Общие основы естествознания

Основное жизненное свойство клетки - обмен веществ. Из межклеточного вещества в клетки постоянно поступают питательные вещества и кислород, выделяются продукты распада. Вещества, поступившие в клетку, постоянно участвуют в процессах биосинтеза. Биосинтез - это образование специфических белков, жиров, углеводов и их соединений простых веществ. В процессе биосинтеза образуются вещества, свойственные определенным клеткам организма. Например, в клетках мышц синтезируются белки, обеспечивающие их сокращение. Одновременно с биосинтезом в клетках происходит распад органических соединений. В результате распада образуются вещества более простого строения. Большая часть реакций распада идет с участием кислорода и освобождением энергии. Эта энергия расходуется на жизненные процессы, протекающие в клетке. Процессы биосинтеза и распада образуют обмен веществ, который сопровождается превращением энергии. Клеткам свойственны рост и размножение. Клетки тела человека размножаются делением пополам. Каждая из образовавшихся дочерних клеток растет и достигает размеров материнской. Новые клетки выполняют функции материнской. Продолжительность жизни клеток различна: от нескольких часов до десятков лет. Живые клетки способны реагировать на физические и химические изменения окружающей среды. Это свойство клеток называется возбудимостью. При этом из состояния покоя клетка переходит в рабочее состояние - возбуждение. При возбуждении в клетках меняется скорость биосинтеза и распада веществ, потребление кислорода, температура. В возбужденном состоянии разные клетки выполняют свойственные им функции. Железистые клетки образуют и выделяют вещества, мышечные - сокращаются, в нервных клетках образуется слабый электрический сигнал - нервный импульс, который может распространяться по клеточным мембранам.

Обмен веществ с внешней средой начинается с поступлением в организм воды и пищевых продуктов. В пищеварительном канале часть веществ расщепляется до более простых, которые переходят во внутреннюю среду организма - в кровь и лимфу. с кровью вещества попадают в клетки там с ними происходят процессы химических превращений: биосинтез свойственных организму белков, жиров, углеводов и расщепление некоторых органических соединений. Превращения происходят под действием ферментов, регулируется нервно-гуморальным путем. Выделение конечных продуктов обмена веществ происходит с мочой, калом, потом и выдыхаемым воздухом.

Сложная цепь превращений веществ в организме, начиная с момента поступления из внешней среды и кончая удалением продуктов распада, называют обменом веществ

Обмен веществ и энергии (метаболизм) осуществляется на всех уровнях организма: клеточном, тканевом и организменном. Он обеспечивает постоянство внутренней среды организма - гомеостаз - в непрерывно меняющихся условиях существования. В клетке протекают одновременно два процесса - это пластический обмен (анаболизм или ассимиляция) и энергетический обмен (фатаболизм или диссимиляция). Петленко В.П. Валеология человека, Минск, 2003. - 198 с.

Пластический обмен - это совокупность реакций биосинтеза, или создание сложных молекул из простых. В клетке постоянно синтезируются белки из аминокислот, жиры из глицерина и жирных кислот, углеводы из моносахаридов, нуклеотиды из азотистых оснований и сахаров. Эти реакции идут с затратами энергии. Используемая энергия освобождается в ходе энергетического обмена.

Энергетический обмен - это совокупность реакций расщепления сложных органических соединений до более простых молекул. Часть энергии, высвобождаемой при этом, идет на синтез богатых энергетическими связями молекул АТФ (аденозин-трифосфорной кислоты). Расщепление органических веществ осуществляется в цитоплазме и митохондриях с участием кислорода. Реакции ассимиляции и диссимиляции тесно связаны между собой и внешней средой. Из внешней среды организм получает питательные вещества. Во внешнюю среду выделяются отработанные вещества. Уилмор Дж.Х., Д.Л. Костили. Физиология спорта и двигательной активности. Киев: Олимпийская литература, 2002. - 248 с.

Ферменты (энзимы) - это специфические белки, биологические катализаторы, ускоряющие реакции обмена в клетке. Все процессы в живом организме прямо или косвенно осуществляются с участием ферментов. Фермент катализирует только одну реакцию или действует только на один тип связи.

