Возникновение биологической организации

Структурная организация биосистем молекулярного уровня. Дж. Холдейн в 1935 г. утверждал "Активное поддержание нормальной и притом специфической структуры и есть то, что мы называем жизнью понять сущность этого процесса - значит понять, что такое жизнь" [46. С. 24]. В решении проблемы об особой структурной организации живого и установлении элементарного уровня этой организации определяющую роль, как и в решении многих других проблем, в частности рассмотренных в предшествующих разделах, играют два, уже не раз отмечавшихся события. Одно из них - становление молекулярной биологии, которая сделала возможным постановку проблемы применительно к простейшей и самой фундаментальной биологической системе (молекулярной). Второе событие - создание теоретических основ изучения неравновесных процессов, спонтанно протекающих в открытых системах вдали от положения равновесия. Появление нелинейной неравновесной термодинамики сняло казавшееся принципиальным противоречие с вопроса о противоположной направленности физической и биологической эволюционных концепций и открыло путь к строгому описанию конкретных механизмов самопроизвольного возникновения порядка из хаоса. Было доказано, что основные положения этой области знаний справедливы для трактовки процессов самоорганизации, протекающих как в биологических системах, так и в открытых неорганических системах, физических и химических. [c.49]

Само возникновение информации носит случайный характер (номер лунки, комбинация нуклеотидов). Однако, возникнув в системе, случайная информация запоминается и тем самым может приобрести ценность и смысл. Принцип запоминания случайного выбора лежит в основе возникновения биологической информации. Именно рецепция и использование содержащейся в биополимерах информации в реальных биологических процессах придают ей биологическую ценность и определяют роль биологической упорядоченности и организации. В свою очередь в ходе процессов естественного отбора и борьбы за существование репликация организмов может отбирать и закреплять ценную информацию, необходимую для жизнедеятельности. Возможно и обучение — отбор из внешней среды ценной для жизнедеятельности информации, которая не передается при репликации организмов. Это достигается за счет соответствующего устройства рецепторных систем, которые пропускают только ценную информацию и предотвращают ненужные ответные реакции организма, не пропуская информацию, лишенную для него ценности. [c.404]

В отличие от технических (искусственных) систем все процессы развития в биологических системах принципиально необратимы, характеризуются определенным направлением от простого к сложному и используют механизм самовоспроизведения для закрепления структур и функций, достигнутых на каждом этапе эволюции. Ранее бьшо выдвинуто предположение, что прогрессивная эволюция организмов строится на некоторых общих принципах полимеризации, т. е. увеличении числа однородных компонентов дифференциации, т. е. разнообразной специализации этих компонентов интеграции, т. е. согласовании и объединении их функций в целостной организации . И далее ...объединение линейной структуры нуклеиновых кислот с белковыми телами и поддержание подвижного равновесия в сравнительно устойчивой системе означало, очевидно, возникновение нового качества — возможности самовоспроизведения как основы жизненных процессов. Только таким путем всегда создавалось множество сходных индивидуальностей, послуживших материалом для отбора быстрее нарастающих, более устойчивых систем с более точным механизмом самовоспроизведения. Это и лежит в основе возникновения и эволюции живых существ. Вместе с тем уже в самых элементарных жизненных процессах проявляется и наличие ре- [c.9]

Это понижение энтропии при возникновении сложнейшей биологической организации — организма человека — на самом деле незначительно. По величине оно равно, например, уменьшению энтропии при конденсации 170 см паров воды. В процессах метаболизма понижение AS на 300 э. е. с легкостью может компенсироваться увеличением энтропии при окислении 900 г глюкозы. [c.161]

Очевидно, что химическая эволюция в природе шла по двум путям. Один из них привел к возникновению прочных соединений (алюмосиликатов, сульфидов, оксидов и т. п.), обладающих кристаллической структурой, — они входят в состав магматических пород и в тех условиях, в которых они находятся, состояние их близко к равновесному. Другой путь завершился переходом к биологическим системам. В потоках солнечного излучения, интенсивность которого периодически изменялась, образовались разнообразные активные частицы — радикалы, давшие начало синтезу богатых энергией и термодинамически неустойчивых соединений. Среди них были аминокислоты и другие соединения, содержавшие азот и фосфор этот предбиологический фонд и стал тем материальным резервом, из которого были почерпнуты вещества, необходимые для создания динамических диссипативных организаций. [c.6]

