Досягнення молекулярної біології. досягнення біології

Сучасна біологія грунтується на тих досягненнях, які були зроблені в цій науці в другій половині

XIX століття: створення Ч. Дарвіном еволюційного вчення,
основоположні роботи К. Бернара в області физиоло
гии, найважливіші дослідження Л. Пастера, Р. Коха і
І.І. Мечникова в області мікробіології і імунології,
роботи І.М. Сеченова і І.І. Павлова в області вис
шей нервової діяльностіі, нарешті, блискучі роботи
Г. Менделя, хоча і не отримали популярності до початку

XX століття, але вже виконані їх видатним автором.
XX століття з'явився продовженням не менше інтенсивного

прогресу в біології. У 1900 році голландським ученим-біологом X. де Фріз (1848-1935), німецьким вченим-ботаніком К.Е. Корренсом (1864-1933) і австрійським вченим Е. Чермак-Зейзенегга (1871-1962) незалежно один від одного і майже одночасно вдруге були відкриті і стали загальним надбанням закони спадковості, встановлені Менделем.

Розвиток генетики після цього відбувалося швидко. Був прийнятий принцип дискретності в явищах спадкоємця

ності, відкритий ще Менделем; досліди з вивчення закономірностей успадкування нащадками властивостей і ознак батьків були значно розширені. Було прийнято поняття «ген», введене відомим датським біологом Вільгельмом Іогансоном (1857-1927) в 1909 році і що означає одиницю спадкового матеріалу, відповідального за передачу у спадок певної ознаки.

Утвердилося поняття хромосоми як структурного ядра клітини, що містить дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) - високомолекулярна сполука, носій спадкових ознак.

Подальші дослідження показали, що ген є певною частиною ДНК і дійсно носієм тільки певних успадкованих властивостей, в той час як ДНК - носій всієї спадкової інформації організму.

Розвитку генетики сприяли у великій мірі дослідження відомого американського біолога, одного з основоположників цієї науки, Томаса Ханта Моргана (1866-1945). Він сформулював хромосомну теорію спадковості. Більшість рослинних і тваринних організмів є диплоїдними, тобто їх клітини (за винятком статевих) мають набори парних хромосом, однотипних хромосом від жіночого і чоловічого організмів. Хромосомна теорія спадковості зробила більш зрозумілими явища розщеплення в спадкуванні ознак.

важливою подієюв розвитку генетики стало відкриття мутацій - виникають раптово змін до спадкової системі організмів і тому що можуть призвести до стійкого зміни властивостей гібридів, що передаються і далі у спадок. Своїм виникненням мутації зобов'язані або випадковим в розвитку організму подій (їх зазвичай називають природними або спонтанними мутаціями), або штучно викликаним впливів (такі мутації часто називають індукованими). Всі види живих організмів (як рослинних, так і тварин) здатні мутувати, т. Е. Давати мутації. Це явище - раптове виникнення нових, що передаються у спадок властивостей - відомо в біології давно. Однак систематичне вивчення мутацій було розпочато голландським вченим Хуго де Фріз, що встановив і

сам термін «мутації». Було виявлено, що індуковані мутації можуть виникати в результаті радіоактивного опромінення організмів, а також можуть бути викликані впливом деяких хімічних речовин.

Слід зазначити першовідкривачів всього того, що пов'язано з мутаціями. Радянський вчений-мікробіолог Георгій Адамович Надсон (1867-1940) разом зі своїми колегами і учнями встановив в 1925 році вплив радіовипромінювання на спадкову мінливість у грибів. Відомий американський генетик Герман Джозеф Меллер (1890-1967), який працював протягом 1933-1937 років в СРСР, виявив в 1927 році в дослідах з дрозофилами сильне мутагенну дію рентгенівських променів. Надалі було встановлено, що не тільки рентгенівське, але і будь-який іонізоване опромінення викликає мутації.

Досягнення генетики (і біології в цілому) за минулий після виходу в світ книги Дарвіна «Походження видів» час такі великі, що було б дивно, якби все це ніяк не вплинуло на дарвиновскую теорію еволюції. Два фактори: мінливість і спадковість, яким Дарвін надавав великого значення, отримали більш глибоке тлумачення.

Отже, подальший розвиток біології і входить в неї складовою частиноюгенетики, по-перше, ще більше зміцнило дарвиновскую теорію еволюції живого світу і, по-друге, дало більш глибоке тлумачення (відповідне досягнутим успіхам в біології) поняттям мінливості і спадковості, а отже, всього процесу еволюції живого світу. Більш того, можна сказати, що успіхи біології висунули цю науку в ряди лідерів природознавства, причому найбільш вражаючі її досягнення пов'язані з вивченням процесів, що відбуваються на молекулярному рівні.

молекулярна біологія

Прогрес в області вивчення макромолекул до другої половини нашого століття був порівняно повільним, але завдяки техніці фізичних методіваналізу, швидкість його різко зросла.

У. Астбері ввів в науку термін «молекулярна біологія» і провів основні дослідження білків і ДНК. Хоча в 40-і роки майже повсюдно господствова-

ло думку, що гени являють собою особливий тип білкових молекул, в 1944 році О. Звірі, К. Маклеод і М. Мак-карти показали, що генетичні функції в клітині виконує не білок, а ДНК. Встановлення генетичної ролі нуклеїнових кислот мало вирішальне значення для подальшого розвитку молекулярної біології, причому було показано, що ця роль належить не тільки ДНК, але і РНК (рибонуклеїнової кислоти).