Этим обеспечивается тонкая регуляция всех жизненно важных процессов (дыхание, пищеварение, фотосинтез и т.д.), протекающих в клетке или организме. В молекуле каждого фермента имеется участок, осуществляющий контакт между молекулами фермента и специфического вещества (субстрата). Активным центром фермента выступает функциональная группа (например, ОН - группа серина) или отдельная аминокислота.

Скорость ферментативных реакций зависит от многих факторов: температуры, давления, кислотности среды, наличия ингибиторов и т.д.

Обмен веществ, биосинтез и распад органических соединений, рост, размножение, возбудимость - основные жизненные свойства клеток. Жизненные свойства клеток обеспечиваются относительным постоянством состава внутренней среды организма.

Ферменты - биологические катализаторы, присутствующие во всех живых клетках. Осуществляют превращения веществ в организме, направляя и регулируя тем самым его обмен веществ.

2 МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ ЧЕЛОВЕКА. НАСЛЕДСТВЕННЫЕ ПАТОЛОГИИ

Генетика - наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости. Мендель, проводя опыты по скрещиванию различных сортов гороха, установил ряд законов наследования, положивших начало генетике. Он разработал гибридо-логический метод анализа наследования признаков организмами. Этот метод предусматривает скрещивание особей с альтернативными признаками; анализ исследованных признаков у гибридов без учета остальных; количественный учет гибридов.

Наследственность - это фундаментальное свойство всего живого, которое заключается в том, что все живые организмы способны хранить информацию о своем строении и передавать эту информацию другим поколениям. Человечество проделало долгий и нелегкий путь, чтобы правильно понять причины и законы наследственности.

Основные законы наследственности открыл и описал в 1865 году чешский ученый Грегор Иоган Мендель. К сожалению, открытые Менделем законы, не оказали ни какого влияния на развитие биологии, так как не были понятыми учеными прошлого века. Они были переоткрыты спустя 35 лет независимо работающими учеными из Голландии, Германии и Австрии, но были названы в честь их первооткрывателя.

Проводя моногибриднре скрещивание (скрещивание по одной паре альтернативных признаков), Мендель установил закон единообразия первого поколения. Он гласит: при скрещивании двух гомозиготных организмов, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, первое поколение гибридов единообразно как по фенотипу, так и по генотипу. Этот закон так же называют законом доминирования, т. к. один из признаков проявляется, а другой - подавлен.

Если потомков первого поколения скрестить между собой, то во втором поколении исчезнувший в первом поколении признак проявляется вновь. Это явление получило название второго закона Менделя или закона расщепления. Он гласит: при скрещивании гибридов первого поколения между собой, во втором поколении наблюдается расщепление доминантных и рецессивных признаков в соотношении 3 : 1. Генотипы второго поколения - АА, Аа, Аа, аа, то есть наблюдается соотношение 1:2:1.

Расщепление признаков в потомстве при скрещивании гетерозиготных особей объясняется тем, что гаметы генетически чисты, несут только один ген из аллельной пары. При образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один ген из аллельной пары (закон чистоты гамет).

Цитологической основой расщепления признаков при моногибридном скрещивании является расхождение гомологичных хромосом к разным полюсам клетки и образование гаплоидных половых клеток в мейозе.

Рассматривая законы наследования, мы прибегали к упрощению, называя исследуемый ген геном какого-то признака. Как же связан генотип (совокупность всех генов организма) с фенотипом (совокупностью всех признаков организма)? Во-первых, некоторые признаки не наследуются вовсе, поэтому никакого отношения к генам не имеют. Например, загар и следы порезов на коже, искривление позвоночного столба и т.п.

В опытах Мендель использовал разные способы скрещивания: моногибридное, дигибридное и полигибридное. При последнем скрещивании особи отличаются более чем по двум парам признаков. Во всех случаях соблюдается закон единообразия первого поколения, закон расщепления признаков во втором поколении и закон независимого наследования.

Закон независимого наследования: каждая пара признаков наследуется независимо друг от друга. В потомстве идет расщепление по фенотипу 3 : 1 по каждой паре признаков.

Закон независимого наследования справедлив лишь в том случае, если гены рассматриваемых пар признаков лежат в различных парах гомологичных хромосом. Гомологичные хромосомы сходны по форме, размерам и группам сцепления генов.

