• Эволюционные  проблемы химии.
• Теория химической эволюции.

 

    Эволюционные  проблемы химии 

    Начало  эволюционной химии связывают с 1950 – 1960 гг. Под эволюционными проблемами следует понимать проблемы синтеза новых сложных, высокоорганизованных соединений без участия человека. Сегодня химики пришли к выводу, что используя те принципы, на которых построена химия живых организмов в будущем, не повторяя в точности природу, можно будет «построить» принципиально новую химию, новое управление химическими процессами – так, как это происходит в любой живой клетке. Химики надеются получить катализаторы нового поколения, которые бы позволили создать, например, необычные преобразования солнечного света. Всем известно, что в простом зеленом листочке энергия солнца превращается в энергию химических связей. А что, если подобный принцип использовать в нашем преобразователе света? Энергия солнечного излучения будет трансформироваться в химическую и электрическую, а затем, при необходимости – обратно, - в энергию света. Вот было бы замечательно!

    Исследуя  биохимические процессы, протекающие  в мышцах, ученые «загорелись» идеей  создания новых полимеров, в которых  химическую энергию можно было бы использовать для сокращения и растяжения таких материалов, т.е. превращать ее в механическую.

    Это все кажется нам фантастикой. Но ведь и ученым, жившим в прошлом  веке, проблема строения атома казалась не решаемой. Поживем – увидим, возможно, и вы станете очевидцами новых  разработок эволюционных химиков.

    Пути  освоения опыта живой  природы

    Несмотря  на то, что химия в настоящее  время все еще далека от совершенства, которым обладает «лаборатория живого организма», пути к этому идеалу намечены. Ученые стремятся создавать  промышленные аналоги химических процессов, происходящих в живой природе. Они исследуют опыт работы биохимических катализаторов и создают такие катализаторы в лабораторных условиях. Особой сложностью работы с биохимическими катализаторами – ферментами, является то обстоятельство, что они очень не устойчивы, при хранении быстро портятся, теряя свою активность. Поэтому химики долгое время работали над созданием стабилизации ферментов и в результате научились получать так называемые иммобилизованные ферменты – это ферменты, выделенные из живого организма и прикрепленные к поверхности путем их адсорбции.

    Теория  химической эволюции и биогенеза

 

    В 1960-х годах были отмечены случаи самосовершенствования некоторых  химических катализаторов в ходе химической реакции. Обычные катализаторы со временем (как и все на свете) стареют и изнашиваются. Но химикам удалось обнаружить такие катализаторы, которые не только не старели, а, напротив, молодели с каждой химической реакцией! Почему это происходило?

    Ответ на этот вопрос попыталась дать теория химической эволюции и биогенеза, предложенная ученым мира в 1964 г. русским профессором А.П. Руденко. Сущность этой теории состоит в том, что химическая эволюция представляет собой саморазвитие каталитических систем. В ходе реакции происходит отбор тех каталитических центров, которые обладают наибольшей активностью.

    Контрольные вопросы

 

1. В чем сущность теории биохимической эволюции и  биогенеза?
2. Каковы основные эволюционные проблемы химии?

 
 
 

    Лекция  №12

    Тема: Биологические явления

    (с. 238-242 /1/; с.251-277 /2/; с.92-99 /3/, с. 57-66 Ю) 

• Биология  в современном  естествознании.
• Концепции сотворения мира.
• Происхождение жизни.
• Систематика растений и животных.

    Биологические явления. Формы и  уровни жизни

 

    В результате великих открытий второй половины ХХ века биология вышла на молекулярный уровень изучения своих объектов и явлений, и естествознание обрело контуры целостной науки, исследующей единую Природу во всех ее проявлениях. Появилась даже тенденция квалифицировать биологию, химию и физику не как самостоятельные естественные науки, а лишь как относительные части единого всепоглощающего Естествознания.