Розшифровку молекули ДНК справили в 1953 році Ф. Крик (Англія) і Д. Уотсон (США). Уотсоном і Криком вдалося побудувати модель молекули ДНК, що нагадує подвійну спіраль.

Поряд з вивченням нуклеїнових кислот і процесом синтезу білка в молекулярній біології велике значення з самого початку мали дослідження структури і властивостей самих білків. Паралельно з розшифровкою амінокислотного складу білків проводилися дослідження їх просторової структури. серед найважливіших досягненьцього напрямку слід назвати теорію спіралі, розроблену в 1951 році Е. Полингом і Р. Корі. Відповідно до цієї теорії, поліпептидний ланцюг білка не є плоскою, а згорнута в спіраль, характеристики якої були також визначені.

Незважаючи на молодість молекулярної біології, успіхи, досягнуті нею в цій області, приголомшливі. За порівняно короткий термін були встановлені природа гена і основні принципи його організації, відтворення і функціонування. Повністю розшифровано генетичний код, виявлені і досліджені механізми і основні шляхи утворення білка в клітині. Повністю визначена первинна структура багатьох транспортних РНК. Встановлено основні принципи організації різних субклітинних частинок, багатьох вірусів, і розгадані шляхи їх біогенезу в клітці.

Інший напрямок молекулярної генетики - дослідження мутації генів. сучасний рівеньзнань дозволяє не тільки зрозуміти ці тонкі процеси, але і використовувати їх у своїх цілях. Розробляються методи генної інженерії, що дозволяють впровадити в клітку бажану генетичну інформацію. У 70-ті роки з'явилися методи виділення в чистому вигляді фрагментів ДНК за допомогою електрофорезу.

У 1981 році процес виділення генів і отримання з них різних ланцюгів був автоматизований. Генна інженерія в поєднанні з мікроелектронікою віщують можливості управляти живою матерією майже так само, як неживий.

Останнім часом в засобах масової інформації активно обговорюються досліди з клонування і пов'язані з цим моральні, правові та релігійні проблеми. Ще в 1943 році журнал «Сайенс» повідомив про успішне запліднення яйцеклітини в «пробірці». Далі події розвивалися наступним чином.

1973 рік - професор Л. Шетлз з Колумбійського університету в Нью-Йорку заявив, що він готовий привести на світ першого «бебі з пробірки», після чого пішли категоричні заборони Ватикану і пресвітеріанської церкви США.

1978 року - народження в Англії Луїзи Браун, першої дитини «з пробірки».

1997 рік - 27 лютого «Нейчур» помістив на своїй обкладинці - на тлі мікрофотографії яйцеклітини - знамениту овечку Доллі, яка народилася в інституті Рослин в Единбурзі.

1997 рік - в самому кінці грудня журнал «Сайенс»
повідомив про народження шести овець, отриманих за рослін-
ському методу. Три з них, в тому числі і овечка Доллі,
несли людський ген «фактора IX», або кровоостанав
Ліван білка, який необхідний людям, що страждають
на гемофілію, тобто несвертиваемостью крові.

1998 рік - чиказький фізик Сиди оголошує про ство
ванні лабораторії по клонуванню людей: він стверджує,
що відбою від клієнтів у нього не буде.

1998 рік, початок березня - французькі вчені оголосили про народження клонованої телички.

Все це відкриває унікальні перспективи для людства.

Клонування органів і тканин - це завдання номер один в галузі трансплантології, травматології та в інших областях медицини і біології. При пересадці клонованої органу не треба думати про придушення реакції відторгнення і можливі наслідкиу вигляді раку, що розвинувся на фоні імунодефіциту. Клоновані органи стануть порятунком для людей, що потрапили в автомобільні

аварії або які-небудь інші катастрофи, або для людей, яким потрібна радикальна допомога через захворювання похилого віку (зношене серце, хвора печінка і т. д.).

Найбільш наочний ефект клонування - дати можливість бездітним людям мати своїх власних дітей. Мільйони сімейних пар у всьому світі страждають, будучи приреченими залишатися без нащадків.

Квиток 1 1.Біологія як наука, її досягнення, зв'язку з іншими науками. Методи вивчення живих об'єктів. Роль біології в житті і практичної діяльності людини. 2.Царство рослин, його відмінності від інших царств живої природи. Поясніть, яка група рослин займає в даний час панівне становище на Землі. Серед живих рослин або гербарних екземплярів знайдіть представників цієї групи. 3.Іспользуя знання про обмін речовин і перетворення енергії в організмі людини, дайте наукове поясненнявпливу на обмін речовин гіподинамії, стресів, шкідливих звичок, переїдання.

1. Біологія (від грец. Bios життя, logos наука) наука про життя. Вона вивчає живі організми, їх будову, розвиток і походження, взаємини з середовищем проживання і з іншими живими організмами. 2. Біологія - сукупність наук про життя, про живу природу (див. Табл. «Система біологічних наук»). I. Біологія як наука, її досягнення в зв'язку з іншими науками. Методи вивчення живих об'єктів. Роль біології в житті і практичної діяльності людини.

