Концептуальные системы биологии 1-я лекция

Концептуальные системы
биологии
1-я лекция
ПЛАН
• 1. Мир живого как система.
• 2. Проблема возникновения жизни.
• 3. Теория антропосоциогенеза.
Особенности живых систем
• Существенные черты: обмен веществ, подвижность,
раздражимость, рост, размножение,
приспособляемость. Каждое из этих свойств может
порознь встречаться и в неживой природе, поэтому
перечисление названных свойств не может
рассматриваться как специфика живого. Только
целостно, в единстве они являются критериями живого.
Существуют только два класса молекул, которые
определяют то, что мы называем жизнью: нуклеиновые
кислоты и белки. 20 аминокислот из 100 известных
участвуют в синтезе белков. Уникальность живого –
самовоспроизведение (причем не абсолютное
повторение, а структурные изменения, передача их по
наследству).
• Главными особенностями живых систем являются
отрицательная энтропия, способность к самоорганизации –
повышения уровня сложности системы за счет внутренних
факторов. Это становится возможным на основе внутренних
механизмов саморегуляции. Саморегуляция – внутреннее
свойство биологических систем автоматически поддерживать
на необходимом уровне параметры протекающих в них
процессов в них процессов.
• На каждом уровне организации выделяются свои
специфические механизмы саморегуляции. Они основаны на
принципе обратной связи, заключающемся в том, что
отклонение некоторого параметра от необходимого уровня
приводит к включению функций, которые ликвидируют
дисбаланс. Необходимо выделить и такое свойство живой
системы, как возможность к адаптации – определенной
независимости системы по отношению к внешней среде.
Основные уровни организации
живого
•
•
•
•
•
•
•
•
Молекулярно-генетический.
Организменный – жизнедеятельность отдельных биологических особей.
Популяционно-видовой. Популяция – это совокупность организмов одного вида, длительное время
обитающих на одной территории . Вид – основная структурная единица в биологической систематике,
группа особей с общими морфофизиологическими, биохимическими и поведенческими признаками
.системы популяций. Этот уровень характеризуется целостностью, способностью к существованию в
течение длительного времени и к самостоятельному эволюционному развитию.
Биогеоценотический. Биоценоз – совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих
участок среды с более или менее однородными условиями существования и характеризующийся
определенными взаимосвязями между собой. Фитоценоз – это совокупность растений, зооценоз –
животных. Биогеоценоз – (экосистема, экологическая система) – это комплекс живых и абиотических
компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергией; представляет целостную систему,
саморегулирующую, незамкнутую. Существуют различные каналы обмена между компонентами
биогеоценоза, так, например, миграция животных.
Биосфера – вся совокупность растений и животных, населяющих Землю. «Верхняя граница «пленки жизни»
– 25-30 км, нижняя – 7,5км. Происходит постоянный круговорот веществ и энергии биогеоценозов на
поверхности нашей планеты. Поэтому можно утверждать наличие единой экологической системы,
характеризующейся переходом живого вещества из одного состояния в другое. Раздел биологии,
изучающий экологические системы (биоценозы, биогеоценозы) – биогеоценология Ее основатели:
В.Н.Сукачев, В.И.Вернадский). Интересно, что В.И. Вернадский деятельность человека в биосфере
приравнивал к геологическим процессам по своей значимости.
Возникновение жизни на Земле
Одна из трех основных мировоззренческих
проблем
Основными теориями, предшествующими
научной, были: теория самозарождения,
креационизм и витализм.
Креационизм
• концепция, объясняющая происхождение органического мира
актом божественного творения. Название учения происходит от
латинского слова creation - создание, творение. Корни этой
концепции – в Античности. Идея сотворения заключалась в том,
что Творец, создатель (демиург) - это мастер, сотворивший
нечто из небытия (Платон). В эпоху христианства появляется
идея о том, что всему предшествовала безначальная вечность, в
которой творил Бог. Актом своей свободной воли он сотворил
мир из ничего. Начало жизни связывается с пятым днем
творения, когда появились рыбы и водяные твари, птицы и
воздушные творения, на 6-й день – появляются различные
животные, обитающие на суше. Сторонники креационаизма
объясняли многообразие живых существ стремлением
приблизиться к Богу («лестница существ»). При этом эволюция
как таковая отрицалась (виды существуют изначально).
Концепция самозарождения
• ведет начало с античности (Фалес,
Анаксимандр, Эмпедокл, Платон,
Аристотель) и заключается в том, что живое
спонтанно возникает из неживого. Эта идея
существовала на протяжении веков. В эпоху
Возрождения известны попытки
Парацельса разработать рецепты
искусственного человека (гомункулуса).