    Революционное потрясение, которое пережило естествознание с выходом изучения живой материи  на молекулярный уровень  сравнимо  лишь  с  переворотами,  произведенными Н. Коперником и И. Ньютоном, повлиявшими на переосмысление картины мира. Ведь биология 1950-1970 гг. проникла в тайны живой природы, расшифровав механизмы ее функционирования, активно вторгшись в бытие человека и окружающей его среды. Однако, биология, будучи «равной среди равных» в системе естественных наук, отмечена особым знаком судьбы. До сих пор нет единой точки зрения на ее «образ» как теоретической науки. 

      

         

    Все эти направления научных поисков  в биологии хотя  и различаются  по содержанию, но преследуют одну и  ту же цель – познание феномена Природы-Жизни. Все эти направления имеют один и тот же живой объект исследования, т.е. объект, отличающийся от неживой природы своей функциональной сложностью, уникальностью и непредсказуемостью. В настоящее время ведутся усиленные поиски объединяющего начала для всех трех «образов» биологии и создания единой теории жизни. Такая теория, безусловно, может быть создана лишь при помощи знаний смежных с биологией естественных наук: физики и химии. 

    Традиционная  или натуралистическая  биология. Биологическая  система Линнея 

    Объектом  изучения традиционной биологии всегда была и остается живая природа  в ее естественном состоянии. Традиционная биология имеет давние истоки своего зарождения. Они восходят к средним  векам, а становление ее в самостоятельную  науку, получившую название натуралистическая биология, приходится на ХVIII-XIXв. Методами биологии стали тщательное наблюдение и описание явлений природы. А главной задачей – их классификация. Первый этап истории натуралистической биологии ознаменовался первыми классификациями животных и растений. Гигантский труд по классифицированию осуществлялся под воздействием идей великих мыслителей древности. Вершиной искусственной классификации стала система, создания К. Линнеем (1707-1778 гг.). Все его труды были посвящены грандиозной систематизации растительного мира по закономерности. реально существующей в природе, и позволяла выделять растения в отдельные группы. К. Линней называл эти группы таксонами. С именем этого ученого связано введение бинарной номенклатуры с обозначением рода, а так же принцип иерархического соподчинения таксонов и их наименования – классы, отряды, роды, виды, разновидности.

    Более близкими к природе были системы, созданные позже А.-Л. Жюссе (1748-1836), и Ж.-Б. Ламарком (1744-1829).

    Труд  Ж.-Б. Ламарка «Естественная история растений» (1803) был построен по принципу развития от простого к сложному. В нем ученый акцентировал внимание на происхождение отдельных групп растений и пытался установить родственные связи между разными группами растений.

    Одной из первых классификаций животных является классификация, созданная К. Линнеем и представленная в его работе «Система природы» (1785 г.). Эволюционный подход к классификации царства животных применил несколько позже Ж.-Б. Ламарк (1801 и 1809гг.), С.-И. Жоффруа (1805-1861гг.) и Ж. Кювье (1769-1832гг.).

    Традиционная  биология является источником факторов, почерпнутых из наблюдений реальности, ее объект изучения – целостная  живая природа, воспринимаемая как  единая нерасчлененная система и  требующая гуманного отношения  к себе. 

    Физико-химическая биология 

    Название  физико-химическая биология имеет два  смысла. Во-первых, это понятие означает, что предметом исследования данного  направления науки являются объекты  живой природы, которые изучаются  на физико-химическом уровне, т.е. на молекулярном  и надмолекулярном уровнях. С другой стороны, сохраняется и первоначальное значение этого термина: использование физико-химических методов для расшифровки структур и функций живой природы на всех уровнях ее организации. Так или иначе, физико-химическая биология в наибольшей степени содействовала сближению биологии с точными науками и становлению естествознанию как единой науки о Природе.

    В отличии от физики и химии, биология пока не располагает такими интегрированными теоретическими знаниями о многообразии живой природы, которые могли бы составить базу для теоретической биологии. На сегодняшний день это достаточно сложная задача. Ведь для создания теоретической биологии необходимо осуществить синтез всех обширных знаний из всех областей биологии и, проанализировав все эти знания о живом, выделить существенные закономерности, которые были присущи всем уровням организации живой материи. При этом следует особенно подчеркнуть тот факт, что речь идет именно о живой, а не мертвой материи и поэтому в науке теоретической биологии должна быть дана характеристика жизни, несводимая к физике или химии.

    Вместе  с тем совершенно очевидно, что  живые организмы находятся в  постоянном взаимодействии с окружающей природой. Вместе пищей они поглощают  бесчисленное множество органических и минеральных соединений, которые претерпевают биохимические превращения в живом организме и затем (в виде продуктов распада) выводится вновь в окружающую среду. Строительным материалом для живых клеток является макромолекулы: белки фосфолипиды, жиры, нуклеиновые кислоты. Гормональная регуляция, осуществляемая в организме, производится также химическим путем. В общем, куда не брось взгляд – всюду химия! А химическое учение основано на конкретных физических закономерностях. Вот и получается, что и без физики в биологии «далеко не уедешь»! Именно эти 2 науки, выбрав своим объектом исследования, живые ткани и клетки, смогли дать ответы о том, как устроены живые структуры на молекулярном уровне, связать живых клеток с химическими и физическими превращениями биомолекул.

    Объединение биологии с химией породило новую  науку – биохимию, целью которой  является изучение структуры и свойств  биомолекул одновременно с их метаболизмом в живых тканях и органах, т. е. с изменениями этих молекул внутри живого организма. В числе открытий, сделанных биохимиками, - выяснения принципов переноса энергии в клетке, расшифровкой механизмов, регулирующие основные пути метаболизма, установление роли мембран, рибосом и других ультраструктурных элементов клеток, выяснение того факта, что последовательность аминокислот определяет пространственную структуру белков, а, следовательно, и их биологические функции, познание молекулярных основ генетики. По сути, биохимия пытается объяснить все существующие явления, происходящие в клетке или в живых жидкостях и тканях на языке, понятном химикам. Такой шаг открывает широкие перспективы для возможностей регуляции и корректировки функции живого химическим путем. Он находит свое непосредственное применение в фармацевтике, медицине и сельском хозяйстве.

    На  стыке биохимии, биологии и физики в 1950 гг. возникла новая наука –  биофизика. Целью этой науки является объяснение ряда биологических явлений  с точки зрения физики. Биофизики, рассматривая сложное биологическое  явление, делают попытку расчленить его на несколько более элементарных, доступных для понятия актов – ступеней этого явления и исследуют их физические свойства. Методами биофизики было дано объяснение механизмам мышечного сокращения, проведения нервного импульса, актов ферментативного катализа; предложены модели многих автоколебательных процессов, наблюдаемых в биологии, объяснены тайны фотосинтеза. Биофизиков можно встретить сегодня в любой биологической лаборатории, начиная с экологической и заканчивая лабораторией молекулярной генетики. Спецификой биофизического знания является умение оперировать понятиями всех уровней биологии и биохимии.  

    Биофизика и биохимия осуществили давнюю мечту  биологов об объединении знаний о  структуре и функциях организма  в целом. Однако, ни биохимия, ни биофизика не могут дать ответа на основной вопрос биологии: чем живая материя отличается от неживой и что является толчком при зарождении жизни.  

    Контрольные вопросы 

    

1. Укажите основные направления развития биологии.
2. Назовите объект изучения традиционной биологии.
3. Что является предметом изучения физико-химической биологии?
4. Каковы методы изучения физико-химической биологии?
5. Что является целью изучения новых наук – биологии и биофизики?
6. Классификация структурных уровней живой природы.
7. Гипотезы сотворения мира.
8. Гипотезы происхождения жизни на Земле.