3. Основні методи в біології 1.наблюденіе (дозволяє описати біологічні явища), 2.сравненіе (дає можливість знайти загальні закономірності в будові, життєдіяльності різних організмів), 3.експерімент або досвід (допомагає досліднику вивчити властивості біологічних об'єктів), 4.моделірованіе (імітуються процеси, недоступні для спостереження або експериментального відтворення), 5.історіческій метод (на основі даних про сучасний орг. Світі і його минулому пізнаються процеси розвитку живої природи).

4. Досягнення біології: 1). Опис великого числа видів живих організмів, що існують на Землі; 2). Створення клітинної, еволюційної, хромосомної теорії; 3). Розкриття молекулярного будови структурних одиниць спадковості (генів) послужило основою для створення генної інженерії. 4). Практичне застосуваннядосягнень сучасної біології в дозволяє отримувати промисловим шляхом значні кількості біологічно активних речовин.

6). Завдяки знанню законів спадковості і мінливості досягнуті великі успіхив сільському господарстві при створенні нових високопродуктивних порід домашніх тварин і сортів культурних рослин. 5). На основі вивчення взаємин між організмами створені біологічні методи боротьби зі шкідниками сільськогосподарських культур.

7) .Большой значення в біології надається з'ясуванню механізмів біосинтезу білка, таємниць фотосинтезу, які відкриють шлях отримання органічних харчових речовин. Крім того, використання в промисловості (в будівництві, при створенні нових машин і механізмів) принципів організації живих істот (біоніка) приносить в даний час і дасть в майбутньому значний економічний ефект. Конструкція бджолиних сот лягла в основу для виготовлення «стільникових панелей» для будівництва

У такій ситуації основою збільшення харчових ресурсів може бути лише інтенсифікація сільського господарства. Важливу роль в цьому процесі відіграватиме виведення нових високопродуктивних форм мікроорганізмів, рослин і тварин, раціональне, науково обґрунтоване використання природних багатств.

1.Растенія - автотрофи і здатні до фотосинтезу; 2.Наличие в клітинах пластид з пігментами; 3.Клеткі оточені стінкою з целюлози; 4. Наявність в клітинах вакуолей з клітинним соком; 5.Неограніченний зростання; 6.Есть рослинні гормони-фітогормони; 7.Осмотіческій тип харчування (отримання поживних речовин у вигляді водних розчинів, що надходять через клітинну оболонку).

Покритонасінні або квіткові рослини - це найбільший відділ сучасних вищих рослин, Що нараховує близько 250 тис. Видів. Вони ростуть у всіх кліматичних зонахі входять до складу всіх біогеоценозів земної кулі. Це свідчить про їх високу пристосованості до сучасних умов існування на Землі.

Пристосування у покритонасінних (квіткових), що дозволили їм зайняти панівне становище на Землі: I. Вегетативні органи квіткових рослин досягають найбільшої складності і різноманітності. II. Квіткові володіють більш досконалої провідною системою, що забезпечує краще водопостачання рослини. III. У квіткових вперше з'явився новий орган - квітка. Семязачатки укладені в замкнуту порожнину зав'язі, утворену одним або декількома зрощеними плодолистиків. Насіння укладені в плід. З'явилося подвійне запліднення, що різко відрізняє їх від усіх інших груп рослинного світу. IV. Найважливіші перетворення відбулися в провідній системі. Основними провідними елементами ксилеми натомість трахеид стають судини, що значно прискорює рух висхідного струму. Таким чином, покритонасінні отримали додаткові можливості в конкурентній боротьбі і в кінцевому підсумку стали, «переможцями» в боротьбі за існування.

III. Використовуючи знання про обмін речовин і перетворення енергії в організмі людини, дайте наукове пояснення впливу на обмін речовин гіподинамії, стресів, шкідливих звичок, переїдання. Організм отримує ззовні багато речовин, переробляє їх, отримуючи енергію або ті молекули, які необхідні організму для побудови власних тканин. Утворені при цьому продукти обміну виводяться з організму. Сукупність усіх реакцій дисиміляції (розпаду речовин з виділенням енергії) і асиміляції (синтезу речовин необхідних організму) носить назву обміну речовин. В здоровому організмі асиміляція і дисиміляція строго збалансовані. Всі реакції обміну речовин регулюються нервовою та ендокринною системами. Порушення обміну речовин лежить в основі багатьох захворювань людини.

1.Гіподінамія - знижена рухова активність, відсутність фізичних навантажень - призводить до зниження працездатності м'язів, серцево-судинної системи і, як наслідок, порушення обміну речовин і погіршення стану всього організму в цілому. Невитрачені на фізичну активність поживні речовини відкладаються в запас, що часто призводить до ожиріння. Цьому також сприяє переїдання (2).

3. Стрес є захисною реакцією організму, що дозволяє вижити в момент небезпеки. Стрес мобілізує можливості організму, супроводжується викидом гормонів, підвищує інтенсивність серцево-судинної діяльності та ін. Однак сильний і особливо тривалий стрес може привести до виснаження сил людини і порушень обміну речовин.

4. Дуже сильний негативний вплив на обмін речовин надає постійний прийом алкогольних напоїв. У алкоголіків окислюється етиловий спирт дає організму деяку кількість енергії, проте при цьому утворюються дуже отруйні речовини, що вбивають клітини печінки і могза. Поступово апетит у алкоголіків знижується, і вони перестають вживати в їжу нормальні кількості білків, жирів і вуглеводів, замінюючи їх спиртними напоями, що веде до руйнування організму. У хронічних алкоголіків завжди вражена печінка, вони худнуть, відбувається поступове руйнування м'язів.