Три области естественнонаучных знаний - физика, химия и биология -скреплены друг с другом постоянно усложняющейся сетью прямых и обратных связей. Поэтому последовательное обретение ими своих структурных организаций не случайно. Так, возникновение химического мировоззрения стало возможным не только потому, что собственный научный материал достиг необходимой критической массы, но и благодаря структурно оформившимся к этому времени физическим знаниям. В принципе та же ситуация имела место в случае биологических знаний. В отсутствие физического и химического мировоззрения они не смогли бы принять свою первую более или менее упорядоченную структурную организацию. [c.29]

Основные научно-технические решения по охране водоемов от сточных вод химических предприятий направлены на создание технологических процессов без загрязнения или с минимальным загрязнением организацию локальных методов очистки по месту их возникновения, создание биологических методов очистки создание термоокислительных методов для сточных вод, содержащих органические примеси. [c.80]

Данные современной радиоастрономии показывают, что начальные стадии эволюции углеродистых соединений проходили еще задолго до возникновения нашей планеты и Земля получила их в наследство от космоса при самом своем формировании. Данные геологии и палеохимии докембрия в известной степени позволяют нам судить о дальнейших превращениях этих соединений как в недрах Земли, так и на ее поверхности. Эти данные подкрепляются многочисленными примерами модельного синтеза органических веществ, имитирующими в лабораторных опытах те условия, которые существовали когда-то на примитивной, еще безжизненной Земле. Они убедительно показывают, что на тех или иных участках земной поверхности, на так называемых субвиталь-ных территориях могли абиотически возникать разнообразные, иной раз очень сложные органические соединения, впоследствии сыгравшие важную роль в организации живых существ и биологическом обмене в числе таких соединений были аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, мононуклеотиды и их полимеры. [c.5]

Достаточно близкие взгляды развивал английский ученый Д. Бернал. Он полагал, что неорганическими предшественниками были угольная кислота, неорганические фосфаты, аммиак, сероводород и что первичный синтез органических соединений заключался в образовании простых молекул из воды, метана и аммиака. Затем в результате полимеризации возникли более сложные структуры, напоминающие по организации простейшие биологические клетки. Схематически возникновение жизни по Д. Берналу можно представить так [c.532]

Если историческое развитие науки действительно представляет собой самопроизвольный статистико-детерминистический процесс совершенствования структурной организации научного мировоззрения, то механизм этого процесса должен описываться бифуркационной термодинамической моделью. Следовательно, ему должны быть свойственны закономерности, присущие явлениям возникновения из хаоса пространственно-временных упорядоченных структур как в естественных, так и в экспериментальных диссипативных системах. Непременное условие появления такой структуры заключается в энергетическом и/или материальном обмене диссипативной системы с окружающей средой. В отличие от самопроизвольных равновесных процессов, при которых все части системы хаотизируются и, следовательно, вносят положительный вклад в общее увеличение энтропии, в нелинейных неравновесных процессах в закритической области имеет место диспропорционирование энтропии между подсистемами, происходящее без нарушения второго начала термодинамики. Уменьшение энтропии при создании упорядоченной структуры сопровождается одновременным, большим по абсолютной величш1е, увеличением энтропии остальной части изолированной системы. Сходство в этом отношении эволюции научного мировоззрения с известными процессами структурной самоорганизации физических, химических и биологических открытых систем представляется очевидным. [c.27]

Развитие временной организации ранних форм жизни происходило поэтапно. Возникновению высокочастотных ритмов, по-видимому, предшествовало формирование в простейших биологических системах осцилляций, свойственных, как известно, многим химическим и биохимическим реакциям (Сель- [c.13]

Бабский В. Г., Маркман Г. С. О способности биологических систем к само организации в свете новых результатов теории возникновения диссипативных структур, В кн, Математические методы в биологии,/ Под редакцией Ю. А, Митропольского.— Киев Наукова думка, 1977, с- 169, [c.299]

Принцип обратной связи. Снабдим нашу гидродинамическую модель специальным устройством, которое будет увеличивать или уменьшать скорость оттока жидкости при поворачивании соответственно крана на выходе из сосуда в зависимости от смещения в нем уровня жидкости. Пример такой системы приведен на рис. 1.2. Поворот крана электромотором происходит по сигналу от фотоэлемента. Возникающий в фотоэлементе ток зависит от степени поглощения света, которая меняется с уровнем жидкости в сосуде. Питание лампочки фотоэлемента и электромотора осуществляется от небольшой турбины, лопасти которой вращаются выходящим потоком воды. В такой модели по принципу обратной связи поддерживается в определенных пределах уровень жидкости при изменении скорости притока воды за счет саморегуляции. В биологических системах по принципу обратной связи регулируются многие ферментативные реакции, где активность ферментов изменяется в зависимости от концентрации реагентов или внешних условий. В результате концентрация продуктов реакции поддерживается на постоянном уровне. В биологических системах могут устанавливаться различные стационарные режимы в зависимости от значений управляющих параметров. Возможно также и возникновение колебательных стационарных состояний, когда концентрации промежуточных веществ периодически с постоянной частотой изменяются во времени. Наконец, сочетание химических реакций и диффузионных процессов, в которых реагенты участвуют одновременно, может привести к появлению особого типа пространственной структурной организации в исходно гомогенной системе. [c.8]