• Итальянский ученый Франческо Реди (XVII век)
доказал невозможность самозарождения мух из
гнилого мяса (затянув часть горшков с гнилым
мясом кисеей, он смог воспрепятствовать откладке
яиц мухами). Результаты опытов были
опубликованы в 1668 году в труде «Опыты по
происхождению насекомых» . В дальнейшем
применение микроскопа позволило более
детально изучить разнообразие одноклеточных
организмов . Это привело к возрождение старой
версии. Окончательно теория была развенчана
опытами Л. Пастера (сер. Х1Х в.).
Концепция панспермии
• впервые возникла еще в 1865 г. Г.Рихтер
выдвинул гипотезу космозоев (космических
зачатков жизни). Жизнь является вечной и
зачатки могут переноситься с одной планеты
на другую. Гипотеза была поддержана
У.Томсоном, Г.Гельмголцем (Х1Х). С.Аррениус в
1907 г.: Ученые полагали, что во Вселенной
существуют зародыши жизни, которые
движутся в космическом пространстве под
давлением световых лучей; попадая в сферу
притяжения планеты, они оседают на ее
поверхности и закладывают начало живого.
Научная концепция
• была выдвинута А.И. Опариным в 1924 г. и заключается
в том, что жизнь – это свойство материи, которое ранее
не существовало и появилось на определенном этап
развития истории Земли. От неорганических
соединений произошел переход к органическим, от
органических – к биологическим. Живое имеет единое
происхождение (20 аминокислот из 100, 5 оснований,
два углевода и один фосфат – в любом существе). Жизнь
является результатом естественных процессов,
совершающихся в неживой природе. Эти процессы
могли происходить и в других частях Вселенной, таким
образом, не исключается возможность панспермии.
• А.И. Опарин
Этапы возникновения живого
• 4,6 млрд. лет – возраст Земли, 3,8 лет –существование жизни.
• Земля –представляла из себя раскаленную планету.
Дальнейшее снижение температуры привело к образованию
атомов легких элементов: водорода, углерода, кислорода,
азота. Далее возникли химические соединения: вода, метан,
углекислый газ, кислород, азот. Возникла первичная атмосфера
Земли (20% - кислород). Когда температура опустилась ниже
100 градусов произошло сгущение водяных паров. .
• 2-й этап – создание сложных органических соединений. Возник
«первичный бульон» – успешно процесс образования
органических соединений. Возможность этого доказана
опытами А.М.Бутлерова: сер Х1Х в. (создание сахара из
формальдегида) . Немецкие, американские, советские ученые
в 50-е гг. производят моделирование процесса создания
органических кислот из неорганических веществ
• 3 –й этап – создание фазовообособленных систем –
протоклеток и дальнейшее их смешение. Возникли
обособленные в растворе органические структуры коацерваты (А.И.Опарин); при этом происходило накопление
катализаторов
• 4-й этап – возникновение простейших форм живого отдельной молекулы ДНК, репликации молекул. Механизм
создания ДНК не ясен; но, возможно проц есс произошел под
влиянием процессов самоорганизации
• 5-й – происходил естественный отбор, остались удачные
сочетания. Закладывался генотип и постепенно шла
биохимическая эволюция..
• 6 -й– возникновение растений и животных: для этого –
потребовалось500 млн. лет, птицы и млекопитающие – за 100
млн. лет. приматы – за 12-15 млн. л., человек – 3 млн.
ТЕОРИЯ АНТРОПОСОЦИОГЕНЕЗА
•
Вопрос о происхождении человека возник еще в мифологии. В
некоторых антропогонических мифах рассматривается
происхождение сначала отдельных органов человека (сердца,
глаз и т.д.), причём изначальное их различение с точки зрения
мифологического мышления оказывается более существенным,
чем выделение людей из других существ, предметов, явлений.
Мифологии характерно то, что характерно то, что
первоначально все имеет антропоморфный облик - все
существа, животные, предметы и небесные явления, место
обитания племени и даже вся вселенная, часто описываемая
как происходящая из частей тела "первочеловека". Поэтому
возникновение человека нередко представляется как его
выделение из числа других человекоподобных существ,
которые постепенно теряют человеческий облик,
сохраняющийся только у людей
• В античности происхождение человека пытаются объяснить
естественными причинами. Так, Демокрит полагает, что
происхождение человека сходно с происхождением ем
животных (первые люди возникли из воды и ила). Соединение
исходных частей в ткани и органы
• По Аристотелю, человек – это политическое животное,
отличающееся наличием нравственности и стремлением к
совместной жизни.