5. Сильне негативний вплив на обмін речовин надає також і куріння, оскільки воно руйнує легені і перешкоджає отриманню організмом необхідної кількості кисню. Крім того, куріння багаторазово збільшує ймовірність захворювання на рак легенів.

6. наркотичні речовини, Беручи участь в обміні речовин, викликають звикання, в подальшому припинення надходження нікотину, алкоголю та ін. Супроводжується ламкою - різким погіршенням самопочуття. Таким чином, виникає фізіологічна і психологічна залежність від наркотиків.

- 33.35 Кб

Досягнення біології в сучасних варіантах систематики життя

Досягнення біології останнього часу привели до виникнення принципово нових напрямків у науці. Розкриття молекулярного будови структурних одиниць спадковості (генів) послужило основою для створення генної інженерії. За допомогою її методів створюють організми з новими, в тому числі і не зустрічаються в природі, комбінаціями спадкових ознак і властивостей. Вона відкриває можливості виведення нових сортів культурних рослин і високопродуктивних порід тварин, створення ефективних лікарських препаратів і т.д.

Жива природа влаштувала себе геніально просто і мудро. У неї є єдина самовоспроизводящая молекула ДНК, на якій записана програма життя, а конкретніше, весь процес синтезу, структура і функція білків як основних елементів життя. Крім збереження програми життя молекула ДНК виконує ще одну важливу функцію - її самовідтворення, копіювання створюють спадкоємність між поколіннями, безперервність нитки життя. Одного разу виникнувши, життя самовідтворюється у величезній різноманітності, яке забезпечує її стійкість, пристосованість до різноманітних умов середовища і еволюцію.

сучасні біотехнології

Сучасна біологія - область стрімких і фантастичних перетворень в біотехнології.

Біотехнології засновані на використанні живих організмів і біологічних процесів в промисловому виробництві. На їх базі освоєно масове виробництво штучних білків, поживних і багатьох інших речовин, за багатьма властивостями переважаючих продукти природного походження. Успішно розвивається мікробіологічний синтез ферментів, вітамінів, амінокислот, антибіотиків і т.п. Із застосуванням генних технологій і природних біоорганічних матеріалів синтезуються біологічно активні речовини - гормональні препарати і з'єднання, що стимулюють імунітет.

Сучасна біотехнологія дозволяє перетворити відходи деревини, соломи і інше рослинна сировина в цінні поживні білки. Вона включає процес гидролизации проміжного продукту - целюлози - і нейтралізацію утворюється глюкози з введенням солей. Отриманий розчин глюкози являє собою поживний субстрат мікроорганізмів - дріжджових грибків. В результаті життєдіяльності мікроорганізмів утворюється світло-коричневий порошок - високоякісний харчовий продукт, який містить близько 50% білка-сирцю і різні вітаміни. Живильним середовищем для дріжджових грибків можуть служити і такі що містять цукор розчини, як паточная барда і сульфітно луг, що утворюється при виробництві целюлози.

Деякі види грибків перетворюють нафту, мазут і природний газ в харчову біомасу, багату білками. Так, з 100 т неочищеного мазуту можна отримати 10 т дріжджовий біомаси, що містить 5 т чистого білка і 90 т дизельного палива. Стільки ж дріжджів виробляється з 50 т сухої деревини або 30 тис. М3 природного газу. Для виробництва даної кількості білка треба було б стадо корів з 10 000 голів, а для їх утримання потрібні величезні площі орних земель. Промислове виробництво білків повністю автоматизовано, і дріжджові культури ростуть в тисячі разів швидше, ніж велика рогата худоба. Одна тонна харчових дріжджів дозволяє отримати близько 800 кг свинини, 1,5-2,5 т птиці або 15-30 тис. Яєць і заощадити при цьому до 5 т зерна.

Практичне застосування досягнень сучасної біології вже в даний час дозволяє отримувати промисловим шляхом значні кількості біологічно активних речовин.

Біотехнологія, мабуть, вже в найближчі десятиліття займе лідируюче положення і, можливо, визначить обличчя цивілізації XXI століття.

генні технології

Генетика - найважливіша область сучасної біології.

На основі генної інженерії народилася сучасна біотехнологія. У світі зараз колосальну кількість фірм, що займаються бізнесом в цій області. Вони роблять все: від ліків, антитіл, гормонів, харчових білків до технічних речей - надчутливих датчиків (біосенсорів), комп'ютерних мікросхем, хітинових дифузорів для хороших акустичних систем. Генно-інженерна продукція завойовує світ, вона безпечна в екологічному відношенні.

На початковій стадії розвитку генних технологій було отримано ряд біологічно активних сполук - інсулін, інтерферон та ін. Сучасні генні технології об'єднують хімію нуклеїнових кислот і білків, мікробіологію, генетику, біохімію і відкривають нові шляхи вирішення багатьох проблем біотехнології, медицини та сільського господарства.

Генні технології засновані на методах молекулярної біології і генетики, пов'язаних з цілеспрямованим конструюванням нових, що не існують в природі поєднань генів. Основна операція генної технології полягає в вилученні з клітин організму гена, що кодує потрібний продукт, або групи генів і з'єднання їх з молекулами ДНК, здатними розмножуватися в клітинах іншого організму.