Кастлер Г. Возникновение биологической организации.— М. Мир, 1967. [c.8]

Г. Кастлер, Возникновение биологической организации, Мир , 1967. [c.52]

Г. Кастлер ВОЗНИКНОВЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ [c.432]

Термодинамических исследований жидких кристаллов немного, но они все же дают представление о порядках энергетических эффектов, отвечающих переходам твердое вещество — мезофаза и мезофаза — изотропный раствор (Е. М. Баррел). Исследования, выполненные для нематических мезофаз п, п -азоксианизола, дали следующие результаты при температуре 390,6 К теплота перехода твердая фаза — нематическая мезофаза 31,09 Дж/моль, энтропия перехода 79,4 Дж/моль для перехода мезофаза — раствор — соответственно — 735 и 1,80. Барелл в своем обзоре приводит ряд аналогичных данных для разных температур. Эти данные свидетельствуют о том, что тепловые и энтропийные эффекты, отвечающие переходу мезофаз в изотропный раствор, очень малы сравнительно с переходом твердой фазы в мезофазу. Таким образом, мезофаза термодинамически не сильно отличается от обычного изотропного раствора. Это важное обстоятельство еще раз подчеркивает возможность возникновения сложных организаций без существенных термодинамических потерь. Для таких организаций характерны большое разнообразие структурных типов и необычайная легкость превращения одной структуры в другую. Энергия деформации жидких кристаллов очень мала — нанесение жидких кристаллов на не вполне однородную поверхность может сильно изменить структуру . Сочетание лабильности со способностью образовывать различные микро- и макроструктуры определило и биологическую роль жидкокристаллического состояния. Вероятно, системы этого типа возникли в предбиологический период и со хранились в высших формах биологических организаций. [c.268]

Имя Г. Кастлера хорошо известно всем ученым, интересующимся вопросами применения теории информации в биологии. В этой книге с исключительной четкостью рассмотрены весьма тонкие вопросы об информационном содержании биологических систем, о путях спонтанного возникновения сложных организаций, способных к созданию, накоплению и передаче информации, о конкретных механизмах функционирования ферментов и генетического аппарата с информационной точки зрения. Книга написана прекрасным языком, читается с захватывающим интересом. Хотя изложение всегда строго и книга не может быть отнесена к числу научно-популярных, чтение ее требует знания математики в объеме, не превышающем курса средней школы (если не считать самых элементарных сведений по теории информации). Монография Кастлера, безусловно, привлечет внимание широких кругов биологов, математиков и физиков. Нет сомнения, что она найдет читателей и среди неспециалистов, учащихся старших классов, студентов и просто лиц, интересующихся одним из самых увлекательных вопросов современной науки. [c.432]

В химии после возникновения первого собственного научного мировоззрения локальными бифуркациями, безусловно, следует считать создание классической теории химического строения, стереохимии углеродных молекул, периодической системы элементов. На структурную организацию биологических знаний существенно повлияло возникновение вирусологии, хромосомной теории наследственности, теории мутаций, классиче- [c.29]

Сравним эти эффекты с энтропийными тенденциями в неживой природе. Чем более хаотизировано состояние, тем больше вероятность его возникновения в изолированной системе классической термодинамики. Но в биологических открытых системах беспорядочные кодовые воздействия не имеют шансов быть воспринятыми системой, т. е. вероятность их распространения на систему невелика (если система ими не разрушается). Системы, обладающие некоторой организацией, способствуют отбору кодов, но не распространению хаотизированных ко- [c.99]