Поведение любых пар негомологичных хромосом в мейозе не зависит друг от друга. Расхождение: их к полюсам клетки носит случайный характер. Независимое наследование имеет, большое значение для эволюции; так как является источником комбинативной наследственности.

Закон сцепленного наследования, открытый Морганом, гласит: гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются вместе.

Дальнейшие исследования Моргана показали, что сцепление не всегда бывает абсолютным. Причина тому - кроссинговер (обмен участками между гомологичными хромосомами), который происходит в профазе первого деления мейоза. Кроссинговер нарушает группы сцепления генов и ведет к появлению особей с перекомбинацией признаков.

Частота кроссинговера зависит от расстояния между генами: чем ближе располагаются гены в хромосоме, тем меньше вероятность кроссинговера между ними и наоборот. Эта зависимость используется, для составления генетических карт хромосом, где по вероятности кроссинговера рассчитывается положение генов, в хромосоме.

Известно, что генотип человека включает в себя около100 000 генов. От их функционирования зависит здоровье, продолжительность жизни людей. И одновременно, известно огромное число мутантных генов человека, вызывающих различные наследственные заболевания или предрасположенность к ним, например, некоторые формы раковых заболеваний, сахарный диабет, заболеваниям центральной нервной системы. Для предотвращения наследственных заболеваний человека необходимо изучать его наследственность.

Однако изучение наследственности человека - дело далеко не простое, на людях не возможно проводить генетические эксперименты, поэтому ученые прибегают к другим методам.

Важным методическим принципом изучения наследственности человека является принятие того факта, что законы наследования Менделя носят всеобщий биологический характер, поэтому они применимы и для объяснения наследования различных признаков (генов) человеком.

Генеалогический метод связан с изучением родословных людей. При наличии в генеалогическом дереве отца и матери каких-либо наследственных заболеваний можно с большой долей вероятности предполагать появление наследственных заболеваний у детей. Родителям, имеющим у своих предков опасные наследственные заболевания лучше воздержаться от зачатия детей.

Близнецовый метод связан с изучением однояйцовых близнецов, то есть детей, которые развились из одной оплодотворенной яйцеклетки. Этот метод позволяет четко различить, какая изменчивость человека вызвана наследственностью, а какая - факторами среды.

Цитогенетический метод заключается в изучении при большом увеличении, после специального окрашивания хромосом человека. Метод основан, на том, что некоторые наследственные болезни человека связаны с изменением формы отдельных хромосом или их числа, поэтому такие изменения хорошо различимы в световой микроскоп.

Биохимические методы основываются на многочисленных открытиях биохимиков и медиков, показывающих, что многие наследственные заболевания человека связаны с отсутствием синтеза какого-либо белка-фермента, что приводит к нарушению жизненно важных функций организма. Очевидно, что нехватка белка объясняется отсутствием определенного гена, или подавлением его активности. В последнее время ученые все больше находят недостающих белков, вызывающих такие нарушения. Полученные искусственным путем эти белки можно использовать для введения в организм больного и тем самым снять приступы болезни. Однако следует помнить, что при таком методе лечения человека все равно остается носителем данного заболевания. Отсутствие необходимых белков чаще наблюдается в изолированных популяциях людей (например, в небольших труднодоступных поселках в горах). В таких изолятах нередки случаю близкородственных браков, которые значительно снижают гетерозиготность детей по различным генам. Уменьшение гетерозиготности увеличивает вероятность проявления мутантного гена, который может оказаться в гомозиготной форме. Дж. Дудел, М. Циммерман, Р. Шмидт, О. Грюссер и др. Физиология человека, 2 том, перевод с английского, М.: Мир, 2003. - 264 с.

Некоторые очень опасные болезни могут передаваться по наследству, например, такие как, дальтонизм, гемофилия.

Рассмотренные особенности половых хромосом приводят к интересным наследственным явлениям, известным под названием наследование, сцепленное с полом. Познакомимся с некоторыми из них.

Наследование гемофилии. Гемофилией называется наследственная болезнь человека, при которой нарушено свертывание крови. Ген гемофилии (h) является мутантным и рецессивным по отношению к гену нормальной свертываемости крови (H). Наблюдения врачей показывали, что гемофилией болеют, как правило, мужчины. Несмотря на то, что эта болезнь известна человеку давно, первая женщина, заболевшая гемофилией, была зарегистрирована только в 1956 году.

Женщины, болеющие гемофилией очень редки, так как они должны быть гомозиготными по рецессивному гену (генотип Х h Х h). В отличие от рассмотренного выше случая появление женщин, больных гемофилией легко предсказать, так как они могут появиться только от брака женщины носительницы гена гемофилии и мужчины больного гемофилией.

Дальтонизм или цветовая слепота человека наследуется подобно гемофилии. Эта болезнь связана с неспособностью отличать красный цвет от зеленого. Дальтонизмом болеют около 4% мужского населения и менее 1% женского. Петровский Б.В. Популярная медицинская энциклопедия, М.: ИНФРА-М, 2002. - 311 с.

3 ПОНЯТИЕ ЭКОЛОГИЯ. ВИДЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ МЕЖДУ ОРГАНИЗМАМИ

Экология - наука, исследующая функционирование систем и структур надорганизменного уровня (экосистем, или биогеоценозов) в их взаимодействии друг с другом и со средой обитания. Отсюда вытекают и задачи экологии - выявить возможные взаимосвязи различных технологий, и в первую очередь химических, биохимических, агрохимических, энергетических, разрушающих или вредно воздействующих на природную сферу, для создания общей экологической безопасности окружающей среды, в том числе и химической, биохимической, радиационной. Экологические преступления. Комментарий к Уголовному Кодексу Российской Федерации, Москва: ИНФРА*М-НОРМА, 2003. - 264 с.

Говоря об экологии, мы подразумеваем как локальные, местные проблемы, с которыми сталкиваемся дома, в городе, на заводе, в поле, районе, государстве, так и глобальные.

Экология как наука включает в себя весь комплекс взаимодействия факторов - как природных и технологических, так и социальных, моральных, нравственных. Более того, социальные факторы в настоящее время становятся определяющими, ведущими, представляют собой сознательную деятельность людей, активно отстаивающих свои цели, интересы, часто далеки от интересов общества и человечества в целом, идущие иногда в разрез с этими интересами.

Еще несколько лет назад шли споры относительно самого факта антропогенного - вызванного человеком изменения климата. За последнее столетие средняя температура поверхности Земли повысилась не менее чем на 0,5-5° С. Как и было предсказано моделям, так называемого парникового эффекта, зимняя температура повысилась более значительно, чем летняя. Парниковый эффект возникает потому, что углекислый газ, метан, попадая в атмосферу, действуют как стекло в теплице, затрудняя отдачу тепла с поверхности планеты. Длительными наблюдениями установлено, что количество метана увеличивается ежегодно на 1%, углекислого газа - на 0,4%. Углекислый газ «ответственен» примерно за половину парникового эффекта.

Реальной экологической угрозой становится истощение озонового экрана в стратосфере. Говоря об этом, обычно отмечают знаменитую «озоновую дыру» над Антарктикой. Однако сокращение количества озона в стратосфере происходит и над нашей страной, где оно достигло уже в среднем около 3%. Доказано, что сокращение озона только на 1% ведет к увеличению заболеваний раком кожи на 5-7%.

Это означает, что 6-9 тыс. человек на европейской территории нашей страны ежегодно заболевает раком кожи только по этой причине.

Коротко о проблемах пресной воды. Чистой воды у нас не хватает. Причина заключается в бесхозном, варварском отношении к воде, как к бесплатному, ничейному природному ресурсу. Ее можно забрать в каком угодно количестве, ее можно без особого наказания загрязнить. Антиэкономичность в водохозяйственном строительстве оборачивается постоянной трагедией для крупных и мелких регионов.

Еще несколько штрихов современного экологического положения.

Одной из крупных проблем у нас стало загрязнение подземных вод. Неумеренное применение пестицидов и минеральных удобрений привело к тому, что они в большом количестве оказались в грунтовых водах.

Особой экологической проблемой для нашей страны стали кислотные осадки - увеличение кислотности дождей, снега, туманов в результате выброса в атмосферу окислов серы и азота при сгорании топлива. Кислые осадки снижают урожай, губят естественную растительность, разрушают здания, уничтожают жизнь в пресных водоемах. Экологические преступления. Комментарий к Уголовному Кодексу Российской Федерации, Москва: ИНФРА*М-НОРМА, 2003. - 287 с.

Когда среди глобальных экологических проблем называются сокращение видового (генетического) разнообразия живой природы, обычно подразумевают, что эта проблема связана в основном с гибелью влажных тропических лесов - мест, где сосредоточено максимальное разнообразие видов животных и растений. Проблема сокращения биологического разнообразия - это одна их самых странных проблем для будущего человечества, поскольку исчезнувший вид восстановить невозможно.

Сегодня решение экологических проблем стало одним из глобальных критериев гуманности общества, уровня его технических и научных разработок.

Современная экология относится к тому типу наук, которые возникли на стыке многих научных направлений. Она отражает как глобальность современных задач, стоящих перед человечеством, так и различные формы интеграции методов направлений и научного поиска. Превращение экологии из сугубо биологической дисциплины в отрасль знания, включившую также общественные и технические науки, в сферу деятельности, основанную на решении ряда сложнейших политических, идеологических, экономических, этических и других вопросов, обусловило ей значительное место в современной жизни, сделало ее своеобразным узлом, в котором объединяются различные направления науки и человеческой практики.

Экология, на мой взгляд, все больше становится одной из наук о человеке и в определенном смысле интересует многие научные направления. И хотя этот процесс еще весьма далек от завершения, его основные тенденции уже достаточно отчетливо просматриваются в наше время. Именно в экологии (хотя и не только в ней) намечается вполне реальные точки соприкосновения между фундаментальными и прикладными научными областями, между теоретическими разработками и практическим их применением. Экологические преступления. Комментарий к Уголовному Кодексу Российской Федерации, Москва: ИНФРА*М-НОРМА, 2003. - 355 с.

4 ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ ОТ ВРЕДНЫХ ОРГАНИЗМОВ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНТОМОГРАФОВ И МИКРООРГАНИЗМОВ

Пестициды являются единственным загрязнителем, который сознательно вносится человеком в окружающую среду. Пестициды поражают различные компоненты природных экосистем: уменьшают биологическую продуктивность фитоценозов, видовое разнообразие животного мира, снижают численность полезных насекомых и птиц, а в конечном итоге представляют опасность и для самого человека. Пестициды, содержащие хлор (ДДТ, гексахлоран, диоксин, дибензфуран и др.), отличаются не только высокой токсичностью, но и чрезвычайной биологической активностью и способностью накапливаться в различных звеньях пищевой цепи. Даже в ничтожных концентрациях пестициды подавляют иммунную систему организма, повышая, таким образом, его чувствительность к инфекционным заболеваниям. В более высоких концентрациях эти примеси оказывают мутагенное и канцерогенное действие на организм человека.

Поэтому в некоторых странах (США, Франция, Германия) начинают уменьшать дозы применения пестицидов или полностью от них отказываться. В последние годы в СГА разработаны гербициды, не представляющие явной опасности для живых организмов или быстро разрушающиеся в окружающей среде. Широкое применение биологических методов защиты растений позволит уменьшить степень загрязнения среды пестицидами. Препараты, содержащие полезные для растений бактерии, относятся к бактериальным удобрениям. Они способны улучшать питание сельскохозяйственных культур и не содержат питательных веществ. Помимо применения микроорганизмов в настоящее время также активно применяются энтомографы. Экология. Учебник. Е.А. Криксунов., Москва, 2003 - 117 с.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дж. Дудел, М. Циммерман, Р. Шмидт, О. Грюссер и др. Физиология человека, 2 том, перевод с английского, М.: Мир, 2003. - 687 с.

2 Петленко В.П. Валеология человека, Минск, 2003. - 198 с.

3. Петровский Б.В. Популярная медицинская энциклопедия, М.: ИНФРА - М, 2002. - 639 с.

4. Уилмор Дж.Х., Д.Л. Костили. Физиология спорта и двигательной активности. Киев: Олимпийская литература, 2002. - 248 с.

5. Экологические преступления. Комментарий к Уголовному Кодексу Российской Федерации, Москва: ИНФРА*М-НОРМА, 2003. - 586 с.

6. Экология. Учебник. Е.А. Криксунов., Москва, 2003 - 240 с.