ДНК, що зберігається і працює в клітинному ядрі, відтворює не тільки саму себе. У потрібний момент певні ділянки ДНК - гени - відтворюють свої копії у вигляді хімічно подібного полімеру - РНК, рибонуклеїнової кислоти, які в свою чергу служать матрицями для виробництва безлічі необхідних організму білків. Саме білки визначають всі ознаки живих організмів. Основна ланцюг подій на молекулярному рівні:

ДНК -> РНК -> білок

У цьому рядку міститься так звана центральна догма молекулярної біології.

Генні технології привели до розробки сучасних методів аналізу генів і геномів, а вони, в свою чергу, - до синтезу, тобто до конструювання нових, генетично модифікованих мікроорганізмів. До теперішнього часу встановлено нуклеотидні послідовності різних мікроорганізмів, включаючи промислові штами, і ті, які потрібні для дослідження принципів організації геномів і для розуміння механізмів еволюції мікробів. Промислові мікробіологи, в свою чергу, переконані, що знання нуклеотиднихпослідовностей геномів промислових штамів дозволить «програмувати» їх на те, щоб вони приносили великий дохід.

Клонування еукаріотних (ядерних) генів в бактеріях і є той принциповий метод, який привів до бурхливого розвитку мікробіології. Фрагменти геномів тварин і рослин для їх аналізу клонують саме в мікроорганізмах. Для цього в якості молекулярних векторів, переносників генів, використовують штучно створені плазміди, а також безліч інших молекулярних утворень для виділення і клонування.

За допомогою молекулярних проб (фрагментів ДНК з певною послідовністю нуклеотидів) можна визначати, скажімо, чи заражена донорська кров вірусом СНІДу. А генні технології для ідентифікації деяких мікробів дозволяють стежити за їх розповсюдженням, наприклад, всередині лікарні або при епідеміях.

Генні технології виробництва вакцин розвиваються в двох основних напрямках. Перше - поліпшення вже існуючих вакцин і створення комбінованої вакцини, тобто що складається з декількох вакцин. Другий напрямок - отримання вакцин проти хвороб: СНІДу, малярії, виразкової хвороби шлунка та ін.

за останні рокигенні технології значно поліпшили ефективність традиційних штамів-продуцентів. Наприклад, у грибного штаму-продуцента антибіотика цефалоспорина збільшили число генів, що кодують експандазу, активність, якої задає швидкість синтезу цефалоспорина. В результаті вироблення антибіотика зросла на 15-40%.

Проводиться цілеспрямована робота по генетичній модифікації властивостей мікробів, які використовуються у виробництві хліба, сироварінні, молочної промисловості, пивоварінні та виноробстві, щоб збільшити стійкість виробничих штамів, підвищити їх конкурентоспроможність по відношенню до шкідливих бактерій і поліпшити якість кінцевого продукту.

Генетично модифіковані мікроби приносять користь у боротьбі зі шкідливими вірусами і мікробами і комахами. наприклад:

Стійкість рослин до гербіцидів, що важливо для боротьби з бур'янами, засмічують поля і знижують урожай культивованих рослин. Отримано і використовуються гербіцідоустойчівие сорти бавовнику, кукурудзи, ріпаку, сої, цукрових буряків, пшениці та інших рослин.

Стійкість рослин до комах-шкідників. Розробка білка дельта-ендотоксин, що виділяється різними штамами бактерії Bacillus turingensis. Цей білок токсичний для багатьох видів комах і безпечний для ссавців, у тому числі для людини.

Стійкість рослин до вірусних захворювань. Для цього в геном рослинної клітини вводяться гени, що блокують розмноження вірусних частинок в рослинах, наприклад інтерферон, нуклеази. Отримано трансгенні рослини тютюну, томатів та люцерни з геном бета-інтерферону.

Крім генів в клітинах живих організмів, в природі існують також незалежні гени. Вони називаються вірусами, якщо можуть викликати інфекцію. Виявилося, що вірус - це не що інше, як упакований в білкову оболонку генетичний матеріал. Оболонка - чисто механічне пристосування, як би шприц, для того, щоб упакувати, а потім впорснути гени, і тільки гени, в клітку-господаря і відвалитися. Потім вірусні гени в клітці починають репродукувати на собі свої РНК і свої білки. Все це переповнює клітку, вона лопається, гине, а вірус в тисячах копій звільняється і заражає інші клітини.

Хвороба, а іноді навіть смерть викликають чужорідні, вірусні білки. Якщо вірус «хороший», людина не вмирає, але може хворіти все життя. Класичний приклад - герпес, вірус якого присутній в організмі 90% людей. Це самий пристосований вірус, зазвичай заражає людини в дитячому віці і живе в ньому постійно.

Таким чином, віруси - це, по суті, винайдене еволюцією біологічну зброю: шприц, наповнений генетичним матеріалом.