Подобные наблюдения нетрудно объяснить. Рассмотрим процесс возникновения в ходе эволюции новой анатомической особенности, скажем удлиненного клюва. Случайная мутация изменяет аминокислотную последовательность белка и. следовательно, его биологическую активность. Измененный белок может повлиять на клетки, ответственные за образование клюва таким образом, что в результате получится более длинный клюв. Но мутация должна быть совместима с развитием остальных частей организма - лишь в этом случае она будет подхвачена естественным отбором. Удлинение клюва вряд ли окажется выгодным, если оно сочетается с утерей языка или отсутствием ушей. Такие катастрофические последствия более вероятны в случае мутаций, затрагивающих ранние стадии индивидуального развития, чем в случае мутаций, влияющих на его поздние этапы Ранние эмбриональные клетки подобны картам в основании карточного домика - от них зависит слишком многое, и даже незначительное изменение их свойств скорее всего приведет к печальным последствиям. Ранние стадии индивидуального развития оказались замороженными - так же точно, как в биохимической организации клеток заморожены генетический код и механизмы биосинтеза белка. В отличие от этого клетки, образующиеся на последних стадиях развития, имеют больше возможностей для изменений. Вероятно, именно по этой причине на ранних стадиях развития эмбрионы разных видов столь часто бывают похожи друг на друга и в процессе индивидуального развития, вршимо. нередко повторяют пройденные ими этапы эволюции. [c.48]

Быть может, прямые дагшые о состоянии организации пред- иологического органического вещества можно получить, коль скоро удастся обнаружить определенные виды органических соединений, сохранившихся в древних отложениях, относящихся к докембрийскому периоду Недавно появились весьма многочисленные сообщения, в которых описывается выделение и очистка нескольких классов сложных органических молекул из очень древних осадков [11]. Высокая степень упорядоченности обнаруженных структур наводит на мысль об их биологическом происхождении. Возможное значение этих захватывающих результатов будет обсуждаться в следующей главе. Такого рода открытия оставляют нам единственную надежду на то, что мы сможем получить прямые данные о характере предбиологических агрегатов органического вещества. В этом случае главная трудность состоит в том, что мы должны иметь некий критерий, позволяющий отнести данный вид молекулярных ископаемых именно к предбиологическим (т. е. непосредственно вовлеченным когда-то в процессы, приведшие к возникновению жизни), а не к биологическим (т. е. произошедшим из каких-то предсу-ществовавших, полностью сформированных организмов в результате последовательных стадий их геохимической деградации) системам. [c.22]

Экспериментальный материал приводит к выводу о важном значении комплекса липидных радиотоксинов не только в патогенезе лучевой болезни, но и в возникновении и развитии самого пострадиационного токсического эффекта. В пользу ведущей роли продуктов перекисного окисления липидов в сложном и многообразном проявлении лучевого токсического эффекта свидетельствуют следующие результаты опытов, выполненных на биологических объектах различного уровня организации. [c.223]

Возникновение эндогенных колебателен (эндогенных источников ритма) под воздействием экзогенной периодичности привело вначале к ритмическим изменениям в некоторых звеньях метаболизма, а затем к смещению упорядоченности констант скоростей других реакций, последующему согласованию всех остальных физиологических процессов во времени и полному становлению временной организации жизнедеятельности эукариотических организмов. К.Пит-тендрай считает, что биологические часы присущи только эукариотам, время генерации у которых на два порядка длиннее, чем у большинства прокариот, и в среднем равно одним суткам, т. е. их клеточный цикл умещается в суточное окно захватывания околосуточного колебателя. [c.19]

Меньше внимания уделялось поведению в воде нерастворимых неполярных веществ или частично растворимых соединений, молекулы которых обладают как полярными, так и неполярными свойствами (амфифильные молекулы). Благодаря своей структуре амфифильные молекулы специфически ориентируются в водной среде и, следовательно, образуют упорядоченные структуры. Именно такие химические компоненты сыграли особую роль в возникновении, организации и развитии протобиополимеров на неорганической Земле в процессе их самосборки в индивидуальные субструктуры (мицеллы, монослои, бислои, биологические липиды и т. д.). [c.23]

Для современного генетика жизнь на Земле вырисовывается как интегральное существование ДНК, РНК и белков в форме индивидуализированных личных и видовых целостных структурно-биохимических саморегулирующихся открытых систем, со свойствами воспроизведения исторически развивающихся форм генетической информации. При оценке сущности жизни с позиций эволюционного учения на первый план выступают происхождение, организация и взаимодействие определенных надмолекулярных и клеточных структур, закономерности возникновения их совокупности в виде самостоятельной биологической единицы. По мнению физико-химиков, жизнь есть динамическое равновесие многофазных систем. Все перечисленные подходы к более глубокому познанию сущности жизни безусловно заслуживают внимания и каждый из них раскрывает новые стороны этого сложнейшего явления, но каждый из них в отдельности односторонен. [c.179]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология