная точка).

 

По мере того, как мы узнаем больше о генетике и эволюции, важно продолжать исследовать и переоценивать отношения между организмами. Представления об отношениях нуждаются в переоценке по мере того, как делаются открытия и появляется новая информация. Суть науки не всегда в том, чтобы найти правильный ответ, а в том, чтобы методично искать лучший ответ!

 

Молекулярная филогения

Достижения в области биотехнологии теперь позволяют ученым использовать молекулярные характеристики для организации организмов.Точно так же, как ученые используют «отпечатки пальцев» ДНК для оценки родства людей в тестах на отцовство, ученые могут использовать генетические маркеры для оценки родства разных видов.

 

Молекулярные филогении строятся путем изучения различий в последовательности ДНК сравниваемых организмов. Между организмами существует много генетического сходства. Например, гены человека и мыши имеют сходство около 85 процентов, а гены человека и шимпанзе имеют сходство около 96 процентов.По этой причине легче изучать различия в генетике, чем сходства.

 

Чтобы ученые могли получить информацию о взаимоотношениях между самыми разными видами (например, из разных доменов или царств), они используют сходные гены. Консервативные гены — это гены, которые не сильно изменились за время эволюции. К ним относятся гены, составляющие рибосомную РНК (рРНК). Сегменты генов рРНК, такие как идентифицированный как 16S из E.coli (бактерия), кукуруза (растение), дрожжи (гриб) и человек (животное) можно сравнить, чтобы увидеть, насколько консервативен ген.

 

Консервация генов обычно происходит в функционально важных генах, потому что эти типы генов необходимы для сборки белков, необходимых для выживания. Кодирующие области представляют собой сегменты ДНК, которые транслируются в РНК и важны для функции гена или продукта гена. Обратите внимание, что на рис. 1.17 области сохранения выделены желтым цветом.

 

Консервативные части гена 16S рРНК представляют собой места, дающие информацию о взаимоотношениях между сравниваемыми организмами (рис. 1.18). В этом случае E. coli имеет много различных генетических оснований по сравнению с другими организмами, что указывает на то, что он менее тесно связан с ними, чем они друг с другом. Это не является неожиданным, поскольку E. coli классифицируется в совершенно другой области, чем три другие группы в этом примере (животные, грибы и растения).


 

Некодирующие области — это сегменты ДНК, которые не транслируются в РНК. Эти некодирующие области не считаются функциональными частями генов. Однако некодирующие области играют роль внутри клетки. Эти некодирующие области ДНК известны как интронов . Это области, где ожидается меньше сохранения и больше генетической мутации. Ученые используют интроны для изучения того, как организмы изменились с течением времени. Скорость изменений с течением времени может дать представление о том, как давно организмы разошлись друг от друга в филогенетическом смысле.

 

 

Теория жизни мозга: к последовательному биологическому определению человечности

В этой статье предлагается, чтобы с медицинской точки зрения термин «человек» определялся наличием активного человеческого мозга. Мозг — единственный уникальный и незаменимый орган в человеческом теле, как дирижер всех систем органов и вместилище личности. Таким образом, наличие или отсутствие жизни в мозгу действительно определяет наличие или отсутствие человеческой жизни в медицинском смысле.При таком рассмотрении человеческая жизнь может рассматриваться как непрерывный спектр между началом жизни мозга в утробе матери (восемь недель беременности) и вплоть до наступления смерти мозга. В любой момент могут присутствовать человеческие ткани или системы органов, но без наличия функционального человеческого мозга они не составляют «человека», по крайней мере, в медицинском смысле. Обсуждаются последствия этой теории для различных этических проблем, таких как экстракорпоральное оплодотворение и аборты. Эта теория является наиболее последовательной из возможных для определения человека, лишенной присущих ей противоречий.Однако наличие хорошей теории определения «человека» не обязательно решает обсуждаемые здесь этические проблемы.

КИЕ: Нерешенный вопрос о том, когда начинается человеческая жизнь, является ключевым вопросом в дебатах об абортах и ​​часто фигурирует в дискуссиях о контроле над рождаемостью, лечении жертв изнасилования, исследованиях плода, экстракорпоральном оплодотворении и утилизации останков плода. Голденринг предлагает теорию жизни мозга, которая утверждает, что плод становится биологическим человеческим существом, когда его мозг начинает функционировать примерно через восемь недель, и утверждает, что это определение человечности может быть определено с медицинской и научной точек зрения и имеет отношение к этическим и юридическим вопросам. и принятие решений в области государственной политики.Он исследует проблемы, созданные другими теориями человечности, такими как «при зачатии» и «жизнеспособности», и обсуждает последствия теории жизни мозга для абортов и других биоэтических вопросов, таких как исследования плода.

Синтетическая биология, метафоры и ответственность | Науки о жизни, общество и политика

  • Андрианантоандро Э., Субхаю Б., Кариг Д.К., Вайс Р. 2006. Синтетическая биология: новые инженерные правила и развивающаяся дисциплина. Мол Сист Биол 2. doi:10.1038/msb4100073.

  • Avise, JC. 2001. Эволюция геномных метафор: новый взгляд на язык ДНК. Наука 294 (5540): 86–87.

    Артикул Google ученый

  • Балмер А., Мартин П. 2008. Синтетическая биология: жизнь, но не такая, какой мы ее знаем? Отчет по заказу BBSRC. http://nottingham.academia.edu/AndrewBalmer/Papers/51276/Synthethic-Biology-Social-and-Ethical-Challenges.

  • Бальмер, А., К. Херреман.2009 Общение биологических наук: этические и метафорические аспекты. В Крейге Вентере и перепрограммировании жизни: как метафоры формируют и выполняют этические дискурсы в медийной презентации синтетической биологии, изд. Б. Нерлих, Р. Эллиотт, Б. Ларсон, редакторы, стр. 219–234. Олдершот: Ашгейт.

  • Балмер, А.С., Дж. Калверт, К. Маррис, С. Молинье-Ходжсон, Э. Фроу, М. Кернс, П. Мартин. 2016. Пять эмпирических правил междисциплинарного сотрудничества после ELSI. Журнал ответственных инноваций 3 (1): 73–80.

    Артикул Google ученый

  • Балтимор, Д., П. Берг, М. Ботчан, Д. Кэрролл, Р. А. Чаро, Г. Черч, Х. Т. Грили. 2015. Разумный путь вперед для геномной инженерии и модификации генов зародышевой линии. Наука 348 (6230): 36–38.

    Артикул Google ученый

  • Берг, П., Д. Балтимор, С. Бреннер, О. Роблин, М. Ф. Зингер. 1975. Итоговое заявление конференции Asilomar по молекулам рекомбинантной ДНК.Proc Natl Acad Sci 72 (6): 1981–1984.

    Артикул Google ученый

  • Бедау, Массачусетс, EC Parke, U Tangen, B Hantsche-Tangen. 2009. Социальные и этические контрольные точки восходящей синтетической биологии или протоклеток. Сист Синт Биол 3(1–4): 65.

    Артикул Google ученый

  • Бернадетт, Б.В. 2014. Политика модных словечек на стыке технонауки, рынка и общества: случай «общественного участия в науке».Public Underst Sci 23 (3): 238–253.

    Артикул Google ученый

  • Фонд биокирпичей. 2016. Программы биокирпичей. http://www.openwetware.org/wiki/The_BioBricks_Foundation:RFC. По состоянию на 12 марта 2017 г.

  • BIOSINT 2015. Этика синтетической биологии: Руководство для сообщества iGEM http://2015.igem.org/wiki/images/3/31/EthicsforSyntheticBiology.pdf

  • Болдт, Дж.2016a Метафоры, мировоззрения, этика и право. Берлин: Спрингер В.С.

    Google ученый

  • Болдт, Дж. 2016b Швейцарские часы, генетические машины и этика: введение в концептуальные и этические проблемы синтетической биологии. В метафорах, мировоззрениях, этике и праве, изд. Дж. Болдт, редактор. Берлин: Спрингер В.С.

  • Будри, М., М. Пильуччи. 2013. Неправильное измерение машины: синтетическая биология и проблемы с инженерными метафорами.Stud Hist Philos Biol Biomed Sci 44 (4): 660–668.

    Артикул Google ученый

  • Браун, Н, М Майкл. 2003. Социология ожиданий: ретроспективные перспективы и поисковые ретроспективы. Tech Anal Strat Manag 15 (1): 3–18.

    Артикул Google ученый

  • Калверт, Дж. 2008. Коммодификация появления: системная биология, синтетическая биология и интеллектуальная собственность.Биообщества 3: 383–398.

    Артикул Google ученый

  • Кампос, Л. 2009 Это была синтетическая биология. В синтетической биологии: технонаука и ее социальные последствия, под ред. М. Шмидт, А. Келле, А. Гангули-Митра, Х. де Вринд, редакторы, 5–21. Лондон: Спрингер.

  • Карлсон, Р. 2010 Биология — это технология: обещание, опасность и новый бизнес инженерной жизни. Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета.

    Книга Google ученый

  • Чек, Э. 2006. Синтетические биологи пытаются успокоить страхи. Природа 441, 25 мая: 388-389.

  • Кондит, К.М., Н. Офулю, К.М. Шиди. 1998. Детерминизм и изображение генетики в СМИ. Am J Hum Genet 62: 979–984.

    Артикул Google ученый

  • Condit, CM.1999 Значение гена: Публичные дебаты о человеческой наследственности.Мэдисон: Издательство Висконсинского университета.

    Google ученый

  • Церер А., А. Зайрингер. 2009. Картины синтетической биологии: рефлексивное обсуждение представления синтетической биологии (SB) в немецкоязычных СМИ и экспертами SB. Сист Синт Биол 3(1–4): 27–35.

    Артикул Google ученый

  • де Лоренцо, В. 2011. Остерегайтесь метафор: шасси и ортогональность в синтетической биологии.Биоинженерные жуки 2(1): 3–7.

    Артикул Google ученый

  • де Лоренцо, В., А. Данчин. 2008. Синтетическая биология: открытие новых миров и новых слов. EMBO Rep 9 (9): 822–827.

    Артикул Google ученый

  • Деринг, М. 2014 Метафорическая мораль в актуальных биотехнологических дискуссиях. В Methoden der Metaphernforschung und –analyse ed. Матиас Юнге, 215–229.Берлин: Спрингер В.С.

    Глава Google ученый

  • Драйер, М., Дж. Эрдманн, К. Реманн-Суттер, редакторы. Генетическая прозрачность? Этические и социальные последствия геномики человека следующего поколения и генетической медицины. Лейден: Брилл Родопи.

    Google ученый

  • Энди, Дрю. 2005. Основы инженерной биологии. Природа 438 (24 ноября), 449-453.

  • Исследовательский совет по инженерным и физическим наукам 2017.«Основы ответственных инноваций». https://www.epsrc.ac.uk/research/framework/. По состоянию на 11 марта 2017 г.

  • Европейская комиссия. 2017. Ответственные исследования и инновации https://ec.europa.eu/programmes/horizon2020/en/h3020-section/responsible-research-innovation. По состоянию на 12 марта 2017 г.

  • Фолкнер, Д. 2016 Метафоры жизни: размышления о метафорах в дебатах о синтетической биологии. В Амбивалентности создания жизни: Социальные и философские аспекты синтетической биологии (т.45), изд. К. Хаген, М. Энгельхард, Г. Топфер, редакторы, 251–265. Гейдельберг: Springer International.

  • Galdzicki, M, KP Clancy, E Oberortner, M Pocock, JY Quinn, CA Rodriguez, et al. 2014. Открытый язык синтетической биологии (SBOL) представляет собой стандарт сообщества для обмена проектами в синтетической биологии. Nat Biotechnol 32 (6): 545–550.

    Артикул Google ученый

  • Хаген, К., М. Энгельхард, Г. Топфер.2016 Амбивалентность создания жизни: социальные и философские аспекты синтетической биологии, том. 45. Гейдельберг: Springer International.

    Google ученый

  • Хеллстен, И., Нерлих Б. 2008 г. Генетика и геномика: политика и этика метафорического построения. В Справочнике по общественным связям науки и техники, изд. M Bucchi, B Trench, редакторы, 93–109. Лондон и Нью-Йорк: Рутледж.

  • Хеллстен, И., Б. Нерлих.2011. Синтетическая биология: построение языка для новой науки по кирпичику за метафорическим кирпичиком. Новая генетика и общество 30 (4): 375–397.

    Артикул Google ученый

  • Хельмрайх, Стефан. 2016. Ощущение пределов жизни. Очерки антропологии биологии и не только. Принстон и Оксфорд: Издательство Принстонского университета.

  • iGEM 2017. Реестр стандартных биологических частей. http://parts.igem.org/Main_Page.По состоянию на 12 марта 2017 г.

  • Джонс, Ричард. 2010. Цифровой витализм http://www.softmachines.org/wordpress/?cat=11. По состоянию на 12 марта 2017 г.

  • Кэй, HL.1997 Социальное значение современной биологии. Нью-Брансуик: Издатели транзакций.

    Google ученый

  • Келлер, EF.2002 Осмысление жизни: объяснение биологического развития с помощью моделей, метафор и машин. Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета.

    Google ученый

  • Келлер, Э.Ф.2009 Век ген. Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета.

    Google ученый

  • Куффер, Кристоф и Брендон М. Ларсон. 2014. Ответственное использование языка в научном письме и научном общении. БиоНаука, biu084.

  • Лакофф, Г., М. Джонсон. 1980 Метафоры, которыми мы живем. Чикаго: Издательство Чикагского университета.

    Google ученый

  • Ларсон, Брэндон. 2011. Метафоры экологической устойчивости: новое определение наших отношений с природой http://www.jstor.org/stable/j.ctt5vm557. По состоянию на 11 марта 2017 г.

  • Ленцос, Ф. 2009. Синтетическая биология в социальном контексте: дебаты в Великобритании на сегодняшний день. Биообщества 4 (2–3): 303–315.

    Артикул Google ученый

  • Луизи, PL.2006 г. Возникновение жизни: от химических истоков к синтетической биологии. Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета.

    Книга Google ученый

  • Maasen, S, P Weingart.2000 Метафоры и динамика знания. Лондон и Нью-Йорк: Рутледж.

    Книга Google ученый

  • Моранж, М. 2010а. Синтетическая биология: мост между функциональной и эволюционной биологией.Биологическая теория 494: 368–377.

    Google ученый

  • Моранж, М. 2010б. Воскрешение жизни. Происхождение жизни и эволюция биосфер 40: 179–182.

    Артикул Google ученый

  • Мерфи Дж., С. Парри, Дж. Уоллс. 2016. Политика ответственных инноваций EPSRC с точки зрения торговых зон. Минерва 54 (12): 151–174.

    Артикул Google ученый

  • Природа.2015. Специальное предложение о природе: CRISPR. http://www.nature.com/news/crispr-1.17547. По состоянию на 12 марта 2017 г.

  • Нелькин, Д. 2001. Вне риска: сообщения о генетике в постасиломарской прессе. Perspect Biol Med 44 (2): 199–207.

    Артикул Google ученый

  • Нелькин, Д., С. Линди. 1995 Загадка ДНК. Риман: Ген как культурная икона. Нью-Йорк.

    Google ученый

  • Нельсон, С.К., Дж.-Х. Ю, Л. Чеккарелли.2015. Как метафоры о геноме ограничивают метафоры CRISPR: отделение «текста» от его «редактора». Am J Bioeth 15 (12): 60–62.

    Артикул Google ученый

  • Нерлих Б., Хельстен. 2004. Геномика: сдвиги в метафорическом ландшафте. Новая генетика и общество 23(3): 255–268.

    Артикул Google ученый

  • Нерлих Б., Хельстен. 2009. За пределами человеческого генома: микробы, метафоры и что значит быть человеком во взаимосвязанном постгеномном мире.Новая генетика и общество 28(1): 19–36.

    Артикул Google ученый

  • Нерлих, Бриджит и Керри Кидд, ред. 2005. Специальный выпуск о геноме и его публике: на пути к социальному и культурному пониманию геномики. Новая генетика и общество 24 (3).

  • Нерлих, Бриджит, Ричард Эллиотт и Брендон Ларсон. 2009. Общение биологических наук: введение. Общение биологических наук: этические и метафорические аспекты, 1–22.

  • Нерлих Б., К. Маклеод. 2016. Дилемма ответственного повышения осведомленности. EMBO Rep 17 (4): 481–485.

    Артикул Google ученый

  • Нерлих, Бриджит, Роберт Дингуолл и Пол Мартин. ред. 2004. Спецвыпуск о генетических и геномных дискурсах на заре 21 -го века. Дискурс и общество 15 (4).

  • О’Киф, М., С. Перро, Дж. Халперн, Л. Икемото, М. Ярборо, Калифорнийский университет, Северная коллаборатория биоэтики для наук о жизни и здоровье.2015. Редактирование генов: тематическое исследование того, какое значение имеет язык в биоэтике. Am J Bioeth 15 (12): 3–10.

    Артикул Google ученый

  • О’Мэлли, Массачусетс, А. Пауэлл, Дж. Ф. Дэвис, Дж. Калверт. 2007. Различия в создании знаний в синтетической биологии. Биоэссе 30: 57–65.

    Артикул Google ученый

  • OED онлайн (n/d) «Buzzword», Оксфордский словарь английского языка. 2017 http://www.oed.com/view/Entry/25493?rskey=ZJkiJX&result=1## По состоянию на 11 марта.

  • Оуэн, Р., П. Макнахтен, Дж. Стилго. 2012. Ответственные исследования и инновации: от науки в обществе к науке для общества, с обществом. Научная государственная политика 39 (6): 751–760.

    Артикул Google ученый

  • Пауэлс, Элеонора. 2013. «Комментарий: обратите внимание на метафору». Nature, Vol. 500 (29 августа): 523.

  • Peretó, J, J Català.2007. Возрождение синтетической биологии. Биологическая теория 2: 128–130.

    Артикул Google ученый

  • Перето, Дж. 2016. Стирание границ: краткая хроника ранней синтетической биологии. Дж Мол Эвол: 1–8.

  • Поркар, М., Дж. Перето. 2016. Природа против дизайна: синтетическая биология или как создать биологическое не-машину. Интегр Биол 8(4): 451–455.

    Артикул Google ученый

  • Рабинов, П., Г. Беннетт.2012 Разработка человеческих практик: эксперимент с синтетической биологией: University of Chicago Press.

  • Рэндлс, Салли. 2013. На пути к институциональной социологии ответственных инноваций http://cns.asu.edu/sites/default/files/event_files/occasionalspeaker_randles.pdf. По состоянию на 11 марта 2017 г.

  • Рибейро Барбара Э., Роберт Ди Джей Смит, Роберт и Кейт Миллар. 2016. Концепция мобилизации? Распаковка академических представлений об ответственных исследованиях и инновациях.Научно-инженерная этика. 1–23. DOI: 10.1007/s11948-016-9761-6.

  • Roosth, S.2017 Synthetic: Как устроена жизнь. Чикаго: Издательство Чикагского университета.

    Книга Google ученый

  • Королевская инженерная академия. 2009 Синтетическая биология: объем, приложения и последствия. Лондон: Королевская инженерная академия.

    Google ученый

  • Сандберг А.2015. Хрустящие эмбрионы http://aleph.se/andart2/ethics/crispy-embryos/. По состоянию на 12 января 2017 г.

  • Шарк, М. 2012. Синтетическая биология и различие между организмами и машинами. Экологические ценности 21(1): 19–41.

    Артикул Google ученый

  • Шмидт М., Келле А., Гангули-Митра А. и Х. де Вринд. ред. 2009. Синтетическая биология: технонаука и ее социальные последствия. Springer Science & Business Media.

  • Шваб, К.2016 Четвертая промышленная революция. Женева: Всемирный экономический форум.

    Google ученый

  • Короткая, ДБ. 2013. Общественное понимание науки: 30 лет доклада Бодмера. Обзор школьной науки 95 (350): 39–44.

    Google ученый

  • Стельмах А, Б Нерлих. 2015. Метафоры в поисках цели: любопытный случай эпигенетики.Новая генетика и общество 34(2): 196–218.

    Артикул Google ученый

  • Stilgoe J. 2011. Ответственные инновации. https://jackstilgoe.wordpress.com/2013/01/10/a-year-and-a-bit-inresponsible-innovation/. По состоянию на 12 марта 2017 г.

  • Стилго, Дж., Р. Оуэн, П. Макнахтен. 2013. Разработка основы для ответственных инноваций. Политика рез. 42: 1568–1580.

    Артикул Google ученый

  • Руководящий совет синтетической биологии.2016 Биодизайн для биоэкономики: стратегический план синтетической биологии Великобритании. Лондон: SBLC.

    Google ученый

  • Терни, Дж. 1998 Следы Франкенштейна. Наука, генетика и массовая культура. Нью-Хейвен, Лондон: Издательство Йельского университета.

    Google ученый

  • Терни, Дж. 2005. Ген общительности. EMBO Rep 6 (9): 808–810.

    Артикул Google ученый

  • Терни, Дж.2015 Я, сверхорганизм: научиться любить свою внутреннюю экосистему. Лондон: Икона.

    Google ученый

  • день Белт, В, Хенк. 2009. Игра в бога по стопам Франкенштейна: синтетическая биология и смысл жизни. Наноэтика 3(3): 257–268.

    Артикул Google ученый

  • Van Est, R, HC de Vriend, B Walhout. 2007 Создание жизни. Институт Ратенау: мир синтетической биологии.

    Google ученый

  • Фон Шомберг Р. 2011. Определение ответственных инноваций. https://renevonschomberg.wordpress.com/definition-of-responsible-innovation/. По состоянию на 11 марта 2017 г.

  • Wikipedia.org. 2017. Ответственные исследования и инновации. https://en.wikipedia.org/wiki/Responsible_Research_and_Innovation. По состоянию на 20 марта 2017 г.

  • Йерли, Стивен. Этический ландшафт: определение правильного подхода к этическим и социальным аспектам исследований и продуктов синтетической биологии.Интерфейс JR Soc. 6 (2009), дополнение 4: S559-S564.

  • Йонг Эд, 2016. Я содержа множество: микробы внутри нас и более широкий взгляд на жизнь. Случайный дом.

  • Чжан, X. 2015. Срочно обуздать технологию редактирования генов. Protein & Cell 6(5): 313.

    Статья Google ученый

  • Zwart, H. 2009a Геномные метафоры и генетический детерминизм. В новом видении природы, 155–172.Нидерланды: Спрингер.

    Google ученый

  • Цварт, Х. 2009b. Поклонение карте: размышления о метафоре генома. Геномика, общество и политика 5 (3): 29–43.

    Артикул Google ученый

  • Цварт, Х., Л. Ландевеерд, А. ван Ройдж. 2014. Приспособиться или погибнуть? Оценка недавнего перехода на европейскую арену финансирования исследований с «ELSA» на «RRI». Науки о жизни, общество и политика 10(1): 1–19.

    Артикул Google ученый

  • Определение жизни и примеры — Биологический онлайн-словарь

    Жизнь
    сущ., множественное число: жизни
    [laɪf]
    Определение: характеристика живого организма; биота

    Определение жизни

    Жизнь — это характеристика живого организма, которая отличает последний от мертвого организма или неживого существа, особенно отличающаяся способностью расти, метаболизировать, реагировать (на стимулы), адаптироваться и размножаться.Жизнь также может относиться к биоте определенного региона. Происхождение слова: Староанглийское līf (жизнь, тело).

    Основные характеристики живого существа

    Когда начинается жизнь? Нет единого мнения о том, где начинается жизнь. Начинается ли он во время оплодотворения или во время до или после него? Происхождение жизни также спорно. Несмотря на нерешительный ответ на вопросы о жизни, основные характеристики живого существа таковы:

    • Организация .Живые существа имеют организованную структуру для выполнения определенной функции. В частности, живое существо состоит из одной клетки или группы клеток. Клетка является основной структурной и функциональной единицей любого организма.
    • Гомеостаз . Форма жизни могла бы поддерживать свое существование, например, регулируя свою внутреннюю среду, чтобы поддерживать постоянное или благоприятное состояние.
    • Метаболизм . Живое существо было бы способно преобразовывать энергию химических веществ в клеточные компоненты посредством анаболических реакций.Он также был бы способен разлагать органическое вещество посредством катаболизма.
    • Рост . Живое существо растет, т. е. в размерах или в количестве.
    • Ответ . Организм обладает способностью реагировать на раздражители или на окружающую среду, обычно посредством ряда метаболических реакций.
    • Репродукция . Одним из признаков жизни является способность к воспроизведению, т. е. к производству нового в своем роде.
    • Адаптация . Организм способен изменяться во времени, чтобы приспособиться к окружающей среде.

     

    Эволюционная история жизни

    С биологической точки зрения эволюция важна, поскольку она стимулирует биоразнообразие . Некоторые черты станут преобладающими, а другие станут редкими с течением времени. Без эволюции жизнь может быть не такой, какой мы ее знаем. Он не будет таким разнообразным, как сейчас.

    Сама Земля претерпевает ряд изменений. Когда-то Земля была обитаемой планетой. Первобытное состояние Земли было враждебно жизни.Предполагалось, что жизнь зародилась лишь примерно через миллиард лет с момента возникновения Земли. Самовоспроизводящиеся сущности на основе РНК считаются потомками всех живых существ. За значительный период времени эти формы жизни превратились в одноклеточные организмы. Затем появились многоклеточные формы. Впервые они появились около 600 миллионов лет назад.

    Отслеживая историю жизни в различные геологические эпохи, можно обнаружить несколько массовых вымираний, происходящих между вспышками жизни.Например, в течение пермского периода палеозойской эры на Земле существовал суперконтинент под названием Пангея , окруженный океаном Панталасса . Это привело к тому, что внутренние районы стали очень сухими и засушливыми. Из-за этого рептилии процветали, поскольку они могли процветать даже в таких местах обитания. Группа рептилий Dimetrodon эволюционировала и дала начало терапсидам . Терапсиды, в свою очередь, эволюционировали и дали начало цинодонтам , которые были ранними предками животных.В этот период также появились ранние предки динозавров, архозавров . Судя по всему, произошло массовое вымирание под названием «Великое вымирание», уничтожившее около 90% жизни на Земле. Следующая эра ( Мезозойская эра ) называется «Эпохой динозавров». Эти животные господствовали на суше, в морях и в воздухе Земли. Однако произошло массовое вымирание, которое привело к гибели динозавров, а также других крупных животных. Тем не менее млекопитающие заняли освободившуюся нишу и расширились.

    Эволюция имеет решающее значение для сохранения жизни на постоянно меняющейся Земле. Организмы должны иметь способность адаптироваться генетически и фенотипически . Участие в симбиотических отношениях с другими организмами также может помочь увеличить склонность к выживанию и процветанию. Вместе с эволюцией происходило видообразование. В ходе эволюции виды расходятся на два или более видов-потомков. Однако, к сожалению, большинство видов, живших на Земле, уже встретили свою гибель.99% видов на Земле уже вымерли. Эти организмы погибли, а их виды полностью исчезли. Таким образом, казалось бы, вымирание видов неизбежно.

    LUCA

    Диаграмма, называемая эволюционным деревом , показывает эволюционные взаимоотношения организмов. Группировка основана на сходстве и различиях в генетических и физических характеристиках. Схема ветвления показывает, как виды или сущности произошли от определенного общего предка.Отслеживание хода эволюции всех живых существ, живших на Земле, привело бы к общему предку LUCA (, последний универсальный общий предок ). LUCA является гипотетическим предком всех живых существ, и предполагается, что он появился примерно 3,5–3,8 миллиарда лет назад .

    До сих пор нет единого мнения о том, как возникла жизнь на Земле. Однако многие считали, что самовоспроизводящиеся существа на основе РНК, вероятно, являются потомками всех живых существ.Эти сущности превратились в одноклеточные организмы, содержащие цитоплазматические структуры, но лишенные внутренней компартментализации. Одноклеточные организмы, лишенные связанных с мембраной органелл, называются прокариотами .

    Эндосимбиотическая теория

    Прокариоты появились раньше эукариот. Они были в состоянии выдержать примитивные враждебные условия Земли. Позднее появились одноклеточные эукариоты около 90 043 1,6–2,7 млрд лет назад 90 044 .Эндосимбиотическая теория предполагает, что более крупные клетки поглощают более мелкие клетки, такие как бактерии и цианобактерии, для совместной ассоциации (эндосимбиоз). Вместе они прошли коэволюцию. Со временем более мелкие прокариоты превратились в полуавтономные органеллы. Бактерии превратились в митохондрии, тогда как цианобактерии в хлоропласты. Наличие мембраносвязанных органелл внутри клетки привело к появлению эукариот.

    Многоклеточность

    В неопротерозойской эре , особенно в эдиакарском периоде (около 600 миллионов лет назад ), появились первые многоклеточные формы.Вопрос о том, как возникла многоклеточность, до сих пор остается предметом дискуссий. Наиболее популярна в этом отношении теория Геккеля. Согласно его теории гастреи , многоклеточность возникла, когда клетки одного и того же вида группировались вместе в бластулообразной колонии, и постепенно некоторые клетки в колонии подвергались клеточной дифференцировке. Также в этот период на основе обнаруженных окаменелостей эдиакарской биоты появились губчатые организмы. Предполагалось, что они были первыми животными.

    Кембрийский взрыв

    Следующая эра, палеозойская , состоит из геологических периодов от кембрия до перми, каждый из которых отмечен крупными эволюционными событиями. В кембрийском периоде (около 541 млн лет назад ) произошел внезапный всплеск жизни. Это геологическое событие было названо кембрийским взрывом . Возникли разнообразные растения и животные. Растения и грибы распространились на землю. Вскоре на берег вышли такие животные, как членистоногие, вероятно, для спаривания и откладывания яиц.

    Возникновение беспозвоночных

    В ордовикском периоде ( 485–440 миллионов лет назад ) беспозвоночные были доминирующими животными. Примитивные рыбы продолжают эволюционировать, и в следующем геологическом периоде, силурийском году, произошла массовая эволюция рыб. Также в силурийском году (от 440 до 415 миллионов лет назад, год) паукообразные и членистоногие начали колонизировать землю, а не просто отважились на нее. Появились внутренние системы газообмена, водонепроницаемые внешние слои, скелетные системы (эндо- или экзоскелеты) и форма воспроизводства, не связанная с водой, которые помогли правдоподобности жизни на суше.

    «Век Рыбы»

    Девонский период ( 415 до 360 миллионов лет назад ) называется Эпохой Рыбы . Рыба стала доминирующим видом морских позвоночных. На суше растения развивались, и примитивные растения, деревья и кустарниковые леса служили новой средой обитания. С эволюцией наземных растений эволюционировали и разнообразились и животные. Первыми четвероногими появились амфибии. Они возникли около 364 миллионов лет назад .

    Появление амниот

    В каменноугольном периоде (от 360 до 300 миллионов лет назад) произошло крупное эволюционное событие. Появились тетраподы, откладывающие амниотические яйца. Откладывание амниотических яиц в более сухой среде позволило четвероногим амниотам отойти дальше от воды и, таким образом, доминировать дальше вглубь суши. Из-за этого эти ранние амниоты сильно разнообразились к концу этого периода.

    Пермские рептилии

    В пермский период ( от 300 до 250 миллионов лет назад ) процветали рептилии и синапсид.Вскоре произошло крупное эволюционное событие, приведшее к появлению звероликих терапсидов. Эти терапсиды позже дали начало цинодонтам (ранним предкам млекопитающих). Первые архозавры (ранние предки динозавров) также появились в пермский период.

    «Эпоха динозавров»

    За палеозойской эрой следует мезозойская эра (с 252 до 66 миллионов лет назад ), которую называют «Эпохой динозавров». Динозавры бродили и господствовали на Земле.Однако произошло массовое вымирание. К концу этой эры они погибли вместе с другими крупными животными (весом более 25 кг).

    «Новая жизнь»

    В следующую эру, кайнозойскую ( 66 миллионов лет назад до наших дней ) эру называют «Новой жизнью». Млекопитающие расширились и разнообразились. Человекообразные обезьяны эволюционировали и привели к эволюции гоминидов, которая была эволюционной линией, ведущей к виду Homo. Единственным существующим видом рода Homo является Homo sapiens (анатомически современные люди).

    См. также:

     

    Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы уже узнали о жизни.

    Следующий

    Биологическое определение, краткое примечание и часто задаваемые вопросы

    Биологическое определение жизни – это когда живая материя или любая материя, проявляющая определенные атрибуты, включая реакцию, рост, метаболизм, преобразование энергии, а также размножение.

    Жизнь состоит из живых существ, и они разделены на группы, известные как таксономия. Каждый человек состоит из одной или нескольких минимальных живых единиц, известных как клетки. Некоторые исследования утверждают, что жизнь зародилась еще 4,1 миллиарда лет назад. Его можно проследить по окаменелостям, датированным миллиардами лет назад.

    Биологическое определение жизни

    Неживые существа могут проявлять некоторые из этих характерных черт, но живые существа обладают всеми из них, упомянутыми ниже:

    1.Организация

    Живые существа высокоорганизованы, что означает, что они содержат специализированные и скоординированные части. Все живые организмы на этой планете состоят из одной или нескольких клеток. Клетки считаются наиболее фундаментальными единицами жизни.

    Даже одноклеточные организмы своеобразны и сложны. Внутри каждой клетки атомы составляют молекулы, которые затем составляют клеточные органеллы, а также структуры. В многоклеточных организмах те же самые клетки образуют ткани, которые, в свою очередь, совместно создают органы.Органы — это структуры тела с различными функциями, которые работают вместе, образуя системы органов.

    Многоклеточные организмы, такие как человек, состоят из множества клеток. Клетки многоклеточных организмов специализируются на выполнении различных функций. Эти клетки организованы в ткани, такие как соединительная ткань, эпителиальная ткань, мышечная и нервная ткани. Ткани составляют органы, такие как сердце или легкие, которые выполняют определенные функции, когда это необходимо организму.

    2.Метаболизм

    Жизнь на Земле зависит от множества взаимосвязанных химических реакций. Эти реакции позволяют всем организмам на этой планете выполнять работу, например передвигаться или ловить добычу, расти, размножаться, а также поддерживать структуру своих тел. Живые существа используют энергию и потребляют питательные вещества для проведения химических реакций, которые помогают им поддерживать свою жизнь. Совокупность биохимических реакций, происходящих в организме, называется его метаболизмом.

    Метаболизм далее подразделяется на анаболизм и катаболизм. При анаболизме организмы создают сложные молекулы из более простых. В катаболизме они прямо противоположны анаболизму. Анаболические процессы всегда потребляют энергию, тогда как катаболические процессы могут сделать запасенную энергию доступной.

    3. Гомеостаз

    Все живые организмы на этой планете регулируют свою внутреннюю среду, чтобы поддерживать относительно узкий диапазон условий, необходимых для их клеточной функции.Это поддержание стабильной внутренней среды живого организма даже в условиях изменяющейся внешней среды называется гомеостазом.

    4. Рост

    Каждый живой организм на этой планете подвергается регулируемому росту. Отдельные клетки становятся больше, тогда как многоклеточные организмы накапливают много клеток в результате клеточного деления. Вы начали как одна клетка, а затем рост зависит от анаболических путей, которые строят большие сложные молекулы, такие как белки и ДНК.ДНК – это генетический материал.

    5. Размножение

    Все живые организмы могут воспроизводить себя, создавая новые организмы. Размножение может быть либо бесполым, при котором участвует один родительский организм, либо половым, при котором требуются два родителя. Одноклеточные организмы, такие как делящаяся бактерия, могут размножаться, просто разделившись надвое.

    При половом размножении организмы с двумя родителями производят сперматозоиды и яйцеклетки, которые содержат половину их генетической информации.Эти клетки сливаются, чтобы сформировать из них новую особь с полным генетическим набором. Этот процесс называется оплодотворением.

    6. Реакция

    Живые организмы проявляют «раздражительность», что означает, что они реагируют на раздражители или изменяются в зависимости от окружающей среды. Например, люди максимально быстро отдергивают руки при контакте с пламенем. Многие растения поворачиваются к солнцу, как подсолнухи. Существуют одноклеточные организмы, которые могут мигрировать к источнику питательных веществ или даже от ядовитого химического вещества.

    7. Эволюция

    Популяции живых организмов могут эволюционировать в зависимости от ситуации. Это означает, что генетический состав популяции может меняться со временем. В некоторых случаях эволюция включает естественный отбор.

    Через несколько поколений наследуемая черта, дающая преимущество в приспособленности, может стать более распространенной в популяции и сделать популяцию более приспособленной к окружающей среде. Этот процесс известен как адаптация.

    Метастазы (метастатический рак): определение, биология и типы

    Обзор

    Метастатический рак распространяется через кровь или лимфатическую систему.

    Что такое метастатический рак?

    Метастатический рак относится к раку, который распространился за пределы места возникновения в другие отдаленные области тела. Чтобы полностью понять метастатический рак, мы сначала определим метастазирование:

    .

    Метастаз — это слово, используемое для описания распространения рака. В отличие от нормальных клеток, раковые клетки имеют способность расти за пределами того места в вашем теле, где они возникли. Когда это происходит, это называется метастатическим раком, запущенным раком или раком стадии IV.Почти все виды рака могут метастазировать, но это зависит от ряда факторов. Метастатические опухоли (метастазы) могут возникать тремя путями:

    1. Они могут прорастать непосредственно в ткани, окружающие опухоль.
    2. Раковые клетки могут перемещаться по кровотоку в отдаленные места вашего тела.
    3. Раковые клетки могут перемещаться по вашей лимфатической системе к близлежащим или отдаленным лимфатическим узлам.

    Какие виды рака чаще всего метастазируют?

    Как упоминалось выше, практически все виды рака могут распространяться за пределы места возникновения.Некоторые из наиболее распространенных типов включают метастатические:

    Каковы наиболее распространенные места метастатического рака?

    Наиболее распространенными местами метастазирования рака являются легкие, печень, кости и головной мозг. Другие места включают надпочечники, лимфатические узлы, кожу и другие органы.

    Иногда метастазы обнаруживаются без известного первичного рака (точка происхождения). В этой ситуации ваш лечащий врач будет тщательно искать первичный источник рака. Если ничего не удается найти, это называется раком неизвестной первичной формы (CUPS).

    Симптомы и причины

    Каковы симптомы метастатического рака?

    У некоторых людей симптомы метастатического рака минимальны или отсутствуют. Если симптомы присутствуют, они основаны на расположении метастазов.

    Метастазы в кости

    Метастазы в кости могут вызывать или не вызывать боль. Первым признаком костного метастазирования является перелом кости после незначительной травмы или без нее. Сильная боль в спине, сопровождающаяся онемением ног или затруднением опорожнения кишечника или мочевого пузыря, должна быть оценена немедленно.