Тепер приклад вже з сучасної біотехнології, приклад операції з зародковими клітинами вищих тварин заради благородних цілей. Людство відчуває труднощі з інтерфероном - важливим білком, що володіє протиракову і противірусну активність. Інтерферон виробляється тваринам організмом, в тому числі і людським. Чужий, чи не людський, інтерферон для лікування людей брати не можна, він відторгається організмом або малоефективний. Людина ж виробляє занадто мало інтерферону для його виділення з фармакологічними цілями. Тому було зроблено наступне. Ген людського інтерферону був введений в бактерію, яка потім розмножувалася і в великих кількостяхнапрацьовувала людський інтерферон відповідно до сидячим в ній людським геном. Зараз ця, вже стандартна техніка застосовується в усьому світі. Точно так же, і вже досить давно, проводиться генно-інженерний інсулін. З бактеріями, однак, виникає багато складнощів при очищенні потрібного білка від бактеріальних домішок. Тому починають від них відмовлятися, розробляючи методи введення потрібних генів у вищі організми. Це важче, але дає колосальні переваги. Зараз, зокрема, вже широко поширене молочне виробництво потрібних білків з використанням свиней і кіз. Принцип тут, дуже коротко і спрощено, такий. З тваринного витягають яйцеклітини і вставляють в їх генетичний апарат, під контроль генів білків молока тваринного, чужорідні гени, що визначають вироблення потрібних білків: інтерферону, або необхідних людині антитіл, або спеціальних харчових білків. Потім яйцеклітини запліднюють і повертають в організм. Частина потомства починає давати молоко, що містить необхідний білок, а з молока виділити його вже досить просто. Виходить значно дешевше, безпечніше і чистіше.

Таким же шляхом були виведені корови, що дають «жіноче» молоко (коров'яче молоко з необхідними людськими білками), придатне для штучного вигодовування людських немовлят. А це зараз досить серйозна проблема.

В цілому можна сказати, що в практичному плані людство досягло досить небезпечного рубежу. Навчилися впливати на генетичний апарат, в тому числі і вищих організмів. Навчилися спрямованому, виборчому генному впливу, продукування так званих трансгенних організмів - організмів, що несуть будь-які чужорідні гени. ДНК - це речовина, з яким можна маніпулювати. В останні два-три десятиліття виникли методи, за допомогою яких можна розрізати ДНК в потрібних місцях і склеювати з будь-яким іншим шматочком ДНК. Більш того, можуть вирізати і вставляти не тільки певні готові гени, але і рекомбінанти - комбінації різних, в тому числі і штучно створених генів. Цей напрямок одержав назву генної інженерії. Людина стала генним інженером. В його руках, в руках не настільки вже вчиненого в інтелектуальному відношенні істоти, з'явилися безмежні, гігантські можливості - як у Господа Бога.

сучасна цитологія

Нові методи, особливо електронна мікроскопія, застосування радіоактивних ізотопів і високошвидкісного центрифугування, дозволяють досягти величезних успіхів у вивченні будови клітини. У розробці єдиної концепції фізико-хімічних аспектів життя цитологія все більше зближується з іншими біологічними дисциплінами. При цьому її класичні методи, Засновані на фіксації, фарбуванні і вивченні клітин під мікроскопом, як і раніше зберігають практичне значення.

Цитологічні методи використовуються, зокрема, в селекції рослин для визначення хромосомного складу рослинних клітин. Такі дослідження надають велику допомогу в плануванні експериментальних схрещувань і оцінці отриманих результатів. Аналогічний цитологічний аналіз проводиться і на клітинах людини: він дозволяє виявити деякі спадкові захворювання, пов'язані зі зміною числа і форми хромосом. Такий аналіз в поєднанні з біохімічними тестами використовують, наприклад, при амниоцентезе для діагностики спадкових дефектів плоду.

Однак найважливіше застосування цитологічних методів в медицині - це діагностика злоякісних новоутворень. У ракових клітинах, особливо в їх ядрах, виникають специфічні зміни. Злоякісні утворення - це не що інше, як відхилення в нормальному процесі розвитку внаслідок виходу з-під контролю керуючих розвитком систем, в першу чергу генетичних. Цитологія є досить простим і високоінформативним методом скринінгової діагностики різних проявів папіломавірусу. Це дослідження проводиться як у чоловіків, так і у жінок.

Опис роботи

На підставі останніх наукових досягнень сучасної біологічної науки дано таке визначення життя: «Життя - це відкриті саморегульовані і самовідтворюються системи сукупностей живих організмів, побудовані з складних біологічних полімерів - білків і нуклеїнових кислот» (І. І. Мечников).
Досягнення біології останнього часу привели до виникнення принципово нових напрямків у науці. Розкриття молекулярного будови структурних одиниць спадковості (генів) послужило основою для створення генної інженерії. За допомогою її методів створюють організми з новими, в тому числі і не зустрічаються в природі, комбінаціями спадкових ознак і властивостей. Вона відкриває можливості виведення нових сортів культурних рослин і високопродуктивних порід тварин, створення ефективних лікарських препаратів і т.д.

Ідея еволюції живої природи виникла в Новий час як протиставлення креаціонізму (від лат. "Творення") - вчення про створення світу богом з нічого і незмінності створеного творцем світу. Креаціанізм як світогляд склався в епоху пізньої античності і в Середньовіччя і зайняв панівні позиції в культурі.

Фундаментальну роль у світогляді того часу грали також ідеї телеології - вчення, за яким все в природі влаштовано доцільно і всякий розвиток є здійсненням заздалегідь визначених цілей. Телеологія приписує процесам і явищам природи мети, які або встановлюються богом (Х. Вольф), або є внутрішніми причинами природи (Арістотель, Лейбніц).

У подоланні ідей креаціонізму і телеології важливу роль відіграла концепція обмеженою мінливості видів у межах відносно вузьких підрозділів (від одного єдиного предка) під впливом середовища - трансформизм. Цю концепцію в розгорнутій формі сформулював видатний натураліст 18 століття Жорж Бюффон у своєму 36-томному праці "Природна історія".

Трансформізм в основі своїй має уявлення про зміну і перетворення органічних форм, походження одних організмів від інших. Серед дослідників природи і філософів-трансформистов 17 і 18 століть найбільш відомі також Р. Гук, Ж. Ламетрі, Д. Дідро, Е.Дарвін, І. Гете, Е.Сент-Ілер. Все трансформісти визнавали змінність видів організмів під дією змін навколишнього середовища.

У становленні ідеї еволюції органічного світу істотну рользіграла систематика - біологічна наука про різноманітність всіх існуючих і вимерлих організмів, про взаємини і родинні зв'язки між їх різними групами(Таксонами). Основними завданнями систематики є визначення шляхом порівняння специфічних особливостей кожного виду і кожного таксону вищого рангу, з'ясування загальних властивостейу тих чи інших таксонів. Основи систематики закладені в працях Дж. Рея (тисячі шістсот дев'яносто три) і К. Ліннея (1 735).

Шведський натураліст 18 століття Карл Лінней вперше послідовно застосував бінарну номенклатуру і побудував найбільш вдалу штучну класифікацію рослин і тварин.

У 1751 році вийшла його книга "Філософія ботаніки", в якій К. Лінней писав: "Штучна система слугує лише до тих пір, поки не знайдена природна. Перша вчить лише розпізнавати рослини. Друга навчить нас пізнавати природу самого рослини". І далі: "Природний метод є остання мета ботаніки".

Те, що Лінней називає "природним методом", є по суті деяка фундаментальна теорія живого. Заслуга Ліннея в тому, що через створення штучної системи він підвів біологію до необхідності розгляду колосального емпіричного матеріалу з позицій загальних теоретичних принципів.

Велику роль в становленні і розвитку ідеї еволюції живої природи зіграла ембріологія, для якої в Новий час було характерне протистояння преформізма і епігенеза.

Преформізм - від лат. "Предобразую" - вчення про наявність в статевих клітинах матеріальних структур, які зумовлюють розвиток зародка і ознаки розвивається з нього організму.

Преформізм виник на базі панував в 17-18 століттях уявлення про преформации, згідно з яким сформувався організм нібито предобразован в яйці (овісти) або сперматозоїді (анімалькулісти). Преформісти (Ш. Бонні, А. Галлер та ін) вважали, що проблема ембріонального розвитку має отримати свій дозвіл з позицій загальних принципів буття, що осягаються виключно розумом, без емпіричних досліджень.

Епігенез - це вчення, згідно з яким в процесі зародкового розвитку відбувається поступове і послідовне новоутворення органів і частин зародка з безструктурної субстанції плідного яйця.

Епігенез як навчання склався в 17-18 століттях в боротьбі з преформізмом. Епігенетичні уявлення розвивали У.Гарвей, Ж.Бюффона, К.Ф.Вольфа. Епігенетики відмовилися від ідеї божественного творіння живого і підійшли до наукової постановки проблеми походження життя.

Таким чином, в 17-18 століттях виникала ідея історичних змінспадкових ознак організмів, незворотного історичного розвитку живої природи - ідея еволюції органічного світу.

Еволюція - від лат. "Розгортання" - історичний розвиток природи. В ході еволюції, по-перше, виникають нові види, тобто збільшується різноманітність форм організмів. По-друге, організми адаптуються, тобто пристосовуються до змін умов зовнішнього середовища. По-третє, в результаті еволюції поступово підвищується загальний рівень організації живих істот: вони ускладнюються і вдосконалюються.

Перехід від уявлення про трансформації видів до ідеї еволюції, історичного розвитку видів припускав, по-перше, розгляд процесу утворення видів у його історії, облік конструктивну роль фактора часу в історичному розвитку організмів, а по-друге, розвиток ідей про виникнення якісно нового в такому історичному процесі. Перехід від трансформизма до еволюціонізму в біології відбувся на рубежі 18-19 століть.

Перші еволюційні теорії були створені двома великими вченими 19 століття - Ж. Ламарком і Ч. Дарвіном.

Жан Батіст Ламарк і Чарльз Роберт Дарвін створили еволюційні теорії, які протилежні за строю, характеру аргументації, основним висновків. Їх історичні долі також склалися по-різному. Теорія Ламарка не отримала широкого визнання сучасників, у той час як теорія Дарвіна стала основою еволюційного вчення. В даний час і дарвінізм, і ламаркізм продовжують впливати на наукові концепції, хоча і по-різному.

У 1809 році вийшла книга Ламарка "Філософія зоології", в якій була викладена перша цілісна теорія еволюції органічного світу.

Ламарк в цій книзі дав відповіді на питання, що стоять перед еволюційною теорією, шляхом логічних висновків з деяких прийнятих ним постулатів. Він вперше виділив два найзагальніших напрямки еволюції: висхідний розвиток від найпростіших форм життя до все більш складним і досконалим і формування у організмів пристосувань в залежності від змін зовнішнього середовища (розвиток "по вертикалі" і "по горизонталі"). Ламарк був одним з перших дослідників природи, які розвинули ідею еволюції органічного світу до рівня теорії.

Ламарк включив в своє вчення якісно нове розуміння ролі середовища в розвитку органічних форм, трактуючи зовнішнє середовище як важливий фактор, умова еволюції.

Ламарк вважав, що історичний розвиток організмів має не випадковий, а закономірний характер і відбувається в напрямку поступового і неухильного вдосконалення. Ламарк назвав це підвищення загального рівняорганізації градацією.

Рушійною силою градацій Ламарк вважав "прагнення природи до прогресу", "прагнення до вдосконалення", спочатку прсущее всім організмам і закладене в них Творцем. При цьому організми здатні доцільно реагувати на будь-які зміни зовнішніх умов, пристосовуватися до умов зовнішнього середовища. Це положення Ламарк конкретизував в двох законах:

1) активно використовується орган посилено розвивається, а непотрібний зникає;

2) зміни, придбані організмами при активному використанні одних органів і невикористання інших, зберігаються у потомства.

Роль середовища в еволюції організмів по-різному розглядається різними напрямками еволюційного вчення.

Для напрямків в еволюційному вченні, які розглядають історичний розвиток живої природи як пряме пристосування організмів до середовища проживання, використовується загальна назва - ектогенез (від грец. Слів "поза, зовні" і "виникнення, освіта"). Прихильники ектогенеза розглядають еволюцію як процес прямого пристосування організмів до середовища і простого підсумовування змін, що здобуваються організмами під впливом середовища.

Навчання, обясняется еволюцію організмів дією тільки внутрішніх нематеріальних факторів ( "принципом вдосконалення", "силою росту" і ін.), Об'єднуються загальною назвою- Автогенез.

Ці вчення розглядають еволюцію живої природи як процес, незалежний від зовнішніх умов, що направляється і регульований внутрішніми факторами. Автогенез протилежний ектогенез.

Ті, хто стежить за досягненнями молекулярної біології, Мабуть, уже звикли, що в цій молодій науці, яка набрала всього лише в третє десятиліття свого існування, великі відкриття вдосконалення-шаются часто, навіть дуже часто. Всього лише 17 років тому американець Джеймс Уотсон і англієць Френсіс Крік запропонували гіпотезу про будову молекули ДНК, яка, на їхню думку, не поділяють, втім, в той час більшістю біологів, була хранителем генетичної інформації. Дуже скоро, прямо-таки в фантастично стислі терміни, думка Уотсона і Крика про те, що ДНК дійсно несе запис про всі генах організму, було доведено експериментально. До початку шістдесятих років стало ясно, що генетична інформація з молекул ДНК передається на схожі на них за своєю структурою молекули РНК. Останні з'єднуються з особливими структурами клітини - рибосомами, в яких і відбувається синтез білка. Трохи раніше Г. Гамов (США), Ф. Крик і інші створили логічно завершену модель генетичного коду. Найважливіше полягало в тому, що було суворо вказано, для чого клітці потрібна генетична інформація (синтез специфічних білків, які і визначають властивість життя і можливість здійснення різноманітних життєвих функцій). Було показано і як окремі елементи молекули ДНК (на думку Гамова, з якої все погодилися, трійки нуклеотидів, розташовані уздовж ланцюга ДНК) кодують будова синтезованих в рибосомах білків.
Мало хто очікував - навіть серед дуже проникливих генетиків, - що вже в 1961 році Крик і його три помічники «розправляться» з завданням про загальну природу генетичного коду. Правда, шлях до розшифровки складу окремих трійок, що кодують амінокислоти, був відкритий роботою М. Ниренберга і Д. Маттеї, почуте в Москві влітку того ж 2000 року. І вже зовсім важко було припускати, що всього через два з половиною роки американці М. Ніренберг і Ф. Ледер запропонують спосіб, що дозволяє з'ясувати точну будову всіх 64 кодових слів генів. Уже через рік генетики знали спадковий алфавіт природи.

Але рішення цих завдань не збільшувало наших знань про точний будові гена, точному будові молекул окремих інформаційних і транспортних РНК. У 1964-1965 роках Холлі в США і А. Баєв в РФ розшифрували перші, найменші з молекул, які обслуговують генетичні таїнства, - молекули транспортних РНК. У 1967 році в лабораторії А. Корнберга в США після багаторічних безуспішних спроб вдалося синтезувати працездатну молекулу ДНК фага 0X174. Через рік Г. Корану (індієць, який переїхав в США) в хитромудрому експерименті зумів синтезувати перший ген для транспортної РНК дріжджів. І ось зараз, всього через рік, виділений чистий ген з живих молекул ДНК!
Як ні парадоксально, цей грандіозний за своїм задумом, виконання та наслідків для науки експеримент не був само- метою. Беквіт, широко відомий фахівець в області молекулярних основ реалізації генетичної інформації, в передмові вказує на головну мету, яку він і його колеги переслідували, починаючи роботу. Їм було важливо знайти ключі до розв'язання давньої суперечки про те, коли відбувається регуляція генної активності. Були дві прСогласно першої, сам тен (тобто ділянку ДНК зі строго визначеною послідовністю нуклеотидів) може бути ареною регуляції. В такому випадку з активованих генів буде списуватися інформаційна РНК, а з репресованих генів такого списування відбуватися не буде.