• Лукреций Карр рисует картину жизни древних людей от
дикого состояния до изобретения огня, одежды, жилищ.
• Ограниченность античной науки – в ее отрыве от производства,
теории от практики. Рабовладельческий способ производства
не нуждался в науке. Недооценивалась связь знания и опыта.
Эксперимент не был известен. Отсутствие средств хранения и
передачи информации.
• В эпоху Средних веков человек рассматривался как
результат творения Бога. Это утверждают все
мировые религии: буддизм, ислам, христианство. В
христианстве начало существования человечества
относится к 5509 г. до н.э. Вся история делилась на
допотопный и послепотопный периоды. В
допотопную эру на 6-й день творения Бог создал из
праха земного Адама, затем Еву из ребра его.
Послепотопное человечество – потомки Адама и
Евы. Существуют библейские Легенды о
собакоголовых людях (киноцефалах), кентаврах.
• Так, Ламарк проводит различие между
процессами творения и производства.
Творение – божественный акт, производство –
ест. закономерный процесс порождения
природой новых форм. «Творить может только
Бог». Происходит осмысление
аристотелевской идеи «лестницы существ» –
последовательного непрерывного
усложнения формы живых организмов.
Накапливается материал в области
эмбриологии, пелеонтологии, исторической
геологии.
•
•
•
•
Абиотические предпосылки возникновения человека: геологические изменения (потепление,
усиленный вулканизм, сейсмические и тектонические процессы, повышение уровня
радиоактивности вследствие землетрясений, горообразований, изменение магнитного поля
земли.
Географические предпосылки - изменение очертаний материков и морей (соединение
Британских островов с Европой, Азиатского континента с Америкой). Это привело к миграция
животных, расселению их на Земле.
Сыграли роль и климатические факторы ( оледенение, оттепели), а также влияние
космических и физико-хим. факторов – ритмы солнечной активности, влияние космических
лучей, состав атмосферы, радиационный фон. Постепенно шло изменение генофонда
животных. Прародина человека- Восточная Африка.
Биологическими предпосылками антропосоциогенеза являются: общее
анатомофизиологическое строение человека и обезьян, общность эмбрионального развития.
Интересно, что человек и шимпанзе имеют 95% сходных генов. Дарвин рассматривал
дриопетеков (найдены останки в 1856 г.) как далеких предков человека. В ХХ веке были
обнаружены другие (парапитек, проприопитек…). Ближайшие предшественники –
австралопитеки (возраст 5-1 млн. лет). Чел-к прямоходящий пятикантроп, синантроп (1,5 млн
лет назад).
•
•
•
•
•
•
Эволюция заняла 10 млн. лет. Возникновение труда является важнейшим ее фактором.
Происходило развитие древнейшей техники (ножи, кинжалы, наконечники копий),
возникновение разделения труда.
Сознание, труд и речь нераздельны. Известно, что человек обладает 2-й сигнальной
системой, в отличие от животных он может создавать понятия.
Высшим приматам свойственны некоторые формы обобщений и абстрагирование
(установление соответствий разных предметов, аналогий, категорий, задатки символического
мышления, оценка знаний и намерений других)
Человек способен познавать мир, т.е. обладает определенной системой знаний.
Знания – выраженные в соответствующей системе знаков обобщенные элементы сознания,
благодаря которым различаются вещи объективного мира, их существенные и
несущественные свойства, сам человек и его отношение к внешнему миру.
Шел и генезис языка. Первичный язык – жестовая коммуникация; вторичный – звуковая.
Происходил переход к диалогической и монологической речи. Начало членораздельной речи
связана с эпохой пятикантропа.
Палеонтологические
доказательства
Сравнительно-анатомические
доказательства
Рудименты
Сравнительно-анатомические доказательства
Атавизмы
Эмбриологические доказательства
Молекулярно - генетические
доказательства
• Метод молекулярной биологии
- гибридизация молекул ДНК:
человека и шимпанзе (по
Ламберт, 1991). Сплавление
ДНК:
• а – цепочки двойных спиралей
ДНК человека и шимпанзе;
• б – разъединенные двойные
спирали ДНК;
• в – синтез двойной гибридной
спирали ДНК. Несовмещение
цепочек проявляется только в
одном случае из 100
Филогенетический ряд человека
• Антропогенез процесс
эволюционного
развития человека
Стадии антропогенеза (классическое
представление)
• Австралопитеки
• Человек умелый
• Архантропы
(Человек
прямоходящий)
• Палеоантропы
(Неандерталец)
• Неоантропы
(Кроманьонец)
Дриопитеки (Dryopithecus)
• Дриопите́к — род вымерших
антропоморфных приматов,
известный по ряду остатков,
найденных в Восточной Африке
и Евразии. Жил примерно 12 - 9
миллионов лет назад. Общий
предок горилл, шимпанзе и
людей. Представляли собой
приматов,размером с
шимпанзе. В длину достигали
60 см и по способу
передвижения напоминали
современных орангутанов.
масса тела - 20-35 кг.
Австралопитеки
(Australopithecus afarensis)
• (австралопитековые)
(от лат. australis —
южный и греч.
pithekos — обезьяна),
вымершие двуногие
обезьяны.
Австралопитеки жили
примерно с 4 млн лет
назад, до менее
миллиона лет назад.
Головной мозг до 530
см³.
• Как австралопитеки
перешли к
прямохождению, пока не
ясно. Среди
рассматриваемых причин
называют необходимость
хватать объекты, такие
как пищу и детенышей,
передними лапами, и
осматривать окрестности
поверх высокой травы в
поисках пищи или чтобы
вовремя заметить
опасность.
Человек умелый (Homo habilis)
(Homo habilis) древний тип
человека способный к
прямохождению, способен
выполнять ряд трудовых
операций.
Существовал 2,6—2,5 млн.
лет назад
Размер мозга Человека
умелого — 650-1100 см³.
Рост составлял 1,0—1,5 м,
вес — около 30—50 кг.
Homo habilis (человек умелый)
• Человек умелый — повидимому, первое существо,
сознательно изготовившее
орудия труда и охоты:
первые ещё грубо
обработанные каменные
гальки
• Именно Человек умелый
перешагнул невидимую
границу, отделяющую род
Homo от всех других
биологических существ — он
сделал первый шаг по пути
подчинения себе
окружающей природы.
Человек прямоходящий ( Homo
erectus )
• Эректус жил от 1,5 до 0,2 млн. лет
назад.«Человекообразная обезьяна с
острова Ява» была первым
первобытным
человеком,окаменевшие останки
которого были найдены во второй
половине XIX в.
• Эректусы обладали средним ростом
(1,5—1,8 м), прямой походкой и
архаическим строением черепа
(толстые стенки, низкая лобная кость,
выступающие надглазничные валики,
скошенный подбородок). Объём
мозга у некарликовых форм достигал
900—1200 см³
Человек прямоходящий ( Homo erectus )
•
Эректусы были сравнительно
широко распространены по
Старому Свету. За африканским
подвидом закрепилось название
Homo ergaster, хотя к африканским
эректусам относят также
атлантропа и родезийского
человека. За европейским
подвидом закрепилось название
гейдельбергского человека, хотя
существовали и
«догейдельбергские» эректусы. В
Восточной Азии обитали два
подвида: более прогрессивные
синантропы из Китая и более
примитивные питекантропы из
Индонезии.
Неандертальцы
( Homo neanderthalensis )
• Палеоантропы (от
палео-древний.. и
греч. anthropos —
человек), обобщённое
(не систематическое)
название ископаемых
людей, обитавших в
Азии, Африке и
Европе 25—35 тыс.
лет назад.
Неандертальцы
( Homo neanderthalensis )
• Неандертальцы обладали
средним ростом (около 165
см), массивным
телосложением и большой
головой необычной формы. По
объёму черепной коробки
(1400—1740 см³) они даже
превосходили современных
людей. Их отличали мощные
надбровные дуги,
выступающий широкий нос и
очень маленький
подбородок.Голова
наклонена вперёд.
Кроманьонцы ( homo sapiens )
• Неоантропы (буквально
— новые люди, от греч.
néos — новый и
ánthropos — человек),
обобщенное название
людей современного
вида (Homo sapiens),
ископаемых и ныне
живущих Соответствуют
ситематическому
названию Homo sapiens
sapiens, появились
около 40 тысяч лет
Кроманьонцы ( homo sapiens )
•
•
•
Объём головного мозга равен
1600—1800 см³ (больше, чем у
среднего современного
европейца). Рост около 180 см. и
выше.
Название происходит от грота КроМаньон во Франции, где в 1868
году было обнаружено несколько
скелетов людей вместе с орудиями
позднего палеолита.
Жили общинами по 15—30
человек и впервые в истории
создали поселения. Жилищем
были пещеры, шатры из шкур, в
Восточной Европе встречаются
землянки.
выводы
1. В процессе антропогенеза
увеличивался объем
головного мозга.
2. Уменьшалась роль
биологических факторов,
увеличивалась роль
социальных.
3. Развивались анатомоморфологические
особенности,связанные с
прямохождением и
трудовой деятельностью.