    Метастазы в головной мозг

    Если опухоль метастазировала в головной мозг, симптомы могут включать головную боль, головокружение, проблемы со зрением, проблемы с речью, тошноту, трудности при ходьбе или спутанность сознания.

    Метастазы в легкие

    Раковые симптомы метастазирования в легкие обычно очень расплывчаты. Это потому, что они могут быть похожи на симптомы других заболеваний. Предупреждающие признаки могут включать кашель (продуктивный или непродуктивный), кровохарканье, боль в груди или одышку.

    Метастазы в печень

    Метастазы в печень могут вызывать боль, потерю веса, тошноту, потерю аппетита, выделение жидкости из брюшной полости (асцит) или желтуху (пожелтение кожи и белков глаз).

    Что вызывает метастатический рак и как он распространяется?

    Метастатический рак возникает, когда раковые клетки отрываются от исходной опухоли и распространяются в другие части тела через кровеносные или лимфатические сосуды.

    Диагностика и тесты

    Какие тесты будет использовать мой лечащий врач для диагностики метастатического рака?

    Стандартного теста для выявления метастазов не существует.Ваш поставщик медицинских услуг назначит анализы в зависимости от типа рака, который у вас есть, и симптомов, которые у вас развились.

    Анализы крови

    Обычные анализы крови могут сообщить вашему врачу, повышены ли у вас ферменты печени. Это может указывать на метастазы в печень. Однако во многих случаях эти результаты анализа крови являются нормальными, даже при наличии распространенного рака.

    Онкомаркеры

    Некоторые виды рака имеют опухолевые маркеры, которые могут быть полезны при мониторинге рака после постановки диагноза.Если уровень онкомаркера увеличивается, это может означать, что ваш рак прогрессирует. Некоторые примеры:

    • Рак толстой кишки: СЕА (карциноэмбриональный антиген).
    • Рак яичников: CA-125.
    • Рак предстательной железы: ПСА (специфический антиген простаты).
    • Рак яичек: АФП (альфа-фетопротеин) и ХГЧ (хорионический гонадотропин человека).

    Существует несколько онкомаркеров, которые менее специфичны и поэтому не используются в качестве инструмента для диагностики метастазов.

    Визуализация

    Существует множество тестов, которые «фотографируют» ваше тело изнутри.Соответствующие тесты зависят от симптомов и типа рака. Визуальные тесты могут включать:

    • Ультразвук — это один из способов оценки состояния брюшной полости и выявления опухолей. Он может обнаружить жидкость в брюшной полости и показать разницу между заполненными жидкостью кистами и твердыми образованиями.
    • КТ (компьютерная томография) позволяет выявить аномалии в области головы, шеи, грудной клетки, брюшной полости и таза. Он также может выявить опухоли в легких, печени или лимфатических узлах.
    • Сканирование костей проводится с помощью радиоактивного индикатора, который прикрепляется к поврежденным костям и отображается как «горячая точка» на сканированном изображении.Это наиболее полезно для оценки всего тела на наличие повреждений костей, связанных с раком. Если ваш врач подозревает перелом, он может сделать дополнительные рентгеновские снимки, чтобы определить степень повреждения.
    • МРТ (магнитно-резонансная томография) использует радиоволны и магниты для получения изображений внутри вашего тела. МРТ может обнаружить повреждение спинного мозга или выявить метастазы в головной мозг.
    • ПЭТ-сканирование
    • (позитронно-эмиссионная томография) позволяет выявить аномалии в любой части тела. В ней используется специальный краситель, содержащий радиоактивные трассеры, которые «подсвечивают» проблемные зоны.

    Результаты этих тестов могут не дать окончательных ответов. В некоторых случаях ваш лечащий врач может также взять биопсию (небольшой образец ткани) предполагаемой метастатической опухоли.

    Управление и лечение

    Как лечится метастатический рак?

    Метастаз лечится на основе первоначальной локализации рака. Например, если у человека рак молочной железы и рак распространяется на его печень, его все равно лечат так же, как и рак молочной железы.Это потому, что сами раковые клетки не изменились — они просто живут в новом месте.

    В некоторых случаях ваш лечащий врач может лечить метастатические опухоли особым образом.

    Метастазы в кости

    Если опухоли костей не вызывают боли, ваш врач может наблюдать за вашей ситуацией или порекомендовать лекарственную терапию. При наличии боли или ослаблении костной ткани врач может порекомендовать лучевую терапию.

    Метастазы в головной мозг

    В зависимости от распространенности заболевания и количества метастатических опухолей варианты лечения могут включать хирургическое вмешательство, химиотерапию, лучевую терапию, хирургию гамма-ножом или стероиды.

    Метастазы в легкие

    Лечение метастатических опухолей в легких зависит от конкретной ситуации. В большинстве случаев его будут лечить теми же препаратами, что и первичный рак (откуда он возник). Если жидкость скапливается вокруг легких, процедура, называемая торакоцентезом, может облегчить дыхание.

    Метастазы в печень

    Существует ряд способов лечения метастатических опухолей печени. Соответствующее лечение зависит от типа первичного рака и количества метастатических опухолей.Во многих случаях ваш врач будет лечить метастазы в печени так же, как и первичную опухоль. Если болезнь не распространилась слишком далеко, врач может порекомендовать хирургическое вмешательство или радиочастотную абляцию (РЧА). Трансплантация органов, как правило, , а не вариант лечения метастатического заболевания.

    Профилактика

    Могу ли я предотвратить метастатический рак?

    При обнаружении рака на более ранней стадии может быть рекомендовано системное лечение в дополнение к хирургическому вмешательству (часто называемое адъювантным или неоадъювантным лечением) для снижения вероятности развития метастазов.Эти методы лечения могут включать химиотерапию, гормональное лечение или иммунотерапию. Исследования в этих областях продолжаются, и эксперты пытаются найти способы замедлить, остановить или предотвратить распространение раковых клеток.

    Перспективы/прогноз

    Чего мне ожидать, если у меня рак с метастазами?

    Ваш лечащий врач будет тесно сотрудничать с вами. Они будут следить за вашими симптомами и найдут способы облегчить их. Вероятно, вам предстоит много визитов к врачу, и вам нужно будет принять важные решения, касающиеся вашего общего состояния здоровья.

    Излечим ли рак с метастазами?

    В большинстве случаев метастатический рак неизлечим. Однако лечение может замедлить рост и облегчить многие связанные с ним симптомы. С некоторыми видами рака можно жить несколько лет, даже после того, как он дал метастазы. Некоторые виды метастатического рака потенциально излечимы, включая меланому и рак толстой кишки.

    Какова выживаемость при метастатическом раке?

    Пятилетняя выживаемость при метастатическом раке зависит от типа вашего рака.Например, пятилетняя выживаемость при метастатическом раке легкого составляет 7%. Это означает, что 7% людей, у которых диагностирован метастатический рак легких, все еще живы через пять лет. При этом пятилетняя выживаемость при метастатическом раке молочной железы составляет 28% у женщин и 22% у мужчин.

    Жить с

    Как мне позаботиться о себе?

    Диагноз метастатического рака сопряжен со многими проблемами. Эти проблемы варьируются от человека к человеку, но вы можете:

    • Почувствуйте грусть, гнев или безнадежность.
    • Беспокоитесь о том, что лечение не поможет и что ваш рак быстро ухудшится.
    • Надоело ходить на такое количество встреч и принимать так много важных решений.
    • Нужна помощь в повседневных делах.
    • Недовольны стоимостью вашего лечения.

    Разговор с консультантом или социальным работником может помочь вам справиться с этими сложными эмоциями. Управление стрессом также является важным аспектом ухода за собой. Практикуйте медитацию, осознанность или найдите другие способы уменьшить стресс и тревогу.

    Когда мне следует обратиться к поставщику медицинских услуг?

    Если у вас метастатический рак и у вас появились новые симптомы, немедленно позвоните своему лечащему врачу. Они могут скорректировать ваше лечение в соответствии с вашими конкретными потребностями.

    Какие вопросы я должен задать своему врачу?

    Узнав о своем состоянии, вы сможете принимать взвешенные решения. Некоторые люди хотят знать только основы, в то время как другие люди предпочитают знать каждую деталь своего прогноза. Вот несколько вопросов, которые вы можете задать своему лечащему врачу:

    • Что я могу сделать, чтобы улучшить свой прогноз?
    • Каковы мои варианты лечения?
    • Существуют ли варианты клинических испытаний, которые могут подойти мне?
    • Продолжится ли паллиативная помощь, даже если я прекращу лечение рака?
    • Как часто мне нужно будет планировать последующие встречи?
    • Нужно ли мне рассматривать возможность ухода в хоспис?
    • Должен ли я выбрать человека, который будет принимать за меня медицинские решения, если я не могу принимать их самостоятельно?
    • Какие юридические документы я должен иметь при себе?
    • Какие ресурсы доступны, чтобы помочь мне справиться с моим прогнозом?

    Записка из клиники Кливленда

    Диагноз метастатического рака — одна из самых страшных вещей, с которыми вы когда-либо сталкивались.Если у вас или у члена вашей семьи диагностирован рак на поздних стадиях, вы, вероятно, испытываете много сложных эмоций. Хотя большинство метастатических видов рака неизлечимы, существуют методы лечения, которые могут облегчить симптомы и продлить жизнь. Попросите вашего поставщика медицинских услуг о ресурсах и подумайте о том, чтобы присоединиться к местной группе поддержки. Общение с другими людьми, переживающими то же самое, может исцелить в это эмоционально трудное время.

    Квантовая биология может помочь решить некоторые из величайших тайн жизни

    Квантовая запутанность относится к состояниям двух или более взаимозависимых частиц, независимо от расстояния, разделяющего их.Это одна из многих противоречащих интуиции особенностей субатомного ландшафта, в котором такие частицы, как электроны и фотоны, ведут себя как частицы и волны одновременно, занимают несколько положений и состояний одновременно и пересекают явно непроницаемые барьеры. Процессы такого масштаба описываются на сложном математическом языке квантовой механики и часто приводят к эффектам, противоречащим здравому смыслу. (См. Инфографику «Глоссарий: квантовая терминология».) Именно с помощью этого языка Ведрал и его коллеги обнаружили признаки запутанности между фотонами и бактериями в данных эксперимента в Шеффилде.

    Почти нелепо и парадоксально, что квантовые эффекты должны сохраняться внутри клеток.

    — Джим Аль-Халили, Университет Суррея

    Исследователи много раз демонстрировали запутанность в неодушевленных объектах — в 2017 году ученые сообщили, что им удалось сохранить эту взаимозависимость между парами фотонов, разнесенными на 1200 километров. Но если предположение Ведрала и его коллег о том, что это явление имеет место в бактериях, верно, исследование может стать первым случаем, когда запутанность наблюдалась внутри живого организма, и добавить к растущему количеству свидетельств того, что квантовые эффекты не так необычны для живых организмов. биология, как когда-то считалось. 2

    То, что квантовые явления можно наблюдать в беспорядочном мире живых систем, исторически является второстепенной идеей. В то время как квантовые теории точно описывают поведение отдельных частиц, составляющих всю материю, ученые уже давно предполагают, что массовые действия миллиардов частиц, сталкивающихся при температуре окружающей среды, заглушают любые странные квантовые эффекты и лучше объясняются более знакомыми правилами классической теории. механика, сформулированная Исааком Ньютоном и другими.Действительно, исследователи, изучающие квантовые явления, часто изолируют частицы при температуре, близкой к абсолютному нулю, — при которой почти все движение частиц останавливается — просто для того, чтобы подавить фоновый шум.

    «Чем теплее окружающая среда, чем она более занята и шумна, тем быстрее исчезают эти квантовые эффекты», — говорит физик-теоретик из Суррейского университета Джим Аль-Халили, соавтор книги 2014 года под названием Life on the Edge , которая привела так называемая квантовая биология для непрофессионалов.«Поэтому почти нелепо и парадоксально, что они должны сохраняться внутри клеток. И все же, если они это делают — а есть много свидетельств того, что в некоторых явлениях они это делают, — тогда жизнь должна делать что-то особенное».

    Аль-Халили и Ведрал являются частью расширяющейся группы ученых, которые в настоящее время утверждают, что эффекты квантового мира могут быть центральными для объяснения некоторых из величайших загадок биологии — от эффективности ферментативного катализа до навигации птиц и человеческого сознания — и могут даже подвергаться естественному отбору.

    «Вся область пытается доказать свою точку зрения», — говорит Кьяра Марлетто, физик из Оксфордского университета, которая сотрудничала с Коулзом и Ведралом над исследованием запутанности бактерий. «То есть квантовая теория не только применима к этим [биологическим системам], но и можно проверить, используют ли эти [системы] квантовую физику для выполнения своих функций».

    Ферментативный катализ: туннель сквозь барьер

    Традиционные теории ферментативного катализа утверждают, что белки ускоряют реакции, снижая энергию активации.Но некоторые исследователи утверждают, что квантовый трюк, известный как туннелирование, также играет роль, и что структура активных центров ферментов могла эволюционировать, чтобы воспользоваться этим явлением.

    См. полную инфографику: WEB | PDF

    © LUCY READING-IKKANDA

    A Самопроизвольному протеканию многих химических реакций препятствует энергетический барьер, известный как энергия активации.
    B Ферменты снижают этот барьер, стабилизируя промежуточное или «переходное» состояние, которое позволяет протекать реакции (например, движению атома водорода внутри молекулы).
    C Промежуточное состояние можно обойти, если частицы внутри молекулы переносятся посредством квантового туннелирования, когда частица фактически мгновенно пересекает барьер с определенной вероятностью.

    Квантовые эффекты в фундаментальных биологических реакциях

    К середине 1980-х годов биохимик Джудит Клинман из Калифорнийского университета в Беркли была убеждена, что традиционное объяснение ферментативного катализа неполно.Современные теории утверждали, что ферменты взаимодействуют с субстратами на основе формы и классической механики, физически объединяя субстраты в их активных центрах и стабилизируя переходные состояния молекулярной структуры, чтобы ускорить скорость реакции в триллион раз и более. Но Клинман получал странные результаты от экспериментов in vitro с ферментом, извлеченным из дрожжей.

    При катализе окисления бензилового спирта в бензальдегид фермент алкогольдегидрогеназа сдвигает атом водорода из одного положения в другое.Неожиданно, когда Клинман и ее коллеги заменили определенные атомы водорода в субстрате более тяжелыми изотопами дейтерия и трития, реакция резко замедлилась. Хотя классические объяснения ферментативного катализа допускали умеренные изотопные эффекты, они не могли объяснить сильное падение скорости, наблюдаемое Клинманом. «То, что мы увидели, было отклонением от существующих теорий», — говорит она.

    Ее команда продолжала исследования и в 1989 году опубликовала объяснение, основанное на идеях, уже циркулировавших среди исследователей ферментов: катализ включает в себя квантовый трюк, называемый туннелированием. 3 Квантовое туннелирование подобно пинанию футбольного мяча через холм, объясняет Аль-Халили, где футбольный мяч — это электрон или другая частица, а холм — энергетический барьер, препятствующий протеканию реакции. «В классическом мире вы должны пинать его достаточно сильно, чтобы подняться на холм и спуститься с другой стороны», — говорит он. «В квантовом мире вам не нужно. Он может подняться на полпути, исчезнуть и снова появиться на другой стороне».

    Группа Клинмана постулировала в этой и более поздних статьях, что во время катализа окисления бензилового спирта и многих других реакций перенос водорода происходит с помощью туннелирования.Это помогает объяснить, почему дейтерий и тритий часто задерживают реакции — более тяжелые частицы хуже туннелируют и могут затруднить туннелирование для других частиц в той же молекуле. По словам Аль-Халили, эффекты, наблюдаемые группой Клинмана, с тех пор были воспроизведены другими лабораториями для множества ферментов и представляют собой одно из самых убедительных доказательств квантовых эффектов в биологических системах. (См. инфографику.)

    Но хотя в настоящее время общепризнано, что туннелирование происходит в биологическом катализе, исследователи расходятся во мнениях относительно того, насколько оно важно и может ли оно быть объектом естественного отбора.Химик Ричард Финке из Университета штата Колорадо, например, показал, что некоторые реакции проявляют изотопные эффекты в одинаковой степени независимо от того, присутствует фермент или нет, предполагая, что маловероятно, что ферменты специально адаптированы для усиления туннельных эффектов в реакциях, которые они катализируют. 4 Также неясно, насколько туннелирование ускоряет реакции; некоторые исследователи утверждают, что эффект обычно способствует лишь небольшому ускорению процессов, управляемых в основном классической механикой.

    Фотосинтез: все пути пройдены электрон и положительно заряженная дырка, которую он оставляет после себя. Затем этот экситон переносится через другие молекулы хлорофилла, пока не достигнет белкового комплекса, называемого реакционным центром.


    Традиционная модель

    Согласно традиционной, или «некогерентной», модели этого процесса путь экситона к реакционному центру является более или менее случайным.Поскольку энергия может быть потеряна в процессе передачи, такой путь может оказаться расточительным.


    Квантовая модель


    Напротив, если процесс передачи энергии является «квантово-когерентным», то есть экситон распространяется подобно волне, он может исследовать все возможные пути одновременно и выбирать только наиболее эффективный маршрут. См. полную инфографику: WEB | PDF

    © LUCY READING-IKKANDA

    Клинман считает, что туннелирование в ферментах гораздо более фундаментально.«Наша точка зрения состоит в том, что ферменты создают очень четкие и компактные структуры активного сайта», которые способствуют туннелированию, — говорит она. Во время катализа, например, ферменты изменяют конформацию таким образом, что участки донора и акцептора водорода могут располагаться достаточно близко — в пределах примерно 0,27 нанометра друг от друга — для облегчения туннелирования, отмечает она.

    Ее группа реализовала эту идею, мутируя активные центры ферментов и наблюдая, как скорость реакции и изотопные эффекты изменяются in vitro. Ранее в этом году, например, команда создала версию липоксигеназы сои, которая немного неправильно позиционирует свои субстраты таким образом, что водородное туннелирование должно быть неблагоприятным.По сравнению с диким типом каталитическая мощность мутантного фермента на четыре порядка ниже, и он гораздо более чувствителен к замене водорода на дейтерий. 5

    Исследователи все еще проводят количественную оценку роли туннелирования в катализе, и Клинман подчеркивает важность использования нескольких методов, включая мутагенез и компьютерное моделирование, для точного понимания того, как белки ускоряют реакции. Экспериментальная эволюция ферментов, в ходе которой исследователи неоднократно отбирали белки для повышения их каталитической способности, также может дать представление о вкладе туннелирования, хотя по крайней мере одна недавняя попытка сделать это оказалась безрезультатной.В прошлом году команда, разработавшая фермент, катализирующий реакцию переноса водорода, сообщила, что квантовое туннелирование «не наблюдалось существенных изменений» в ходе эволюционного процесса. 6

    Дискуссия отражает непрекращающийся разговор о функциональной важности квантовых явлений в другом жизненно важном биологическом процессе Земли — фотосинтезе. Пока Ведрал и его коллеги исследуют, запутываются ли фотосинтетические механизмы бактерий с фотонами, другие группы изучают, как еще один квантовый эффект может помочь максимизировать эффективность фотосинтетической передачи энергии.

    Во время реакции светособирания в растениях и некоторых микробах фотоны возбуждают электроны, содержащиеся в молекулах хлорофилла, для создания объектов, называемых экситонами. Затем эти экситоны передаются от молекулы хлорофилла к молекуле хлорофилла, пока не достигнут реакционного центра — группы белков, где их энергия может быть захвачена и сохранена.

    Экситоны могут терять энергию при передаче, а это означает, что чем более окольными являются их маршруты среди молекул хлорофилла, тем меньше энергии достигает реакционного центра.Десятилетия назад физики предположили, что этой расточительности можно было бы избежать, если бы процесс переноса был квантово-когерентным. То есть, если бы экситоны могли двигаться как волны, а не как частицы, они могли бы одновременно пробовать все пути к реакционному центру и выбирать только наиболее эффективный маршрут. (См. иллюстрацию.)

    В 2007 году группа химиков Грэма Флеминга из Калифорнийского университета в Беркли и Роберта Бланкеншипа из Вашингтонского университета в Сент-Луисе заявила, что наблюдала квантовую когерентность в комплексах молекул хлорофилла, извлеченных из зеленой серы. бактерии, фотосинтезирующие микробы, часто встречающиеся в глубоком океане, где мало света.Исследователи использовали метод, который анализирует энергию, поглощаемую и излучаемую образцом, и обнаружили сигнал, называемый квантовыми биениями — колебания, которые они интерпретировали как свидетельство когерентности — в комплексах, охлажденных до 77 Кельвинов. В течение следующих нескольких лет они и другие группы воспроизвели результаты при температуре окружающей среды, 8 , и распространили результаты на комплексы хлорофилла из морских водорослей и шпината. 10

    Вопрос о том, отражают ли эти результаты значимый вклад квантов в передачу энергии при фотосинтезе, остается открытым.Например, в 2017 году исследователи из Германии еще раз взглянули на зеленые серные бактерии и сообщили, что эффект когерентности длился менее 60 фемтосекунд (0,00006 наносекунды) — слишком мало, чтобы способствовать передаче энергии в реакционный центр. 11 Но в прошлом году другая группа утверждала, что в комплексах хлорофилла существует несколько типов когерентности, и некоторые из них существуют достаточно долго, чтобы быть полезными в фотосинтезе. 12 Другие ученые намекают на то, что некоторые бактерии могут включать и выключать эффекты когерентности, производя различные формы ключевого светособирающего белка. 13 Такие открытия вновь породили предположения о том, что фотосинтетические механизмы, как и ферменты, могли эволюционировать, чтобы использовать квантовые явления.

    Эффекты когерентности в фотосинтезе в настоящее время широко признаны, говорит Бланкеншип. Как и в случае с туннелированием в ферментах, «наиболее актуальное обсуждение на данный момент заключается в том, действительно ли они влияют на [] эффективность системы или какой-либо другой ее аспект, который дает реальную биологическую пользу. Я думаю, что жюри еще не вынесено.

    МАГНИТОРЕЦЕПЦИЯ: ВРАЩАЮЩИЕСЯ ДАТЧИКИ

    В соответствии с парарадикальной моделью птичьей магниторецепции криптохром, белок, обнаруженный в сетчатке птиц и других животных, может быть магнитосенсором, определяющим направление магнитных полей через изменение спиновых состояний некоторых его электронов.

    См. полную инфографику: WEB | PDF

    © LUCY READING-IKKANDA

    В ходе реакций внутри криптохромного белка образуется пара молекул, каждая из которых имеет один электрон.Эти электроны, которые могут быть запутаны друг с другом, занимают одно из двух состояний: «синглетное» состояние, означающее, что направление вращения одного связано с направлением вращения другого, так что спины антипараллельны; или «триплетное» состояние, в котором два электрона имеют тенденцию иметь спины, близкие к параллельным. Пара радикалов колеблется между этими двумя состояниями, и на вероятность нахождения ее в том или ином состоянии влияет направление магнитных полей.Если синглетное и триплетное состояния пары радикалов связаны с различными биохимическими реакциями, то выходы продуктов этих реакций могут дать информацию о направлении магнитного поля. Если эти продукты продолжат влиять на нейронные сигналы от сетчатки птиц, то этот механизм может стать основой для магниторецепции.

    Квантовые объяснения головоломок в биологии животных

    Каждую зиму европейские малиновки из северной части континента мигрируют на сотни километров на юг, в Средиземное море.Это навигационный подвиг стал возможен благодаря магниторецепции, в частности, способности птиц определять направление магнитного поля Земли. Но ранние попытки объяснить это шестое чувство, в том числе предположение, что птицы полагаются на внутренние кристаллы магнетита, не получили экспериментальной поддержки.

    К концу 1990-х проблема привлекла внимание Торстена Ритца, в то время аспиранта, работавшего над квантовыми эффектами в фотосинтезе под руководством покойного биофизика Клауса Шультена в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн.Он особенно заинтересовался криптохромом, светочувствительным белком, обнаруженным в сетчатке птиц, роль которого в магниторецепции уже доказана, говорит Ритц, который с тех пор перешел в Калифорнийский университет в Ирвине. Итак, в 2000 году, сосредоточившись на этом белке и основываясь на более ранней теоретической работе Шультена, Ритц, Шультен и еще один их коллега из Иллинойса опубликовали то, что впоследствии стало известно как модель радикальных пар, чтобы объяснить, как может работать магниторецепция. 14

    Исследователи предположили, что реакции в белке криптохрома генерируют пару радикалов — молекул, каждая из которых имеет одинокий электрон.Поведение этих электронов, которые могут быть квантово запутаны друг с другом, чувствительно к выравниванию слабых магнитных полей, таких как земное. Изменения в выравнивании этой пары относительно магнитного поля теоретически могут вызвать последующие химические реакции, позволяющие каким-то образом передавать информацию в мозг. (См. иллюстрацию.)

    Гипотеза породила несколько предсказаний, которые Ритц проверил в сотрудничестве с биологами, впервые описавшими магниторецепцию у малиновок, Росвитой и Вольфгангом Вильчко.Например, в исследовании, опубликованном в 2004 году, ученые подвергли малиновок воздействию магнитных полей, колеблющихся с частотами и углами, которые, как предсказала модель, нарушат чувствительность радикальной пары к магнитному полю Земли и фактически лишат птиц возможности ориентироваться. 15

    С тех пор эта идея получила широкое распространение и получила растущую теоретическую поддержку. А два исследования молекулярных свойств и паттернов экспрессии одной версии криптохрома, Cry4, проведенные в 2018 году, указывают на белок как на вероятный кандидат в магниторецепторы у зебровых вьюрков 16 и европейских малиновок. 17

    Необходима дополнительная работа, чтобы определить, действительно ли магниторецепция птиц работает таким образом, и выяснить, важна ли запутанность между электронами радикальной пары. Ученые также не до конца понимают, как криптохром может передавать информацию о магнитном поле в мозг, говорит Ритц. Тем временем его группа сосредоточена на экспериментах по мутагенезу, которые могут помочь раскрыть магниточувствительность криптохрома. Прошлой осенью химик из Оксфордского университета Питер Хор и биолог Хенрик Моуритсен из Ольденбургского университета в Германии получили европейское финансирование для проекта QuantumBirds, преследующего схожие цели.

    Теперь вас не считают совсем сумасшедшим, если вы говорите, что изучаете квантовую механику в биологии. Это просто считается немного странным.

    — Johnjoe McFadden, University of Surrey

    Магниторецепция — не единственная загадка в сенсорной биологии животных, вызвавшая интерес у квантовых физиков; еще одно загадочное с научной точки зрения чувство, которое исследователи надеются помочь раскрыть, — это обоняние. Традиционная теория о том, что молекулы пахучих веществ встраиваются в белковые рецепторы на обонятельных нейронах, чтобы вызывать запахи, сталкивается с проблемой, что некоторые молекулы почти одинаковой формы имеют совершенно разные запахи, в то время как другие с разной стереохимией пахнут одинаково.

    В середине 1990-х годов биофизик из Университетского колледжа Лондона (UCL) Лука Турин, ныне уважаемый парфюмерный критик, предположил, что обонятельные рецепторы могут быть чувствительны не только к форме, но и к частоте вибрирующих связей в молекулах запаха. 18 Он утверждал, что когда одорант связывается с рецептором, если его связи вибрируют с определенной частотой, они могут способствовать квантовому туннелированию электронов внутри этого рецептора. Этот перенос электронов, согласно его модели, запускает сигнальный каскад в обонятельном нейроне, который в конечном итоге посылает импульс в мозг.

    Экспериментальные доказательства этой идеи все еще неуловимы, говорит Дженни Брукс, физик UCL, которая сформулировала проблему математически, чтобы показать, что она теоретически выполнима. «Но отчасти поэтому это так захватывающе». В последние годы исследователи искали изотопные эффекты, подобные тем, которые обнаруживаются в функционировании ферментов. Если туннелирование играет существенную роль, молекулы одоранта, содержащие более тяжелые изотопы водорода, должны пахнуть иначе, чем обычные версии из-за более низких частот колебаний их связей.

    Выводы неоднозначны. В 2013 году группа Турина сообщила, что люди могут различать одоранты, содержащие разные изотопы. 19 Два года спустя другие исследователи не смогли воспроизвести результаты и назвали теорию «неправдоподобной». 20 Но идея не вышла из моды. В 2016 году другая команда сообщила, что медоносные пчелы могут различать запахи с помощью разных изотопов, 21 , а недавнее теоретическое исследование представляет набор новых прогнозов, помогающих проверить достоверность модели. 22

    Теоретическая работа также вызывает интерес к квантово-биологическим объяснениям с гораздо меньшей экспериментальной поддержкой. Например, некоторые исследователи предположили, что эффекты когерентности, предположительно играющие роль в фотосинтезе, могут также способствовать таким широко распространенным биологическим явлениям, как зрение и клеточное дыхание. Другие предполагают, что туннелирование протонов может способствовать спонтанным мутациям в ДНК, хотя теоретическая работа Аль-Халили и его коллег предполагает, что это маловероятно, по крайней мере, для смоделированных ими пар оснований аденин-тимин. 23

    Возможно, самым экстремальным распространением квантовой физики на царство животных является идея о том, что странные квантовые эффекты могут играть роль в человеческом мозгу. Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, физик Мэтью Фишер, утверждал, что нейроны обладают молекулярным механизмом, способным вести себя как квантовый компьютер, который вместо битов 0 или 1 работает с кубитами, единицами информации, которые могут иметь состояния как 0, так и 1. одновременно. 24

    Кубиты мозга, как предположил Фишер, закодированы в состояниях ионов фосфата внутри молекул Познера, кластеров фосфата и кальция, обнаруженных в костях и, возможно, в митохондриях некоторых клеток.Недавняя теоретическая работа его команды утверждает, что состояния ионов фосфата в различных молекулах Познера могут быть запутаны друг с другом в течение нескольких часов или даже дней и, следовательно, могут выполнять быстрые и сложные вычисления. 25  Фишер недавно получил финансирование для создания международного сотрудничества под названием QuBrain для экспериментального поиска этих эффектов. Многие нейробиологи скептически относятся к тому, что проект даст положительные результаты.

    ГЛОССАРИЙ: КВАНТОВАЯ ТЕРМИНОЛОГИЯ

    Мир в масштабе вращающихся атомов и субатомных частиц управляется вероятностными законами квантовой механики, которые часто производят эффекты, которые кажутся нелогичными для организмов, живущих в мире, который обычно прекрасно описывается более стандартной физикой.Эти эффекты были использованы для множества технологических приложений, и в настоящее время изучается возможная роль квантовых явлений в нескольких биологических системах.


    Запутанность :   Две частицы называются квантово запутанными, если их состояния взаимозависимы, независимо от разделяющего их расстояния. В классическом примере запутывания два запутанных электрона при измерении будут иметь противоположные спины.

    Важно для : квантовых вычислений, квантовая криптография
    изучена в : фотосинтез, магниторецепция, человеческое сознание


    Qubits: Эти единицы информации являются квантовым эквивалентом стандартные двоичные цифры или биты. В то время как бит может иметь состояние 0 или 1, кубиты могут иметь несколько состояний одновременно и могут быть запутаны с другими кубитами для выполнения параллельных вычислений.Кубиты могут быть закодированы спиновыми состояниями электронов и других субатомных частиц.

    Важно для: Квантовые вычисления
    Изучал: Человеческое сознание


    Туннелирование: вероятностная волновая функция. В результате такие частицы, как электроны, могут с определенной вероятностью пересекать или туннелировать через кажущиеся непроницаемыми энергетические барьеры.

    Важно для: Термоядерное синтез, сканирующая туннельная микроскопия
    Изучена:

    Когерентность: , потому что квантовые объекты могут вести себя подобно волнам, они могут проявлять свойство волн, называемое когерентностью, когда они находятся в определенном ритме друг с другом. Квантовая когерентность лежит в основе нескольких эффектов, наблюдаемых квантовыми физиками, включая запутанность, а также интерференционные картины, проявляющиеся в виде так называемых квантовых биений.Традиционно считалось, что потеря когерентности происходит очень быстро в молекулярной суматохе окружающей среды с температурой окружающей среды.

    Важно для:   Лазеры, сверхпроводники, квантовые вычисления
    Изучал: Фотосинтез, магниторецепция, зрение, дыхание

    См. полную инфографику: WEB | PDF

    Внедрение квантовой биологии в работу

    Большинство идей в квантовой биологии по-прежнему основаны больше на теории, чем на экспериментальной поддержке, но ряд исследователей сейчас пытаются закрыть этот пробел.Команда Ведрала планирует собрать больше данных о бактериальном запутывании в конце этого года, а физик Саймон Грёблахер из Делфтского технологического университета в Нидерландах предложил провести эксперименты по запутыванию тихоходок. В 2017 году Аль-Халили и его соавтор Life on the Edge , биолог из Университета Суррея Джонджо Макфадден, помогли создать центр подготовки докторантов по квантовой биологии для поощрения междисциплинарных перекрестных помех и продвижения исследований. Среди более широкого сообщества ученых и спонсоров исследований «теперь вас не считают полностью сумасшедшим, если вы говорите, что изучаете квантовую механику в биологии», — говорит Макфадден.«Это просто считается немного странным».

    Исследователи, разговаривавшие с Ученым , также подчеркивают, что, независимо от того, получают ли теоретические механизмы экспериментальную поддержку, предположения в области квантовой биологии сами по себе ценны. «По мере того, как мы миниатюризируем наши технологии, у нас появляется огромное количество информации о биологическом мире, из которой можно черпать вдохновение», — говорит физик-теоретик и исследователь квантовых вычислений Адриана Марэ, руководитель отдела инноваций технологической компании SAP Africa.«Это фантастическая возможность исследовать, что такое жизнь, а также извлечь уроки о том, как оптимальным образом проектировать процессы на этом микромасштабе».

    Реальные приложения охватывают технологии от более эффективных солнечных элементов до новых классов биосенсоров. В прошлом году одна группа предложила дизайн «биомиметического носа», частично основанный на квантовой теории обоняния, для обнаружения крошечных концентраций одорантов. 26 А Хор и другие выдвинули на первый план механизм радикальных пар, который может лежать в основе магниторецепции для использования в устройствах для обнаружения слабых магнитных полей.

    «Мы можем использовать полученную информацию для проектирования систем на основе этих принципов, — говорит Ритц, — даже если окажется, что птицы делают это не так».

    Ссылки

    1. D. Coles et al., «Нанофотонная структура, содержащая живые фотосинтезирующие бактерии», Small , doi:10.1002/smll.201701777, 2017.
    2. C. Marletto et al., «Запутанность между живыми бактерии и квантованный свет, засвидетельствованные расщеплением Раби»,  J Phys Commun , 2:101001, 2018.
    3. Y. Cha et al., «Туннелирование водорода в ферментативных реакциях», Science , 243:1325–30, 1989.
    4. K.M. Doll et al., «Первая экспериментальная проверка гипотезы о том, что ферменты эволюционировали для усиления туннелирования водорода», J Am Chem Soc , 125:10877–84, 2003.  
    5. S. Hu et al., «Биофизическая характеристика отключенного двойного мутанта липоксигеназы сои: «отмена» точного позиционирования субстрата относительно кофактора металла и идентифицированной динамической сети», J Am Chem Soc , 141:1555–67, 2019.
    6. Н.-С. Хонг и др., «Эволюция множественных конфигураций активных центров в сконструированном ферменте», Nat Commun , 9:3900, 2018.  
    7. Г. С. Энгель и др., «Доказательства волнообразного переноса энергии посредством квантовой когерентности в фотосинтетических системах. , Nature , 446:782–86, 2007.
    8. G. Panitchayangkoon et al., «Долгоживущая квантовая когерентность в фотосинтетических комплексах при физиологической температуре», PNAS , 107:12766–70, 2010.
    9. Э.Коллини и др., «Когерентно связанный сбор света фотосинтезирующими морскими водорослями при температуре окружающей среды», Nature , 463:644–47, 2010.
    10. Т.Р. Калхун и др., «Квантовая когерентность позволила определить энергетический ландшафт в светособирающем комплексе II», J Phys Chem B , 113:16291–95, 2009.
    11. H.-G. Дуан и др., «Природа не полагается на долгоживущую электронную квантовую когерентность для фотосинтетической передачи энергии», PNAS , 114:8493–98, 2017.
    12. E. Thyrhaug et al., «Идентификация и характеристика различных когерентностей в комплексе Фенна-Мэтьюз-Олсон», Nat Chem , 10:780–86, 2018.  
    13. S.J. Харроп и др., «Вставка одного остатка переключает четвертичную структуру и экситонные состояния светособирающих белков криптофита», PNAS , 111:E2666–75, 2014.
    14. Т. Ритц и др., «Модель для магниторецепция на основе фоторецепторов у птиц», Biophys J , 78:707–18, 2000.
    15. Т. Ритц и др., «Резонансные эффекты указывают на механизм радикальной пары для птичьего магнитного компаса», Nature , 429:177–80, 2004.  
    16. А. Пинзон-Родригес и др., генов криптохрома в сетчатке птиц предполагает участие Cry4 в светозависимой магниторецепции», J Roy Soc Int , doi:10.1098/rsif.2018.0058, 2018.
    17. A. Günther et al., «Локализация двойных колбочек и характер сезонной экспрессии предполагают роль в магниторецепции криптохрома 4 европейской малиновки», Curr Biol , 28: 211–23.E4, 2018.
    18. Л. Турин, «Спектроскопический механизм первичной обонятельной рецепции», Chem Senses , 21:773–91, 1996. olfaction», PLOS ONE , 8:e55780, 2013.
    19. E. Block et al., «Неправдоподобность колебательной теории обоняния», PNAS , 112:E2766–74, 2015.
    20. .
    21. M. Paoli и др., «Дифференциальное кодирование запаха изотопомеров в мозгу медоносной пчелы», Sci Rep , 6:21893, 2016.
    22. A. Tirandaz et al., «Исследование достоверности диссипативной квантовой модели обоняния», Sci Rep , 7:4432, 2017.
    23. A.D. пара», Phys Chem Chem Phys , 17:13034–44, 2015.  
    24. М.П.А. Фишер, «Квантовое познание: возможность обработки с помощью ядерных спинов в мозгу», Ann Phys , 362:593–602, 2015.
    25. М. В. Свифт и др., «Молекулы Познера: от атомной структуры до ядерных спинов, Phys Chem Chem Phys , 20:12373–80, 2018.
    26. A. Patil et al., «Квантовый биомиметический электронный носовой датчик», Sci Rep , 8:128, 2018.

    0 comments on “Волны жизни определение биология: ВОЛНЫ ЖИЗНИ • Большая российская энциклопедия

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.